尾礦砂在外墻保溫砂漿中的應用

　　摘要：本文主要從膨脹聚苯板薄抹灰系統(tǒng)的角度研究尾礦砂在其粘結(jié)砂漿和抹面砂漿中的應用，包括尾礦砂性能、選用和用尾礦砂生產(chǎn)的砂漿性能等。

　　關(guān)鍵詞：尾礦砂 干粉砂漿 外墻保溫 性能

　　1、引言

　　目前，配制外墻外保溫用干粉砂漿所用集料，一般是用天然河砂，經(jīng)過水洗、烘干，并篩分分級而成。砂在外保溫用干粉砂漿中所占的比例一般在50%-70%左右，砂作為骨料直接關(guān)系到成品砂漿的質(zhì)量。由于長年開采，許多河道砂源已經(jīng)枯竭，破壞耕地取砂也基本被政府禁止。目前，北京地區(qū)所用砂一般是從北京地區(qū)以外的地方運來。外保溫用砂一般需經(jīng)過預加工處理，再加上運費等因素，在砂漿成本上是很不經(jīng)濟的，因此必須尋找天然石英砂以外的新的用砂途徑。

　　尾鐵礦砂是鐵礦企業(yè)在礦選鐵精粉過程中所得的細廢渣，當前北京及周邊地區(qū)每年產(chǎn)出數(shù)百萬噸，目前基本都采用圍壩儲存，既占用大量土地面積、又會污染環(huán)境，唐山地區(qū)鐵尾礦累計堆存已達2億噸以上，因而政府出臺政策：鼓勵企業(yè)在預拌砂漿過程中使用尾礦制成的機制砂，使用的企業(yè)如符合政策要求，可以享受稅收優(yōu)惠。對于尾礦建材的開發(fā)研究，國外起步較早，早在19世紀60年代初，前蘇聯(lián)就開始了尾礦建材的研究和生產(chǎn)，如克里沃羅格鐵礦除將尾礦進行適當分級后用作混凝土的粗細骨料外，還用細粒級的尾礦生產(chǎn)硅酸鹽建筑制品。另外，加拿大、美國、日本等國家也利用尾礦砂制作為各類建筑用磚品的骨料。目前，在我國粒徑較大的尾鐵礦砂已有被用于配制商品混凝土、鋪路、代替粘土和鐵礦石生產(chǎn)水泥熟料等，如首鋼200萬噸生產(chǎn)線搬遷工程決定全部采用由北京建筑工程學院與首鋼礦業(yè)公司研制的尾礦砂石混凝土進行施工。但大量細粒徑的尾鐵礦砂迄今為止基本未被開發(fā)使用。

　　使用尾鐵礦砂不僅可以減少尾礦的堆存，節(jié)約建壩、防洪等工程費用，改善礦區(qū)的環(huán)境，充分利用國家資源，還為外墻外保溫砂漿用的原料開辟了一條新的途徑，因此，本文的主要目的就是探討尾礦機制砂代替天然砂用于外墻外保溫干粉砂漿生產(chǎn)的技術(shù)途徑。

　　2、尾礦砂的性質(zhì)

　　尾礦砂一般都經(jīng)過破碎和分級處理，顆粒較細，級配良好。尾鐵礦砂巖石組成主要為石英巖、輝綠巖和花崗巖，其物理化學性能是穩(wěn)定的，表1為某一尾鐵礦砂的礦物組成：

　　鐵尾礦砂的堆積密度在1600-1900Kg/m3,比重為2.4~2.6左右，一般砂源含有一定量的粉料，據(jù)相關(guān)試驗表明，粉料的主體是石粉，可以替代重鈣的填充材料，填充砂漿的結(jié)構(gòu)縫隙，優(yōu)化結(jié)構(gòu)，起到微集料的效應，對砂漿的密實度和強度有利。

　　尾礦砂因含水率、粒徑組成方面的原因，不適合直接使用，需經(jīng)過烘干后進行篩分，從而獲得理想的外墻外保溫砂漿用級配砂，下表1是從北京和河北地區(qū)所采集的砂樣的篩分結(jié)果。

　　薄抹灰外墻外保溫系統(tǒng)砂漿中所用砂級配不同于混凝土砂漿中砂的級配，粒徑偏細，一般在0.1~0.5mm之間，從上表可以看出并非所有尾礦砂都適合制備外保溫砂漿用砂，從砂源選擇上應該選擇在這個粒徑范圍內(nèi)分布較多，含粗顆粒和粉較少的尾礦砂進行篩分最為經(jīng)濟?？紤]砂源的穩(wěn)定性和運輸費用，從中選取W2、W3、W4三種尾礦砂進行篩分，在合適粒徑范圍內(nèi)所占砂基本含量大于60%,其余粗砂可做普通干粉砂漿或厚層外保溫抹灰砂漿，細粉可以做填料使用?？梢愿鶕?jù)使用要求篩分出不同范圍級配砂，根據(jù)產(chǎn)品的需要將不同的粒徑的砂重新組合，實現(xiàn)最佳級配配料，經(jīng)過篩分得出F1、F2、F3、F4、F5、F6、F7共7種尾礦砂進行試驗。

　　天然石英砂具有光滑的表面，大多呈圓形，在配制砂漿過程中較低的包裹膠凝材料以及拌合水用量就可滿足需求，粒徑級配合理的天然砂無疑是生產(chǎn)干混砂漿較為理想的骨料。尾礦機制砂的不足之處在于顆粒形貌一般都不規(guī)則，棱角較多，有時呈片狀，不如天然河砂的圓度系數(shù)高。而破碎后再經(jīng)過磨機磨過的尾礦砂界于兩者之間。

　　3、尾礦砂在外墻外保溫砂漿中性能研究

　　在北方地區(qū)外墻外保溫中，粘貼保溫板薄抹灰系統(tǒng)仍然是主流產(chǎn)品，本文主要以外保溫砂漿用量最大的粘結(jié)砂漿和抹面砂漿為主要研究對象。

　　3.1尾礦砂在外保溫用粘結(jié)砂漿中的應用

　　表4為外保溫用粘結(jié)砂漿中尾礦砂摻量變化及相應砂漿性能，其中，砂漿中的膠凝材料和外加劑保持不變，僅砂的種類和摻量變化。實驗方法參照JG149-2003《膨脹聚苯板薄抹灰外墻外保溫系統(tǒng)》

　　由表4可見，尾礦砂的級配對砂漿性能影響較大，只要選擇合適粒徑的砂，不同粒徑的尾礦砂級配搭配合理，配制出的外保溫用粘結(jié)砂漿的性能完全可以滿足標準要求。在不同粒徑范圍的尾礦砂使用過程中，存在一個最佳級配，這種級配下砂子的空隙率小，膠凝材料可以充分地包裹砂子，增加砂漿硬化體的密實度，從而使砂漿具有較好的粘接原強度和耐水粘接強度。從實驗結(jié)果中可以看到尾礦砂和天然石英砂搭配使用，結(jié)果并不理想，需進一步專門做實驗進行討論分析。

　　3.2尾礦砂在外保溫用抹面砂漿中的應用

　　砂漿中的膠凝材料和外加劑同樣保持不變，僅砂的種類和摻量變化，其中編號4、5的試驗是采用同類型兩種不同產(chǎn)地尾礦砂進行的試驗，實驗方法參照JG149-2003《膨脹聚苯板薄抹灰外墻外保溫系統(tǒng)》。從結(jié)果上看，和粘結(jié)砂漿相同，只要砂的級配合理，均能用尾礦砂配制出性能良好的外保溫用抹面砂漿。

　　3.3尾礦砂和天然石英砂在外保溫砂漿中應用

　　在表6的外保溫粘結(jié)砂漿配比中用尾礦砂和天然石英砂搭配使用，結(jié)果不夠理想。實驗方法參照JG149-2003《膨脹聚苯板薄抹灰外墻外保溫系統(tǒng)》。其中，表6編號1的試驗完全采用天然石英砂作為骨料，不摻尾礦砂。

　　從表6結(jié)果來看，用尾礦砂和天然石英砂搭配使用，砂漿拉伸粘接強度并不理想，不如完全用天然砂配制的砂漿性能好。可以這么分析認為，天然砂表面基本呈不規(guī)則的圓形結(jié)構(gòu)，而尾礦砂一般棱角較多，且不規(guī)則，有些呈片狀結(jié)構(gòu)，兩者混合，造成砂空隙率增加，不能達到最緊密堆積，砂漿硬化體密實度不夠，造成拉伸粘結(jié)強度不高。所以從試驗結(jié)果來看，尾礦砂不太適合和天然砂搭配使用。

　　從表5和表6測試結(jié)果來看，采用尾礦砂配制外保溫抹面砂漿的平均壓折比，要比直接用天然砂或天然砂和尾礦砂搭配使用的外保溫抹面砂漿壓折比要低，說明用尾礦砂生產(chǎn)的砂漿柔韌性有所增高。另外摻有尾礦砂的砂漿，加水攪拌達到相同稠度時，拌合水的用量有所增加，經(jīng)過試驗證明，在加水攪拌后，達到同樣稠度，摻有尾礦砂的砂漿拌合水用量一般比用天然砂配制砂漿增加0.5-2%,依據(jù)配比不同增加量有所變化。分析認為：由于尾礦砂一般棱角較多，且不規(guī)則，導致吸水量增加，但從試驗結(jié)果來看，對砂漿性能影響不大。

　　3.4耐候性試驗結(jié)果

　　表7中為用尾礦砂實際生產(chǎn)的抹面砂漿和用天然砂生產(chǎn)的抹面砂漿進行耐候性試驗后的拉拔結(jié)果，實驗方法參照JG149-2003《膨脹聚苯板薄抹灰外墻外保溫系統(tǒng)》。采用粘貼聚苯板薄抹灰保溫體系，單層耐堿網(wǎng)格布增強，砂漿厚度約3-4mm左右。同一試驗墻分成左右兩部分，分別用尾礦砂砂漿和天然砂砂漿抹面，其他材料完全相同。

　　4、工程使用

　　用尾礦砂生產(chǎn)的粘結(jié)砂漿和抹面砂漿，在北京萬恒家園粘貼聚苯板薄抹灰涂料飾面的外墻外保溫工程中批量進行了應用，到現(xiàn)在已有半年時間，其中經(jīng)歷了北京地區(qū)冬季惡劣天氣變化，沒有出現(xiàn)空鼓、開裂等問題，效果良好。在使用過程中，操作工人感覺砂漿的抹灰手感和天然砂生產(chǎn)的砂漿基本相同，無不適應感。

　　5、結(jié)論

　　1）采用合適的尾礦砂源進行篩分，完全可以制得適合外墻外保溫砂漿所需的級配砂。

　　2）尾礦砂比較適合配制外墻外保溫砂漿，所配制的砂漿能夠滿足標準要求，性能良好。

　　3）采用尾礦砂和天然石英砂搭配使用，性能不如單獨用尾礦砂或天然石英砂。

　　4）使用尾礦砂在顆粒級配上有最佳配比，應針對不同尾礦砂做試驗確定。

　　5）用尾礦砂生產(chǎn)的外保溫粘結(jié)、抹面砂漿在拌合水用量上有所增加，但不影響砂漿性能，同時砂漿的柔韌性有所增強。

　　參考文獻

　　1〕章銀詳?shù)?，尾礦砂干拌砂漿的性能及其生產(chǎn)技術(shù)的研究 中國砂漿 2008.1

　　2〕許發(fā)松 尾礦砂石在混凝土中的研究與應用 商品混凝土 2006.1

　　3〕段鵬選等 尾礦砂在普通干混砂漿中的應用 北京市建筑材料科學研究院

　　4〕賈清梅等 鐵尾礦的資源化利用研究及現(xiàn)狀 礦業(yè)工程 2006. 3