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摘要：研究了0～0.1mm、0.1～0.3mm、0.3～0.5mm三个级配或三级组合铁尾矿砂掺量对α石膏、β石膏制备自流平砂浆的基本物理力学性能的影响。结果发现随着0～0.1mm或三级组合铁尾矿砂替代河砂掺量的增加，自流平砂浆的强度均增加，流动度均减小，并且掺0～0.1mm或0～0.1mm：0.1～0.3mm：0.3～0.5mm为17：22：44铁尾矿砂时，自流平砂浆的基本物理力学性能都超越JC/T1023-2007《石膏基自流平砂浆》标准要求，28d绝干抗折强度、抗压强度和拉伸黏结强度比标准分别高出1.4Mpa、10.7Mpa、1.72MPa;比河砂制备的砂浆分别高出1.1Mpa、3.9Mpa、0.4MPa。

关键词：铁尾矿砂;α石膏;β石膏;自流平砂浆

铁尾矿是原矿铁石经过破碎、研磨、筛分等工艺流程获得的再生骨料，目前全国堆存量高达45亿吨，但其综合利用率仅在7%左右，是工业固体废弃物的主要来源之一。α石膏、β石膏可以由脱硫石膏经过合适的制备工艺获得的建筑材料。α石膏具有强度高、凝结硬化快、尺寸稳定等特性，是良好的新型建筑材料。β石膏具有轻质、隔声、防火等特性，是良好的装饰性建筑材料。铁尾矿砂特性符合建筑用砂的要求，但其颗粒级配对自流平砂浆性能的影响研究较少;α石膏可以用于制备自流平砂浆，但其制备成本高;β石膏虽然制备成本低，但其强度较低，用于制备自流平砂浆时需要掺加提高强度的外加剂和填料，提高了成本，因此研究应用的较少。

本文依据铁尾矿砂、α石膏、β石膏的特性，以α、β石膏为基料，铁尾矿砂和河砂为骨料，掺加适量外加剂制备α、β石膏基自流平砂浆。主要考察不同铁尾矿砂颗粒级配或掺量对砂浆性能的影响，实现通过调控其级配或掺量来增强自流平砂浆强度的目的，试配出满足JC/T1023-2007标准要求的α、β石膏自流平砂浆的最优配比。这为铁尾矿、脱硫石膏等固废的再生利用开辟了新途径，效益显著。

一、 实验

（一） 实验材料

1.α石膏主要化学成分为SO3占54.01%;CaO占44.65%，其物理性能指标为绝干抗折强度是9.00MPa，绝干抗压强度是40.20MPa，初凝时间是15min，终凝时间是20min，标准稠度用水量为40wt%;β石膏主要化学成分为SO3占52.87%;CaO占42.65%，其物理性能指标为：绝干抗折强度是2.10MPa，绝干抗压强度是8.20MPa，初凝时间是5min，终凝时间是9min，标准稠度用水量为73wt%。

2.骨料：铁尾矿砂主要成分为SO2占40.09%;Fe2O3占24.64%;CaO占19.40%;MgO占11.64%，其细度模数为1.14，属于细砂;天然河砂主要成分为SO2占64.78%;Fe2O3占9.92%;Al2O3占8.97%;CaO占3.96%;MgO占3.24%，其细度模数为2.1，属于细砂。

3.外加剂及其用量：减水剂是聚羧酸高效减水剂，用量为1.92g;保水剂为甲基纤维素醚，用量为2.88g;增加强度外加剂是可再分散乳胶粉，用量为14.4g;消泡剂是二甲基硅油，用量为0.96g;缓凝剂是蛋白质类缓凝剂，用量为2.88g，均购置于上海臣启化工科技有限公司。

（二） 实验方法

采用JC/T1023-27《石膏基自流平砂浆》的实验方法，探索铁尾矿砂的不同颗粒级配或掺量对α石膏、β石膏制备自流平砂浆的强度、流动度、凝结时间等基本物理力学性能的影响。

二、实验结果与讨论

（一） 0～0.1mm铁尾矿砂掺量对α石膏、β石膏制备自流平砂浆基本物理力学性能的影响

用0～0.1mm铁尾矿砂替代河砂制备α、β石膏自流平砂浆的配合比见表1，外加剂掺量见1.1实验材料中的（3），其对应自流平砂浆基本物理性能的试验结果见表2。

由表2可知，用0～0.1mm铁尾矿砂替代河砂制备砂浆，对砂浆的凝结时间影响不大，另外随着铁尾矿砂替代河砂掺量的增加，流动度略微降低，砂浆的强度均增加，其各项基本物理力学性能指标都超越了标准要求，28d绝干抗折强度、抗压强度、拉伸黏结强度比标准分别高出了1.4MPa、10.7MPa、1.72MPa，比河砂制备的砂浆分别高出1.1MPa、3.9MPa、0.4MPa。

（二） 0.1～0.3mm铁尾矿砂掺量对α、β石膏自流平砂浆基本物理力学性能的影响

用0.1～0.3mm铁尾矿砂替代河砂制备砂浆的配合比见表3，外加剂掺量见1.1实验材料中的（3），其对应自流平砂浆的基本物理性能试验结果见表4。

由表4可知，用0.1～0.3mm铁尾矿砂替代河砂制备砂浆，其对初终凝结时间的影响变化没有规律，但是随着0.1～0.3mm铁尾矿砂取代河砂掺量的增加，砂浆的流动度、强度均会减小。通过与标准对比发现，只有第2个样品测得的砂浆性能指标符合标准要求。在第3和4个样品中，砂浆的初始流动度分别为138mm和136mm，均不在标准（145±5）mm要求范围内，28d绝干抗折强度分别为7.4MP和7.2MPa，也均不在标准（≥7.5MPa）要求范围内。

（三） 0.3～0.5铁尾矿砂掺量对α、β石膏基自流平砂浆基本物理力学性能的影响

用0.3～0.5mm铁尾矿砂替代河砂制备砂浆的配合比见表5，外加剂掺量见1.1实验材料中的（3），其对应α、β石膏自流平砂浆的物理性能试验结果见表6。

由表6可知，用0.3～0.5mm铁尾矿砂替代河砂制备砂浆时，随着铁尾矿砂替代率增加，砂浆的流动度、1d抗折抗压强度、28d绝干抗折抗压强度、拉伸黏结强度均降低，对砂浆的初终凝结时间影响不大。通过与标准做对比，只有第2个样品的各项性能指标符合标准要求，3、4两个样品的初始流动度分别为138mm和135mm都不在标准（145±5）mm要求范围内，但是初终凝结时间和强度均在标准要求范围内。

（四） 三个颗粒级配组合铁尾矿砂掺量对α、β石膏自流平砂浆基本物理力学性能的影响

用0～0.1mm、0.1～0.3mm、0.3～0.5mm三级组合铁尾矿砂替代河砂制备砂浆的配合比见表7，外加剂掺量见1.1实验材料中的（3），其对应自流平砂浆物理性能的试验结果见表8。

根据表8中1～3样品的实验结果可以看出，随着三级组合铁尾矿砂替代河砂掺量的增加，砂浆的凝结时间有所提前，流动度降低，强度均增加。说明三级组合铁尾矿砂部分替代河砂制备砂浆可以提高砂浆强度。表7中第4组数据是增加了用水量，致使砂浆的流动度增大。由表8中第4组数据可知，当增加用水量时，α、β石膏自流平砂浆的流动度提高了，但是所有强度与第2、3个样品相比均有所降低;与第1个样品河砂制备的砂浆相比仍有所提高;与标准做对比，掺加三级组合铁尾矿砂中，第2和4个样品的性能指标均符合标准要求，在第3个样品中，虽然砂浆强度比较大，但是砂浆的初始流动度为136mm不在标准（145±5）mm要求范围内。

三、 结论

随着0～0.1mm或三级组合铁尾矿砂替代河砂掺量的增加，α、β石膏自流平砂浆的强度均增加，流动度均减小。当掺0～0.1mm或0～0.1mm：0.1～0.3mm：0.3～0.5mm为17：22：44铁尾矿砂时，自流平砂浆的基本物理力学性能都超越了JC/T1023-2007《石膏基自流平砂浆》标准要求，28d绝干抗折强度、28d绝干抗压强度和拉伸黏结强度比标准分别高出1.4MPa、10.7MPa、1.72MPa;比掺河砂制得的砂浆分别高出1.1Mpa、3.9Mpa、0.4Mpa。铁尾矿砂颗粒级配或掺量的不同会对α、β石膏基自流平砂浆的凝结时间、流动度、强度都产生影响，通过调控铁尾矿砂的级配或掺量能增强α、β石膏自流平砂浆的强度，能优化α、β石膏自流平砂浆的配比。

参考文献：

[1]刘文燕、张友来、李绍纯、邢卫疆、孟玉冰.铁尾矿砂对机制砂混凝土性能的影响研究[J].混凝土与水泥制品，2020（12）：3.

[2]周俊先，熊宇帆，苏雪梅，等.超耐水石膏基自流平砂浆制备工艺研究[J].非金属矿，2021，44（6）：5.