摘要：選礦過(guò)程中產(chǎn)生的尾礦廢料大量堆積不僅會(huì)產(chǎn)生尾礦壩失穩(wěn)問(wèn)題，還會(huì)造成嚴(yán)重的環(huán)境污染。采集云南省某銅尾礦壩中銅尾礦砂，將銅尾礦砂分別作為細(xì)骨料和磨細(xì)后的銅尾礦粉，摻入到透水混凝土中對(duì)其進(jìn)行性能研究。結(jié)果表明：銅尾礦砂作為細(xì)骨料摻入透水混凝土?xí)r隨著摻量的增加透水系數(shù)減小，當(dāng)摻量為5%時(shí)較為合適；當(dāng)用磨細(xì)銅尾礦粉作為礦物摻合料等量取代水泥膠凝材料時(shí)，摻量為5%時(shí)28、60d透水水泥混凝土立方體抗壓強(qiáng)度達(dá)到最大，但隨著摻量繼續(xù)增加強(qiáng)度逐漸減小需要配合粉煤灰的復(fù)摻。

引言

在我國(guó)選礦過(guò)程中每年將產(chǎn)生上億噸的尾礦廢料，但是尾礦的利用率較低。造成了尾礦堆積，尾礦壩的不穩(wěn)定和環(huán)境污染等次生災(zāi)害。透水混凝土作為近幾年國(guó)家大力推行的“海綿城市”建設(shè)中路面鋪裝材料的“主力軍”，為高密度的硬化路面不能對(duì)地下水進(jìn)行自然補(bǔ)給，提供了切實(shí)可行的解決方案。透水混凝土是一種環(huán)境友好型路面鋪裝結(jié)構(gòu)，除了能夠利用自身貫通孔隙使天然降水對(duì)地下水進(jìn)行補(bǔ)給，還能減少雨天路面積水，減少太陽(yáng)熱輻射的反射緩解“熱島效應(yīng)”，并且大孔隙透水混凝土結(jié)構(gòu)還可以作為植生混凝土用于護(hù)坡工程等。

本研究結(jié)合銅尾礦砂再利用和“海綿城市”透水混凝土兩個(gè)環(huán)保題材，采集云南省玉溪市某銅尾礦庫(kù)銅尾礦砂。研究銅尾礦砂和銅尾礦粉分別作為細(xì)骨料和礦物摻合料在透水混凝土中的應(yīng)用。

1原材料與試驗(yàn)

1.1原材料

試驗(yàn)所用銅尾礦砂來(lái)自云南省玉溪市某尾礦庫(kù)見(jiàn)圖1，銅尾礦砂密度為2.97g/cm3，銅尾礦砂顆粒級(jí)配見(jiàn)表1，細(xì)度模數(shù)為3.4；將銅尾礦砂投入到小型球磨機(jī)SMΦ500×500mm磨粉見(jiàn)圖1，磨細(xì)銅尾礦粉密度為3.03g/cm3，用勃氏比表面積儀測(cè)得磨細(xì)銅尾礦粉比表面積為680m2/kg，其中銅尾礦粉的化學(xué)成分見(jiàn)表2；水泥：拉法基（紅河）水泥有限公司生產(chǎn)的P·O42.5級(jí)水泥，其物理性能指標(biāo)如表3；粗骨料為機(jī)軋碎石，粒徑范圍為5~10mm，符合GB/T14685—2011《建設(shè)用碎石卵石》要求；粉煤灰：I級(jí)F類；減水劑：云南瑞通減水劑有限公司生產(chǎn)的聚羧酸高效減水劑，減水率30%，最佳摻量為0.8%；水：自來(lái)水。

1.2試驗(yàn)方法

測(cè)試銅尾礦粉透水混凝土的立方體抗壓強(qiáng)度和抗折強(qiáng)度。制作150mm的立方體標(biāo)準(zhǔn)試件進(jìn)行抗壓強(qiáng)度試驗(yàn)，制作邊長(zhǎng)為150mm×150mm×550mm的標(biāo)準(zhǔn)試件進(jìn)行抗折試驗(yàn)。試驗(yàn)方法和試件標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)嚴(yán)格執(zhí)行GB/T50081—2002《普通混凝土力學(xué)性能試驗(yàn)方法標(biāo)準(zhǔn)》。透水系數(shù)的檢測(cè)和連續(xù)孔隙率的測(cè)定嚴(yán)格執(zhí)行CJJ/T135—2009《透水水泥混凝土路面技術(shù)規(guī)程》，具體過(guò)程不再轉(zhuǎn)述。

2試驗(yàn)配合比設(shè)計(jì)

透水混凝土從宏觀上時(shí)由骨料、膠凝材料和氣體3項(xiàng)組分構(gòu)成，為了滿足透水混凝土由一定的透水性，配合比設(shè)計(jì)時(shí)需要預(yù)留出一定的空隙，透水混凝土的內(nèi)部的孔隙率主要取決于骨料緊密堆積下間的間隙和膠凝材料的填充程度，并且在透水混凝土配合比設(shè)計(jì)時(shí)要嚴(yán)格控制水灰比，水灰比過(guò)小，骨料間不能形成很好的黏結(jié)強(qiáng)度且水泥水化不足，水灰比過(guò)大，流動(dòng)性較大的漿液在施工和成型時(shí)會(huì)產(chǎn)生沉漿現(xiàn)象降低了透水混凝土的透水性。通過(guò)查閱前人的研究[1-3]可知，影響透水混凝土的強(qiáng)度的主要因素，為骨料粒徑和水灰比，骨料的粒徑越大，導(dǎo)致骨料間的接觸點(diǎn)減少，其破壞主要由水泥石控制，不能充分發(fā)揮骨料的強(qiáng)度。本試驗(yàn)選用5~10mm的粗骨料，水灰比控制在0.25~0.35之間。

由于透水混凝土需要的控制指標(biāo)較普通密實(shí)混凝土多，目前國(guó)內(nèi)外還沒(méi)有關(guān)于透水混凝土配合比設(shè)計(jì)公認(rèn)的方法，CJJ/T135—2009《透水水泥混凝土路面技術(shù)規(guī)程》中推薦的透水混凝土設(shè)計(jì)方法與體積法相似是以設(shè)計(jì)孔隙為主要設(shè)計(jì)指標(biāo)，也有學(xué)者通過(guò)利用人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的方法對(duì)透水混凝土強(qiáng)度、孔隙率、透水系數(shù)等指標(biāo)進(jìn)行非線性的設(shè)計(jì)并且建立了預(yù)測(cè)模型[4]，但是由于網(wǎng)絡(luò)訓(xùn)練試驗(yàn)樣本差異數(shù)量較少缺乏代表性。因此，在透水混凝土配合比設(shè)計(jì)時(shí)均需要根據(jù)實(shí)際情況進(jìn)行試配調(diào)整。本次試驗(yàn)配合比設(shè)計(jì)采用體積法進(jìn)行設(shè)計(jì)，以設(shè)計(jì)孔隙率為P=15%為設(shè)計(jì)控制指標(biāo)，保證實(shí)際孔隙率在P=（15±2）%內(nèi)，研究銅尾礦粉透水混凝土抗壓強(qiáng)度、抗折強(qiáng)度、透水系數(shù)性能。試驗(yàn)銅尾礦粉透水混凝土配合比見(jiàn)表4。

本試驗(yàn)研究分為四項(xiàng)：

（1）將銅尾礦砂作為細(xì)骨料等量取代粗骨料按3個(gè)摻量摻入透水混凝土。

（2）將磨細(xì)后的銅尾礦粉作為礦物摻合料等量取代水泥，研究銅尾礦粉的活性和微集料效應(yīng)。

（3）復(fù)摻粉煤灰和銅尾礦粉，按不同比例等量取代水泥，改性透水混凝土。

（4）總結(jié)前述試驗(yàn)，將每組試驗(yàn)效果較好的摻量選入配合比，并進(jìn)行優(yōu)化試驗(yàn)。

3試驗(yàn)結(jié)果及分析

3.1摻銅尾礦砂

試驗(yàn)分別摻入5%、10%、15%比例的銅尾礦砂，并以0摻量的S-0為試驗(yàn)的基準(zhǔn)對(duì)照組。

由表5可知，隨著銅尾礦砂的摻入量的增加透水系數(shù)逐漸降低，抗壓抗折強(qiáng)度在摻量為15%時(shí)均較其他組均有明顯提高，但透水系數(shù)下降較快，在摻量為15%時(shí)透水系數(shù)低于了CJJ/T135—2009《透水水泥混凝土路面技術(shù)規(guī)程》中規(guī)定的1mm/s。通過(guò)對(duì)壓碎試件進(jìn)行觀察，發(fā)現(xiàn)隨著銅尾礦砂的摻入增加透水混凝土的內(nèi)部結(jié)構(gòu)逐漸向普通密實(shí)混凝土接近，當(dāng)摻量為5%時(shí)砂粒能很好的填充碎石粗骨料的凹角，使骨料更為圓潤(rùn)接觸點(diǎn)均勻。摻量繼續(xù)增加會(huì)堵塞連續(xù)空隙，導(dǎo)致透水系數(shù)明顯降低，因此，認(rèn)為銅尾礦砂的摻量為5%時(shí)合適的。

3.2摻磨細(xì)銅尾礦粉

通過(guò)對(duì)比S-0組分析該組試驗(yàn)結(jié)果，可以發(fā)現(xiàn)透水系數(shù)并沒(méi)有明顯變化，銅尾礦粉對(duì)透水系數(shù)的影響較小。由表6觀察可知，當(dāng)銅尾礦粉摻量為5%時(shí)抗壓和抗折強(qiáng)度較其他幾組均有提高，銅尾礦粉的活性較低，通過(guò)SEM掃描電鏡觀察如圖2，發(fā)現(xiàn)摻入銅尾礦粉其致密程度更好微集料效應(yīng)明顯，過(guò)多摻入時(shí)會(huì)影響水泥強(qiáng)度的發(fā)展。銅尾礦粉摻入量為5%時(shí)比較合適。

3.3復(fù)摻粉煤灰和銅尾礦粉及優(yōu)化試驗(yàn)

為了改性銅尾礦粉透水混凝土強(qiáng)度，復(fù)摻了不同比例的粉煤灰。通過(guò)表6可知，當(dāng)粉煤灰總含量增加時(shí)透水系數(shù)逐漸下降，但28d后60d均有提高，特別是當(dāng)銅尾礦粉和粉煤灰以1∶2的比例替代15%水泥時(shí)，后期60d抗壓強(qiáng)度增長(zhǎng)明顯。粉煤灰顆粒大多是球形的玻璃珠，它的加入減小了漿體與骨料間的界面摩擦，在骨料的接觸點(diǎn)起滾珠軸作用，提高了新拌透水混凝土的流動(dòng)性，所以漿液隨著粉煤灰含量增加變稀，有少量沉漿現(xiàn)象降低了透水系數(shù)，但是降低并不明顯基本能保證2mm/s左右的透水系數(shù)。同時(shí)，粉煤灰能夠與水泥水化產(chǎn)物產(chǎn)生二次水化反應(yīng)，由于這一反應(yīng)較水泥熟料水化反應(yīng)慢，因此前期強(qiáng)度提高不明顯，但后期強(qiáng)度發(fā)展明顯。因此FH-15-1/2、FH-10-1/2兩組試驗(yàn)在60d的抗壓強(qiáng)度均接近了C30的強(qiáng)度，優(yōu)化試驗(yàn)SFH-5-15-1/2甚至達(dá)到了C30提高效果明顯。

4結(jié)論

（1）銅尾礦砂少量取代透水混凝土中的粗骨料可以提高透水混凝土的抗壓和抗折強(qiáng)度，但是不宜超過(guò)5%，超過(guò)會(huì)導(dǎo)致透水系數(shù)下降嚴(yán)重。

（2）銅尾礦粉在可以作為微集料等量取代水泥，且其摻量不應(yīng)超過(guò)5%。配合粉煤灰復(fù)摻對(duì)透水混凝土性能提高明顯。

（3）通過(guò)本次試驗(yàn)研究建議銅尾礦透水混凝土配合比設(shè)計(jì)時(shí)：以5%銅尾礦砂等量取代取代粗骨料碎石，銅尾礦粉和粉煤灰以1∶2的比例等量取代15%水泥。

（4）我國(guó)對(duì)銅尾礦的利用率較低，通過(guò)本次試驗(yàn)研究發(fā)現(xiàn)，銅尾礦在透水混凝土中的替代比例也不高，未來(lái)還應(yīng)加強(qiáng)對(duì)銅尾礦利用的研究。

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