矿业废渣生产混凝土砌块的技术研究

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摘　要：介绍了矿业废渣的危害、综合利用现状、用其制作混凝土砌块的工艺流程；对孤山矿的矿业废渣通过制作混凝土试块对其进行了力学性能试验，证明矿业废渣是可以用作混凝土骨料制作混凝土砌块，并对矿业废渣制作混凝土砌块进行了应用前景展望。关键词：尾矿；混凝土砌块；矿业废渣 1 　前　言 我国现有较大规模的尾矿库400 多座。储存选矿厂排出的尾矿达50亿t 以上。而且每年以3亿t的数量在增长。尾矿排入河道、沟谷、低地，污染水土大气，破坏环境，甚至造成严重灾害，因此，尾矿的治理和利用是十分紧迫的事情。 我国大多数金属矿山尾矿品位低，尾矿排出量大。据统计，矿山每年的尾矿占固体废料的1/ 3 左右，而目前尾矿综合利用率仅为8. 2 %左右。随着科学技术的进步和工业生产技术水平的提高，进一步开发利用尾矿资源，使尾矿资源化，变废为宝是治理尾矿污染的的积极方案。为此，大力开展科技攻关，通过示范工程，建立高附加值的产业，推进科技成果产业化，使尾矿得到综合回收与整体利用，不仅加强了环境治理也可创造巨大的社会财富。 在尾矿综合利用上，以前多关心尾矿中有价金属矿物组分的回收利用，但仍会排出大量没有利用的尾矿，没有整体解决尾矿利用问题。即使某些矿山曾研究将尾矿作为建筑材料、玻璃原料加以利用，只可惜未能引起矿业界的普遍关注，尾矿整体综合利用仍没有很好解决。 近20年来，矿山企业及科技工作者开展了对尾矿中非金属组分的回收和全部尾矿的整体利用的开发试验研究。研究与实践经验表明矿山废石和选厂尾矿可作为铁路、公路道渣、混凝土粗骨料。多种矿山尾矿可作为建筑用砂，免烧尾矿砖、砌块、广场砖、铺路砖及新型墙体材料原料，有些矿山尾矿可制陶瓷及建筑陶瓷墙地砖、瓦、轻质材料；许多矿山尾矿已成为良好的水泥材料，有望形成尾矿水泥系列；高硅尾矿可作玻璃；不少尾矿可制微晶玻璃；有望成为新材料原料，日益得到社会承认，成为社会新生产力的组成部分。 2 　矿业废渣综合利用现状 2. 1 　煤矸石的综合利用 煤矸石是采煤过程中产生的废渣，包括巷道掘进过程中的掘进矸石、采煤过程中从顶板、底板及夹层里采出的矸石。它是成煤过程中与煤层伴生的一种含碳量低、比较坚硬的黑色岩石，是由碳质页岩、碳质砂岩、页岩、粘土等组成的混合物。我国各地煤矸石化学成分相差很大。随着煤炭工业的发展，国外的主要煤炭生产国和我国都已有了数以亿吨计的煤矸石，并且仍在继续增加。煤矸石的堆积不但占用了大量土地，而且其中硫化物的散发会污染大气和水源，其中的黄铁矿易被空气氧化放出热量，甚至引起自燃，烟雾也污染环境。当然，煤矸石也是一种可用的资源。含碳量较高的煤矸石可直接供沸腾炉作燃料；含碳量较低可用于砖瓦、水泥等建材的生产，含碳量极低的可填坑造地或用作路基材料。利用煤矸石还能制造一些化工产品。 2. 2 　废石及尾矿用作采矿充填料 采矿废石用作充填料充填地下采空区，既可节省专门去开采充填料的费用，又可减少地表废石堆的面积，还可以减少或消除废石对环境造成的危害。国内很多矿山都采取了这一措施，收到了明显的经济和社会效益。我国铀矿山的废石已大都用作充填料回填了采空区。

2. 3 　用尾矿粗砂作混凝土骨料 尾矿未经再选直接利用，可归类为非金属矿资源用于制备建筑材料。这是本文讨论的重点。

2. 4 　从废石或尾矿中回收有用金属 废石及尾矿中常常含有多种有用元素，回收和提取这些元素，不但能在经济上带来收益，而且可以减轻废石和尾矿对环境的污染。 3 　矿业废渣制作混凝土砌块工艺 3. 1 　混凝土的制备工艺 混凝土的制备工艺，主要指的是混凝土拌和物的搅拌。混凝土拌和物的搅拌，除了能起混合作用外，还能起到一定的塑化和强化作用。生产混凝土砌块的混凝土，一般采用干硬性的普通混凝土或轻质混凝土。干硬性混凝土由于水泥用量和加水用量都比较少，集料难于自由拌和，故宜采用强制式搅拌机进行搅拌。混凝土的搅拌时间，对拌和物的匀质性有明显影响。搅拌时间过短，则拌和不匀，会降低混凝土的强度及和易性；搅拌时间过长，不仅会影响搅拌机的效率，而且会使混凝土的和易性又重新降低或产生分层离析现象。混凝土应搅拌至各种组成材料混合均匀，颜色一致，对于高强度混凝土、干硬性混凝土尤应注意。在拌和物的搅拌过程中，自全部材料装入搅拌筒起，至混凝土由筒中开始卸料时为止，延续的最短时间。3. 2 　混凝土砌块的成型工艺 成型是混凝土砌块生产过程中的关键工序。由于混凝土砌块是半干硬性或干硬性混凝土(流动性差) ，采用振动加压密实成型是比较理想的工艺方法。其优点是：小砌块成型质量好、成型效率高、水泥消耗少、成本低、可以立即脱模养护，使砌块生产方式具有较大的灵活性。主要缺点是：成型时振动噪音大。制作试件的试模由铸铁或钢制成，具有足够的刚度并拆装方便。试模的内表面应通过机械加工，其不平度应为每100 mm 不超过0. 05 mm。组装后各相邻面的不垂直度不超过±0. 5°。制作试件前，将试模擦干净并在其内壁上涂上一层矿物油脂或其它脱模剂。采用振动台振动成型时，将混凝土拌和物一次装入试模，装料时用抹刀沿试模内壁略加插捣并使混凝土拌和物高出试模上口。振动时防止试模在振动台上自由跳动。振动持续到混凝土表面出浆为止，刮除多余的混凝土，并用抹刀抹平。

3. 3 　混凝土砌块的养护工艺 养护是混凝土砌块生产的基本工序之一，它对混凝土砌块的质量影响很大。养护的目的是为了保证混凝土凝结硬化得以正常进行，使砌块能获得所需要的物理力学性能和耐久性。养护是混凝土砌块生产过程中时间最长的工序，通常占整个生产周期的80 %～90 %。混凝土砌块养护工艺有三要素，即养护湿度、温度和养护延续时间。标准养护的试件成形后应覆盖表面，以防止水分蒸发，并在温度为(20 ±5) ℃情况下静置一昼夜至两昼夜，然后编号拆模。拆模后的试件立即放在温度为(20 ±3) ℃，湿度为90 %以上的标准养护室内养护。在标准养护室内试件应放在架上，彼此间隔为10～20 mm ，并避免用水直接冲淋试件。混凝土试件在标准养护28d后进行试验。 4　混凝土砌块工程应用前景展望 混凝土砌块建筑具有很多优越性，具体表现在： (1) 节地，混凝土砌块建筑能耗低，符合国家技术发展政策。与粘土实心砖相比生产能耗减少近50%； (2) 自重轻，减少了上部结构的载荷，有利于建筑抗震。小砌块的标准尺寸为390 mm ×190 mm×190mm ，空心率为47% ，重约18kg ，相当于9. 6 块标准砖、墙体自重减少30%左右； (3) 施工速度快，1m 小砌块砌体需用标准砌块12. 5 块，而1140m厚砖墙需用标准砖192 块，490 mm 厚厚砖墙需用标准块256 块，大幅地降低了砌筑工人的劳动强度，可提高砌筑速度40%～90%； (4) 节约砂浆，与粘土实心砖相比可节约砂浆60%左右； (5) 增加使用面积，一般可增加使用面积3%～5% ，使用面积系数有所提高； (6) 抗震性能好，国外混凝土砌块应用和发展的经验及国内大量混凝土砌块配筋砌体的实践证明：配筋和注芯不仅提高砌体的强度，还可以大大改善砌体抗变形的能力，把脆性材料变成了有较好延性的弹塑性材料，并且有较好的抗震性能； (7) 钢材用量适中，与同等规模的砖混结构相比，钢筋用量增加约30%左右，每平方米建筑面积的含钢率约为20～25kg ； (8) 节约投资与功能相同其他结构形式的建筑相比，每平方米建筑造价减少1%～8% ，同时还可免除墙改费、投资方向调节税等，综合经济效益显著。
国内试点工程及国外资料综合分析表明：高层混凝土砌块配筋砌体结构与同等规模的钢筋混凝土结构相比，工程造价降低10%～25% ，三材(钢筋、水泥和木材) 用量减少30%～50% ，施工周期缩短1/3以上。
综上所述，砌块建筑有诸多的优越性。发展砌块建筑，要加大宣传力度，政府企业并举。国家从保护环境、节约能源的长远目标出发制定了相关的政策法规，各级建委、规委、墙改办的正确领导和支持，为砌块建筑的发展提供了广阔的空间。各个建设单位尤其是房地产开发企业还要改变观念，做推广砌块建筑的主力军。目前，北京市板式小高层建筑仍主要采用全现浇剪力墙结构，砌块建筑仍处于试验阶段。砌块实际使用量不足现有产量的1/3 ，这表明，传统的观念还没有改变，宣传的力度不够，普通百姓对砌块还不够了解，砌块建筑给社会带来的综合效益还未被认可。 参考文献： [1 ] 　何赛英. 凝土砌块在多层及小高层建筑中的应用前景[J ] . 山西建筑，2002 ， (10) . [2 ] 　严理宽，等. 混凝土砌块生产与应用[M] . 中国建材工业出版社(第1 版) ，1992 ， (10) . [3 ] 　汪黎明，等. 常用建筑材料与结构工程检测[M] . 黄河水力出版社(第1 版) ，2002 ， (12) [4 ] 　《三废治理与利用》编委会. 三废治理与利用[M] . 冶金工业出版社，1995 ， (2) . [5 ] 　湖南大学，天津大学，同济大学，东南大学合编. 土木工程材料 [M] . 中国建筑工业出版社，2002 年7 月第1 版. [6 ] 　中国地质科学院尾矿利用技术中心.《首届中国国际尾矿综合利用与新型绿色建材新技术、新设备、新成果推广交流会》论文集[C] . 哈尔滨：2004 ，1. [7 ] 　中国国际贸易促进委员会建设行业分会中国新型墙体论坛暨新型墙体材料与科技成果推广应用交流会论文集2004 年4 月北京. [8 ] 　张锦瑞，王伟之，李富平，王爱东. 金属矿山尾矿综合利用与资源化(第1 版) [M] . 北京：冶金工业出版社，2002 ，9. [9 ] 　马眷荣. 建筑材料辞典[M] . 化学工业出版社(第1 版) ，2003.

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