2012年二级建造师考试矿业工程：矿业废渣生产混凝土砌块技术研究
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1 前言
中国金属矿山储存的尾矿超过50亿t，而且每年以3 亿t 的数量增加。尾矿排入河道、沟谷、低地，污染水土大气，破坏环境，乃至造成灾害。尾矿的治理和利用是十分紧迫的事情。尾矿综合回收有价组分可创造巨大财富，要加强环保治理，实行整体利用;通过示范工程，技术攻关，建立高附加值的产业，变害为宝，推进科技成果产业化。尾矿是矿山选矿后，在当时条件下不宜再分选回收利用的矿山固体废料，常堆放于尾矿库中。中国现在较大规模的尾矿库400 多座。
金属矿山堆存尾矿达50 亿t 以上。目前中国每年产生的尾矿将达到3 亿t 以上，占全国固体废料的1/3 左右，而尾矿综合利用率仅为8.2%左右，到21 世纪，全国固体矿产采选业排出的尾矿将严重影响国土生态环境和经济建设，引起全国人民的关注。由于尾矿多已磨至0.07～0.15 mm 以下，储存在尾矿库中或就近排入河道、沟谷低地，溢流渗透，刮风扬尘，污染水土大气，造成环境污染，尾矿治理和利用已是十分紧迫的事情。尾矿量大，是由于中国大多数矿山的矿石品味低，多呈多组分共(伴)生，同时由于历史原因，选矿回收率低，尾矿中蕴藏着许多有用组分，随着工业生产技术水平的提高和科学技术的进步，进一步开发利用尾矿成为新的矿产资源，因此，尾矿资源化，将是治理尾矿污染环境、变废为宝的积极方向。
尾矿含有大量可以利用的非金属矿物，个别矿山早就将尾矿作为建筑材料、玻璃原料进行利用，只可惜未能引起矿业界的普遍重视。随着国家加强环境保护土地管理，尾矿占地成为必须解决的迫切问题，只回收有价尾矿仍然处理不了剩下的大量尾矿。为此，矿山科技工作者加强了对尾矿中的非金属组分回收和全部尾矿整体利用的开发试验研究。
20 年来尾矿整体利用实践经验，矿山废石及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，有些矿山可制陶瓷墙地砖、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;含碳量低的可用于砖瓦、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填充料的费用，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充填料回填了采空区。
2.3 用尾矿粗砂作混凝土骨料它是将尾矿的直接利用，未经过再选规类为非金属用于制备建筑材料。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量都比较少，集料难于自由拌和，故宜采用强制性搅拌机进行搅拌。
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，延续的时间最短。
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涂上一层矿物油脂或其他脱模剂。采用振动台振动成型时，将混凝土拌和物高出试模上口。振动沿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)℃情况下静置一昼夜到两昼夜，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28 d 后进行试验。
4 矿业废渣制作混凝土砌块力学性能测试
4.1 矿业废渣混凝土配合比设计本试验采用的马鞍山铁矿选矿后的尾矿，骨料都是用的尾矿，对尾矿进行成分分析所得结果为：主要SiO2 和 Fe2O3，其中SiO2 含量60%，Fe2O3 含量20%，还含有 Al2O3 、MgO、CaO 等。因此尾矿的主要含的有硅、铁、钙、镁、铝等，其中不含硫及其它有害成分。通过计算、试配和配和比的确定，本试验所采用的配合比见表1.其中水灰比：W/C=0.7，混凝土的试配强度为20 MPa，细骨料是粒径大于5 mm 的尾矿。
4.2 尾矿砂筛分析实验尾矿砂筛分析试验所需筛的规格可根据需要选用相应筛孔尺寸的圆孔或方孔筛。本试验细骨料所选用的最大孔径为5 mm，粗骨料所选的最大孔径为16.5 mm.本试验取试样500g，按0.630 mm 筛孔的累计筛余量为65%，属Ⅱ区。石子颗粒配为公称粒级5～20 mm 的连续粒级。
砂的视密度为3 438.4 kg/m3;石子的视密度为2815kg/m3;砂的堆积密度为1480kg/m3;砂的吸水率为7.7%;石子的吸水性能率为2.8%. 4.3 矿业废渣混凝土试块的力学试验制作试块的尺寸为150mm×150mm×150mm的标准试块，经过在实验室常温养护28d以后，在力学试验机上进行力学性能测试。
试验结果表明，其抗压强度比一般混凝土稍高，而且后期强度远高于一般混凝土。
5 混凝土砌块工程应用前景展望
(1)节地。混凝土砌块建筑能耗低，符合国家技术产品发展政策。
(2)自重轻。减少了上部结构的荷载，有利于建筑抗震。小砌块的标准尺寸为390 mm×190 mm×190 mm，空心率为47%，重约18 kg，相当于9.6 块标准砖，墙体自重减少30%左右;(3)施工速度快。1m2 的140m 厚砖墙用标准砖192块;490 mm 厚的砖墙需用标准块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)国外混凝土砌块应用和发展的经验和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;(6)钢材用量适中。与同等规模的砖混结构相比，钢筋用量增加30%左右，每m2 建筑面积的含钢率为20～25 kg;(7)节约投资。与功能相同其他形式的建筑相比，每m2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，综合经济效益显着。
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范的钢筋混凝土结构相比，工程造价降低10%～25%，三材(钢材、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。