李新国

（临沂天元混凝土工程有限公司，山东 临沂 276000）

1 项目研究的意义

十几年来我国的经济稳健发展，建筑市场及预拌砂浆行业也得到高速发展，而近几年随着国家经济转型，调整产业结构，相继出台了大量保护环境、节约能源等方面的政策法规。近几年随着城市的大开发大建设和国家对资源开发利用的管控，砂石价格增幅大、增速快，已成为砂浆材料成本构成中的主要部分。在确保砂浆质量的前提下寻找合适的砂替代品，探索降低特种砂浆生产成本的新路势在必行。

铁尾矿是选矿后的废弃物，是工业固体废弃物的主要组成部分。尾矿如果不加以利用，不仅占用土地，造成资源浪费，而且还会给生活环境带来严重污染和危害，破坏生态平衡等，现已受到了全社会的广泛关注。

鉴于以上两点，如果能用铁尾矿砂替代天然砂来进行保温板粘结砂浆的生产，将会产生双赢的结果：一方面保护了天然砂资源，降低了成本；另一方面减少了铁尾砂带来的各种问题。

前苏联早在 19 世纪 60 年代初就开始了尾矿建材的研究生产，如克里沃罗格铁矿将尾矿进行适当分级后用于混凝土的粗细骨料，还用细粒级的尾矿生产硅酸盐建筑制品。加拿大、美国、日本等国家也利用铁尾砂作为各类建筑用砖的骨料。

近年来，国内的一些高校、研究院、设计院和矿山进行合作开展尾矿在建筑材料中综合利用的研究，而且研究工作正在逐步深入。北京市建筑材料科学研究院的刘波沣、段鹏选等[1]研究了尾矿在干混砂浆中的应用，徐振伟、章银祥[2]研究了尾矿砂在外墙保温砂浆中的应用，试验配比中胶凝材料和外加剂保持不变，仅各种粒径尾矿砂的种类和掺量变化，试验结果表明，只要选择合适粒径的尾矿砂，不同粒径的尾矿砂搭配合理，就能配制出性能良好的保温板粘结砂浆。

本项目采用合适粒径的铁尾矿砂，通过试验确定铁尾砂对砂浆性能的影响，并通过加入外加剂改善砂浆的保水性和流动性，通过加入可再分散乳胶粉提高砂浆的粘结性能和抗裂性能。

2 材料选用

2.1 铁尾砂

由临沂金玺泰矿业提供，铁尾矿砂的矿物组成和化学成分如表 1 和表 2 所示，检测结果和颗粒级配如表 3和表 4 所示。

表1 铁尾矿砂的矿物组成

表2 铁尾矿砂的化学成分

表3 铁尾矿砂的检测结果

2.2 水泥

水泥的活性、品种、数量是决定砂浆强度的关键因素。所以采用强度较高、混合材料掺量较少的硅酸盐水泥或普通硅酸盐水泥。本方案采用沂州水泥集团产P·O42.5 水泥。水泥技术指标见表 5。

2.3 纤维素醚

新疆光大山河化工科技有限公司，密度 0.5g/cm3。

2.4 可分散乳胶粉

嘉朔实业生产的可再分散乳胶粉，堆积密度为300～500g/L，粒径（96%）不超过 400μm，pH 为 6～8，保护胶体为聚乙烯醇。

2.5 重钙

建德市和谐重钙厂生产，型号 X-2000。

2.6 拌合用水

饮用水。

如无特殊说明本方案所进行的试验均采用以上材料。

表4 铁尾砂的颗粒级配

表5 水泥的技术指标

3 试验试配

3.1 配制原则

为保证获得性能优异、操作性良好的铁尾砂特种砂浆，本工程提出了如下配制原则：

（1）保温板粘结砂浆的拉伸粘结强度必须满足设计要求，该条为基本原则须严格遵守。（常温常态下拉伸粘结强度≥0.60MPa）

（2）砂浆的工作性能应满足施工要求，其稠度应在 60～110mm。

（3）砂浆的配制应有保证防止砂浆沉积和泌水的措施。

3.2 配合比设计难点

根据以上配制原则，在铁尾砂浆的配合比设计中的难点有三个：（1）探究铁尾砂对砂浆性能的影响；（2）如何改善铁尾砂配制的砂浆保水性差、泌水等现象。（3）如何改善铁尾砂浆的粘结性能。

经过查阅文献和反复试验最终选定以纤维素醚作为增稠剂并保持砂浆中的水分，赋予砂浆良好的工作性能，以可再分散乳胶粉来改善砂浆的粘结性。

3.3 配合比设计

因为本配合比设计所选用的铁尾砂在砂浆拌合物中表现的工作性能未知，因此在配合比设计前对砂浆进行试拌，确定铁尾砂对砂浆拌合物性能的影响，作为配合比设计的依据。查阅郑权编著的干混砂浆技术与应用可知纤维素醚的掺量是 0.02%～0.5%[3]。

（1）用铁尾砂等量替换天然砂，对比相同配合比下天然砂浆和铁尾砂浆的性能区别，配合比如表 6 所示。试拌后砂浆的性能如表 7 所示。

表6 保温板粘结砂浆的配合比 kg/t

表7 保温板粘结砂浆的性能对比

由表 7 可以看出，掺加尾矿砂的保温板粘结砂浆产生分层、泌水等现象，拉伸粘结强度高、柔性差，不利于施工。针对尾矿砂浆保水性差、可施工性一般的状况，我们通过调整纤维素醚和可分散乳胶粉的掺量来调整粘贴砂浆的状态和可施工性。

（2）选用表 8 配合比试验纤维素醚的掺量对砂浆性能的影响。不同纤维素醚掺量下砂浆的性能如表 9 和图 1～3 所示。

表8 纤维素醚掺量对砂浆性能影响试验配合比 kg/t

表9 不同纤维素醚掺量下砂浆的性能

图1 纤维素醚掺量对砂浆稠度的影响

由表 9 和图 1～3 可知，随着纤维素醚掺量的增加，粘结砂浆的稠度提高，分层度显著降低，保水率增大，说明增加纤维素醚掺量能提高砂浆的保水性，改善砂浆泌水现象。从上述试验中可以看出，纤维素醚掺量到 3kg 时，砂浆的稠度、分层度和保水率能满足施工要求；由于纤维素醚价格较贵，从成本角度考虑，选择纤维素醚掺量 3kg。

图2 纤维素醚掺量对砂浆分层度的影响

图3 纤维素醚掺量对保水率的影响

（3）选用表 10 配合比试验可分散乳胶粉的掺量对砂浆性能的影响。不同可分散乳胶粉掺量下砂浆的性能如表 11 和图 4～6 所示。

表10 可分散乳胶粉掺量对砂浆性能影响试验配合比 kg/t

由表 11 和图 4、图 5 可知，可分散乳胶粉的掺入对砂浆的物理性能和化学性能都产生了较大的影响。随着胶粉掺量的增加，砂浆的拉伸粘结强度增加，但增长速率在掺量 1.4% 时达到最大，然后逐渐下降，各掺量下的粘结强度都能满足规范要求。

表12 和 图 6 和图 7 为保温板粘结砂浆的性能检测结果。

表11 可分散乳胶粉不同掺量下砂浆的性能

表12 保温板粘结砂浆的工作性能和其他力学性能

图4 砂浆与水泥砂浆的拉伸粘结强度

图5 砂浆与保温板的拉伸粘结强度

图6 可分散乳胶粉对砂浆抗折强度的影响

图7 可分散乳胶粉对砂浆抗压强度的影响

由表 12 和图 6、图 7 可知，随着可分散乳胶粉掺量的增加，粘结砂浆的分层度显著降低，保水率增大，说明增加乳胶粉能提高砂浆的保水性。随着可分散乳胶粉的掺量的增大，1）砂浆的 14d 和 28d 抗折强度增大，说明砂浆的柔性提高；2）砂浆的 14d 和 28d 抗压强度降低，说明由于可分散乳胶粉具有引气作用，在粘结砂浆中引入了大量气泡，导致砂浆强度降低。3）砂浆的压折比逐渐降低，在可分散乳胶粉掺量为 1.4% 时达到最低点，说明砂浆的脆性降低，柔性提高。综合粘结强度、压折比和成本，选择可分散乳胶粉的掺量为1.4%。

（4）最终保温板粘结砂浆配合比选定见表 13。

表13 铁尾砂保温板粘结砂浆配合比 kg/t

4 施工工艺

4.1 砂浆的存储、生产和运输

（1）由于铁尾砂到厂时含水率较大，为保障生产的稳定性，不宜立即使用，需要多备一个存储仓，在存储仓静置一段时间后再用。

（2）铁尾砂的储料仓、上料仓应清洁无其余杂质。

（3）防止上料管道堵塞。

（4）砂浆运输过程中应注意防潮、防雨、防曝晒。

4.2 砂浆的施工

（1）基层处理：基层表面上的尘土、污垢等清扫干净，据要求将基层处理平整、密实，基层吸水性强或表面过分干燥的基层，应先喷少量清水润湿后再施工，喷雾状水湿润至墙面内 10～20mm，且基层表面无明水。

（2）砂浆的转运工具不得超过额定载重。直接加水使用电动搅拌器充分搅拌均匀，不得有生粉团，静置 5～10 分钟，再次搅拌即可使用，搅拌好的砂浆在 2个小时内用完，严禁将已凝固的砂浆二次搅拌再投入使用，即随搅随用。

（3）施工现场不需要添加任何外加剂，严格控制水固比和抹灰时间。

（4）砂浆在使用时，一次不可调制太多，视施工用量而定，如出现未使用完就结块的情况，不得继续使用。

（5）施工时，环境温度宜在 5～35℃ 区间，高于35℃ 且有阳光直射时应采取遮阳和降温措施，以保证保温体系的质量。在储存过程中，应存放在干燥通风处，避免受潮。

（6）浆抹压基层上，抹压完成后，砂浆切忌不停揉搓，以免形成空鼓。

（7）每次施工完毕后，要及时清洗干净施工工具和搅拌器材，以免影响下次使用。

5 研究结论

本项目根据相关文献和标准规范、结合试验研制出一种用铁尾砂做细骨料的保温板粘结砂浆，研究了铁尾砂对砂浆性能的影响、以及纤维素醚和乳胶粉等的掺量对砂浆拉伸粘结强度、抗压强度、抗折强度的影响，确定了一种成本低廉、生产简便、各项性能都满足设计和施工要求的配合比。通过使用铁尾砂降低生产成本；通过控制外加剂掺量来改善砂浆的泌水和沉积现象，提高和易性。

目前国内外对铁尾砂在混凝土中的应用研究较多，对铁尾砂在特种砂浆中的应用鲜有报道。本项目系统研究了铁尾砂在保温板粘结砂浆中的应用，明确了铁尾砂砂浆性能的影响，针对铁尾砂配制的砂浆保水性差、泌水等现象提出了解决方案，优化了配合比。最终使铁尾砂在特种砂浆中的应用得到实现。

研究配制的尾矿砂生产的保温板粘结砂浆已成功应用某些工程中，保温板粘结砂浆拉伸粘结强度≥0.6MPa。各性能指标经检测满足设计要求。通过调整配合比和外加剂的掺量，铁尾砂可以完全替代石英砂和河砂应用到保温板粘结砂浆的配制中，且配制的砂浆抗压抗折强度高、柔性大，拉伸粘结强度符合设计要求，干缩率小。砂浆的抹灰手感和天然砂生产的砂浆基本相同，施工性能良好。