礦業(yè)廢渣生產(chǎn)混凝土砌塊的技術(shù)研究
2005-05-10 00:00
摘 要：介紹了礦業(yè)廢渣的危害、綜合利用現(xiàn)狀、用其制作混凝土砌塊的工藝流程；對(duì)孤山礦的礦業(yè)廢渣通過制作混凝土試塊對(duì)其進(jìn)行了力學(xué)性能試驗(yàn)，證明礦業(yè)廢渣是可以用作混凝土骨料制作混凝土砌塊，并對(duì)礦業(yè)廢渣制作混凝土砌塊進(jìn)行了應(yīng)用前景展望。
關(guān)鍵詞：尾礦；混凝土砌塊；礦業(yè)廢渣
1 前 言
我國現(xiàn)有較大規(guī)模的尾礦庫400 多座。儲(chǔ)存選礦廠排出的尾礦達(dá)50億t 以上。而且每年以3億t的數(shù)量在增長。尾礦排入河道、溝谷、低地，污染水土大氣，破壞環(huán)境，甚至造成嚴(yán)重災(zāi)害，因此，尾礦的治理和利用是十分緊迫的事情。
我國大多數(shù)金屬礦山尾礦品位低，尾礦排出量大。據(jù)統(tǒng)計(jì)，礦山每年的尾礦占固體廢料的1/ 3 左右，而目前尾礦綜合利用率僅為8. 2 %左右。隨著科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步和工業(yè)生產(chǎn)技術(shù)水平的提高，進(jìn)一步開發(fā)利用尾礦資源，使尾礦資源化，變廢為寶是治理尾礦污染的的積極方案。為此，大力開展科技攻關(guān)，通過示范工程，建立高附加值的產(chǎn)業(yè)，推進(jìn)科技成果產(chǎn)業(yè)化，使尾礦得到綜合回收與整體利用，不僅加強(qiáng)了環(huán)境治理也可創(chuàng)造巨大的社會(huì)財(cái)富。
在尾礦綜合利用上，以前多關(guān)心尾礦中有價(jià)金屬礦物組分的回收利用，但仍會(huì)排出大量沒有利用的尾礦，沒有整體解決尾礦利用問題。即使某些礦山曾研究將尾礦作為建筑材料、玻璃原料加以利用，只可惜未能引起礦業(yè)界的普遍關(guān)注，尾礦整體綜合利用仍沒有很好解決。
近20年來，礦山企業(yè)及科技工作者開展了對(duì)尾礦中非金屬組分的回收和全部尾礦的整體利用的開發(fā)試驗(yàn)研究。研究與實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)表明礦山廢石和選廠尾礦可作為鐵路、公路道渣、混凝土粗骨料。多種礦山尾礦可作為建筑用砂，免燒尾礦磚、砌塊、廣場(chǎng)磚、鋪路磚及新型墻體材料原料，有些礦山尾礦可制陶瓷及建筑陶瓷墻地磚、瓦、輕質(zhì)材料；許多礦山尾礦已成為良好的水泥材料，有望形成尾礦水泥系列；高硅尾礦可作玻璃；不少尾礦可制微晶玻璃；有望成為新材料原料，日益得到社會(huì)承認(rèn)，成為社會(huì)新生產(chǎn)力的組成部分。
2 礦業(yè)廢渣綜合利用現(xiàn)狀
2. 1 煤矸石的綜合利用
煤矸石是采煤過程中產(chǎn)生的廢渣，包括巷道掘進(jìn)過程中的掘進(jìn)矸石、采煤過程中從頂板、底板及夾層里采出的矸石。它是成煤過程中與煤層伴生的一種含碳量低、比較堅(jiān)硬的黑色巖石，是由碳質(zhì)頁巖、碳質(zhì)砂巖、頁巖、粘土等組成的混合物。我國各地煤矸石化學(xué)成分相差很大。隨著煤炭工業(yè)的發(fā)展，國外的主要煤炭生產(chǎn)國和我國都已有了數(shù)以億噸計(jì)的煤矸石，并且仍在繼續(xù)增加。煤矸石的堆積不但占用了大量土地，而且其中硫化物的散發(fā)會(huì)污染大氣和水源，其中的黃鐵礦易被空氣氧化放出熱量，甚至引起自燃，煙霧也污染環(huán)境。當(dāng)然，煤矸石也是一種可用的資源。含碳量較高的煤矸石可直接供沸騰爐作燃料；含碳量較低可用于磚瓦、水泥等建材的生產(chǎn)，含碳量極低的可填坑造地或用作路基材料。利用煤矸石還能制造一些化工產(chǎn)品。
2. 2 廢石及尾礦用作采礦充填料
采礦廢石用作充填料充填地下采空區(qū)，既可節(jié)省專門去開采充填料的費(fèi)用，又可減少地表廢石堆的面積，還可以減少或消除廢石對(duì)環(huán)境造成的危害。國內(nèi)很多礦山都采取了這一措施，收到了明顯的經(jīng)濟(jì)和社會(huì)效益。我國鈾礦山的廢石已大都用作充填料回填了采空區(qū)。
2. 3 用尾礦粗砂作混凝土骨料
尾礦未經(jīng)再選直接利用，可歸類為非金屬礦資源用于制備建筑材料。這是本文討論的重點(diǎn)。
2. 4 從廢石或尾礦中回收有用金屬
廢石及尾礦中常常含有多種有用元素，回收和提取這些元素，不但能在經(jīng)濟(jì)上帶來收益，而且可以減輕廢石和尾礦對(duì)環(huán)境的污染。
3 礦業(yè)廢渣制作混凝土砌塊工藝
3. 1 混凝土的制備工藝
混凝土的制備工藝，主要指的是混凝土拌和物的攪拌?；炷涟韬臀锏臄嚢瑁四芷鸹旌献饔猛?，還能起到一定的塑化和強(qiáng)化作用。生產(chǎn)混凝土砌塊的混凝土，一般采用干硬性的普通混凝土或輕質(zhì)混凝土。干硬性混凝土由于水泥用量和加水用量都比較少，集料難于自由拌和，故宜采用強(qiáng)制式攪拌機(jī)進(jìn)行攪拌?；炷恋臄嚢钑r(shí)間，對(duì)拌和物的勻質(zhì)性有明顯影響。攪拌時(shí)間過短，則拌和不勻，會(huì)降低混凝土的強(qiáng)度及和易性；攪拌時(shí)間過長，不僅會(huì)影響攪拌機(jī)的效率，而且會(huì)使混凝土的和易性又重新降低或產(chǎn)生分層離析現(xiàn)象?；炷翍?yīng)攪拌至各種組成材料混合均勻，顏色一致，對(duì)于高強(qiáng)度混凝土、干硬性混凝土尤應(yīng)注意。在拌和物的攪拌過程中，自全部材料裝入攪拌筒起，至混凝土由筒中開始卸料時(shí)為止，延續(xù)的最短時(shí)間。
3. 2 混凝土砌塊的成型工藝
成型是混凝土砌塊生產(chǎn)過程中的關(guān)鍵工序。由于混凝土砌塊是半干硬性或干硬性混凝土(流動(dòng)性差) ，采用振動(dòng)加壓密實(shí)成型是比較理想的工藝方法。其優(yōu)點(diǎn)是：小砌塊成型質(zhì)量好、成型效率高、水泥消耗少、成本低、可以立即脫模養(yǎng)護(hù)，使砌塊生產(chǎn)方式具有較大的靈活性。主要缺點(diǎn)是：成型時(shí)振動(dòng)噪音大。制作試件的試模由鑄鐵或鋼制成，具有足夠的剛度并拆裝方便。試模的內(nèi)表面應(yīng)通過機(jī)械加工，其不平度應(yīng)為每100 mm 不超過0. 05 mm。組裝后各相鄰面的不垂直度不超過±0. 5°。制作試件前，將試模擦干凈并在其內(nèi)壁上涂上一層礦物油脂或其它脫模劑。采用振動(dòng)臺(tái)振動(dòng)成型時(shí)，將混凝土拌和物一次裝入試模，裝料時(shí)用抹刀沿試模內(nèi)壁略加插搗并使混凝土拌和物高出試模上口。振動(dòng)時(shí)防止試模在振動(dòng)臺(tái)上自由跳動(dòng)。振動(dòng)持續(xù)到混凝土表面出漿為止，刮除多余的混凝土，并用抹刀抹平。
3. 3 混凝土砌塊的養(yǎng)護(hù)工藝
養(yǎng)護(hù)是混凝土砌塊生產(chǎn)的基本工序之一，它對(duì)混凝土砌塊的質(zhì)量影響很大。養(yǎng)護(hù)的目的是為了保證混凝土凝結(jié)硬化得以正常進(jìn)行，使砌塊能獲得所需要的物理力學(xué)性能和耐久性。養(yǎng)護(hù)是混凝土砌塊生產(chǎn)過程中時(shí)間最長的工序，通常占整個(gè)生產(chǎn)周期的80 %～90 %?；炷疗鰤K養(yǎng)護(hù)工藝有三要素，即養(yǎng)護(hù)濕度、溫度和養(yǎng)護(hù)延續(xù)時(shí)間。標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)的試件成形后應(yīng)覆蓋表面，以防止水分蒸發(fā)，并在溫度為(20 ±5) ℃情況下靜置一晝夜至兩晝夜，然后編號(hào)拆模。拆模后的試件立即放在溫度為(20 ±3) ℃，濕度為90 %以上的標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)室內(nèi)養(yǎng)護(hù)。在標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)室內(nèi)試件應(yīng)放在架上，彼此間隔為10～20 mm ，并避免用水直接沖淋試件?；炷猎嚰跇?biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)28d后進(jìn)行試驗(yàn)。
4 混凝土砌塊工程應(yīng)用前景展望
混凝土砌塊建筑具有很多優(yōu)越性，具體表現(xiàn)在：
(1) 節(jié)地，混凝土砌塊建筑能耗低，符合國家技術(shù)發(fā)展政策。與粘土實(shí)心磚相比生產(chǎn)能耗減少近50%；
(2) 自重輕，減少了上部結(jié)構(gòu)的載荷，有利于建筑抗震。小砌塊的標(biāo)準(zhǔn)尺寸為390 mm ×190 mm×190mm ，空心率為47% ，重約18kg ，相當(dāng)于9. 6 塊標(biāo)準(zhǔn)磚、墻體自重減少30%左右；
(3) 施工速度快，1m 小砌塊砌體需用標(biāo)準(zhǔn)砌塊12. 5 塊，而1140m厚磚墻需用標(biāo)準(zhǔn)磚192 塊，490 mm 厚厚磚墻需用標(biāo)準(zhǔn)塊256 塊，大幅地降低了砌筑工人的勞動(dòng)強(qiáng)度，可提高砌筑速度40%～90%；
(4) 節(jié)約砂漿，與粘土實(shí)心磚相比可節(jié)約砂漿60%左右；
(5) 增加使用面積，一般可增加使用面積3%～5% ，使用面積系數(shù)有所提高；
(6) 抗震性能好，國外混凝土砌塊應(yīng)用和發(fā)展的經(jīng)驗(yàn)及國內(nèi)大量混凝土砌塊配筋砌體的實(shí)踐證明：配筋和注芯不僅提高砌體的強(qiáng)度，還可以大大改善砌體抗變形的能力，把脆性材料變成了有較好延性的彈塑性材料，并且有較好的抗震性能；
(7) 鋼材用量適中，與同等規(guī)模的磚混結(jié)構(gòu)相比，鋼筋用量增加約30%左右，每平方米建筑面積的含鋼率約為20～25kg ；
(8) 節(jié)約投資與功能相同其他結(jié)構(gòu)形式的建筑相比，每平方米建筑造價(jià)減少1%～8% ，同時(shí)還可免除墻改費(fèi)、投資方向調(diào)節(jié)稅等，綜合經(jīng)濟(jì)效益顯著。
國內(nèi)試點(diǎn)工程及國外資料綜合分析表明：高層混凝土砌塊配筋砌體結(jié)構(gòu)與同等規(guī)模的鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)相比，工程造價(jià)降低10%～25% ，三材(鋼筋、水泥和木材) 用量減少30%～50% ，施工周期縮短1/3以上。
綜上所述，砌塊建筑有諸多的優(yōu)越性。發(fā)展砌塊建筑，要加大宣傳力度，政府企業(yè)并舉。國家從保護(hù)環(huán)境、節(jié)約能源的長遠(yuǎn)目標(biāo)出發(fā)制定了相關(guān)的政策法規(guī)，各級(jí)建委、規(guī)委、墻改辦的正確領(lǐng)導(dǎo)和支持，為砌塊建筑的發(fā)展提供了廣闊的空間。各個(gè)建設(shè)單位尤其是房地產(chǎn)開發(fā)企業(yè)還要改變觀念，做推廣砌塊建筑的主力軍。目前，北京市板式小高層建筑仍主要采用全現(xiàn)澆剪力墻結(jié)構(gòu)，砌塊建筑仍處于試驗(yàn)階段。砌塊實(shí)際使用量不足現(xiàn)有產(chǎn)量的1/3 ，這表明，傳統(tǒng)的觀念還沒有改變，宣傳的力度不夠，普通百姓對(duì)砌塊還不夠了解，砌塊建筑給社會(huì)帶來的綜合效益還未被認(rèn)可。
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