利用铁尾矿替代细石英砂配制聚合物水泥砂浆的研究

肖力光，李睿博，崔正旭，雒锋
（吉林建筑工程学院材料科学与工程学院，吉林长春130118）

0 引言
铁尾矿是一种复合矿物原料，是铁矿石经加工、磁选后排放的一种矿物废料。主要化学成分有SiO2、Al2O3、Fe2O3、CaO、MgO 等，还含有少量其他如K2O、Na2O 以及S、P 等元素。随着钢铁工业的迅速发展，铁矿石尾矿在工业固体废弃物中占的比例也越来越大。据不完全统计，目前我国发现的矿产有150 多种，开发建立了8 000 多座矿山，累计生产尾矿59.7 亿t，其中在尾矿库中堆存的铁尾矿量占全部尾矿堆存总量的近1/3[1]。随着尾矿数量的不断增加，不安全隐患也日益增大，尤其是坝高超过100 m 的大型尾矿库，一旦发生事故，其造成的破坏程度将不亚于地震的破坏程度[2]。由于矿山尾矿多已磨细，常渗流溢出，刮风扬尘，严重污染水源、土质和空气[3-4]，尾矿引起的粉尘云恶化了周围地区的居住环境和生活条件[5]。因此，尾矿综合利用意义重大，尾矿作为二次资源已经受到世界各国的高度重视[6-7]。

1 主要原材料及性能
（1）铁尾矿粉：采用通钢集团板石矿铁尾矿粉，利用小于0.6 mm 粒径的细尾矿替代细的石英砂来配制用于外保温的聚合物改性砂浆和用于黏结保温板和饰面板的聚合物黏结砂浆，铁尾矿化学成分见表1。

（2）水泥：采用吉林亚泰集团生产的P·O 42.5 级水泥。
（3）减水剂：采用UNF 高效减水剂。
（4）纤维素醚：采用羟乙基甲基纤维素醚。
（5）可再分散性聚合物乳胶粉：采用乙酸乙烯酯-乙烯共聚乳胶粉，颗粒细度100 目100%通过，堆积密度450~600 g/L，残余水分≤1%，最低成膜温度0~8℃。
（6）木质素纤维：外观灰色纤维，纤维含量99.5%，松密度100 g/L。
（7）聚丙烯纤维：采用东华大学研制的聚丙烯膜裂纤维（PP短纤维），长度15 mm，抗拉强度大于700 MPa。

2 试验结果与讨论
2.1 可再分散性乳胶粉对铁尾矿聚合物水泥砂浆的性能影响
可再分散性乳胶粉对铁尾矿聚合物水泥砂浆的性能影响结果见图1、2。

由图1、2 可以看出，在一定范围内，随着可再分散性乳胶粉掺量的增加，无论是抗压强度、抗折强度还是拉伸黏结强度，都呈现上升趋势，特别是拉伸黏结强度增加更加明显。当掺量为2%时砂浆的抗压强度达到最高，拉伸黏结强度为掺量3%时达到最大，比不掺增大近3 倍。其原因在于：当水泥砂浆中加入可再分散性乳胶粉时，会在水中形成聚合物，随着水分的吸收和蒸发，聚合物膜附着于水泥毛细孔的内壁上，从而增加改性砂浆的内聚强度[8-9]。因此，在一定范围内随着可再分散性乳胶粉掺量的增加，改性砂浆抗压强度增强。从界面结合强度方面分析，当可再分散性乳胶粉掺量在一定范围内时，颗粒干燥后形成的聚合物膜可通过锚固和自张拉产生的桥键作用增强改性砂浆与基材的附着力，从而增加改性砂浆的粘接强度。聚合物改性水泥砂浆的微观结构见图3。