关键词：尾矿砂 干粉砂浆 外墙保温 性能
1、引言
目前，配制外墙外保温用干粉砂浆所用集料，一般是用天然河砂，经过水洗、烘干，并筛分分级而成。砂在外保温用干粉砂浆中所占的比例一般在50%-70%左右，砂作为骨料直接关系到成品砂浆的质量。由于长年开采，许多河道砂源已经枯竭，破坏耕地取砂也基本被政府禁止。目前，北京地区所用砂一般是从北京地区以外的地方运来。外保温用砂一般需经过预加工处理，再加上运费等因素，在砂浆成本上是很不经济的，因此必须寻找天然石英砂以外的新的用砂途径。
尾铁矿砂是铁矿企业在矿选铁精粉过程中所得的细废渣，当前北京及周边地区每年产出数百万吨，目前基本都采用围坝储存，既占用大量土地面积、又会污染环境，唐山地区铁尾矿累计堆存已达2亿吨以上，因而政府出台政策：鼓励企业在预拌砂浆过程中使用尾矿制成的机制砂，使用的企业如符合政策要求，可以享受税收优惠。对于尾矿建材的开发研究，国外起步较早，早在19世纪60年代初，前苏联就开始了尾矿建材的研究和生产，如克里沃罗格铁矿除将尾矿进行适当分级后用作混凝土的粗细骨料外，还用细粒级的尾矿生产硅酸盐建筑制品。另外，加拿大、美国、日本等国家也利用尾矿砂制作为各类建筑用砖品的骨料。目前，在我国粒径较大的尾铁矿砂已有被用于配制商品混凝土、铺路、代替粘土和铁矿石生产水泥熟料等，如首钢200万吨生产线搬迁工程决定全部采用由北京建筑工程学院与首钢矿业公司研制的尾矿砂石混凝土进行施工。但大量细粒径的尾铁矿砂迄今为止基本未被开发使用。
使用尾铁矿砂不仅可以减少尾矿的堆存，节约建坝、防洪等工程费用，改善矿区的环境，充分利用国家资源，还为外墙外保温砂浆用的原料开辟了一条新的途径，因此，本文的主要目的就是探讨尾矿机制砂代替天然砂用于外墙外保温干粉砂浆生产的技术途径。
2、尾矿砂的性质
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尾矿砂一般都经过破碎和分级处理，颗粒较细，级配良好。尾铁矿砂岩石组成主要为石英岩、辉绿岩和花岗岩，其物理化学性能是稳定的，表1为某一尾铁矿砂的矿物组成：
铁尾矿砂的堆积密度在1600—1900Kg/m3,比重为2.4～2.6左右，一般砂源含有一定量的粉料，据相关试验表明，粉料的主体是石粉，可以替代重钙的填充材料，填充砂浆的结构缝隙，优化结构，起到微集料的效应，对砂浆的密实度和强度有利。
尾矿砂因含水率、粒径组成方面的原因，不适合直接使用，需经过烘干后进行筛分，从而获得理想的外墙外保温砂浆用级配砂，下表1是从北京和河北地区所采集的砂样的筛分结果。
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薄抹灰外墙外保温系统砂浆中所用砂级配不同于混凝土砂浆中砂的级配，粒径偏细，一般在0.1～0.5mm之间，从上表可以看出并非所有尾矿砂都适合制备外保温砂浆用砂，从砂源选择上应该选择在这个粒径范围内分布较多，含粗颗粒和粉较少的尾矿砂进行筛分最为经济。考虑砂源的稳定性和运输费用，从中选取W2、W3、W4三种尾矿砂进行筛分，在合适粒径范围内所占砂基本含量大于60%，其余粗砂可做普通干粉砂浆或厚层外保温抹灰砂浆，细粉可以做填料使用。可以根据使用要求筛分出不同范围级配砂，根据产品的需要将不同的粒径的砂重新组合，实现最佳级配配料，经过筛分得出F1、F2、F3、F4、F5、F6、F7共7种尾矿砂进行试验。
天然石英砂具有光滑的表面，大多呈圆形，在配制砂浆过程中较低的包裹胶凝材料以及拌合水用量就可满足需求，粒径级配合理的天然砂无疑是生产干混砂浆较为理想的骨料。尾矿机制砂的不足之处在于颗粒形貌一般都不规则，棱角较多，有时呈片状，不如天然河砂的圆度系数高。而破碎后再经过磨机磨过的尾矿砂界于两者之间。
3、尾矿砂在外墙外保温砂浆中性能研究
在北方地区外墙外保温中，粘贴保温板薄抹灰系统仍然是主流产品，本文主要以外保温砂浆用量最大的粘结砂浆和抹面砂浆为主要研究对象。
3.1尾矿砂在外保温用粘结砂浆中的应用
表4为外保温用粘结砂浆中尾矿砂掺量变化及相应砂浆性能，其中，砂浆中的胶凝材料和外加剂保持不变，仅砂的种类和掺量变化。实验方法参照JG149—2003《膨胀聚苯板薄抹灰外墙外保温系统》
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由表4可见，尾矿砂的级配对砂浆性能影响较大，只要选择合适粒径的砂，不同粒径的尾矿砂级配搭配合理，配制出的外保温用粘结砂浆的性能完全可以满足标准要求。在不同粒径范围的尾矿砂使用过程中，存在一个最佳级配，这种级配下砂子的空隙率小，胶凝材料可以充分地包裹砂子，增加砂浆硬化体的密实度，从而使砂浆具有较好的粘接原强度和耐水粘接强度。从实验结果中可以看到尾矿砂和天然石英砂搭配使用，结果并不理想，需进一步专门做实验进行讨论分析。
3.2尾矿砂在外保温用抹面砂浆中的应用
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砂浆中的胶凝材料和外加剂同样保持不变，仅砂的种类和掺量变化，其中编号4、5的试验是采用同类型两种不同产地尾矿砂进行的试验，实验方法参照JG149—2003《膨胀聚苯板薄抹灰外墙外保温系统》。从结果上看，和粘结砂浆相同，只要砂的级配合理，均能用尾矿砂配制出性能良好的外保温用抹面砂浆。
3.3尾矿砂和天然石英砂在外保温砂浆中应用
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在表6的外保温粘结砂浆配比中用尾矿砂和天然石英砂搭配使用，结果不够理想。实验方法参照JG149—2003《膨胀聚苯板薄抹灰外墙外保温系统》。其中，表6编号1的试验完全采用天然石英砂作为骨料，不掺尾矿砂。
从表6结果来看，用尾矿砂和天然石英砂搭配使用，砂浆拉伸粘接强度并不理想，不如完全用天然砂配制的砂浆性能好。可以这么分析认为，天然砂表面基本呈不规则的圆形结构，而尾矿砂一般棱角较多，且不规则，有些呈片状结构，两者混合，造成砂空隙率增加，不能达到最紧密堆积，砂浆硬化体密实度不够，造成拉伸粘结强度不高。所以从试验结果来看，尾矿砂不太适合和天然砂搭配使用。
从表5和表6测试结果来看，采用尾矿砂配制外保温抹面砂浆的平均压折比，要比直接用天然砂或天然砂和尾矿砂搭配使用的外保温抹面砂浆压折比要低，说明用尾矿砂生产的砂浆柔韧性有所增高。另外掺有尾矿砂的砂浆，加水搅拌达到相同稠度时，拌合水的用量有所增加，经过试验证明，在加水搅拌后，达到同样稠度，掺有尾矿砂的砂浆拌合水用量一般比用天然砂配制砂浆增加0.5—2%，依据配比不同增加量有所变化。分析认为：由于尾矿砂一般棱角较多，且不规则，导致吸水量增加，但从试验结果来看，对砂浆性能影响不大。
3.4耐候性试验结果
表7中为用尾矿砂实际生产的抹面砂浆和用天然砂生产的抹面砂浆进行耐候性试验后的拉拔结果，实验方法参照JG149—2003《膨胀聚苯板薄抹灰外墙外保温系统》。采用粘贴聚苯板薄抹灰保温体系，单层耐碱网格布增强，砂浆厚度约3—4mm左右。同一试验墙分成左右两部分，分别用尾矿砂砂浆和天然砂砂浆抹面，其他材料完全相同。
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4、工程使用
用尾矿砂生产的粘结砂浆和抹面砂浆，在北京万恒家园粘贴聚苯板薄抹灰涂料饰面的外墙外保温工程中批量进行了应用，到现在已有半年时间，其中经历了北京地区冬季恶劣天气变化，没有出现空鼓、开裂等问题，效果良好。在使用过程中，操作工人感觉砂浆的抹灰手感和天然砂生产的砂浆基本相同，无不适应感。
5、结论
1）采用合适的尾矿砂源进行筛分，完全可以制得适合外墙外保温砂浆所需的级配砂。
2）尾矿砂比较适合配制外墙外保温砂浆，所配制的砂浆能够满足标准要求，性能良好。
3）采用尾矿砂和天然石英砂搭配使用，性能不如单独用尾矿砂或天然石英砂。
4）使用尾矿砂在颗粒级配上有最佳配比，应针对不同尾矿砂做试验确定。
5）用尾矿砂生产的外保温粘结、抹面砂浆在拌合水用量上有所增加，但不影响砂浆性能，同时砂浆的柔韧性有所增强。
参考文献
1〕章银详等，尾矿砂干拌砂浆的性能及其生产技术的研究 中国砂浆 2008.1
2〕许发松 尾矿砂石在混凝土中的研究与应用 商品混凝土 2006.1
3〕段鹏选等 尾矿砂在普通干混砂浆中的应用 北京市建筑材料科学研究院
4〕贾清梅等 铁尾矿的资源化利用研究及现状 矿业工程 2006. 3
文章来源：北京敬业达建材有限公司-徐振伟、章银详
