引 言
随着我国建设规模日渐扩大，混凝土作为各种基础建设的首选材料，将会受 到更大的重视。而天然砂资源的日益缺乏，使人工砂配制混凝土成为未来混凝土发展的必然趋势。
尾矿的处理方式是就近修建尾矿库，将其堆存起来。这不仅占用大量土地，而且有很大的安全隐患,尾矿的开发与利用是解决大量尾矿资源堆弃占地、减轻环境负荷、消除溃坝隐患的重要途径。在研究铁尾矿基本性质的基础上，利用铁尾矿砂完全取代天然砂，研究铁尾矿砂混凝土的工作性与强度特点，利用矿物掺合料等手段对铁矿尾砂混凝土配合比进行优化人工砂配制混凝土在技术上、经济上逐渐变得切实可行。
另外,在人工砂配制混凝土方面，国内外较多的是从配合比设计和石粉含量上考虑其对强度方面的影响，而从水固比角度考虑的较少。用铁尾矿砂作为细集料配制混凝土，不仅为天然砂的取代找到了很好的替代物 ,还可以丰富人工砂混凝土水固比方面的理论。就此,我们从水固比角度出发，研究铁尾矿砂的特性，与水和胶凝材料混合做成铁尾矿砂浆，分析铁尾矿砂浆的流动性和填隙系数对混凝土坍落度，尤其是强度的影响。所以对铁尾矿砂混凝土的研究有重要的经济效益和社会效益。
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第一章 综述
1.1 细集料资源的利用现状 1.1.1 天然砂资源短缺及造成的影响
混凝土是目前最大宗的建筑材料，其今后的发展方向是：轻质、高强、高耐久性、多功能、节能和环保[1]。据统计，全世界每年混凝土使用量大约为 80 亿 t，石料用量大约为 60 亿 t[2]，而使用的大部分都是河、湖里的天然砂。随着天然砂的大量开采，砂资源逐渐枯竭，带来价格的不断上涨，从而导致乱挖滥采现象严重，对自然环境造成破坏，并给人们的日常生活带来很严重的影响[3]： （1）周围生态环境造成破坏；
（2）湖里砂的过量开采，会导致河床、湖床发生变形，地势发生变化，影响堤防安全和防洪；
（3）岸取水实施、港口码头、过江管道与电缆、桥梁基础等带来负面的响； （4）河床和水流走向，破坏了航槽的稳定性，使航道条件恶化； （5）河、湖泊岸边景区的景观受到破坏，并面临着地质灾害的威胁。
1.1.2 人工砂代替天然砂的必然趋势
美国、英国、日本、法国等国家生产和使用人工砂配制混凝土已有几十年的历史[4]。国内相继出现过以山砂（自然山砂）、石屑（采石场在加工碎石过程中产生的副产物）和机制砂（专门以岩石经破碎、筛分生产的砂）等替代天然砂。2002 年2月1日开始实施的《建筑用砂》（GB/T14684-2001）已明确人工砂作为一种建筑用砂，并规定了人工砂的技术要求、试验方法和检验规则。现在实施的《普通混凝土用砂、石质量及检验方法标准》（JBJ52-2006）中增加了人工砂的定义和其各项指标的详细限定。随着天然砂资源的日益匮乏和新标准的逐渐推广，人工砂代替天然砂将成为必然趋势。
1.1.3 人工砂配制混凝土的研究进展
目前国内有好几家大专院校和研究部门从不同的侧重点研究人工砂配制混凝
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土的可行性和操作性：
（1）从力学性能方面研究使用人工砂对混凝土的影响。有人认为人工砂与天然砂相比，由于颗粒表面粗糙、多棱角，机械咬合力要大于天然砂，在宏观上表现出强度高[[5]。
（2）从工作性方面研究使用人工砂对混凝土的影响。一般认为人工砂颗粒表面粗糙、多棱角，吸水率高，导致混凝土坍落度减小，并伴随有粘聚性差和泌水、离析等现象[6]。
1.2 铁尾矿资源的利用现状
2008年9月8日山西省临汾市襄汾县塔儿山铁矿发生了特别重大溃坝事故，“悬湖”中的20多万立方米尾矿砂倾泻而下，泥石流吞噬了集市、房屋、车辆，过泥面积30.2公顷，造成276人遇难。这场事故在社会上造成了特别恶劣的影响，给国家和人民生命财产造成了巨大损失，仅善后赔付就达1105万元。国家安监总局认为，这是迄今为止全世界最大的尾矿库事故。只要尾矿库存在，这类事故隐患就无法根除，解决的唯一途径是将矿山固体废弃物完全利用，使现有尾矿库的堆置高度降下来，新开矿山也不用修建大库容的尾矿库了[7]。
1.2.1铁尾矿的产出及堆置的危害
长期以来，无论是国内还是国外，选矿尾矿所采取的主要处理方式是：就近修建尾矿库，将其堆存起来。据不完全统计，截止2007年，我国现有大大小小尾矿库10000多个，全部金属矿山堆存的尾矿高达60亿吨以上，而且以每年产出3亿吨尾矿的速度增加，其中仅铁尾矿就约占总量的1/3。随着矿业开发规模的增大、入选矿石品位的降低和大量矿山的老化，已引发一系列资源、环境、经济和社会问题。尾矿堆存的弊病主要体现在以下几个方面：
（1）危害环境
破坏森林、地貌、植被和自然景观，导致水土流失、生态环境恶化，并潜伏着泥石流、山体滑坡、垮坝等突发性灾害。当刮大风时，扬起的砂尘如“砂尘暴”一般，对周围环境造成极大的破坏，对农作物、植被有很大的破坏作用，使周围居民生活在恶劣的环境中。还造成土壤污染，土地沙化，甚至使周围居民致病[8]。 （2）安全隐患
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随着铁尾矿堆积的不断增加，坝体的高度也随之增加，从而带来安全隐患。特别是当下大雨时，几十米高的尾矿坝一旦垮塌，将会造成重大人员伤亡和财产损失。我国已发生过大小事故数次，最严重的一次就是文章开头提到的2008年9月8日发生在山西襄汾的尾矿库溃坝事故。 （3）占用大量土地
国土资源部发布的2007年度《中国地质环境公报》中指出“截至2007年全国矿业开发占用和损坏的土地面积为165.8万公顷，其中尾矿堆放90.9万公顷”。
据不完全统计，仅迁安、迁西和遵化就有各类小型选矿厂1500多家，其占地量达数万公顷。其中包括大量的农用和林用土地。对我国这样一个人口众多、人均耕地面积很少的农业大国，显然是严重的威胁，给社会造成的压力和难题将是久远的。
（4）给国家和企业造成经济重负
正常堆存和治理费用巨大，尾矿堆存突发灾害和环境污染治理费用更是惊人。修建、维护和维修尾矿库及因建尾矿库征地所需的费用是相当可观的。尾矿处理设施是结构复杂、投资巨大的综合水工构筑物，其基建投资占整个采选企业费用的5％～40％；尾矿库的维护和维修更需消耗大量的资金。据统计，我国冶金矿山每吨尾矿需要尾矿库基建投资1～3元，生产经营管理费用3～5元。全国现有的尾矿库，每年的营运费用就达7.5亿元[9]。
1.2.2 铁尾矿的综合利用
对铁尾矿的综合利用国外进行的较早，美国、加拿大、前苏联等国均投人了大量资金，并已取得了明显的经济效益和社会效益。从 20 世纪 80 年代开始，我国对矿产资源综合利用工作加强了宏观管理，明确了指导方针。并于 1986 年首次在《中华人民共和国矿产资源法》中将尾矿综合利用以法律的形式提出，这为开展铁尾矿的综合利用创造了条件。同时，一些企业迫于保护环境以及解决就业问题等压力，开始重视对铁尾矿资源的综合利用，并在很多方面取得了实质性的成果。
（1）作井下采空区充填料
铁尾矿做井下填充物工艺简单、耗资少，降低了充填成本和整个矿山生产成本，降低矿石贫化率和损失率，提高了回采率。
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（2）铁尾矿用作土壤改良剂及微量元素肥料
铁尾矿中往往含有 Zn、Mn、Cu、Mo、V、B、Fe、P 等微量元素，这正是维持植物生长和发育的必需元素。磁化尾矿施入土壤后提高了土壤的磁性，引起了土壤中磁团粒结构的变化，尤其是导致“磁活性”粒级和土壤中铁磁性物质的活化，使土壤的结构性、孔隙度、透气性均得到改善。田间小区试验和大田试范试验表明，土壤中施入磁化尾矿后，农作物增产效果十分明显。 （3）利用铁尾矿复垦植被
我国矿山的土地复垦工作起步于 20 世纪 60 年代，在 80 年代后期至 90 年代进展较快，1988 年 11 月，国务院颁布了《土地复垦规定》，引起了有关部门的重视，有力地促进了矿山土地复垦工作的步伐。 （4）铁尾矿作建筑材料
我国铁尾矿（特别是高硅铁尾矿）作建筑材料利用也有部分的尝试，主要集中在：①生产水泥熟料：采取适当的措施，在新型干法水泥生产线上尝试用铁尾矿替代传统的硅质、铁质材料；②用铁尾矿制作建筑用砖和陶瓷产品：以铁尾矿为主原料，按配方加入其他一些化合物，使符合做砖、制陶的要求；③用铁尾矿制作混凝土小型空心砌块。以上只是阶段性尝试，还没有大规模的使用。
1.3建筑砂浆概述及发展趋势
砂浆是由胶结料、细集料、掺加料和水配制而成的建筑工程材料，在建筑工程中起粘结、衬垫和传递应力的作用。砂浆常用的胶凝材料有水泥、石灰、石膏等。按胶凝材料不同砂浆可分为水泥砂浆、石灰砂浆和混合砂浆。混合砂浆有水泥石灰砂浆、水泥粘土砂浆和石灰粘土砂浆等。依据用途，砂浆可分为砌筑砂浆和抹面砂浆，前者用于砖、石块、砌块等的砌筑以及构件安装；后者则用于墙面、地面、屋面及梁柱结构等表面的抹灰，以达到防护和装饰等要求。根据组成材料，可将砂浆分为水泥砂浆和水泥混合砂浆。水泥砂浆是由水泥、细集料和水配制成的砂浆，水泥混合砂浆是在水泥或石灰砂浆中掺加适当掺合料如粉煤灰、石灰膏，电石膏等制成的，以节约水泥或石灰用量，并改善砂浆的和易性。
砂浆的技术性质：1.新拌砂浆的和易性。砂浆的和易性是指砂浆是否容易在砖石等表面铺成均匀、连续的薄层，且与基层紧密黏结的性质。包括流动性和保水性两方面含义。(1)流动性。影响砂浆流动性的因素，主要有胶凝材料的种类
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