一种铁尾矿混凝土‑普通混凝土组合梁及其施工方法

摘要

一种铁尾矿混凝土‑普通混凝土组合梁及其施工方法，其中铁尾矿混凝土‑普通混凝土组合梁，包括有钢筋骨架和浇筑在钢筋骨架外侧的混凝土层；所述钢筋骨架包括有一排纵向受力钢筋，一排纵向架立筋以及一组箍筋；所述混凝土层有两层，分别为浇筑在组合梁下部的普通混凝土层和浇筑在组合梁上部的铁尾矿混凝土层；所述纵向受力钢筋位于普通混凝土层中；所述纵向架立筋位于铁尾矿混凝土层中。本发明上部浇筑高强铁尾矿混凝土，下部浇筑普通混凝土并配有高强抗拉钢筋，充分发挥组合梁上部铁尾矿混凝土高抗压强度和下部钢筋的高抗拉强度，所述组合梁体各部分材料受力合理，相对常规的高强普通混凝土梁，减少了高强混凝土用量，降低了成本。

说明书

技术领域

本发明属于建筑工程技术领域，特别涉及一种铁尾矿混凝土-普通混凝土组合梁及其施工方法。

背景技术

钢筋混凝土结构从出现到现在，已有一百多年的历史，用其制做的构件构成了我们居住的环境，而其中的钢筋混凝土梁构件，为人类生产生活提供了大跨度、大开间的场所。从受力角度来说，这种常规梁试件主要发挥了受压区混凝土的抗压强度，而梁下部混凝土的抗拉强度较小，对于梁受弯承载力贡献较小，主要是梁底受拉纵筋承受拉力，这就造成了梁下部混凝土并未发挥其高抗压强度的作用，尤其对于高强度等级的混凝土梁，造成成本较高，直接导致工程造价提高。

此外，在我国较多省份中，如河北唐山、张家口地区，储存着丰富的尾矿资源得不到有效利用，尾矿的巨大堆积对周围的环境造成严重影响。尾矿堆存需要占用大量土地，截至2013年，我国尾矿堆放占用土地达2300多万亩，随着新的尾矿库不断增加，必将占用更多的土地；但是，尾矿只是放错了地方的资源，由于我国矿业起步晚，技术发展不平衡，不同时期的选冶技术差距很大，大量有价值资源存留于尾矿之中，造成资源巨大浪费；另外，尾矿所含重金属离子，甚至砷、汞等污染物质，会随尾矿水流入附近河流或渗入地下，严重污染河流及地下水源，自然干涸后的尾砂，遇大风形成扬尘，吹到周边地区，对环境造成危害；很多尾矿库超期使用，甚至违规操作，使尾矿库存在极大安全隐患，对周边地区人民财产和生命安全造成严重威胁，建国以来，我国多次发生过尾矿库溃坝事故，造成大量人员伤亡，等等，尾矿的巨大堆积危害严重，亟待我们想出办法解决这一难题。

发明内容

本发明提出了一种铁尾矿混凝土-普通混凝土组合梁及其施工方法，要解决传统的普通混凝土梁中高强混凝土没有充分发挥其作用性能，造成高强普通混凝土材料的浪费及施工成本的增高的技术问题。

本发明技术方案如下。

一种铁尾矿混凝土-普通混凝土组合梁，包括有钢筋骨架和浇筑在钢筋骨架外侧的混凝土层；所述钢筋骨架包括有一排沿横向平行间隔布置的纵向受力钢筋，一排与纵向受力钢筋相对应、布置在纵向受力钢筋正上方的纵向架立筋以及一组沿纵向平行间隔环箍在纵向受力钢筋与纵向架立筋外侧的箍筋；所述混凝土层有两层，分别为浇筑在组合梁下部的普通混凝土层和浇筑在组合梁上部的铁尾矿混凝土层；所述纵向受力钢筋位于普通混凝土层中；所述纵向架立筋位于铁尾矿混凝土层中。

优选的，所述铁尾矿混凝土-普通混凝土组合梁横截面为实心的矩形或实心的T型或实心的箱型或者空心的矩形或者空心的T型或者空心的箱型。

优选的，所述组合梁下部的普通混凝土层的截面高度占所述组合梁截面高度的1/2～2/3；所述组合梁上部的铁尾矿混凝土层的截面高度占所述组合梁截面高度的1/3～1/2。

优选的，所述钢筋骨架到对应一侧的混凝土边缘的距离为2cm～3cm。

优选的，所述组合梁中铁尾矿混凝土包括的组分有水泥、硅灰、粉煤灰、铁尾矿粉、铁尾矿砂、减水剂和水；

其中，各组分配比为水泥：硅灰：粉煤灰：铁尾矿粉：铁尾矿砂＝60:16:25:40:124；减水剂掺量为胶凝材料重量的1.5％，水胶比为0.33；其中，所述胶凝材料为水泥、硅灰和粉煤灰的混合物。

优选的，所述铁尾矿砂和铁尾矿粉均为矿场排放的废弃物经过过筛后制得，不再通过机器磨细；其中，铁尾矿砂粒径为0.08mm～2.5mm，铁尾矿粉粒径不大于0.3mm。

优选的，所述铁尾矿砂和铁尾矿粉的成分均如下。

优选的，所述水泥为硅酸盐水泥或者强度等级大于等于42.5的普通硅酸盐水泥；所述粉煤灰为Ⅰ级粉煤灰；所述减水剂为聚羧酸系高效减水剂或者萘系高效减水剂；所述硅灰为二氧化硅含量大于等于90％的硅灰。

一种铁尾矿混凝土-普通混凝土组合梁的施工方法，包括步骤如下。

步骤一：根据所述组合梁的几何尺寸制做模板，将纵向受拉钢筋、纵向架立筋通过箍筋绑扎成组合梁的钢筋骨架，钢筋骨架与模板之间留有2～3cm的间隙，作为保护层厚度。

步骤二：将矿场排放的废弃物进行筛分，得到铁尾矿粉和铁尾矿砂；同时进行水泥、硅灰、粉煤灰和减水剂材料的选取。

步骤三：制备普通混凝土以及依据计算所得的铁尾矿混凝土配比水泥：硅灰：粉煤灰：铁尾矿粉：铁尾矿砂＝60:16:25:40:124，减水剂掺量为胶凝材料重量的1.5％，水胶比为0.33，制备铁尾矿混凝土，其中，所述胶凝材料为水泥、硅灰和粉煤灰的混合物。

步骤四：进行组合梁下部的普通混凝土层的浇筑，并振捣密实。

步骤五：在普通混凝土层初凝前，浇筑组合梁上部的铁尾矿混凝土层，并振捣密实。

步骤六：所述组合梁普通混凝土层和铁尾矿混凝土层均达到拆模强度后拆模，再进行自然养护，形成铁尾矿混凝土-普通混凝土组合梁。

优选的，步骤二中矿场排放的废弃物经过过筛后直接使用，不再通过机器磨细，铁尾矿砂粒径为0.08～2.5mm，铁尾矿粉粒径不大于0.3mm；步骤三中制备铁尾矿混凝土具体为，先按所述配比称量材料，将其倒入搅拌机中，搅拌3～5分钟，使其搅拌均匀，再将称量好的减水剂与水混合均匀，分两次加入搅拌机中，每次搅拌2～3分钟。

与现有技术相比本发明具有以下特点和有益效果。

1、按照本发明生产的铁尾矿混凝土-普通混凝土组合梁，包括底部的普通混凝土和上部的铁尾矿混凝土，浇筑时，先浇筑底部的普通混凝土，再继续浇筑上部的铁尾矿混凝土，待养护成型拆模后即可，所述组合梁制做工艺简单，可操作性强，便于质量控制。

2、所述铁尾矿混凝土-普通混凝土组合梁，上部浇筑高强铁尾矿混凝土，下部浇筑普通混凝土并配有高强抗拉钢筋，充分发挥组合梁上部铁尾矿混凝土高抗压强度和下部钢筋的高抗拉强度，所述组合梁体各部分材料受力合理，相对常规的高强普通混凝土梁，减少了高强混凝土用量，降低了成本，经济效益明显。

3、本发明所述的铁尾矿混凝土-普通混凝土组合梁，其应用广泛，可适合现场施工的建筑环境，更主要适合于预制构件厂的制作生产，应用于装配式建筑中，为我国的正如火如荼发展的建筑事业提供一种新型的预制组合梁。

4、本发明的铁尾矿混凝土-普通混凝土组合梁采用的铁尾矿混凝土，其中铁尾矿粉和铁尾矿砂总量占混合料总量的60％以上，从而大量消耗的废弃物铁尾矿；同时组合梁中铁尾矿混凝土的发明为我国正蓬勃发展的建筑行业提供了一种环保、节能的绿色混凝土，满足基础设施建设、城镇化及棚户区改造工程的需要，具有显著的经济效益和环境效益。

5、本发明中在混凝土同时加入了铁尾矿砂和铁尾矿粉，一方面增加了工业废弃物铁尾矿的使用量，提高铁尾矿利用率；另一方面，铁尾矿粉粒径小于铁尾矿砂，可以起到填充作用，提高铁尾矿混凝土密实度，改善混凝土耐久性。

6、本发明中的铁尾矿粉和铁尾矿砂，其主要组成成分为二氧化硅，且二氧化硅的含量高达50％，对于提高铁尾矿的硬度有重要作用；用这种铁尾矿制备混凝土，在保证混凝土高强度的前提下，能够较大程度的提高铁尾矿的掺量，大大降低高成本的硅灰使用量以及水泥用量；所以，这种配比下的混凝土单方成本相对最低，混凝土高强度得到保证，有利于废物利用，解决尾矿堆积带来的种种问题。

7、本发明采用的是三元胶凝体系，即胶凝材料为水泥、硅灰和粉煤灰，硅灰粒径较水泥更细,在拌合过程中硅灰发生水化反应，生成硅酸钙凝胶，将铁尾矿等凝聚为一体，并且硅灰的火山灰效应反应剧烈，对于提高混凝土强度有决定性作用；同时硅灰粒径更细，更好的填充铁尾矿之间的空隙，提高混凝土密实度，有利于提高混凝土的耐久性和抗渗性。

8、本发明中硅灰是所有原材料中成本最高的，但又对于混凝土强度有决定性作用，其用量过低会导致混凝土强度的急剧降低，用量较高又会快速增加混凝土成本，从而由混凝土强度和成本两方面考虑硅灰用量；在本发明中，使用二氧化硅含量大于90％的硅灰，同时使用占胶凝材料总量25份的粉煤灰代替部分硅灰和水泥用量，并且在向三元胶凝体系中加入适量的铁尾矿，这几种原材料在混凝土的拌合过程中，相互作用，不仅保证混凝土强度和耐久性不受影响，而且降低了硅灰和水泥的用量而且还减少了温室气体排放量，达到了降低生产成本、无害化、资源化生产的目的。

9、本发明的混凝土中同时加入水泥、硅灰、粉煤灰、铁尾矿粉、铁尾矿砂以及减水剂，它们在混凝土的拌合过程中，相互作用，不仅极大程度的提高了该混凝土的工作性，而且对该混凝土强度、抗渗性以及耐久性等性能都有不同程度的提高。

10、本发明中的铁尾矿混凝土制作出的100mm×100mm×100mm立方体试块抗压强度可达到C65、C70强度等级，并且将此抗压强度大的混凝土放于组合梁上部1/3～1/2的部位，充分发挥了其抗压强度。

附图说明

图1为本发明中铁尾矿混凝土-普通混凝土组合梁的横截面图。

附图标记：1―普通混凝土层、2―铁尾矿混凝土层、3―纵向受力钢筋、4―纵向架立筋、5―箍筋。

具体实施方式

本发明的目的是为了将铁尾矿废物利用，制备一种高强铁尾矿混凝土，并用其制做一种施工简单方便、材料受力合理的铁尾矿混凝土-普通混凝土组合梁，既解决了尾矿堆积产生的环境问题，又可降低高强混凝土梁制做成本，便于推广应用。

如图1所示，这种铁尾矿混凝土-普通混凝土组合梁，包括有钢筋骨架和浇筑在钢筋骨架外侧的混凝土层；所述钢筋骨架包括有一排沿横向平行间隔布置的纵向受力钢筋3，一排与纵向受力钢筋3相对应、布置在纵向受力钢筋3正上方的纵向架立筋4以及一组沿纵向平行间隔环箍在纵向受力钢筋3与纵向架立筋4外侧的箍筋5；所述混凝土层有两层，分别为浇筑在组合梁下部的普通混凝土层1和浇筑在组合梁上部的铁尾矿混凝土层2；所述纵向受力钢筋3位于普通混凝土层1中；所述纵向架立筋4位于铁尾矿混凝土层2中。

本实施例中，所述纵向架立筋4、受力钢筋3与箍筋5绑扎连接。

本实施例中，所述铁尾矿混凝土-普通混凝土组合梁横截面为实心的矩形或实心的T型或实心的箱型或者空心的矩形或者空心的T型或者空心的箱型。

本实施例中，所述组合梁下部的普通混凝土层1的截面高度占所述组合梁截面高度的1/2～2/3；所述组合梁上部的铁尾矿混凝土层2的截面高度占所述组合梁截面高度的1/3～1/2。

本实施例中，所述钢筋骨架到对应一侧的混凝土边缘的距离为2cm～3cm。

本实施例中，所述组合梁中铁尾矿混凝土包括的组分有水泥、硅灰、粉煤灰、铁尾矿粉、铁尾矿砂、减水剂和水；

其中，各组分配比为水泥：硅灰：粉煤灰：铁尾矿粉：铁尾矿砂＝60:16:25:40:124；减水剂掺量为胶凝材料重量的1.5％，水胶比为0.33；其中，所述胶凝材料为水泥、硅灰和粉煤灰的混合物。

本实施例中，所述铁尾矿砂和铁尾矿粉均为张家口某矿场排放的废弃物经过过筛后制得，不再通过机器磨细，减少二次能源消耗；其中，铁尾矿砂粒径约为0.08mm～2.5mm，铁尾矿粉粒径不大于0.3mm。

本实施例中，所述铁尾矿砂和铁尾矿粉的成分均如下。

本实施例中，所述水泥为普通硅酸盐P·O42.5水泥；所述粉煤灰为Ⅰ级粉煤灰；所述减水剂为聚羧酸系高效减水剂；所述硅灰为二氧化硅含量大于等于90％的硅灰。

当然在其他实施例中，所述水泥还可以用硅酸盐水泥或者强度等级大于42.5的普通硅酸盐水泥；所述减水剂还可以为萘系高效减水剂。

一种铁尾矿混凝土-普通混凝土组合梁的施工方法，包括步骤如下：

步骤一：根据所述组合梁的几何尺寸制做模板，将纵向受拉钢筋3、纵向架立筋4通过箍筋5绑扎成组合梁的钢筋骨架，钢筋形式根据组合梁的受力情况决定，钢筋骨架与模板之间留有2～3cm的间隙，作为保护层厚度。

步骤二：将矿场排放的废弃物进行筛分，得到铁尾矿粉和铁尾矿砂；同时进行水泥、硅灰、粉煤灰和减水剂材料的选取。

步骤三：制备普通混凝土以及依据计算所得的铁尾矿混凝土配比水泥：硅灰：粉煤灰：铁尾矿粉：铁尾矿砂＝60:16:25:40:124，减水剂掺量为胶凝材料重量的1.5％，水胶比为0.33，制备铁尾矿混凝土，其中，所述胶凝材料为水泥、硅灰和粉煤灰的混合物。

步骤四：进行组合梁下部的普通混凝土层1的浇筑，并振捣密实。

步骤五：在普通混凝土层1初凝前，浇筑组合梁上部的铁尾矿混凝土层2，并振捣密实。

步骤六：所述组合梁普通混凝土层1和铁尾矿混凝土层2均达到拆模强度后拆模，再进行自然养护28天即可，铁尾矿混凝土与普通混凝土叠合浇筑为一体，即形成铁尾矿混凝土-普通混凝土组合梁。

本实施例中，步骤二中矿场排放的废弃物经过过筛后直接使用，不再通过机器磨细，铁尾矿砂粒径为0.08～2.5mm，铁尾矿粉粒径不大于0.3mm。

本实施例中，步骤三中制备铁尾矿混凝土具体为，先按所述配比称量材料，将其倒入搅拌机中，搅拌3～5分钟，使其搅拌均匀，再将称量好的减水剂与水混合均匀，分两次加入搅拌机中，每次搅拌2～3分钟。

本说明书实施例所述的内容仅仅是对发明构思的实现形式的列举，本发明的保护范围不应当被视为仅限于实施例所陈述的具体形式，本发明的保护范围涵盖本领域技术人员根据本发明构思所能够想到的等同技术手段。