鎳渣砂在商品混凝土中的應(yīng)用

頓苗苗

（徐州醫(yī)科大學(xué)基本建設(shè)管理處，江蘇 徐州 221000）

0 前言

近年來(lái)，我國(guó)環(huán)境保護(hù)的力度不斷加大，從河砂禁采到礦山資源嚴(yán)控，從揚(yáng)塵治理到道路管控，骨料資源緊缺已成為商品混凝土企業(yè)面臨的普遍問(wèn)題。資源的短缺導(dǎo)致細(xì)骨料的品質(zhì)不斷下降，機(jī)制砂的含粉量和亞甲藍(lán)居高不下，天然砂的細(xì)度模數(shù)、顆粒級(jí)配以及含泥量等指標(biāo)均難以滿足標(biāo)準(zhǔn)要求[1]，品質(zhì)的下降和供應(yīng)量不足，促使商品混凝土企業(yè)不得不在工業(yè)固體廢棄物中尋找細(xì)骨料的替代品。

鎳渣砂是冶煉鎳鐵合金生成的工業(yè)廢渣，化學(xué)成分以 FeO、MgO、SiO2為主，主礦物相為純鎂橄欖石，無(wú)明顯的水化活性，且本征強(qiáng)度較高，作為輔助性膠凝材料時(shí)粉磨能耗較高且粉體無(wú)水化活性，因此其綜合利用率較低，鎳渣的直接排放對(duì)環(huán)境造成了極大的隱 患[2-4]。然而與當(dāng)前品質(zhì)低劣的機(jī)制砂和天然砂而言，本征強(qiáng)度高、吸附量低的鎳渣作為細(xì)骨料在混凝土中應(yīng)用時(shí)具有一定的優(yōu)勢(shì)。

1 原材料

（1）水泥：淮海中聯(lián) P·O42.5 水泥，28d 水泥強(qiáng)度為 48.9MPa。

（2）礦粉：東南鋼鐵 S95，比表面積 412m2/kg，28d 活性指數(shù) 98%。

（3）粉煤灰：華潤(rùn)Ⅰ級(jí)，45μm 方孔篩篩余 10%，燒失量 1.7%，需水量比 98%。

（4）粗骨料，5～25mm 碎石，含泥量 0.4%，泥塊含量 0.1%。

（5）鎳渣：細(xì)度模數(shù) 3.3，表觀密度 3050kg/m3。

（6）鐵尾礦砂：細(xì)度模數(shù) 0.7，亞甲藍(lán)值 1.0，含粉量 5%。

（7）機(jī)制砂：細(xì)度模數(shù) 3.2，亞甲藍(lán)值 3.0，含粉量 10%。

（8）天然中砂：細(xì)度模數(shù) 2.6，含泥量 0.5%，泥塊含量 0.2%。

（9）外加劑：蘇博特 PCA-1，減水率 24%。

2 試驗(yàn)方法

選用鎳渣與鐵尾礦砂搭配，使混合砂的細(xì)度模數(shù)與顆粒級(jí)配滿足中砂的要求，應(yīng)用于混凝土中，測(cè)試相應(yīng)混凝土性能，同時(shí)選用機(jī)制砂、天然中砂、鐵尾礦砂一種或多種搭配使用，將試驗(yàn)結(jié)果與使用鎳渣混合砂對(duì)比，考察鎳渣在商品混凝土中的應(yīng)用可行性。

測(cè)試方法參照 GB /T 50080—2016《普通混凝土拌合物性能試驗(yàn)方法標(biāo)準(zhǔn)》和 GB /T 50081—2002《普通混凝土力學(xué)性能試驗(yàn)方法標(biāo)準(zhǔn)》的有關(guān)規(guī)定進(jìn)行，測(cè)試的項(xiàng)目包括混凝土的坍落度和 7d、28d 抗壓強(qiáng)度。試驗(yàn)選用普通 C30 配比為基準(zhǔn)配合比，見(jiàn)表1。

表1 C30 商品混凝土配合比 kg/m3

3 結(jié)果與討論

3.1 鎳渣砂的體積安定性分析

為了確保鎳渣在混凝土中使用的安全性，對(duì)鎳渣的化學(xué)組成、礦物組成進(jìn)行測(cè)試，測(cè)試結(jié)果如圖1、表2 所示。

表2 鎳渣化學(xué)成分 %

并將鎳渣粉磨至比表面積為 400m2/kg，以一定比例取代水泥，測(cè)試其沸煮安定性和壓蒸安定性。測(cè)試結(jié)果（表3）表明，鎳渣砂的化學(xué)成分中含有大量的氧化鎂，但其沸煮安定性和壓蒸安定性都合格，因?yàn)樵阪囋械逆V主要以鎂橄欖石的礦物相存在，化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定、本征強(qiáng)度較高，可以作為商品混凝土中的骨料使用。

圖1 鎳渣的 XRD 測(cè)試

表3 鎳渣的沸煮安定性和壓蒸安定性

3.2 鎳渣砂對(duì)混凝土工作性能的影響

將鎳渣砂與鐵尾礦砂以質(zhì)量比 3:7 的比例混合，混合砂的細(xì)度模數(shù)為 2.5，亞甲藍(lán)值為 0.3；將機(jī)制砂與鐵尾礦以質(zhì)量比 3:7 的比例混合，混合砂的細(xì)度模數(shù)為 2.5，亞甲藍(lán)值為 2.4；將鐵尾礦與天然中砂以 2:8 的比例混合，混合砂的細(xì)度模數(shù)為 2.5，亞甲藍(lán)為 0.3。對(duì)比這三種砂與天然中砂做為細(xì)骨料配制 C30 混凝土?xí)r的外加劑用量以及混凝土的工作性能，測(cè)試結(jié)果見(jiàn)表4。

表4 鎳渣砂對(duì)混凝土工作性能的影響

結(jié)果表明，鎳渣混合砂用作混凝土的細(xì)骨料時(shí)，混凝土的工作性能較好，初始坍落度和坍落度經(jīng)時(shí)損失都能得到較好的控制，而機(jī)制砂混合砂的外加劑用量顯著提高，混凝土的工作性能顯著下降。這是由于鎳渣砂為工業(yè)副產(chǎn)物，不含有黏土礦物，對(duì)外加劑的吸附性能較差導(dǎo)致的。此外，由于鎳渣混合砂的顆粒級(jí)配和顆粒形貌不如天然中砂，其粘聚性略遜于天然中砂，但依然可以滿足 C30 商品混凝土的施工要求。

3.3 鎳渣砂對(duì)混凝土力學(xué)性能的影響

對(duì)鎳渣混合砂、機(jī)制砂混合砂以及天然中砂配制混凝土的力學(xué)性能進(jìn)行測(cè)試，測(cè)試結(jié)果如表5 所示。

表5 鎳渣砂用量對(duì)混凝土力學(xué)性能的影響

試驗(yàn)結(jié)果表明，使用鎳渣混合砂配制混凝土的 3d、7d 和 28d 抗壓強(qiáng)度均與天然砂相當(dāng)，由于鎳渣砂較高的本征強(qiáng)度，各齡期抗壓強(qiáng)度甚至略高于天然中砂；機(jī)制砂混合砂的各齡期強(qiáng)度均較低，這是由于黏土礦物對(duì)硬化混凝土的凝膠結(jié)構(gòu)產(chǎn)生不良影響導(dǎo)致的。

當(dāng)前骨料供應(yīng)嚴(yán)重不足的情況下，鎳渣砂的市場(chǎng)價(jià)格遠(yuǎn)低于天然河砂，即使與亞甲藍(lán)居高不下的機(jī)制砂相比，價(jià)格依然有著明顯的優(yōu)勢(shì)，且供應(yīng)量充足，應(yīng)用鎳渣混合砂配料，既可以保證混凝土的工作性能和力學(xué)性能，又可以降低混凝土的配料成本，還可以解決鎳渣綜合利用率較低以及商品混凝土企業(yè)細(xì)骨料難以維繼的局面，經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益兼具。

4 結(jié)論

（1）鎳渣中的主礦物相為鎂橄欖石，化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定，本征強(qiáng)度較高，可以作為商品混凝土中的骨料使用。

（2）鎳渣砂為工業(yè)副產(chǎn)物，不含有黏土礦物，對(duì)外加劑的吸附性能較差，配制混凝土?xí)r，工作性能良好，與天然中砂相當(dāng)。

（3）使用鎳渣混合砂配制混凝土的 3d、7d 和 28d 抗壓強(qiáng)度均與天然砂相當(dāng)，由于鎳渣砂較高的本征強(qiáng)度，各齡期抗壓強(qiáng)度甚至略高于天然中砂。