鎳渣砂在預(yù)拌混凝土中應(yīng)用的可行性探討

張沙麗

（甘肅匯東建設(shè)工程集團(tuán)有限公司）

0 引言

近些年相關(guān)政策的影響，預(yù)拌混凝土攪拌站砂、石原材料供應(yīng)一直處于緊張狀態(tài)，來源也變得十分復(fù)雜，價(jià)格也大幅度上揚(yáng)，對于攪拌站生產(chǎn)質(zhì)量及成本控制造成了極大的影響，因此對于很多攪拌站而言，擁有穩(wěn)定、高質(zhì)量、低成本的原材料來源已經(jīng)成為其核心競爭力。

本人作為攪拌站的技術(shù)負(fù)責(zé)人，對于上述問題有很深的感觸，為此經(jīng)常通過各種渠道尋找合適的原材料來源，希望能為企業(yè)的發(fā)展提供幫助。最近一段時間有相關(guān)供應(yīng)商提供了鎳渣砂這一產(chǎn)品，希望能夠?qū)υ摦a(chǎn)品在預(yù)拌混凝土中的應(yīng)用可行性進(jìn)行分析，鑒于對這新產(chǎn)品的特性了解不夠，本人進(jìn)行了一些調(diào)查研究及試驗(yàn)工作，結(jié)合攪拌站的需求，從技術(shù)可行性及經(jīng)濟(jì)可行性兩個方面來以此來探討鎳渣砂在本公司應(yīng)用的可行性。

1 鎳渣砂生產(chǎn)預(yù)拌混凝土的試配試驗(yàn)

1.1 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

1.1.1 試驗(yàn)用原材料

⑴水泥：P·O 42.5 級水泥，主要性能指標(biāo)如表1 所示。

表1 試驗(yàn)用水泥主要性能

⑵砂：攪拌站常用河砂，細(xì)度模數(shù)為2.4，供應(yīng)商提供的鎳渣砂樣品，來自于金昌地區(qū)，細(xì)度模數(shù)為2.6。

⑶碎石：5mm～20mm 連續(xù)級配碎石，來自本地的碎石廠，主要性能指標(biāo)如表2 所示。

表2 試驗(yàn)用碎石主要性能指標(biāo)

⑷粉煤灰：來自蘭州某熱電廠的F 類II 級粉煤灰，主要性能如表3 所示。

表3 試驗(yàn)用粉煤灰主要性能指標(biāo)

⑸礦渣粉：攪拌站常用的S95 級礦渣粉，主要性能指標(biāo)如表4 所示。

表4 試驗(yàn)用礦渣粉主要性能指標(biāo)

⑹外加劑：高性能聚羧酸減水劑，各性能指標(biāo)均符合GB 8076－2016《預(yù)拌混凝土外加劑》要求。

1.1.2 預(yù)拌混凝土配合比設(shè)計(jì)

公司日常預(yù)拌混凝土生產(chǎn)的主要產(chǎn)品為中、低標(biāo)號的預(yù)拌預(yù)拌混凝土，其中又以C35 強(qiáng)度等級居多，為此試驗(yàn)預(yù)拌混凝土強(qiáng)度等級選擇為C35 等級。

在鎳渣砂的替代率選擇上，考慮到鎳渣砂的供應(yīng)量及供應(yīng)穩(wěn)定性問題，將其定位為具有補(bǔ)充性質(zhì)的砂資源，試驗(yàn)替代河砂比例為10%、20%、30%、40%和50%，具體配合比如表5 所示。

表5 試驗(yàn)預(yù)拌混凝土配合比 （kg/m3）

1.1.3 砂及預(yù)拌混凝土的性能檢測

依據(jù)GB／T 14684－2011《建設(shè)用砂》的規(guī)定對鎳渣砂和河砂的性能進(jìn)行檢測。

依據(jù)GB/T 14902－2012《預(yù)拌混凝土》的規(guī)定檢測預(yù)拌混凝土的部分工作性能及力學(xué)性能指標(biāo)。

1.2 試驗(yàn)結(jié)果分析

1.2.1 鎳渣砂的性能

本文對鎳渣砂及攪拌站常用河砂進(jìn)行對比，表6 是鎳渣砂與河砂的顆粒級配對比。

表6 鎳渣砂與河砂顆粒級配對比

從表6 可以看出，試驗(yàn)所用的河砂與鎳渣砂的細(xì)度模數(shù)上基本相近屬于中砂范疇，在顆粒級配上二者均符合GB／T 14684－2011《建設(shè)用砂》規(guī)定的II 區(qū)砂，但各粒度區(qū)間的篩余有一定差別，鎳渣砂在0.3mm 以上的中粗顆粒相對于河砂較多，鎳渣砂0.3mm 以下的顆粒相對于河砂較少，一定程度上會影響預(yù)拌混凝土的工作性能。此外直接觀察兩種砂的形貌，機(jī)制砂顆粒棱角較多，河砂的顆粒相對圓潤，這也會對預(yù)拌混凝土的工作性能造成影響。

表7 是機(jī)制砂和河砂其他性能的對比，從該表可以看出鎳渣砂的其他指標(biāo)均能滿足《建設(shè)用砂》的標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定，不同之處在于鎳渣砂的密度與壓碎值河砂有較大的差別。一般而言對于中低標(biāo)號預(yù)拌混凝土壓碎值只要能符合標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定即可，對于預(yù)拌混凝土的性能影響有限，在實(shí)際生產(chǎn)中較少考慮這方面因素的影響；鎳渣砂的密度較大需要關(guān)注，考慮到日常一般是與其他種類砂混用，大量使用高密度鎳渣砂可能對預(yù)拌混凝土的工作性能有不利影響。

表7 鎳渣砂與河砂其他性能對比

綜合上述對比分析可知，鎳渣砂的性能符合國家標(biāo)準(zhǔn)的要求，僅從砂的性能來看，鎳渣砂是可以用于預(yù)拌混凝土生產(chǎn)的，但適宜的用量需要結(jié)合試配實(shí)驗(yàn)進(jìn)行分析。

1.2.2 鎳渣砂預(yù)拌混凝土性能

試配試驗(yàn)鎳渣砂預(yù)拌混凝土工作性能及力學(xué)性能如表8 所示。

表8 鎳渣砂預(yù)拌混凝土性能

從表8 可以看出，當(dāng)鎳渣砂的替代率在50%以內(nèi)時，對于混凝土的性能有一定影響，但整體程度較小。在工作性能方面，隨著鎳渣砂替代量的增加，預(yù)拌混凝土的土坍落度和擴(kuò)展度均有一定程度的下降，可能的原因是鎳渣砂與河砂的顆粒形貌及級配導(dǎo)致差別導(dǎo)致，但整體而言變化程度較低，在實(shí)際生產(chǎn)中可以接受。在力學(xué)性能方面，隨著鎳渣砂替代量的增加，預(yù)拌混凝土的力學(xué)性能也是小幅度下降，在實(shí)際生產(chǎn)中也是可以接受的。

從上述的分析可以看出，當(dāng)鎳渣砂摻量在50%以內(nèi)時，其性能均能滿足生產(chǎn)的需求，這說明鎳渣砂與公司常用砂有著較好的適配性，通過合理搭配不會影響對混凝土的性能造成不利影響，具備技術(shù)上的可行性。

2 鎳渣砂的應(yīng)用前景

2.1 鎳渣砂應(yīng)用于混凝土生產(chǎn)應(yīng)用

從初步的試驗(yàn)結(jié)果來看，將鎳渣砂應(yīng)用于預(yù)拌混凝土生產(chǎn)具有技術(shù)上的可行性，國內(nèi)也有相關(guān)的研究成果，例如單昌峰等[1]研究表明當(dāng)鎳渣摻量高于50%時，預(yù)拌混凝土28d 抗壓強(qiáng)度下降比例為34.5%，且拌合物出現(xiàn)嚴(yán)重泌水現(xiàn)象，這是由于該研究使用的是鎳渣原渣導(dǎo)致，鎳渣原渣存在細(xì)度模數(shù)高、顆粒級配差的特點(diǎn)，不能大摻量替代，陳哲等[2]研究表明使用鎳渣砂生產(chǎn)預(yù)拌混凝土，最高替代率可以達(dá)到100%，對于預(yù)拌混凝土的工作性能及力學(xué)性能影響較小，說明鎳渣加工成機(jī)制砂后細(xì)度模數(shù)、顆粒級配大幅度改善，適用于生產(chǎn)預(yù)拌混凝土。

在相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)方面，2016 年實(shí)施的中國建筑學(xué)會標(biāo)準(zhǔn)T/ASC 01－2016《水泥和預(yù)拌混凝土用鎳鐵渣粉》，2019 升級為國家建材行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)JC/T 2503－2018《用于水泥和預(yù)拌混凝土中的鎳鐵渣粉》并實(shí)施；同時，在2018 年第四批行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)項(xiàng)目計(jì)劃表中又將2018-1954T-JC《預(yù)拌混凝土及砂漿用鎳渣砂》納入推薦建材行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)中。這一系列標(biāo)準(zhǔn)可以認(rèn)為是從技術(shù)上對鎳渣用于建材生產(chǎn)的一個肯定，也為攪拌站大規(guī)模的使用鎳渣砂提供了標(biāo)準(zhǔn)依據(jù)。

綜合上述研究分析來看，可以認(rèn)為鎳渣砂應(yīng)用于預(yù)拌混凝土生產(chǎn)的研究及實(shí)踐正逐漸成熟，鎳渣砂也將會成為攪拌站的常規(guī)原料之一，技術(shù)層面上具有可行性，但也是有必要結(jié)合攪拌站的具體情況試驗(yàn)以來確定較佳的工藝參數(shù)，進(jìn)一步的通過經(jīng)濟(jì)性分析來判斷其是否可用。

2.2 鎳渣砂應(yīng)用于混凝土生產(chǎn)的經(jīng)濟(jì)可行性

從前面的分析可知，從技術(shù)角度而言，鎳渣砂用于預(yù)拌混凝土生產(chǎn)具有相當(dāng)?shù)目尚行?，?yīng)用可行性的重點(diǎn)在于其經(jīng)濟(jì)性。以本攪拌站為例，本文中鎳渣砂來自于金昌地區(qū)，金昌地區(qū)的運(yùn)輸主要以公路、鐵路運(yùn)輸為主，距離攪拌站約350km，如果只是通過公路運(yùn)輸則成本太高，可能的途徑是通過鐵路運(yùn)輸至蘭州及其周邊地區(qū)，才會在價(jià)格上與攪拌站現(xiàn)有用砂具有一定的可比性。就目前情況而言，金昌地區(qū)的鎳渣砂進(jìn)入蘭州市場的可能性較小，只有在大幅度降低成本以及有足夠產(chǎn)品認(rèn)可度的前提下，鎳渣砂才會具有市場競爭力，發(fā)揮其在供應(yīng)穩(wěn)定及質(zhì)量控制方面的優(yōu)勢。

3 結(jié)論

⑴金昌鎳渣砂的基本特性滿足GB／T 14684－2011《建設(shè)用砂》的規(guī)定，大部分性能指標(biāo)接近河砂；

⑵鎳渣砂替代率低于50%時，會對預(yù)拌混凝土的工作性能以及力學(xué)性能造成一定影響，但程度較低，實(shí)際生產(chǎn)中可以不做重點(diǎn)考慮，鎳渣砂應(yīng)用于預(yù)拌混凝土生產(chǎn)技術(shù)上具有可行性；

⑶在經(jīng)濟(jì)性方面，考慮到鎳渣砂產(chǎn)地以及本攪拌站的位置，初步的判斷是現(xiàn)階段鎳渣砂的到廠成本過高，與其他來源的砂相比不具備市場競爭力，經(jīng)濟(jì)上不可行，后續(xù)如能大幅度降低到廠成本，將會是一個較好的機(jī)制砂來源。