鎳渣砂在商品混凝土中的應用

頓苗苗

（徐州醫(yī)科大學基本建設管理處，江蘇 徐州 221000）

0 前言

近年來，我國環(huán)境保護的力度不斷加大，從河砂禁采到礦山資源嚴控，從揚塵治理到道路管控，骨料資源緊缺已成為商品混凝土企業(yè)面臨的普遍問題。資源的短缺導致細骨料的品質不斷下降，機制砂的含粉量和亞甲藍居高不下，天然砂的細度模數、顆粒級配以及含泥量等指標均難以滿足標準要求[1]，品質的下降和供應量不足，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，化學成分以 FeO、MgO、SiO2為主，主礦物相為純鎂橄欖石，無明顯的水化活性，且本征強度較高，作為輔助性膠凝材料時粉磨能耗較高且粉體無水化活性，因此其綜合利用率較低，鎳渣的直接排放對環(huán)境造成了極大的隱 患[2-4]。然而與當前品質低劣的機制砂和天然砂而言，本征強度高、吸附量低的鎳渣作為細骨料在混凝土中應用時具有一定的優(yōu)勢。

1 原材料

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

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

（3）粉煤灰：華潤Ⅰ級，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：細度模數 3.3，表觀密度 3050kg/m3。

（6）鐵尾礦砂：細度模數 0.7，亞甲藍值 1.0，含粉量 5%。

（7）機制砂：細度模數 3.2，亞甲藍值 3.0，含粉量 10%。

（8）天然中砂：細度模數 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 試驗方法

選用鎳渣與鐵尾礦砂搭配，使混合砂的細度模數與顆粒級配滿足中砂的要求，應用于混凝土中，測試相應混凝土性能，同時選用機制砂、天然中砂、鐵尾礦砂一種或多種搭配使用，將試驗結果與使用鎳渣混合砂對比，考察鎳渣在商品混凝土中的應用可行性。

測試方法參照 GB /T 50080—2016《普通混凝土拌合物性能試驗方法標準》和 GB /T 50081—2002《普通混凝土力學性能試驗方法標準》的有關規(guī)定進行，測試的項目包括混凝土的坍落度和 7d、28d 抗壓強度。試驗選用普通 C30 配比為基準配合比，見表1。

表1 C30 商品混凝土配合比 kg/m3

3 結果與討論

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，對鎳渣的化學組成、礦物組成進行測試，測試結果如圖1、表2 所示。

表2 鎳渣化學成分 %

并將鎳渣粉磨至比表面積為 400m2/kg，以一定比例取代水泥，測試其沸煮安定性和壓蒸安定性。測試結果（表3）表明，鎳渣砂的化學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，因為在鎳渣中的鎂主要以鎂橄欖石的礦物相存在，化學性質穩(wěn)定、本征強度較高，可以作為商品混凝土中的骨料使用。

圖1 鎳渣的 XRD 測試

表3 鎳渣的沸煮安定性和壓蒸安定性

3.2 鎳渣砂對混凝土工作性能的影響

將鎳渣砂與鐵尾礦砂以質量比 3:7 的比例混合，混合砂的細度模數為 2.5，亞甲藍值為 0.3；將機制砂與鐵尾礦以質量比 3:7 的比例混合，混合砂的細度模數為 2.5，亞甲藍值為 2.4；將鐵尾礦與天然中砂以 2:8 的比例混合，混合砂的細度模數為 2.5，亞甲藍為 0.3。對比這三種砂與天然中砂做為細骨料配制 C30 混凝土時的外加劑用量以及混凝土的工作性能，測試結果見表4。

表4 鎳渣砂對混凝土工作性能的影響

結果表明，鎳渣混合砂用作混凝土的細骨料時，混凝土的工作性能較好，初始坍落度和坍落度經時損失都能得到較好的控制，而機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)副產物，不含有黏土礦物，對外加劑的吸附性能較差導致的。此外，由于鎳渣混合砂的顆粒級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 鎳渣砂對混凝土力學性能的影響

對鎳渣混合砂、機制砂混合砂以及天然中砂配制混凝土的力學性能進行測試，測試結果如表5 所示。

表5 鎳渣砂用量對混凝土力學性能的影響

試驗結果表明，使用鎳渣混合砂配制混凝土的 3d、7d 和 28d 抗壓強度均與天然砂相當，由于鎳渣砂較高的本征強度，各齡期抗壓強度甚至略高于天然中砂；機制砂混合砂的各齡期強度均較低，這是由于黏土礦物對硬化混凝土的凝膠結構產生不良影響導致的。

當前骨料供應嚴重不足的情況下，鎳渣砂的市場價格遠低于天然河砂，即使與亞甲藍居高不下的機制砂相比，價格依然有著明顯的優(yōu)勢，且供應量充足，應用鎳渣混合砂配料，既可以保證混凝土的工作性能和力學性能，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)細骨料難以維繼的局面，經濟效益和社會效益兼具。

4 結論

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

（2）鎳渣砂為工業(yè)副產物，不含有黏土礦物，對外加劑的吸附性能較差，配制混凝土時，工作性能良好，與天然中砂相當。

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