鎳渣砂在預拌混凝土中應用的可行性探討

張沙麗

（甘肅匯東建設工程集團有限公司）

0 引言

近些年相關政策的影響，預拌混凝土攪拌站砂、石原材料供應一直處于緊張狀態，來源也變得十分復雜，價格也大幅度上揚，對于攪拌站生產質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，擁有穩定、高質量、低成本的原材料來源已經成為其核心競爭力。

本人作為攪拌站的技術負責人，對于上述問題有很深的感觸，為此經常通過各種渠道尋找合適的原材料來源，希望能為企業的發展提供幫助。最近一段時間有相關供應商提供了鎳渣砂這一產品，希望能夠對該產品在預拌混凝土中的應用可行性進行分析，鑒于對這新產品的特性了解不夠，本人進行了一些調查研究及試驗工作，結合攪拌站的需求，從技術可行性及經濟可行性兩個方面來以此來探討鎳渣砂在本公司應用的可行性。

1 鎳渣砂生產預拌混凝土的試配試驗

1.1 試驗設計

1.1.1 試驗用原材料

⑴水泥：P·O 42.5 級水泥，主要性能指標如表1 所示。

表1 試驗用水泥主要性能

⑵砂：攪拌站常用河砂，細度模數為2.4，供應商提供的鎳渣砂樣品，來自于金昌地區，細度模數為2.6。

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

表2 試驗用碎石主要性能指標

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 試驗用粉煤灰主要性能指標

⑸礦渣粉：攪拌站常用的S95 級礦渣粉，主要性能指標如表4 所示。

表4 試驗用礦渣粉主要性能指標

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

1.1.2 預拌混凝土配合比設計

公司日常預拌混凝土生產的主要產品為中、低標號的預拌預拌混凝土，其中又以C35 強度等級居多，為此試驗預拌混凝土強度等級選擇為C35 等級。

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

表5 試驗預拌混凝土配合比 （kg/m3）

1.1.3 砂及預拌混凝土的性能檢測

依據GB／T 14684－2011《建設用砂》的規定對鎳渣砂和河砂的性能進行檢測。

依據GB/T 14902－2012《預拌混凝土》的規定檢測預拌混凝土的部分工作性能及力學性能指標。

1.2 試驗結果分析

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，試驗所用的河砂與鎳渣砂的細度模數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《建設用砂》規定的II 區砂，但各粒度區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拌混凝土的工作性能。此外直接觀察兩種砂的形貌，機制砂顆粒棱角較多，河砂的顆粒相對圓潤，這也會對預拌混凝土的工作性能造成影響。

表7 是機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均能滿足《建設用砂》的標準規定，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號預拌混凝土壓碎值只要能符合標準規定即可，對于預拌混凝土的性能影響有限，在實際生產中較少考慮這方面因素的影響；鎳渣砂的密度較大需要關注，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準的要求，僅從砂的性能來看，鎳渣砂是可以用于預拌混凝土生產的，但適宜的用量需要結合試配實驗進行分析。

1.2.2 鎳渣砂預拌混凝土性能

試配試驗鎳渣砂預拌混凝土工作性能及力學性能如表8 所示。

表8 鎳渣砂預拌混凝土性能

從表8 可以看出，當鎳渣砂的替代率在50%以內時，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，預拌混凝土的土坍落度和擴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致差別導致，但整體而言變化程度較低，在實際生產中可以接受。在力學性能方面，隨著鎳渣砂替代量的增加，預拌混凝土的力學性能也是小幅度下降，在實際生產中也是可以接受的。

從上述的分析可以看出，當鎳渣砂摻量在50%以內時，其性能均能滿足生產的需求，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，具備技術上的可行性。

2 鎳渣砂的應用前景

2.1 鎳渣砂應用于混凝土生產應用

從初步的試驗結果來看，將鎳渣砂應用于預拌混凝土生產具有技術上的可行性，國內也有相關的研究成果，例如單昌峰等[1]研究表明當鎳渣摻量高于50%時，預拌混凝土28d 抗壓強度下降比例為34.5%，且拌合物出現嚴重泌水現象，這是由于該研究使用的是鎳渣原渣導致，鎳渣原渣存在細度模數高、顆粒級配差的特點，不能大摻量替代，陳哲等[2]研究表明使用鎳渣砂生產預拌混凝土，最高替代率可以達到100%，對于預拌混凝土的工作性能及力學性能影響較小，說明鎳渣加工成機制砂后細度模數、顆粒級配大幅度改善，適用于生產預拌混凝土。

在相關標準方面，2016 年實施的中國建筑學會標準T/ASC 01－2016《水泥和預拌混凝土用鎳鐵渣粉》，2019 升級為國家建材行業標準JC/T 2503－2018《用于水泥和預拌混凝土中的鎳鐵渣粉》并實施；同時，在2018 年第四批行業標準項目計劃表中又將2018-1954T-JC《預拌混凝土及砂漿用鎳渣砂》納入推薦建材行業標準中。這一系列標準可以認為是從技術上對鎳渣用于建材生產的一個肯定，也為攪拌站大規模的使用鎳渣砂提供了標準依據。

綜合上述研究分析來看，可以認為鎳渣砂應用于預拌混凝土生產的研究及實踐正逐漸成熟，鎳渣砂也將會成為攪拌站的常規原料之一，技術層面上具有可行性，但也是有必要結合攪拌站的具體情況試驗以來確定較佳的工藝參數，進一步的通過經濟性分析來判斷其是否可用。

2.2 鎳渣砂應用于混凝土生產的經濟可行性

從前面的分析可知，從技術角度而言，鎳渣砂用于預拌混凝土生產具有相當的可行性，應用可行性的重點在于其經濟性。以本攪拌站為例，本文中鎳渣砂來自于金昌地區，金昌地區的運輸主要以公路、鐵路運輸為主，距離攪拌站約350km，如果只是通過公路運輸則成本太高，可能的途徑是通過鐵路運輸至蘭州及其周邊地區，才會在價格上與攪拌站現有用砂具有一定的可比性。就目前情況而言，金昌地區的鎳渣砂進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品認可度的前提下，鎳渣砂才會具有市場競爭力，發揮其在供應穩定及質量控制方面的優勢。

3 結論

⑴金昌鎳渣砂的基本特性滿足GB／T 14684－2011《建設用砂》的規定，大部分性能指標接近河砂；

⑵鎳渣砂替代率低于50%時，會對預拌混凝土的工作性能以及力學性能造成一定影響，但程度較低，實際生產中可以不做重點考慮，鎳渣砂應用于預拌混凝土生產技術上具有可行性；

⑶在經濟性方面，考慮到鎳渣砂產地以及本攪拌站的位置，初步的判斷是現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，經濟上不可行，后續如能大幅度降低到廠成本，將會是一個較好的機制砂來源。