赤泥在 C30 預拌混凝土中的應用研究

劉其彬，溫超凱，林喜華，余祥鏢

（1.中建西部建設西南有限公司，成都 610052；2. 重慶中建西部建設有限公司，重慶 400000）

赤泥在 C30 預拌混凝土中的應用研究

劉其彬1，溫超凱1，林喜華2，余祥鏢2

（1.中建西部建設西南有限公司，成都 610052；2. 重慶中建西部建設有限公司，重慶 400000）

本文通過使用磨細赤泥取代低品質粉煤灰和礦粉的試驗，研究赤泥作為摻合料對水泥膠砂和預拌混凝土性能的影響。試驗結果表明：赤泥取代 20% 低品質粉煤灰應用于混凝土中時，水泥膠砂抗壓強度和混凝土抗壓強度最優，且均高于基準樣；赤泥取代磨細礦渣粉時，隨著取代量增加抗壓強度均出現不同程度的降低；混凝土摻入赤泥后較普通混凝土抗氯離子滲透性提高了 14.5%。

赤泥；預拌混凝土；抗壓強度；抗滲性能

0 背景

近些年來，預拌混凝土產量增長迅速，消耗了大量的原材料資源。隨著現代混凝土技術的發展，一些工業廢渣（如粉煤灰、礦粉、磷渣等）作為輔助膠凝材料已被成功應用于混凝土中。

赤泥是氧化鋁冶煉工業生產過程中，溶出鋁土礦得到的泥渣，由于其中含有大量的 Fe2O3而呈現紅色，習慣上稱為赤泥。赤泥的綜合利用率一直處于較低水平，僅為 4% 左右，造成赤泥大量堆存，給我國生態環境造成極大負擔[1-4]。目前赤泥主要應用于水泥、赤泥磚、道路材料或者混凝土中。由于預拌混凝土巨大的體量，因此，將赤泥應用于混凝土中是赤泥大規模利用的有效途徑。本文通過研究赤泥分別取代低品質粉煤灰和礦粉對混凝土性能的影響，研究赤泥作為摻合材在預拌混凝土中大規模應用的可能性。

1 原材料及試驗方法

1.1 原材料

赤泥：赤泥樣品從重慶南川西南鋁業公司赤泥堆場取得，主要是聯合法生產排放的赤泥。赤泥同堿液混合隨管道排放再回收堿液，赤泥沉積堆放。赤泥原狀為顆粒狀，本文采用的赤泥樣品為球磨機粉磨 60min 后的磨細赤泥，其化學組成和基本物理性能見表 1。

水泥：采用拉法基 P·O42.5R 水泥，其性能指標見表 2。

表1 磨細赤泥化學組分及基本性能

表2 水泥基本性能

粉煤灰：采用重慶低品質粉煤灰，其化學組成和基本性能指標見表 3。

表3 粉煤灰基本性能 %

礦粉：采用重慶產磨細礦渣粉，其化學組成和基本性能指標見表 4。

表4 礦粉基本性能

粗細集料：重慶本地機制砂，細度模數 2.7，MB 值0.9～1.2；5～25mm 連續級配的碎石，壓碎值 3%，表觀密度2730kg/m3，堆積密度 1460kg/m3，含泥量 0.2%。

外加劑：中建自主研發的聚羧酸減水劑，固含量為16%，減水率為 25%。

1.2 試驗方法

參照 GB/T 50080－2002《普通混凝土拌合物性能試驗方法》、GB/T 50081－2002《普通混凝土力學性能試驗方法》 、GB/T 50082－2009《普通混凝土長期性能和耐久性能試驗方法》等標準進行相關試驗。

試驗采用赤泥分別取代礦粉和粉煤灰，配合比中砂用量1350g，水用量 225g，確定赤泥對膠砂力學性能的影響；根據公司混凝土實際生產配比，研究赤泥分別取代粉煤灰和礦粉對 C30 預拌混凝土性能的影響。

2 結果與討論

2.1 赤泥對膠砂強度影響

表5、表 6 為赤泥分別取代粉煤灰和礦粉的水泥膠砂配合比，赤泥分別取代粉煤灰的比例分別為 10%、20%、25%和 30%。

表5 水泥膠砂試驗配合比

表6 C30 混凝土設計配合比 kg/m 3

水泥膠砂抗壓強度試驗結果見表 7 和圖 1。

表7 赤泥對膠砂強度的影響

圖1 赤泥對膠砂強度的影響

赤泥分別取代粉煤灰的比例分別為 10%、20%、25% 和30%，根據圖 1(a) 膠砂抗壓強度試驗結果可知：（1）由于采用低品質粉煤灰，在未摻入赤泥時，膠砂的抗壓強度較低；（2）采用赤泥取代粉煤灰后，隨著赤泥的摻量，其強度先增加又減小；（3）當赤泥取代粉煤灰的量為 20% 時抗壓強度最高，超過 20% 時強度開始降低，但赤泥取代粉煤灰 30% 時強度仍高于基準粉煤灰樣。這與周文獻等[3]的研究結果有一定的差異，主要是因為采用的粉煤灰品質不一樣，采用赤泥取代低品質粉煤灰時，由于粉煤灰本身活性較差，赤泥本身具有一定的活性，赤泥對粉煤灰活性又具有一定的激發作用，故取代量達到 30% 時，強度仍高于基準樣。

赤泥取代礦粉的比例分別為 10%、20%、25% 和 30%，根據圖 1(b) 膠砂抗壓強度試驗結果可知：（1）采用赤泥取代礦粉后，隨著赤泥的摻量，膠砂抗壓強度逐漸減小，當赤泥取代礦粉的量為 30% 時，其 28d 抗壓強度為礦粉基準樣抗壓強度的 90%；（2）赤泥取代磨細礦粉后，從 7d 和 28d 的抗壓強度對比分析可知，其與礦粉基準樣的強度差距隨著齡期增加而減小，這主要是因為赤泥中含有一定量的 C2S，其水化速率慢，早期強度發展較慢，但后期強度有所增長。

2.2 赤泥對混凝土性能影響

表6 為赤泥取代粉煤灰和礦粉的 C30 混凝土設計配合比，取代率分別為 10%、20%、25% 和 30%。試驗摻入赤泥，固定用水量，通過改變混凝土中減水劑的摻量，保證各組混凝土的工作性能接近，并滿足 C30 泵送混凝土對工作性能的要求。試驗結果見表 8 和圖 2。

表8 赤泥對混凝土強度的影響

圖2 赤泥對混凝土強度的影響

圖2(a) 是赤泥取代粉煤灰后各齡期的強度發展圖，由試驗結果可知：（1）隨著赤泥取代粉煤灰的量增加，各齡期強度均是先增長后降低；（2）當赤泥取代粉煤灰的量為 20%時強度達到最高，56d 強度提高了 15.6%；（3）當赤泥取代粉煤灰摻量大于 20% 時，混凝土強度雖然開始下降，但摻量達到 30% 時，強度較基準組仍提高了 4.7%。

圖2(b) 是赤泥取代礦粉后混凝土各齡期的強度發展圖，隨著赤泥取代礦粉的量增加，混凝土各齡期強度均降低，當赤泥取代礦粉的量達到 30% 時，28d 和 56d 抗壓強度分別降低了 17.1% 和 19.8%，這主要是因為礦粉自身活性較高，赤泥的潛在活性較礦粉低。因此，赤泥取代低品質粉煤灰可以提高混凝土的力學性能，最佳取代量為 20%；取代礦粉則會降低混凝土的力學性能。

2.3 赤泥對混凝土抗滲性能影響

赤泥取代低品質粉煤灰可以提高混凝土的力學性能，取代礦粉則會降低混凝土的力學性能，因此，赤泥適合取代低品質粉煤灰。對于 C30 低強混凝土，其抗滲性能成為影響其應用的重要影響因素，本小節開展抗氯離子滲透試驗，以此研究赤泥對混凝土抗滲性能的影響。

試驗選取 2.2 節中力學性能較好的 C-3 組和未摻入赤泥的 C-1 組，研究赤泥取代 20% 低品質粉煤灰與未摻入赤泥混凝土的抗滲性能。試驗結果如表 9 所示。

表9 抗滲性能試驗結果

由表 9 結果可知，C-1 普通混凝土的 56d 抗氯離子滲透系數為3.65×10-12m2/s，C-3 赤泥取代 20% 低品質粉煤混凝土其 56d 抗氯離子滲透系數為 3.12×10-12m2/s，其抗氯離子滲透系數提高了 14.5%，抗滲性有一定提高，一方面是因為赤泥中的 C2S 水化產物填充了一部分空隙；另一方面是因為赤泥對粉煤灰有一定的激發作用，促進整個膠凝材料體系的水化程度，從而提高了混凝土密實度。

3 結論

（1）赤泥取代粉煤灰與磨細礦渣粉時，對膠砂抗壓強度影響規律不同。赤泥取代粉煤灰時膠砂抗壓強度隨著赤泥取代量增加先提高后降低，取代量為 20% 時強度最優；赤泥取代磨細礦粉時，其膠砂抗壓強度隨赤泥取代量增加而降低。

（2）赤泥取代粉煤灰和磨細礦渣粉時，對于 C30 普通混凝土抗壓強度的影響規律與膠砂強度一致。赤泥取代粉煤灰20% 時 56d 抗壓強度提高 15.6%；赤泥取代磨細礦粉 30% 時56d 抗壓強度降低 19.8%，赤泥作為摻合材應用于預拌混凝土中時主要適合取代粉煤灰。

（3）摻入赤泥后混凝土的抗氯離子滲透性提高，其 56d抗氯離子滲透系數相對于未摻入赤泥的基準混凝土提高了14.5%。

[1] 石莉，王寧，龐程，等．赤泥在建筑材料方面應用的研究進展[J]．新型建筑材料，2009(1)：20-23.

[2] 何伯泉，周國華，薛玉蘭．赤泥在環境保護中的應用[J]．輕金屬，2001(2)：24-26.

[3] 李禾．中國國土面積 13% 土壤存在污染[J]．資源導刊，2010(5)：54-54.

[4] 楊志民．我國氧化鋁生產的綜合回收與利用[J]．世界有色金屬，2002(2)：35-38．

［通訊地址］四川省成都市高新區益州大道中段 555 號星宸國際 A 棟 9 樓（610052）

Research on application of red mud in C30 ready-mixed concrete

Liu Qibin1，Wen Chaokai1，Lin Xihua2，Yu Xiangbiao2
(1.China West Construction Southwest Group Co.，Ltd.，Chengdu 610052；2.Chong Qing China West Construction Co.，Ltd.，Chongqing 400000)

In this paper, the effect of red mud as admixture on the properties of cement mortar and ready mixed concrete was studied by the use of red mud instead of low quality fly ash and mineral powder.The results show that the red mud to replace 20% of low quality fly ash used in concrete, cement mortar compressive strength and compressive strength of concrete optimal, and were higher than that of the reference sample. Instead of red mud slag powder, with the substitution amount of increase of the compressive strength decreased in different degree. The incorporation of concrete than ordinary concrete resistance to chloride ion penetration after red mud increased by 14.5%.

red mud；ready-mixed concrete；compressive strength; impermeability

劉其彬，中建西部建設西南有限公司工程師，國家一級注冊建造師。