鎳渣砂在商品混凝土中的應用

頓苗苗

（徐州醫科大學基本建設管理處，江蘇 徐州 221000）

0 前言

近年來，我國環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不得不在工業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。