镍渣砂在商品混凝土中的应用

顿苗苗

（徐州医科大学基本建设管理处，江苏 徐州 221000）

0 前言

近年来，我国环境保护的力度不断加大，从河砂禁采到矿山资源严控，从扬尘治理到道路管控，骨料资源紧缺已成为商品混凝土企业面临的普遍问题。资源的短缺导致细骨料的品质不断下降，机制砂的含粉量和亚甲蓝居高不下，天然砂的细度模数、颗粒级配以及含泥量等指标均难以满足标准要求[1]，品质的下降和供应量不足，促使商品混凝土企业不得不在工业固体废弃物中寻找细骨料的替代品。

镍渣砂是冶炼镍铁合金生成的工业废渣，化学成分以 FeO、MgO、SiO2为主，主矿物相为纯镁橄榄石，无明显的水化活性，且本征强度较高，作为辅助性胶凝材料时粉磨能耗较高且粉体无水化活性，因此其综合利用率较低，镍渣的直接排放对环境造成了极大的隐 患[2-4]。然而与当前品质低劣的机制砂和天然砂而言，本征强度高、吸附量低的镍渣作为细骨料在混凝土中应用时具有一定的优势。

1 原材料

（1）水泥：淮海中联 P·O42.5 水泥，28d 水泥强度为 48.9MPa。

（2）矿粉：东南钢铁 S95，比表面积 412m2/kg，28d 活性指数 98%。

（3）粉煤灰：华润Ⅰ级，45μm 方孔筛筛余 10%，烧失量 1.7%，需水量比 98%。

（4）粗骨料，5～25mm 碎石，含泥量 0.4%，泥块含量 0.1%。

（5）镍渣：细度模数 3.3，表观密度 3050kg/m3。

（6）铁尾矿砂：细度模数 0.7，亚甲蓝值 1.0，含粉量 5%。

（7）机制砂：细度模数 3.2，亚甲蓝值 3.0，含粉量 10%。

（8）天然中砂：细度模数 2.6，含泥量 0.5%，泥块含量 0.2%。

（9）外加剂：苏博特 PCA-1，减水率 24%。

2 试验方法

选用镍渣与铁尾矿砂搭配，使混合砂的细度模数与颗粒级配满足中砂的要求，应用于混凝土中，测试相应混凝土性能，同时选用机制砂、天然中砂、铁尾矿砂一种或多种搭配使用，将试验结果与使用镍渣混合砂对比，考察镍渣在商品混凝土中的应用可行性。

测试方法参照 GB /T 50080—2016《普通混凝土拌合物性能试验方法标准》和 GB /T 50081—2002《普通混凝土力学性能试验方法标准》的有关规定进行，测试的项目包括混凝土的坍落度和 7d、28d 抗压强度。试验选用普通 C30 配比为基准配合比，见表1。

表1 C30 商品混凝土配合比 kg/m3

3 结果与讨论

3.1 镍渣砂的体积安定性分析

为了确保镍渣在混凝土中使用的安全性，对镍渣的化学组成、矿物组成进行测试，测试结果如图1、表2 所示。

表2 镍渣化学成分 %

并将镍渣粉磨至比表面积为 400m2/kg，以一定比例取代水泥，测试其沸煮安定性和压蒸安定性。测试结果（表3）表明，镍渣砂的化学成分中含有大量的氧化镁，但其沸煮安定性和压蒸安定性都合格，因为在镍渣中的镁主要以镁橄榄石的矿物相存在，化学性质稳定、本征强度较高，可以作为商品混凝土中的骨料使用。

图1 镍渣的 XRD 测试

表3 镍渣的沸煮安定性和压蒸安定性

3.2 镍渣砂对混凝土工作性能的影响

将镍渣砂与铁尾矿砂以质量比 3:7 的比例混合，混合砂的细度模数为 2.5，亚甲蓝值为 0.3；将机制砂与铁尾矿以质量比 3:7 的比例混合，混合砂的细度模数为 2.5，亚甲蓝值为 2.4；将铁尾矿与天然中砂以 2:8 的比例混合，混合砂的细度模数为 2.5，亚甲蓝为 0.3。对比这三种砂与天然中砂做为细骨料配制 C30 混凝土时的外加剂用量以及混凝土的工作性能，测试结果见表4。

表4 镍渣砂对混凝土工作性能的影响

结果表明，镍渣混合砂用作混凝土的细骨料时，混凝土的工作性能较好，初始坍落度和坍落度经时损失都能得到较好的控制，而机制砂混合砂的外加剂用量显著提高，混凝土的工作性能显著下降。这是由于镍渣砂为工业副产物，不含有黏土矿物，对外加剂的吸附性能较差导致的。此外，由于镍渣混合砂的颗粒级配和颗粒形貌不如天然中砂，其粘聚性略逊于天然中砂，但依然可以满足 C30 商品混凝土的施工要求。

3.3 镍渣砂对混凝土力学性能的影响

对镍渣混合砂、机制砂混合砂以及天然中砂配制混凝土的力学性能进行测试，测试结果如表5 所示。

表5 镍渣砂用量对混凝土力学性能的影响

试验结果表明，使用镍渣混合砂配制混凝土的 3d、7d 和 28d 抗压强度均与天然砂相当，由于镍渣砂较高的本征强度，各龄期抗压强度甚至略高于天然中砂；机制砂混合砂的各龄期强度均较低，这是由于黏土矿物对硬化混凝土的凝胶结构产生不良影响导致的。

当前骨料供应严重不足的情况下，镍渣砂的市场价格远低于天然河砂，即使与亚甲蓝居高不下的机制砂相比，价格依然有着明显的优势，且供应量充足，应用镍渣混合砂配料，既可以保证混凝土的工作性能和力学性能，又可以降低混凝土的配料成本，还可以解决镍渣综合利用率较低以及商品混凝土企业细骨料难以维继的局面，经济效益和社会效益兼具。

4 结论

（1）镍渣中的主矿物相为镁橄榄石，化学性质稳定，本征强度较高，可以作为商品混凝土中的骨料使用。

（2）镍渣砂为工业副产物，不含有黏土矿物，对外加剂的吸附性能较差，配制混凝土时，工作性能良好，与天然中砂相当。

（3）使用镍渣混合砂配制混凝土的 3d、7d 和 28d 抗压强度均与天然砂相当，由于镍渣砂较高的本征强度，各龄期抗压强度甚至略高于天然中砂。