赤泥在 C30 預(yù)拌混凝土中的應(yīng)用研究

劉其彬，溫超凱，林喜華，余祥鏢

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

赤泥在 C30 預(yù)拌混凝土中的應(yīng)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(shè)西南有限公司，成都 610052；2. 重慶中建西部建設(shè)有限公司，重慶 400000）

本文通過使用磨細(xì)赤泥取代低品質(zhì)粉煤灰和礦粉的試驗(yàn)，研究赤泥作為摻合料對水泥膠砂和預(yù)拌混凝土性能的影響。試驗(yàn)結(jié)果表明：赤泥取代 20% 低品質(zhì)粉煤灰應(yīng)用于混凝土中時，水泥膠砂抗壓強(qiáng)度和混凝土抗壓強(qiáng)度最優(yōu)，且均高于基準(zhǔn)樣；赤泥取代磨細(xì)礦渣粉時，隨著取代量增加抗壓強(qiáng)度均出現(xiàn)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(yù)拌混凝土；抗壓強(qiáng)度；抗?jié)B性能

0 背景

近些年來，預(yù)拌混凝土產(chǎn)量增長迅速，消耗了大量的原材料資源。隨著現(xiàn)代混凝土技術(shù)的發(fā)展，一些工業(yè)廢渣（如粉煤灰、礦粉、磷渣等）作為輔助膠凝材料已被成功應(yīng)用于混凝土中。

赤泥是氧化鋁冶煉工業(yè)生產(chǎn)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(xiàn)紅色，習(xí)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(tài)環(huán)境造成極大負(fù)擔(dān)[1-4]。目前赤泥主要應(yīng)用于水泥、赤泥磚、道路材料或者混凝土中。由于預(yù)拌混凝土巨大的體量，因此，將赤泥應(yīng)用于混凝土中是赤泥大規(guī)模利用的有效途徑。本文通過研究赤泥分別取代低品質(zhì)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(yù)拌混凝土中大規(guī)模應(yīng)用的可能性。

1 原材料及試驗(yàn)方法

1.1 原材料

赤泥：赤泥樣品從重慶南川西南鋁業(yè)公司赤泥堆場取得，主要是聯(lián)合法生產(chǎn)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(jī)粉磨 60min 后的磨細(xì)赤泥，其化學(xué)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(biāo)見表 2。

表1 磨細(xì)赤泥化學(xué)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(zhì)粉煤灰，其化學(xué)組成和基本性能指標(biāo)見表 3。

表3 粉煤灰基本性能 %

礦粉：采用重慶產(chǎn)磨細(xì)礦渣粉，其化學(xué)組成和基本性能指標(biāo)見表 4。

表4 礦粉基本性能

粗細(xì)集料：重慶本地機(jī)制砂，細(xì)度模數(shù) 2.7，MB 值0.9～1.2；5～25mm 連續(xù)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(fā)的聚羧酸減水劑，固含量為16%，減水率為 25%。

1.2 試驗(yàn)方法

參照 GB/T 50080－2002《普通混凝土拌合物性能試驗(yàn)方法》、GB/T 50081－2002《普通混凝土力學(xué)性能試驗(yàn)方法》 、GB/T 50082－2009《普通混凝土長期性能和耐久性能試驗(yàn)方法》等標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行相關(guān)試驗(yàn)。

試驗(yàn)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(xué)性能的影響；根據(jù)公司混凝土實(shí)際生產(chǎn)配比，研究赤泥分別取代粉煤灰和礦粉對 C30 預(yù)拌混凝土性能的影響。

2 結(jié)果與討論

2.1 赤泥對膠砂強(qiáng)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(yàn)配合比

表6 C30 混凝土設(shè)計配合比 kg/m 3

水泥膠砂抗壓強(qiáng)度試驗(yàn)結(jié)果見表 7 和圖 1。

表7 赤泥對膠砂強(qiáng)度的影響

圖1 赤泥對膠砂強(qiáng)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(jù)圖 1(a) 膠砂抗壓強(qiáng)度試驗(yàn)結(jié)果可知：（1）由于采用低品質(zhì)粉煤灰，在未摻入赤泥時，膠砂的抗壓強(qiáng)度較低；（2）采用赤泥取代粉煤灰后，隨著赤泥的摻量，其強(qiáng)度先增加又減??；（3）當(dāng)赤泥取代粉煤灰的量為 20% 時抗壓強(qiáng)度最高，超過 20% 時強(qiáng)度開始降低，但赤泥取代粉煤灰 30% 時強(qiáng)度仍高于基準(zhǔn)粉煤灰樣。這與周文獻(xiàn)等[3]的研究結(jié)果有一定的差異，主要是因?yàn)椴捎玫姆勖夯移焚|(zhì)不一樣，采用赤泥取代低品質(zhì)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(fā)作用，故取代量達(dá)到 30% 時，強(qiáng)度仍高于基準(zhǔn)樣。

赤泥取代礦粉的比例分別為 10%、20%、25% 和 30%，根據(jù)圖 1(b) 膠砂抗壓強(qiáng)度試驗(yàn)結(jié)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(qiáng)度逐漸減小，當(dāng)赤泥取代礦粉的量為 30% 時，其 28d 抗壓強(qiáng)度為礦粉基準(zhǔn)樣抗壓強(qiáng)度的 90%；（2）赤泥取代磨細(xì)礦粉后，從 7d 和 28d 的抗壓強(qiáng)度對比分析可知，其與礦粉基準(zhǔn)樣的強(qiáng)度差距隨著齡期增加而減小，這主要是因?yàn)槌嗄嘀泻幸欢康?C2S，其水化速率慢，早期強(qiáng)度發(fā)展較慢，但后期強(qiáng)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(shè)計配合比，取代率分別為 10%、20%、25% 和 30%。試驗(yàn)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(yàn)結(jié)果見表 8 和圖 2。

表8 赤泥對混凝土強(qiáng)度的影響

圖2 赤泥對混凝土強(qiáng)度的影響

圖2(a) 是赤泥取代粉煤灰后各齡期的強(qiáng)度發(fā)展圖，由試驗(yàn)結(jié)果可知：（1）隨著赤泥取代粉煤灰的量增加，各齡期強(qiáng)度均是先增長后降低；（2）當(dāng)赤泥取代粉煤灰的量為 20%時強(qiáng)度達(dá)到最高，56d 強(qiáng)度提高了 15.6%；（3）當(dāng)赤泥取代粉煤灰摻量大于 20% 時，混凝土強(qiáng)度雖然開始下降，但摻量達(dá)到 30% 時，強(qiáng)度較基準(zhǔn)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(qiáng)度發(fā)展圖，隨著赤泥取代礦粉的量增加，混凝土各齡期強(qiáng)度均降低，當(dāng)赤泥取代礦粉的量達(dá)到 30% 時，28d 和 56d 抗壓強(qiáng)度分別降低了 17.1% 和 19.8%，這主要是因?yàn)榈V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(zhì)粉煤灰可以提高混凝土的力學(xué)性能，最佳取代量為 20%；取代礦粉則會降低混凝土的力學(xué)性能。

2.3 赤泥對混凝土抗?jié)B性能影響

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

試驗(yàn)選取 2.2 節(jié)中力學(xué)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(zhì)粉煤灰與未摻入赤泥混凝土的抗?jié)B性能。試驗(yàn)結(jié)果如表 9 所示。

表9 抗?jié)B性能試驗(yàn)結(jié)果

由表 9 結(jié)果可知，C-1 普通混凝土的 56d 抗氯離子滲透系數(shù)為3.65×10-12m2/s，C-3 赤泥取代 20% 低品質(zhì)粉煤混凝土其 56d 抗氯離子滲透系數(shù)為 3.12×10-12m2/s，其抗氯離子滲透系數(shù)提高了 14.5%，抗?jié)B性有一定提高，一方面是因?yàn)槌嗄嘀械?C2S 水化產(chǎn)物填充了一部分空隙；另一方面是因?yàn)槌嗄鄬Ψ勖夯矣幸欢ǖ募ぐl(fā)作用，促進(jìn)整個膠凝材料體系的水化程度，從而提高了混凝土密實(shí)度。

3 結(jié)論

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

（2）赤泥取代粉煤灰和磨細(xì)礦渣粉時，對于 C30 普通混凝土抗壓強(qiáng)度的影響規(guī)律與膠砂強(qiáng)度一致。赤泥取代粉煤灰20% 時 56d 抗壓強(qiáng)度提高 15.6%；赤泥取代磨細(xì)礦粉 30% 時56d 抗壓強(qiáng)度降低 19.8%，赤泥作為摻合材應(yīng)用于預(yù)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(shù)相對于未摻入赤泥的基準(zhǔn)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(yīng)用的研究進(jìn)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(huán)境保護(hù)中的應(yīng)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(dǎo)刊，2010(5)：54-54.

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

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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(shè)西南有限公司工程師，國家一級注冊建造師。