２０１３年第８期（总第２８６期） Ｎｕｍｂｅｒ ８ ｉｎ ２０１３（Ｔｏｔａｌ Ｎｏ．２８６） 混 凝 Ｃｏｎｃｒｅｔｅ 土 原材料及辅助物料 ＭＡＴＥＲＩＡＩ ＡＮＤ ＡＤＭＤⅡＣＬＥ ｄｏｉ：１０．３９６９／ｊ．ｉｓｓｎ．１００２—３５５０．２０１３．０８．０２６ 利用固体废弃物复合制备绿色矿物掺合料的试验研究 何学云 ，张凯峰，。谢立军 ，袁继峰ｚ，张潇啸 ，明阳’ （１．中建商品混凝土有限公司，湖北武汉４３００７０；２．南京理工大学泰州科技学院土木工程学院，江苏泰州２２５３００） 摘要：以矿粉为基料，掺加石屑、粉煤灰、炉渣、磷石膏制备了绿色矿物掺合料。测试了绿色矿物掺合料的比表面积、密度、活 性指数及制备混凝土的工作性，结果表明：通过掺加石屑、粉煤灰能制备出符合国家标准的复合矿粉，其活性指数高，配制的混凝 土工作性能良好。 关键词： 固体废弃物；绿色矿物掺合料；矿粉；活性；工作性能 中图分类号：ＴＵ５２８．０４１ 文献标志码：Ａ 文章编号： １００２—３５５０（２０１３）０８—００９８—０２ Ｓｔｕｄｙ ｏｎ ｇｒｅｅｎ ｍｉｎｅｒａｌ ａｄｍｉｘｔｕｒｅｓ ｐｒｅｐａｒｅｄ ｂｙ ｔｈｅ ｓｏｌｉｄ ｗａｓｔｅ ＨＥＸｕｅｙｕｎ ，ＺＨＡＮＧＫａｉｆｅｎｇ ，ＸＩＥ ＬＪＪｕｎ ，ＹＵＡＮＪｉｆｅｎｇ２，ＺＨＡＮＧＸｉａｏｘｉａｏ ，ＭＩＮＧ Ｙａｎｇ （１．ＣｈｉｎａＣｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎＲｅａｄｙ－ｍｉｘｅｄＣｏｎｃｒｅｔｅＣｏ．，Ｌｔｄ．，Ｗｕｈａｎ４３００７０，Ｃｈｉｎａ； １ ２ ３ ４ ５ ２．Ｃｏｌｌｅｇｅ ｏｆＣｉｖｉｌＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，ＮａｎｊｉｎｇＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙｏｆＳｃｉｅｎｃｅ ａｎｄＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙｏｆＴａｉｚｈｏｕＣｏｌｌｅｇｅ，Ｔｍｚｈｏｕ２２５３００，Ｃｈｉｎａ） Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｈｅ ｓｌａｇｍｉｘｅｄ、ｖｉｍ ｓｔｏｎｅ ｃｈｉｐｓ，ｌｙａｓｈ，ｂｌａｓｔｆｆｕｒｎａｃｅ ｓｌａｇ，ｐｈｏｓｐｈｏｇｙｐｓｕｍｐｒｅｐａｒｅｄｇｒｅｅｎｍｉｎｅｒａｌ ａｄｍｉｘｔｕｒｅｓ．Ｔｅｓｔｅｄ ｓｐｅｃｉｉｃ ｆｓｕｒｆａｃｅａｒｅａ，ｄｅｎｓｉｔｙ，ａｃｔｉｖｉｙｉｎｄｅｘｐｅｒｆｏｒｍａｔｎｃｅｏｆｇｒｅｅｎｍｉｎｅｒａｌａｄｍｉｘｔｕｒｅｓ．Ｔｈｅｒｅｓｕｌｔｓ ｓｈｏｗｅｄｔｈａｔｂｙｍｉｘｉｎｇｓｔｏｎｅｃｈｉｐｓ，ｆｌｙａｓｈｃｏｕｌｄｂｅ ％ ｐｒｅｐａｒｅｄ ｉｎ ｌｉｎｅ ｗｉｔｈ ｔｈｅ ｎａｔｉｏｎａｌ ｓｔｎｄａａｒｄ ｇｒｅｅｎ ｍｉｎｅｒａｌ ａｄｍｉｘｔｕｒｅｓ ｗｈｉｃｈ ｈａｄ ｈｉ曲ａｃｔｉｖｉｔｙ ｉｎｄｅｘ ａｎｄ ｇｏｏｄ ｗｏｒｋｉｎｇ ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ． Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ：ｓｏｌｉｄ ｗａｓｔｅ；ｒｅｅｎ ｇｍｉｎｅｒａｌ ａｄｍｉｘｔｕｒｅ；ｓｌａｇ；ａｃｔｉｖｉｔｙ；ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ ６ ６ ６ ８ ０ 引言 随着全球气候异常变化带来的灾难，人们越来越多地 表１主要原材料化学组成 ％ 关注低碳节能。因此，土木建筑行业低碳节能技术日益得 到广泛关注和重视，各种绿色建筑材料应运而生。工业固 体废弃物如粒化高炉矿渣、粉煤灰、硅灰等作为水泥混凝 土工程用矿物掺合料已经得到广泛应用。矿物掺合料应用 于水泥混凝土工程中，能够降低混凝土单位立方米成本， 提高混凝土工作性能，改善混凝土和易性【１－５］。但是，矿粉和 粉煤灰这两种最常用同时也是最重要的矿物掺合料的供应 已经日趋紧张，某些地区价格甚至与水泥熟料不相上下。在 一 此背景条件下，试验将稻壳灰、石屑等易于取得的废弃物掺 人矿粉中，制备绿色矿物掺合料，这在一定程度上缓解矿粉、 粉煤灰的供应紧张问题，可以减少环境污染，变废为宝，同 时节约了社会资源，具有重要的经济效益和社会效益。 １试验 １．１原材料 矿渣、炉渣为武钢矿渣，原灰为武汉青山热电厂提供， 石屑由武汉地区某采石场提供，磷石膏由某化工厂提供，主 要原材料化学组分如表ｌ所示。 标准试验球磨机中进行粉磨试验，时间为５０ ｍｉｎ，制备成 复合矿粉，参照ＧＢ／Ｔ １８０４６－－２００８（（用于水泥和混凝土中 的粒化高炉矿渣粉》检测其技术性能。按照表３所示Ｃ３５￣６ 合比制备混凝土，依据ＧＢ／Ｔ ５００８０－－２００２（普通混凝土拌 合物性能试验方法标准》检测制备新拌混凝土的工作性能， １．２样品制备及试验方案 按照表２配合比称取样品５ ，在４，５００ ｍｍｘ５００ ｍｌ＇ｎ 收稿日期：２０１３－０２—１４ ・９８・ 表３混凝土配合比 ｋｇ／ｍ３ 依据ＧＢ／Ｔ ５００８ １－－２００２｛普通混凝土力学性能试验方法标 准》检测制备混凝土的力学性能。 ２结果与分析 ２．１ 不同掺合料对复合矿粉密度及比表面积的影响 掺加不同掺合料经球磨后制备的复合矿粉密度及比 表面积如图１所示。从图可以看出，除编号６、编号７两组 配合比的密度小于２ ８００ ｋｇ／ｍ３，其余组配合比粉磨制得样 品的密度均能满足国标ＧＢ／Ｔ １８０４６－－２００８对矿粉的要求。 此外，从图还可以看出，掺加较多量石屑的两组配合比粉 磨制得的复合矿粉比表面积相对其他组试样较低，小于 ４００ ｍｉ／ｋｇ。这是由于在粉磨过程中，石屑易于破碎，在高温 下产生静电，出现了“包球包锻”现象，从而出现了粉磨后 比表面积降低的现象。此外，对比编号５、６、７三组，可以发 现在石屑用量相同的情况下，随着粉煤灰原灰用量的增加， 制备的复合矿粉比表面积增加，这是由于粉煤灰具有助磨 效果。 犍 若 吕 、 赵 旧 襁 帐 羞 编号 图１绿色矿物掺合料密度及比表面积 ２．２不同掺合料对复合矿粉活性的影响 制备复合矿粉的活性检测结果如图２所示。从图２可 以看出，７ ｄ的活性指数超过７５％有编号１、２、５、６等几组， ２８ ｄ活性指数超过９５％仅有编号１、２两组配合比制备的 复合矿粉，即除基准样编号１组，仅有编号２组，即在粉 煤灰掺量为６％、石屑掺量为３％制备得出的复合矿粉满足 ＧＢ／Ｔ １８０４６－－２００８规定的￥９５级矿粉技术要求。掺加炉渣 和磷石膏制备的复合矿粉活性较低，仅能达到国标规定的 ￥７５级矿粉的技术要求。 １００ ９５ ９０ 芝８５ 籁８０ 耋７蜒７０ ５ ６５ ６Ｏ ５５ ｏ ２ ４ ６ ８ ｌｏ ｌ２ 编号 图２绿色矿物掺合料活性指数 ２．３ 复合矿粉对混凝土工作性能及力学性能的影响 按照表３所示配合比添加适量外加剂，测试新拌混凝 土工作性能如图３所示，检测其力学性能如图４所示。从 ∞ ％ 黯％¨ 舳弛 图３可以看出，相对于基准样，在外加剂掺量不变的情况 下，掺加粉煤灰、石屑等掺合料制备的绿色矿粉其配制混 凝土坍落度及扩展度均有提高，且没有离析泌水等现象，具 有较好工作性能。从图４可以看出，随着复合矿粉中其他掺 合料的加入，混凝土力学强度值整体呈减低趋势。但是， 第２组呈现出较好的强度值，略大于基准样。掺加了炉渣 及磷石膏的混凝土强度较低，主要因掺合料胶凝活性低。 这些掺合料在混凝土水化硬化中，仅能发挥其物理活性，起 到填充作用，并不能很好地参与水化反应，形成致密的水 泥石结构。 ｇ 窨 、 蜓 弛勰 加 编号 图３绿色矿物掺合料制备混凝土工作性能 ４４ ４３ ４２ ４１ 日 善４０ 、 ３９ 鼎 ３８ ３７ ３６ ３５ 编号 图４绿色矿物掺合料制备混凝土的力学性能 ３结论 （Ｉ）在矿粉中掺加粉煤灰、石屑、炉渣及磷石膏等硅酸 盐固体废弃物粉磨后可以制备绿色复合矿粉，其中在矿粉 中掺加粉煤灰６％、石屑３％可以制备出满足国标￥９５级矿 粉的要求，当粉煤灰或石屑掺量增加或掺加炉渣、磷石膏时 可以制备出满足￥７５级矿粉要求的绿色矿物掺合料。 （２）不同矿物掺合料混合后在粉磨过程中会出现“包 球包锻”现象，在实际生产中应考虑添加一定量助磨剂，这 样既能提高粉磨效率节省粉磨时间同时又能增大粉料的 比表面积提高活性。 （３）制备的复合矿物掺合料配制混凝土能改善其工作 性能，同时力学性ｉｉｉｉ满足标准要求。复合矿粉掺加了石 屑、炉渣等硅酸盐固体废弃物，既利用了废物又减少了常 用掺合料矿粉及水泥的用量，是一种绿色矿物掺合料。 ・下转第１０４页 ・９９・ 表４ ３０Ｌ ＸＱＢ—ＪＮ高性能混凝土泵送剂的试验结果 ｃ ＦＡ Ｓ Ｇ１ Ｇ２ ｘＱＢ—ＰＮＣ ｘＱＢ—ＪＮ Ｗ搅拌时间初凝坍落度扩展度状态３ＭＰａ压水ｌ４Ｏ ｓ ６ｈ后坍落度初凝终凝 ／Ｓ ｒｎｌＴｌ ／ｍｍ ／ｍｍ ／１１ ／１１ １４．８２ １．５ ２０．３ ８．１ １８．８ １．１８５ Ｏ．８７３ ５．１ １８０ ２７０ ７００ｘ７００很好 不泌水 ２６８ １４ １８ 注：搅拌方式为机械，６Ｏ Ｌ试验专用搅拌机。 表５试验结果（抗压强度１５０ ｍｍｘｌ５０ ｍｍｘｌ５０ ｍｍ标准试块） ５结论 （１）利用太行山牌Ｐ・Ｏ ４２．５Ｒ级水泥和天津泰克科技有 限公司生产的ＸＱＢ ＪＮ高性能混凝土泵送剂，ＸＱＢ．ＰＮＣ高 性能早强无碱混凝土膨胀剂可以配制Ｃ５０高性能混凝土。 混凝土坍落度为２４０～２７０ ｍｍ，６ ｈ内混凝土无坍落度无损 失，混凝土在１４ｈ（室温２０－３０℃），１８ ｈ后混凝土终凝，２６ ｈ 以上强度，３ ｄ龄期混凝土１０ ｍｍｘ１０ ｍｎｌｘ１０ ｍｉｌｌ的试件 破坏荷载为４６０、４８０、４９８ ｋＮ，强度代表值为４５．５ ＭＰａ，达设 计强度的９１％。 （２）高流态混凝土必须采用高性能外加剂，在使用外 加剂时要考虑水泥与外加剂的相容性以及＃ｔ，／ＪＩ剂之间的 相容性，必须进行试验以确定配合比。 （３）选用高效减水剂是配制高性能混凝土的主要技术 措施之一，在满足混凝土大流动性的同时，掺加高效减水 剂可以降低水胶比，从而使混凝土中的孔隙率大大降低。 （４）选用具有一定潜水性的活性超细粉，在混凝土中 可起到活性效应、微集料效应和复合胶凝效应，可起到二 次水化反应、降低孔隙率、增大流动性等作用。 （５）高流态混凝土的泵送性能好。随着建筑行业的发 展，混凝土的强度等级愈来愈高，建筑物的高度也愈来愈 ・上接第９９页 参考文献： ［１】张长清，吴海兵，杜明月，等．矿物掺合料对自密实混凝土抗氯 离子渗透性的影响【Ｊ】．土木工程与管理学报，２０１２，２９（１）：１５一 ｌ９． ［２】尹兴伟，吴相豪．矿物掺合料对再生混凝土抗冻性影０向的试验 研究『Ｊ】．混凝土，２０１２（８）：９０—９３． ［３］李华，孙伟，昨晓宝．矿物掺合料改善水泥基材料抗硫酸盐侵蚀 性能的微观分析［Ｊ】＿硅酸盐学报，２０１２，４０（８）：１１１９—１１２６． ［４】徐长伟，张阳，杨梦卉，等．矿物掺合料对轻骨料混凝土抗离析 ・１０４・ 高。相应的，高强度混凝土的泵送高度、长度也越来越大。 普通混凝土随着强度的增加，水胶比相应减小，混凝土的 流动性能随之降低，无法满足泵送要求。而经过配合比设 计，加入高效泵送剂后配制而成的高流态高强混凝土可以 长时问保持流动性，可有效提高高强混凝土的泵送高度和 泵送距离，且混凝土凝结后的强度不受影响。 （６）高流态混凝土单位成本节约。高流态混凝土的经 济性能可以从以下几个方面体现：首先，高流态混凝土的 应用减少了施工中人员、机械的投入。其次，高流态混凝土 的工程应用提高了结构物的耐久性、减少了今后可能的加 固修复费用。 参考文献： ［１】陈淑贤．流态混凝土９１＂ＩＯＩＵ与水泥适应性研究［Ｊ］．海口经济学院 学报，２０１０（６）：８３—８７． 【２］张江林，徐丹，邱春阳．埃塞俄比亚Ｋｅｓｅｍ，Ｔｅｎｄａｈｏ隧洞泵送流 态混凝土配合比设计及应用ｆＪ１．江西水利科技，２００８（９）：４－５． 【３］潘凡．高流态混凝土的主要性能与应用前景【Ｊ］．建筑科学与监 理，２０１１（３）：７４—７６． ［４Ｊ殴阳辉，丁茜，朱冠美．流态混凝土的试验研究［Ｊ］．长江科学院院 报，２０００（１０）：１５—１８． ［５】孙晓虎，张晓光，孙静．高强流态混凝土配合比设计注意事项［Ｊ１ ．混凝土，２００６（８）：７０—７３． 【６】王明耀．钢管拱内注微膨胀混凝土配合比设计方法［Ｊ】．科学之 友，２０１１（４）：６０—６１． 【７】ＧＢ ８０７６－－２００８，混凝土外加剂［ｓ］． 作者简介 谢琪斌（１９５９一），男，总工，主要从事预拌混凝土的试 验研究。 联系地址 河北邯郸开发区通茂混凝土有限公司（０５６００１） 联系电话 ｌ３８３２０７８０８３ 性能影响的研究［Ｊ］．混凝土，２０１２（９）：７７—８２． ［５］黎鹏平，潘峻，范志宏，等．粉煤灰和矿粉对Ｃ５０自密实混凝土 氯离子扩散系数的影ｌｌ［Ｊ］．混凝土，２０１２（１０）：１８—２５． 作者简介： 何学云（１９８８一），女，助理工程师，研究方向：矿物掺合 料应用及绿色建材技术。 联系地址 武汉市洪山区雄楚大道２８８号中建三局技术中心办 公楼２０９室（４３００７０） 联系电话： １ ８６０２７３６２７９
