1、试 论 混 凝 土材 料 中 新 型矿 物 掺 合 料的 应 用 谢良东 广 东 塔牌 混 凝土 投 资有 限 公司 摘 要： 在21 世纪的今天, 面对着日益严重的环境恶化问题, 世界各国都加强了对环境 保护的重视, 而对废弃矿物材料的处理和再利用也成为了一个关键问题。 在这种 背景 形势下, 对新型矿物掺合料在混凝土中的应用进行研究适应了绿色环保的 要求, 体现出了显著的经济、社会和环境效益, 应该得到我国的充分重视。 关键词 ： 废弃矿物材料; 新型矿物掺合料; 混凝土; 1 引言 进入新世纪以来, 我国的工业生产水平不断提升, 这有力地促进了社会经济的 发展, 但同时也造成了对环境资源
2、的破坏, 如何对废弃的矿物材料进行再利用 引起了越来越多人的重视。 其中, 将废弃的矿物材料进行简单的处理后用于混凝 土的掺合料不失为一个有效途径。 事实上, 针对粉煤灰等传统矿物掺合料在混凝 土中的应用研究已经开展了多年, 而且经过实践检验被证明对混凝土的结构和 性能具有改善作用。 但因为受到我国工程建设项目大力发展的影响, 这些传统的 矿物材料逐渐开始短缺, 所以有必要开发出更多新型的矿物掺合料。 对新型矿物 掺合料在混凝土中的应用进行研究适应了绿色环保的要求, 表现出了显著的经 济、 社会和环境效益。 本文正是基于这一出发点, 对新型矿物掺合料在混凝土中 的应用问题进行了探讨, 希望对相
3、关工作能够有所借鉴。 2 新型矿物掺合料在 混凝土材料中的应用 2.1 磨细 玻璃粉 现实中, 在世界生产和生活产生的废弃物中, 废弃玻璃占有相当大的比例, 我 国社会在进行社会生产和生活的进程中也不可避免地会产生大量的废弃玻璃, 同时玻璃厂在进行生产时也会产生一定数量的废弃玻璃。 这些废弃玻璃往往要进 行填埋处理, 不仅造成对大量土地资源的浪费, 而且还会对环境造成危害, 同时更是一种对自然资源的严重浪费。 而将废弃玻璃应用到混凝土生产中却不失为 一个提升废弃物利用率的有效举 措。 事实上, 从20 世纪60 年代开始, 相关学者 和厂商就开始了对利用废弃玻璃来生产混凝土的研究, 而且经过多
4、年的发展, 已经开发出了两种应用方式:第一, 用废弃玻璃来替代部分砂石;第二, 用废弃 玻璃来替代部分水泥。 前者是将废弃玻璃作为骨料, 而后者则将其作为辅助凝胶 材料来使用。 在20 世纪60 年代, 美 国在混凝土生产中曾大量用废弃玻璃来作为骨料制造混凝 土。有数据证明, 当时的美国和加拿大将废弃玻璃作为骨料掺和到普通沥青中, 生产出了可以被用于筑路的沥青混凝土。 用这种沥青混凝土铺筑的路面具有很多 优势, 例如白 天的反射光线较为柔和, 晚上还能散发出特殊的光泽, 对保障行 车安全有积极效果。 此外, 这种混凝土的耐磨损程度也比较高, 在降低车辆侧翻 事故和加快冬日路面融雪方面有着优秀的
5、表现。 另外, 全球各国开展的试验都证 明, 用废弃碎玻璃作为骨料生产自密实混凝土具有可行性。 但与此同时我们也要 清醒地看到, 传统将废弃玻璃作为骨料的应用方式还存在 一些问题。 比如破碎的玻璃骨料一般呈针片状, 对混凝土的性能会产生一定的不 利影响; 因为玻璃具有表面光滑度高却界面强度薄弱的特点, 所以导致用破碎玻 璃生产的混凝土的抗压强度也不高;传统的应用方式往往是将破碎玻璃直接作为 骨料, 这种骨料的颗粒都较大, 在混凝土的碱性孔隙溶液中, 其含有的二氧化 硅容易产生碱硅反应, 进而使混凝土出现局部开裂, 造成其力学性能严重下降。 以上原因造成了早期废弃玻璃骨料的研究停滞不前。 进入到
6、上个世纪末, 生态环境问题日益恶化, 废弃物的重复利用问题吸引了越 来越多人的关注, 同时再加上混凝土材料技术的不断发展, 一些国家的学者又 开始了对废弃玻璃用于混凝土生产的相关研究。 有相关研究表面, 将废弃玻璃作 为骨料生产的混凝土性能与玻璃骨料的颗粒大小有关, 而且通过添加 ASR 抑制 剂, 可以有效改善混凝土的性能。 综上种种, 通过对废弃玻璃进行细磨处理并添 加足量的抑制剂, 可以改善早期应用方式的缺陷。 应用这种新方式生产出来的自 密实混凝土具有结构致密、 抗侵蚀能力强的特性, 而且玻璃粉后期发生的水化生 产物也对提升混凝土的强度有利。 2.2 钢渣 粉 钢渣是转 炉、 电炉、
7、精 炼炉在熔炼过程中排出的由金属原料中的杂质与助溶剂等 形成的渣, 它的主要组分为硅酸盐和铁酸盐。早在 20 世纪初, 西方国家就开始 了对钢渣利用的研究, 但由于受到钢渣成分差异太大的影响, 钢渣的利用程度 十分不高。 但随着钢渣产量的大量增加, 以及材料科学与技术的不断进步, 到上 世纪70 年代初为止, 美国已经实现了对年排钢渣的全部利用, 基本实现了 “排 用平衡 ” 。 据相关资料统计, 在本世纪初美国的年排钢渣中, 其中用于沥青混凝 土的集料的占22%, 用于路基工程的占37%, 用于工程回填料的占22% 。在亚洲 范 围内, 日本走在了此项研究的前列。据相关资料现实, 在日本的年
8、排钢渣中, 用于路基工程的占 22%, 用于土木工程的占 40.7%, 用于水泥原材料的占 5.9。 此外, 德国等欧洲国家也对钢渣在混凝土掺合料中的应用出台了相关标准。 就我国而言, 目前在钢渣的综合利用方面还落后于欧美等发达国家, 还没有完 全实现排用平衡。 但我国在钢渣作为混凝土掺合料方面的研究和应用领域走在了 世界前列。相对而言, 我国研究用钢渣生产钢渣水泥已有 30 多年的历史, 这不 仅为钢渣作为混凝土掺合料的研究提供了坚实的基础, 而且积累了宝贵的应用 经验。 但是钢渣的化学组分以及矿物组成虽然具有一定的活性, 但其活性又远低 于工业固体废渣, 所以未来对此项研究的焦点应该集中于
9、如何提升钢渣活性的 层面。 2.3 镍渣 粉 镍渣是提炼金属镍或是在镍合金冶炼过程中产生的一种固体废渣, 在高温冶炼 过程中经冷水水淬后形成一种粒化炉渣, 因此存在大量的玻璃相, 其矿物组成 主要有铁镁橄榄石和铁橄榄石化学成分因矿石来源和冶炼工艺的不同有较大差 异, 其中化学成分主要有 Si O2, Fe2O3, Cao, Mg O, Al2O3, 而Si O2, Fe2O3 含量 都较高。镍渣粉具有 潜在的活性, 可用于混凝土中用作矿物掺和料。 在欧美等发达国家, 将镍渣作为混合材料生产出的混凝土已经广泛应用于各类 工程, 我国也紧跟形势出台了相关的国家标准, 这有力地推动了矿粉在混凝土 生
10、产中的应用。 现阶段, 为了配合混凝土技术的发展, 矿粉的生产工艺也从早期 的振动超细粉磨系统、球磨系统发展到了目前的大型立磨系统 (如图 1 所示) , 这使得矿粉的质量不断被提升, 用其作为掺合料生产的混凝土性能也同步得到 了改善。 图1 镍渣立磨现场 下载原图 3 结束语 在21 世纪的今天, 面对着日益严重的环境恶化问题, 世界各国都加强了对环境 保护的重视, 而对废弃物的处理和再利用正逐渐成为其中的一个关键问题。 在这 种背景形势下, 对废弃矿物材料在混凝土掺合料中的应用问题进行研究具有极 其重要的现实意义。 本文对废弃玻璃粉、 钢渣粉以及矿渣粉等新型矿物掺合料在 混凝土中的应用进行
11、了探讨, 希望对推动相关工作的发展能够有所帮助。 参考文献 1 李丽华, 任增乐, 杨俊超, 等.废弃玻璃粉在混凝土中的应用机理及 ASR 风 险J.长江科学院院报, 2016, 33 (2) :94-99. 2 何曜城.试论石灰石 粉复合矿物掺合料对桥梁工程混凝土性能的影响J.科 技展望, 2015 (5) :27. 3 贺爱平, 熊云先.工 业固体废料在混凝土中的应用J.资源环境与工程, 2013, 27 (1) :78-81. 4 王英杰.多元矿物掺 合料在高强高性能混凝土中的应用研究J.卷宗, 2012 (5) :141-142. 5 刘数华, 曾力.新型 掺合料对水工混凝土性能的影响J.水力发电学报, 2011, 30 (2) :118-122.
