赤泥在 C30 预拌混凝土中的应用研究

刘其彬，温超凯，林喜华，余祥镖

（1.中建西部建设西南有限公司，成都 610052；2. 重庆中建西部建设有限公司，重庆 400000）

赤泥在 C30 预拌混凝土中的应用研究

刘其彬1，温超凯1，林喜华2，余祥镖2

（1.中建西部建设西南有限公司，成都 610052；2. 重庆中建西部建设有限公司，重庆 400000）

本文通过使用磨细赤泥取代低品质粉煤灰和矿粉的试验，研究赤泥作为掺合料对水泥胶砂和预拌混凝土性能的影响。试验结果表明：赤泥取代 20% 低品质粉煤灰应用于混凝土中时，水泥胶砂抗压强度和混凝土抗压强度最优，且均高于基准样；赤泥取代磨细矿渣粉时，随着取代量增加抗压强度均出现不同程度的降低；混凝土掺入赤泥后较普通混凝土抗氯离子渗透性提高了 14.5%。

赤泥；预拌混凝土；抗压强度；抗渗性能

0 背景

近些年来，预拌混凝土产量增长迅速，消耗了大量的原材料资源。随着现代混凝土技术的发展，一些工业废渣（如粉煤灰、矿粉、磷渣等）作为辅助胶凝材料已被成功应用于混凝土中。

赤泥是氧化铝冶炼工业生产过程中，溶出铝土矿得到的泥渣，由于其中含有大量的 Fe2O3而呈现红色，习惯上称为赤泥。赤泥的综合利用率一直处于较低水平，仅为 4% 左右，造成赤泥大量堆存，给我国生态环境造成极大负担[1-4]。目前赤泥主要应用于水泥、赤泥砖、道路材料或者混凝土中。由于预拌混凝土巨大的体量，因此，将赤泥应用于混凝土中是赤泥大规模利用的有效途径。本文通过研究赤泥分别取代低品质粉煤灰和矿粉对混凝土性能的影响，研究赤泥作为掺合材在预拌混凝土中大规模应用的可能性。

1 原材料及试验方法

1.1 原材料

赤泥：赤泥样品从重庆南川西南铝业公司赤泥堆场取得，主要是联合法生产排放的赤泥。赤泥同碱液混合随管道排放再回收碱液，赤泥沉积堆放。赤泥原状为颗粒状，本文采用的赤泥样品为球磨机粉磨 60min 后的磨细赤泥，其化学组成和基本物理性能见表 1。

水泥：采用拉法基 P·O42.5R 水泥，其性能指标见表 2。

表1 磨细赤泥化学组分及基本性能

表2 水泥基本性能

粉煤灰：采用重庆低品质粉煤灰，其化学组成和基本性能指标见表 3。

表3 粉煤灰基本性能 %

矿粉：采用重庆产磨细矿渣粉，其化学组成和基本性能指标见表 4。

表4 矿粉基本性能

粗细集料：重庆本地机制砂，细度模数 2.7，MB 值0.9～1.2；5～25mm 连续级配的碎石，压碎值 3%，表观密度2730kg/m3，堆积密度 1460kg/m3，含泥量 0.2%。

外加剂：中建自主研发的聚羧酸减水剂，固含量为16%，减水率为 25%。

1.2 试验方法

参照 GB/T 50080－2002《普通混凝土拌合物性能试验方法》、GB/T 50081－2002《普通混凝土力学性能试验方法》 、GB/T 50082－2009《普通混凝土长期性能和耐久性能试验方法》等标准进行相关试验。

试验采用赤泥分别取代矿粉和粉煤灰，配合比中砂用量1350g，水用量 225g，确定赤泥对胶砂力学性能的影响；根据公司混凝土实际生产配比，研究赤泥分别取代粉煤灰和矿粉对 C30 预拌混凝土性能的影响。

2 结果与讨论

2.1 赤泥对胶砂强度影响

表5、表 6 为赤泥分别取代粉煤灰和矿粉的水泥胶砂配合比，赤泥分别取代粉煤灰的比例分别为 10%、20%、25%和 30%。

表5 水泥胶砂试验配合比

表6 C30 混凝土设计配合比 kg/m 3

水泥胶砂抗压强度试验结果见表 7 和图 1。

表7 赤泥对胶砂强度的影响

图1 赤泥对胶砂强度的影响

赤泥分别取代粉煤灰的比例分别为 10%、20%、25% 和30%，根据图 1(a) 胶砂抗压强度试验结果可知：（1）由于采用低品质粉煤灰，在未掺入赤泥时，胶砂的抗压强度较低；（2）采用赤泥取代粉煤灰后，随着赤泥的掺量，其强度先增加又减小；（3）当赤泥取代粉煤灰的量为 20% 时抗压强度最高，超过 20% 时强度开始降低，但赤泥取代粉煤灰 30% 时强度仍高于基准粉煤灰样。这与周文献等[3]的研究结果有一定的差异，主要是因为采用的粉煤灰品质不一样，采用赤泥取代低品质粉煤灰时，由于粉煤灰本身活性较差，赤泥本身具有一定的活性，赤泥对粉煤灰活性又具有一定的激发作用，故取代量达到 30% 时，强度仍高于基准样。

赤泥取代矿粉的比例分别为 10%、20%、25% 和 30%，根据图 1(b) 胶砂抗压强度试验结果可知：（1）采用赤泥取代矿粉后，随着赤泥的掺量，胶砂抗压强度逐渐减小，当赤泥取代矿粉的量为 30% 时，其 28d 抗压强度为矿粉基准样抗压强度的 90%；（2）赤泥取代磨细矿粉后，从 7d 和 28d 的抗压强度对比分析可知，其与矿粉基准样的强度差距随着龄期增加而减小，这主要是因为赤泥中含有一定量的 C2S，其水化速率慢，早期强度发展较慢，但后期强度有所增长。

2.2 赤泥对混凝土性能影响

表6 为赤泥取代粉煤灰和矿粉的 C30 混凝土设计配合比，取代率分别为 10%、20%、25% 和 30%。试验掺入赤泥，固定用水量，通过改变混凝土中减水剂的掺量，保证各组混凝土的工作性能接近，并满足 C30 泵送混凝土对工作性能的要求。试验结果见表 8 和图 2。

表8 赤泥对混凝土强度的影响

图2 赤泥对混凝土强度的影响

图2(a) 是赤泥取代粉煤灰后各龄期的强度发展图，由试验结果可知：（1）随着赤泥取代粉煤灰的量增加，各龄期强度均是先增长后降低；（2）当赤泥取代粉煤灰的量为 20%时强度达到最高，56d 强度提高了 15.6%；（3）当赤泥取代粉煤灰掺量大于 20% 时，混凝土强度虽然开始下降，但掺量达到 30% 时，强度较基准组仍提高了 4.7%。

图2(b) 是赤泥取代矿粉后混凝土各龄期的强度发展图，随着赤泥取代矿粉的量增加，混凝土各龄期强度均降低，当赤泥取代矿粉的量达到 30% 时，28d 和 56d 抗压强度分别降低了 17.1% 和 19.8%，这主要是因为矿粉自身活性较高，赤泥的潜在活性较矿粉低。因此，赤泥取代低品质粉煤灰可以提高混凝土的力学性能，最佳取代量为 20%；取代矿粉则会降低混凝土的力学性能。

2.3 赤泥对混凝土抗渗性能影响

赤泥取代低品质粉煤灰可以提高混凝土的力学性能，取代矿粉则会降低混凝土的力学性能，因此，赤泥适合取代低品质粉煤灰。对于 C30 低强混凝土，其抗渗性能成为影响其应用的重要影响因素，本小节开展抗氯离子渗透试验，以此研究赤泥对混凝土抗渗性能的影响。

试验选取 2.2 节中力学性能较好的 C-3 组和未掺入赤泥的 C-1 组，研究赤泥取代 20% 低品质粉煤灰与未掺入赤泥混凝土的抗渗性能。试验结果如表 9 所示。

表9 抗渗性能试验结果

由表 9 结果可知，C-1 普通混凝土的 56d 抗氯离子渗透系数为3.65×10-12m2/s，C-3 赤泥取代 20% 低品质粉煤混凝土其 56d 抗氯离子渗透系数为 3.12×10-12m2/s，其抗氯离子渗透系数提高了 14.5%，抗渗性有一定提高，一方面是因为赤泥中的 C2S 水化产物填充了一部分空隙；另一方面是因为赤泥对粉煤灰有一定的激发作用，促进整个胶凝材料体系的水化程度，从而提高了混凝土密实度。

3 结论

（1）赤泥取代粉煤灰与磨细矿渣粉时，对胶砂抗压强度影响规律不同。赤泥取代粉煤灰时胶砂抗压强度随着赤泥取代量增加先提高后降低，取代量为 20% 时强度最优；赤泥取代磨细矿粉时，其胶砂抗压强度随赤泥取代量增加而降低。

（2）赤泥取代粉煤灰和磨细矿渣粉时，对于 C30 普通混凝土抗压强度的影响规律与胶砂强度一致。赤泥取代粉煤灰20% 时 56d 抗压强度提高 15.6%；赤泥取代磨细矿粉 30% 时56d 抗压强度降低 19.8%，赤泥作为掺合材应用于预拌混凝土中时主要适合取代粉煤灰。

（3）掺入赤泥后混凝土的抗氯离子渗透性提高，其 56d抗氯离子渗透系数相对于未掺入赤泥的基准混凝土提高了14.5%。

[1] 石莉，王宁，庞程，等．赤泥在建筑材料方面应用的研究进展[J]．新型建筑材料，2009(1)：20-23.

[2] 何伯泉，周国华，薛玉兰．赤泥在环境保护中的应用[J]．轻金属，2001(2)：24-26.

[3] 李禾．中国国土面积 13% 土壤存在污染[J]．资源导刊，2010(5)：54-54.

[4] 杨志民．我国氧化铝生产的综合回收与利用[J]．世界有色金属，2002(2)：35-38．

［通讯地址］四川省成都市高新区益州大道中段 555 号星宸国际 A 栋 9 楼（610052）

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

刘其彬，中建西部建设西南有限公司工程师，国家一级注册建造师。