《镍铁渣粉混凝土技术规程》协会标准征求意见稿编制说明

镍铁渣粉混凝土技术规程

Technicalcodeforapplicationofferronickelslagpowderinconcrete

编制说明

（征求意见稿）

镍铁渣粉混凝土技术规程编制组

2023年3月

一、工作简况

（一）任务来源

根据中国建筑材料联合会《关于下达2020年第七批协会标准制定计划的通知》（中建材

联标发[2020]50号）和中国混凝土与水泥制品协会《关于下达2020年中国混凝土与水泥制

品协会标准制定计划（第一批）的通知》（中制协字[2020]15号）计划号2020-70-xbjh的要

求，成立镍铁渣粉混凝土应用技术规程编制组，《镍铁渣粉混凝土技术规程》为协会标准制

定项目。

镍铁渣（ferronickelslag）是工业镍铁冶炼过程中还原提取金属镍和铁之后，排出的熔渣

经冷却得到的粒化固体废渣。生产镍铁的矿石主要有红土镍矿（氧化镍矿）和硫化镍矿，其

中红土镍矿资源更为丰富，而且容易开采和运输，被广泛地开发和使用。目前我们国家主要

从海外进口红土镍矿，并通过火法冶炼工艺进行镍铁的生产，火法冶炼按照工艺和设备的不

同可以细分为电弧炉（矿热炉）冶炼和高炉冶炼，其中高炉冶炼得到的镍铁的含镍量一般比

较低。根据镍铁冶炼工艺的不同，排出的镍铁渣也可以分为电炉镍铁渣和高炉镍铁渣两大类。

近些年，随着我们国家镍铁冶炼规模的扩大和金属镍产量的提高，产生的废弃镍铁渣也

越来越多。以电炉还原冶炼镍铁为例，每生产1吨镍铁大约会排出14吨的镍铁渣。目前国

内每年产生的镍铁废渣超过3000万吨，大约占到冶金渣总量的20%，镍铁渣也成了我们国

家排放量第四多的冶炼工业废渣，愈发引人关注。然而，这种排放量巨大的固体废渣的有效

利用率却很低，绝大部分还是被废弃或填埋，不但会浪费资源、占用土地，还可能造成环境

的污染和破坏，也在一定程度上制约着镍铁行业的发展。因此，镍铁渣的资源化和有效利用

迫在眉睫，对于节约资源、保护环境和可持续发展都有非常重要的意义。

镍铁渣中的主要化学成分与硅酸盐水泥是类似的，主要包括SiO2、CaO、MgO、Al2O3

和Fe2O3等，其中SiO2和MgO的含量比水泥要高，而CaO的含量则相对偏低，属于酸性

渣。由于镍铁渣大多是通过水淬极冷后产生的，所以其矿物成分主要是非晶态的玻璃体，出

渣和成粒时的温度越高，冷却时的速度越快，镍铁渣中的玻璃体含量往往就越多。

在20世纪80年代初期，前苏联、希腊、日本等一些国家就开始了对镍铁渣进行资源化

的研究。国外学者的研究主要集中在将镍铁渣用于无机聚合物的生成、玻璃和陶瓷的制造、

水泥的生产以及混凝土骨料等领域，也有研究利用镍铁渣来提取Ni、Co等有价金属，日本

工业标准调查会（JISC）制定了工业标准JISA5011-2《混凝土用矿渣集料.第2部分：镍铁

矿渣集料》，对用作混凝土骨料的镍铁渣给出了相关建议和规定。我国对于镍铁渣及其应用

的研究内容主要集中于这些方面：分离和提取Ni、Cr等金属；作为筑路材料或矿井充填材

料；制备建筑砌块；制造蒸压砖；制造微晶玻璃和陶瓷；制备地质聚合物；用作混凝土骨料；

用作水泥混合材。

镍铁渣粉就是镍铁渣通过机械粉磨后得到的粉体材料，相应的可以分为电炉镍铁渣粉

（electricarcfurnaceferronickelslagpowder）和高炉镍铁渣粉（blastfurnaceferronickelslag）。

由于镍铁渣粉具有潜在的活性，越来越多的研究开始关注镍铁渣粉用作水泥混合材和混凝土

矿物掺合料的可能性。中国建筑学会也在2016年6月发布了团体标准T/ASC01-2016《水

泥和混凝土用镍铁渣粉》，针对镍铁渣粉在水泥和混凝土中的使用提出了一些具体的技术指

标和要求。之后我国又颁布了《用于水泥和混凝土中的镍铁渣粉》（JC/T2503-2018）的行业

标准，规定了用于水泥和混凝土中镍铁渣粉的术语和定义、分类、组分与材料、技术要求、

试验方法、检验规则、交货与验收、运输与贮存等，适用于用作水泥和混凝土中的镍铁渣粉。

上述两个标准均是针对镍铁渣粉的产品标准，而镍铁渣粉在混凝土中的应用过程及镍铁渣混

凝土的生产技术规程仍是空白，亟待填补完善。

1

随着生产工艺的不断进步，我国的矿物掺合料市场上已能够生产出性能良好的镍铁渣粉，

且近些年关于镍铁渣粉在混凝土中用作矿物掺合料的研究越来越多，积累了比较丰富的科研

成果，也在一些工程中得到了推广应用。为了规范镍铁渣在水泥混凝土中的应用，做到技术

先进、经济合理、安全适用，推动镍铁渣粉在混凝土中的大规模科学使用，并促进混凝土的

低碳和绿色发展，由清华大学组织国内相关单位联合开展《镍铁渣粉在混凝土中应用技术规

程》的编制工作。

（二）主要工作过程

（1）2020年7月，编制组召开启动会议，主编单位介绍了编制背景和意义，参编单位

对编制大纲进行了研讨，对调研、材料性能试验、混凝土配合比试验等进行了分工。

（2）2020年8月-2020年12月，编制组调研全国的镍铁渣粉生产情况和镍铁渣粉在混

凝土中应用情况，调研国内外的镍铁渣粉的相关标准、专利和论文成果。

（3）2021年1月-2023年2月，编制组开展镍铁渣粉的材料性能试验，包括化学组成、

矿物组成、比表面积、颗粒形貌、需水量、安定性、重金属浸出等；开展镍铁渣粉在水泥中

的反应机理研究，包括反应产物、孔隙结构、反应过程等；开展镍铁渣粉混凝土的性能试验，

包括工作性、强度、耐久性、收缩等。

（4）2023年3月，编制组召开内部研讨会，讨论形成《镍铁渣粉混凝土技术规程》的

征求意见稿和编制说明。

（5）2023年4月，向行业和社会公开征求意见，并向行业专家、生产企业、应用企业

等定向征求意见。

1.3起草工作组及其工作分工

任务分工参编单位

总则、术语和符号、基本规定清华大学、北京建工新型建材有限责任公司

镍铁渣粉的检验和验收清华大学、同济大学、福建源鑫环保科技有限公司

镍铁渣粉混凝土配合比设计清华大学、东南大学、佛山市汇江混凝土有限公司

镍铁渣粉混凝土的制备与施工北京工业大学、迁安威盛固废环保实业有限公司

镍铁渣粉混凝土质量检验评定中国建筑科学研究院有限公司、盐城工学院、

附录深圳信息职业技术学院

用词说明、引用标准名录、

清华大学、河北清华发展研究院

条文说明、编制说明

二、标准编制原则和主要内容

（一）标准编制的原则

本标准的起草遵从以下规则：贯彻执行国家的政策、法规，与现行其他国家标准协调一

致。在进行充分市场调研和试验研究的基础上，参考现行国家标准和行业标准，制定既具有

先进性又具有可行性的标准，力求促进行业水平的提高和优质产品的推广。

通过严格的论证或实验验证来确定各项指标，保证技术指标的准确性和科学性。首先，

确保原材料的品质符合国家标准，适合高性能混凝土发展的需要。其次，充分发挥镍铁渣粉

的特性，提出制备满足工程要求的混凝土制备方法，推动镍铁渣粉的大规模应用，促进绿色、

低碳混凝土的发展。此外，针对镍铁渣粉在混凝土中应用可能存在的问题，提出相应的指标

要求或限制措施，确保镍铁渣粉的正确应用，确保工程质量和安全。

本标准通过规范镍铁渣粉在混凝土中应用的方法，促进镍铁渣粉在现代混凝土中的科学、

规范、高效地应用。

2

（二）标准的主要内容

标准共计7章，分别为：1总则；2术语和符号；3基本规定；4镍铁渣粉的检验和验

收；5镍铁渣粉混凝土的配合比设计；6镍铁渣粉混凝土的制备与施工；7镍铁渣粉混凝土

质量检验评定。

1总则

1.0.1为规范镍铁渣粉在水泥混凝土中的应用，保证镍铁渣粉混凝土性能和工程质量，制定

本规程。

1.0.2本规程适用于工业与民用建筑中将高炉镍铁渣粉或电炉镍铁渣粉作为矿物掺合料使用

的混凝土的应用。。

本规程所涉及的条文，指的是镍铁渣粉的掺量在10%以上的混凝土，单掺或与其他矿物

掺合料复掺。

1.0.3镍铁渣粉在混凝土中的应用，除应符合本规程外，尚应符合国家现行相关标准的规定。

2术语和符号

2.1术语

2.1.1镍铁渣ferronickelslag

冶炼镍铁合金时排出的熔融物经淬冷得到的粒化炉渣。采用高炉冶炼工艺时，称为高炉

镍铁渣；采用电炉冶炼工艺时，称为电炉镍铁渣。

2.1.2镍铁渣粉ferronickelslagpowder

以镍铁渣为主要原料磨细至规定细度的粉体材料。

2.1.3高炉镍铁渣粉blastfurnaceferronickelslagpowder

以高炉镍铁渣为主要原料磨细至规定细度的粉体材料。

2.1.4电炉镍铁渣粉electricarcfurnaceferronickelslagpowder

以电炉镍铁渣为主要原料磨细至规定细度的粉体材料。

2.1.5镍铁渣粉混凝土ferronickelslagpowderconcrete

使用镍铁渣粉作为唯一矿物掺合料，或使用以镍铁渣粉为主的复合矿物掺合料的混凝土。

镍铁渣粉占矿物掺合料的质量百分比不低于50%，且占胶凝材料的质量百分比不低于

10%的混凝土。

2.1.6试验胶砂testingmortar

镍铁渣粉30％等质量取代对比水泥后，按现行国家标准《水泥胶砂强度检验方法(ISO

法)》GB/T17671规定制备的胶砂。

2.1.7活性指数strengthactivityindex

试验胶砂和对比胶砂试件在标准养护条件下养护至相同规定龄期的抗压强度之比，以百

分数表示。

2.1.8水胶比water-binderratio

混凝土用水量与胶凝材料质量之比。

3

2.1.9镍铁渣粉掺量ferronickelslagpowdercontent

镍铁渣粉占胶凝材料质量的百分比。

2.2符号

푓cu,0——混凝土配制强度（MPa）；

푓cu,k——混凝土立方体抗压强度标准值（MPa）；

휎——混凝土强度标准差（MPa）。

3基本规定

3.0.1使用中应区分高炉镍铁渣粉和电炉镍铁渣粉。

根据镍铁冶炼的工艺不同，镍铁渣分为高炉镍铁渣和电炉镍铁渣两类。制备成矿物掺合

料时，高炉镍铁渣粉和电炉镍铁渣粉的性能差异很大，尤其是活性差异，因此在工程应用时

要区分高炉镍铁渣粉和电炉镍铁渣粉，不能一概而论。

3.0.2用作混凝土掺合料的镍铁渣粉的安定性应合格。

镍铁渣粉的化学组成中MgO的含量较高，有时超过30%。尽管大量的研究表明MgO

主要是以尖晶石或镁橄榄石的矿物形式存在，安定性不良的现象很少见。但是为了最大限度

降低风险，避免引发工程质量问题，还应严格检验镍铁渣粉的安定性，确保安定性合格才能

使用。

3.0.3用作混凝土掺合料的镍铁渣粉的放射性应合格。

镍铁渣属于有色金属冶炼渣，含有放射性组分，作为建筑材料使用时，需满足放射性的

国家标准要求。

3.0.4用作混凝土掺合料的镍铁渣粉的重金属浸出指标应合格。

镍铁渣粉的中含有一定量的重金属，包括Cr、Ni和Mn等。尽管大量的研究表明镍铁

渣中的重金属主要是以稳定的固溶体形式存在，在正常的中性水环境中难以浸出。但是随着

浸出液的酸性增加，镍铁渣中的重金属仍然会大量浸出（图1），从而引发环境安全问题。例

如，采用醋酸缓冲溶液法（HJ/T299-2007）评价镍铁渣中的重金属在酸性环境下

（pH=2.64±0.05）的浸出风险时发现，高炉镍铁渣中Cr和Mn，电炉镍铁渣中Mn、Ni和Cr

的浸出浓度均很高（表1）。因此，应当严格检测镍铁渣粉中的重金属浓度，从而控制重金属

污染的风险。从控制指标来讲，Mn的毒性较低，所以应控制Cr和Ni的浸出。

14

12高炉镍铁渣

电炉镍铁渣

10

8

6

(mmol/L)

4

[Cr]

2

0

1110987654321

pH

图1镍铁渣中的重金属在不同pH值下的浸出行为（以Cr为例）

4

表1酸性条件下镍铁渣的重金属浸出浓度ppm

CuZnMnNiPbCrAs

高炉镍铁渣--385.6--14.5-

电炉镍铁渣-238.823.1-36.8-

浸出限值100a100a2b5a5a15a5a

注：a：GB5085.3-2007《危险废物鉴别标准浸出毒性鉴别》

b：GB8978-1996《污水综合排放标准》

3.0.5当镍铁渣粉单独掺用或与其他矿物掺合料复合掺用时，其掺量应通过试验确定。

镍铁渣粉有高炉镍铁渣粉和电炉镍铁渣粉两类，并且活性差异较大。在行业标准《用于

水泥和混凝土中的镍铁渣粉》（JC/T2503-2018）中，高炉镍铁渣粉分成3个等级，电炉镍铁

渣粉分成2个等级。所以使用镍铁渣粉制备混凝土时，其掺量应通过试验确定，以满足工程

的性能指标要求。

3.0.6镍铁渣粉混凝土应具有满足工程要求的凝结时间和早期强度。

镍铁渣粉的早期活性低于水泥，尤其是电炉镍铁渣粉的早期活性更低，且在低温条件下，

镍铁渣粉的早期活性进一步降低。所以使用镍铁渣粉制备混凝土时，需充分考虑镍铁渣粉的

种类、掺量、活性，以及环境温度对混凝土凝结时间和早期强度的影响，以满足施工要求。

镍铁渣粉的掺量取30%，参考GB/T50080-2002《普通混凝土拌合物性能试验方法标准》

中的方法进行初凝时间测试，试验结果如图1所示，结果表明：加入镍铁渣粉会延长其初凝

时间，电炉镍铁渣粉延缓初凝更严重。

图1镍铁渣粉的初凝时间

3.0.7不宜单独使用电炉镍铁渣粉作为矿物掺合料配制强度等级高于C45的混凝土。

电炉镍铁渣粉属于活性较低的矿物掺合料，通常28d活性指数低于85%，因此不适宜制

备较高强度的混凝土。制备C45及以上等级的混凝土，往往需要大幅降低水胶比或增大胶

凝材料用量，经济性较差。

3.0.8镍铁渣粉混凝土宜采用硅酸盐水泥或普通硅酸盐水泥配制。

当采用其他品种水泥时，应通过系统试验确定镍铁渣粉的适用性和合适掺量。一般而言，

水泥中的混合材含量较高时，不宜使用镍铁渣粉尤其电炉镍铁渣粉，因为会导致混凝土的早

期强度过低或凝结时间过长。

3.0.9镍铁渣粉混凝土应加强早期保湿养护。

5

镍铁渣粉（尤其电炉镍铁渣粉）混凝土的凝结、早期强度发展、微结构形成均缓慢，因

此混凝土的早期孔结构疏松，易向外界散失水分。因此，镍铁渣粉混凝土比纯水泥混凝土需

要更长的保湿养护时间。

4镍铁渣粉的检验和验收

4.1一般规定与检验方法

4.1.1用于混凝土中的高炉镍铁渣粉分为G100、G90、G80三个等级，电炉镍铁渣粉分为

D80和D70两个等级，镍铁渣粉的技术指标应符合现行行业标准《用于水泥和混凝土中的

镍铁渣粉》JC/T2503-2018，主要技术指标见表2。此外可浸出镍含量和可浸出铬含量的技

术指标应符合中国建筑学会标准《水泥和混凝土用镍铁渣粉》T/ASC01-2016。

表2镍铁渣粉主要技术指标

电炉镍铁渣粉高炉镍铁渣粉

项目

D80D70G100G90G80

密度/(g/cm3)2.8

比表面积/(m2/kg)400

7d6055807060

活性指数/%

28d80701009080

流动度比/%95

碱含量（Na2O+0.658KOH）/%1.0

氯离子/%0.06

烧失量/%3.0

含水量/%1.0

三氧化硫/%3.0

压蒸法合格

安定性

沸煮法合格

放射性合格

*未掺石膏的镍铁渣粉三氧化硫含量应不大于2.0%

表3列出了3种电炉镍铁渣粉和2种高炉镍铁渣粉的化学组成，表4列出了5种镍铁

渣粉的比表面积。为了分析原材料的矿物组成，对5种镍铁渣粉分别做了X-射线衍射分析，

得到的XRD图谱（如图2）。镍铁渣粉都含有大量的非晶态矿物，XRD图谱上有明显的“驼

峰”，尤其是高炉镍铁渣粉，其非晶态成分的含量明显比电炉镍铁渣粉中要多。晶态矿物方

面，电炉镍铁渣粉中主要含有镁橄榄石（MgSiO4），而高炉镍铁渣粉主要的晶态矿物成分是

尖晶石（MgAl2O4），另外高炉镍铁渣粉1号中含有少量的Ca2SiO4和MgSiO3晶体，而2号

高炉渣中含有一些CaCO3晶体。值得注意的是，虽然镍铁渣粉中MgO的含量很高，但是

XRD图谱表明其中并不存在方镁石晶体。

表3原材料的化学成分（%）

组成CaOSiO2Fe2O3Al2O3MgOMnOCr2O3SO3Na2OK2O

电炉镍铁渣粉

6.7546.1012.254.4627.120.791.500.140.150.07

1号（EFS1）

6

电炉镍铁渣粉

1.0150.4810.373.0832.610.621.370.04/0.08

2号（EFS2）

电炉镍铁渣粉

8.2444.9014.364.9423.290.982.470.050.120.15

3号（EFS3）

高炉镍铁渣粉

25.1929.951.5526.318.932.252.300.900.190.40

1号（BFS1）

高炉镍铁渣粉

22.5033.152.1521.9412.542.362.081.310.320.36

2号（BFS2）

表4五种镍铁渣粉的比表面积

原材料比表面积（m3/kg）

水泥374

电炉镍铁渣粉1号（EFS1）406

电炉镍铁渣粉2号（EFS2）419

电炉镍铁渣粉3号（EFS3）423

高炉镍铁渣粉1号（BFS1）388

高炉镍铁渣粉2号（BFS2）424

(a)三种电炉镍铁渣粉的XRD图谱(b)两种高炉镍铁渣粉的XRD图谱

图2五种高炉镍铁渣粉的XRD图谱

按照30%的掺量，分别用五种镍铁渣粉制备了水泥胶砂试件，参照国标GB/T750-1992

《水泥压蒸安定性试验方法》，在215.7±1.3℃的饱和水蒸气（对应的压力为2.0±0.05MPa）

中处理3h，并测定所有试件的压蒸膨胀率。试验结果如表5所示，可以看到，无论是掺入

电炉镍铁渣粉还是高炉镍铁渣粉，胶砂试件的压蒸膨胀率均远小于标准中硅酸盐水泥的压蒸

膨胀率限值0.80%。因此，两类镍铁渣粉掺入到水泥中使用时安定性都是合格的。

表5镍铁渣粉的压蒸安定性试验结果

镍铁渣粉种类试件压蒸后膨胀率（%）国标GB/T750-1992限值（%）

电炉镍铁渣粉1号0.03

电炉镍铁渣粉2号0.04

0.80

电炉镍铁渣粉3号0.02

高炉镍铁渣粉1号0.03

7

高炉镍铁渣粉2号0.02

从镍铁渣粉的化学成分中可以看到，两类镍铁渣粉中都含有一定量的Cr，这种有害的

重金属元素，可能会使镍铁渣粉在使用过程中产生浸出毒性。为了确保镍铁渣粉作为混凝土

矿物掺合料使用时的安全，有必要对其进行浸出毒性试验。试验的结果如表6所示，可以看

到，掺量为30%时，三种含电炉镍铁渣粉和两种含高炉镍铁渣粉的胶砂试件的可浸出Cr含

量均小于国标GB30760-2014《水泥窑协同处置固体废物技术规范》中的限值0.2mg/L，因

此可以判定镍铁渣粉制备成砂浆后，其中的Cr元素毒性很低。

表6镍铁渣粉可浸出Cr含量试验结果

可浸出Cr含量国标GB30760限值

镍铁渣粉种类掺量

（mg/L）（mg/L）

电炉镍铁渣粉1号30%0.0589

电炉镍铁渣粉2号30%0.0554

电炉镍铁渣粉3号30%0.06960.2

高炉镍铁渣粉1号30%0.0389

高炉镍铁渣粉2号30%0.0368

镍铁渣粉的掺量取30%，参照建筑行业标准JG/T315-2011《水泥砂浆和混凝土用天然

火山灰质材料》附录A中的方法进行流动度比测试。试验结果如表7所示：电炉镍铁渣粉1

号、2号和3号的流动度比分别为101%、104%和103%，高炉镍铁渣粉1号和2号的流动

度比分别为103%和101%。由此可见，作为矿物掺合料使用时，镍铁渣粉具有一定的减水作

用，而且两类镍铁渣粉的差异不大。

表730%替代率下砂浆流动度比测试结果

水泥100%

70%水泥+30%EFS1101%

70%水泥+30%EFS2104%

70%水泥+30%EFS3103%

70%水泥+30%BFS1103%

70%水泥+30%BFS2101%

镍铁渣粉的掺量取30%，进行混凝土坍落度测试，试验结果如图3和图4所示，作为矿

物掺合料使用时，镍铁渣粉往往有利于提高混凝土的流动度和减少流动度损失，由此可见，

对镍铁渣粉的流动度比作出指标要求是非常必要的，在活性低于水泥的情况下，能够通过低

需水量的特点改善混凝土的流动性。

8

图3混凝土初始坍落度测试结果图4混凝土1h坍落度测试结果

图5显示了不同配合比的砂浆在7d、28d、90d龄期时的抗压强度。从图中可以看出，

无论是在何种水胶比条件下，掺入30%电炉镍铁渣粉都会明显降低砂浆各个龄期时的抗压

强度，这表明含有电炉镍铁渣粉的砂浆中水化产物相比于纯水泥砂浆较少，微结构更加疏松。

在7d龄期时，掺高炉镍铁渣粉的砂浆的抗压强度明显高于掺电炉镍铁渣粉的组，不过仍然

比纯水泥组要低。这说明虽然高炉镍铁渣粉的早期活性比电炉镍铁渣粉高，但是其早期反应

程度仍然比水泥低，生成的反应产物并不能弥补由于其替代水泥所导致的水化产物减少的量，

从而造成砂浆强度的降低。

随着龄期的增长，高炉镍铁渣粉的火山灰反应会产生越来越多的产物，同时消耗水泥水

化产生的Ca(OH)2，改善过渡区微结构，所以到28d和90d龄期时砂浆的强度与纯水泥组

非常接近，掺高炉镍铁渣粉1号的砂浆的强度甚至还稍高于纯水泥砂浆组。

尽管三种电炉镍铁渣粉的化学组分有区别，但是它们的火山灰活性差异很小，因此掺有

不同电炉镍铁渣粉的三组砂浆的抗压强度没有太大差别，只是掺电炉镍铁渣粉1号的组略

低一些。与此不同的是，两种高炉镍铁渣粉的火山灰活性有明显的差别，这一点在砂浆强度

的试验结果中也体现了出来，其中比表面积的差异是关键因素，由此可见对镍铁渣粉的比表

面积的指标要求（≥400m2/kg）是非常必要的。

图5不同龄期时的砂浆强度

4.1.2镍铁渣粉的储存应防止受潮，当储存期超过12个月时，使用前应按第4.2.2～4.2.3条

进行复验。

镍铁渣粉受潮会影响应用效果。其中高炉镍铁渣粉中含有Ca的含量较高，并且含有少

9

量C2S，应在储存中注意防止受潮。

总体上镍铁渣粉与水直接反应的程度很低，因此储存期超过12个月，要进行复检。

4.1.3比表面积、密度、含水量、碱含量、烧失量、氯离子含量、三氧化硫、活性指数、流

动度、安定性、放射性的检验应按现行现行行业标准《用于水泥和混凝土中的镍铁渣粉》

JC/T2503-2018规定的方法进行。可浸出镍含量和可浸出铬含量的检验应按中国建筑学会

标准《水泥和混凝土用镍铁渣粉》T/ASC01-2016的方法进行。

比表面积的检验按现行国家标准《水泥比表面积测定方法勃氏法》GB/T8074进行；

密度的检验按现行国家标准《水泥密度测定方法》GB/T208进行；

三氧化硫、氯离子含量、烧失量、含水量的检验按现行国家标准《水泥化学分析方法》

GB/T176进行；

活性指数和流动度比按现行国家标准《矿物掺合料应用技术规范》GB/T51003进行，

试验样品为镍铁渣粉和基准水泥质量比3:7混合制成；

沸煮安定性的检验按现行国家标准《水泥标准稠度用水量、凝结时间、安定性检验方法》

GB/T1346进行，试验样品为镍铁渣粉和基准水泥质量比3:7混合制成；

压蒸法安定性的检验按现行国家标准《水泥压蒸安定性试验方法》GB/T750进行，试

验样品为镍铁渣粉和基准水泥质量比3:7混合制成；

放射性的检验按现行国家标准《建筑材料放射性核素限量》GB/T6566中规定的方法进

行。

可浸出镍含量和可浸出铬含量的检验应按照《水泥胶砂中可浸出重金属的测定方法》

GB/T30810进行，其中试验胶砂为镍铁渣粉与水泥按质量比3:7混合后按照GB/T17671制

备得到。

4.2交货与验收

4.2.1供货单位应提供批次产品合格证、出厂检验报告、型式检验报告。合格证应包括：厂

名、合格证编号、镍铁渣粉等级、批号及出厂日期。

该验收要求与矿渣等矿物掺合料的要求一致。

4.2.2镍铁渣粉使用单位应按本规程对镍铁渣粉进行分批检验，进场检验项目为比表面积、

活性指数及安定性。安定性检验不合格者不得使用。比表面积和活性指数达不到规定要求时，

该批镍铁渣粉应降级处理。

镍铁渣粉的比表面积、活性指数和安定性是最关键的性能指标，因此是进厂检验的必须

项目。安定性问题是涉及到安全的问题，安定性检验合格的镍铁渣粉才可以使用。

4.2.3检验批及取样方法应符合下列规定：

1镍铁渣粉的取样频次应以同一厂家连续供应的30t相同种类、相同等级的镍铁渣

粉为一批，不足30t时应按一批次计。

2散装镍铁渣粉的取样，应随机从每批5个以上不同部位各取等量试样一份，每份不

应少于2.0kg，混合搅拌均匀，用四分法缩取比试验需要量多一倍的试样量。袋装镍铁渣粉

的取样，应随机从每批中抽取10袋，从每袋中各取等量试样一份，每份不应少于1.0kg，混

合搅拌均匀，用四分法缩取比试验需要量多一倍的试样量。

检验批的规定参考了国内几家镍铁渣粉生产厂的实际生产规模，以及国标《矿物掺合

料应用技术规范》GB/T51003中的基本规定。既具有实用性和可操作性，又确保产品质量

合格和稳定。

5镍铁渣粉混凝土的配合比设计

5.1材料要求

10

首先，镍铁渣粉的技术指标要符合本规程4.1.1的规定。其次，水泥、细骨料、粗骨料、

水、化学外加剂和其他矿物掺合料的要求均是常规的要求，符合相应的国家标准。

5.1.1镍铁渣粉应符合本规程4.1.1的规定。

5.1.2水泥应选用强度等级为42.5或42.5以上的硅酸盐水泥或普通硅酸盐水泥，其性能

应符合现行国家标准《通用硅酸盐水泥》GB175的规定。

5.1.3细骨料的技术要求应符合现行国家标准《建设用砂》GB/T14684和现行行业标准

《普通混凝土用砂、石质量及检验方法标准》JGJ52的规定。

5.1.4粗骨料的技术要求应符合现行国家标准《建设用卵石、碎石》GB/T14685和现行

行业标准《普通混凝土用砂、石质量及检验方法标准》JGJ52的规定。

5.1.5水应符合现行行业标准《混凝土用水标准》JGJ63的规定。

5.1.6化学外加剂应符合现行国家标准《混凝土外加剂》GB8076和《混凝土外加剂应用

技术规范》GB50119的规定。

5.1.7矿渣、粉煤灰和硅灰等矿物掺合料应符合相应的现行国家标准的规定。

5.2配合比设计

5.2.1镍铁渣粉混凝土的强度保证率应与普通水泥混凝土相同，其取值应按现行行业标准《普

通混凝土配合比设计规程》JGJ55的相关规定执行。

镍铁渣粉混凝土的配合比设计基本思路和步骤与普通水泥混凝土相近，强度保证率应于

普通水泥混凝土相同，可参考普通水泥混凝土的配合比设计方法。

5.2.2镍铁渣粉混凝土的配合比应根据混凝土的强度等级、耐久性，以及拌合物的工作性等

要求，采用实际工程使用的原材料进行设计。

这是混凝土配合比设计的通用原则，镍铁渣粉混凝土的配合比设计也依次执行。

5.2.3高炉镍铁渣粉混凝土性能评定龄期应根据建筑物类型和实际承载时间确定，宜取28d，

推荐使用60d或90d。电炉镍铁渣粉混凝土性能评定龄期应根据建筑物类型和实际承载时

间确定，宜取60d或90d。

高炉镍铁渣粉的活性相对较高，宜取28d作为混凝土性能的评定龄期。电炉镍铁渣粉的

活性较低，电炉镍铁渣粉混凝土的强度发展缓慢，可以根据建筑物类型和实际承载时间适当

延长验收龄期，或按合同规定的龄期执行，本规程推荐使用60d或90d龄期作为强度验收龄

期。

表8是水胶比分别为0.5、0.4、0.3时，掺量30%的3种电炉镍铁渣粉和2种高炉镍铁

渣粉的混凝土配合比，其中纯水泥混凝土作为参照组。混凝土在7d、28d、90d龄期时的

抗压强度结果如图6所示。很显然，镍铁渣粉对混凝土早期强度有不利影响，且电炉镍铁渣

粉的不利影响更明显。随着龄期的增长，掺镍铁渣粉混凝土的强度增幅较大，但是就算是到

了90d龄期，电炉镍铁渣粉混凝土的强度也低于纯水泥混凝土，高炉镍铁渣粉混凝土的强度

会接近纯水泥混凝土。因此，使用镍铁渣粉代替部分水泥时，需适当降低混凝土的水胶比。

表8混凝土的配合比（kg/m3）

水胶比编号水泥镍铁渣粉细骨料粗骨料水

C-0.538008051025190

E1-0.5266114（电炉EFS1）8051025190

E2-0.5266114（电炉EFS2）8051025190

0.5

E3-0.5266114（电炉EFS3）8051025190

B1-0.5266114（高炉BFS1）8051025190

B2-0.5266114（高炉BFS2）8051025190

0.4C-0.442007691063168

11

E1-0.4294126（电炉EFS1）7691063168

E2-0.4294126（电炉EFS2）7691063168

E3-0.4294126（电炉EFS3）7691063168

B1-0.4294126（高炉BFS1）7691063168

B2-0.4294126（高炉BFS2）7691063168

C-0.350007201080150

E1-0.3350150（电炉EFS1）7201080150

E2-0.3350150（电炉EFS2）7201080150

0.3

E3-0.3350150（电炉EFS3）7201080150

B1-0.3350150（高炉BFS1）7201080150

B2-0.3350150（高炉BFS2）7201080150

图6不同龄期时的混凝土强度

5.2.4有耐久性要求时，宜选用高炉镍铁渣粉。

图7显示了在28d和90d龄期时各组混凝土的6h电通量和相应的混凝土渗透性等级。

从中可以看出，在28d龄期时，掺入30%高炉镍铁渣粉可以显著减小混凝土的电通量、降

低其氯离子渗透性等级，其中含高炉镍铁渣粉1号的混凝土的电通量相比于掺高炉镍铁渣

粉2号的组明显更低一些，这与强度的试验结果是一致的。而电炉镍铁渣粉对混凝土的抗氯

离子渗透性能的改善作用在28d龄期时并不明显，掺入电炉镍铁渣粉之后混凝土的渗透性

等级在0.5和0.3水胶比条件下并没有变化。这部分的试验结果再次表明，在28d龄期时，

高炉镍铁渣粉的反应程度明显要高于电炉镍铁渣粉。到了90d龄期，掺高炉镍铁渣粉和电

炉镍铁渣粉的混凝土的氯离子渗透性等级都比纯水泥混凝土组低。值得注意的是，在90d龄

期时，掺30%电炉镍铁渣粉的净浆的孔隙率相比于纯水泥净浆是更大的（图8），因此可以

推断，镍铁渣粉的火山灰反应能够明显改善混凝土的界面过渡区结构，降低连通孔隙的数量，

从而增强了抗氯离子渗透的能力。另外还可以发现，0.3水胶比条件下，掺电炉镍铁渣粉和

掺高炉镍铁渣粉的混凝土在90d龄期时的氯离子渗透性等级处于同一水平，这主要是因为

在较低水胶比条件下，混凝土的微结构本来就非常密实，而且在后期两类镍铁渣粉的反应程

度都比较高，对混凝土抗氯离子侵蚀能力的改善效果都很明显，所以此时它们之间的活性差

异没有体现出来。

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图728d养护龄期时混凝土的6h电通量和氯离子渗透性等级

图890d养护龄期时混凝土的6h电通量和氯离子渗透性等级

图9显示了C-0.4、E1-0.4和B2-0.4三组混凝土在150d龄期内的干燥收缩发展情况。

从中可以看出，在0.4水胶比条件下，掺入30%电炉镍铁渣粉1号和高炉镍铁渣粉2号都会

导致混凝土早期的干燥收缩变大，这主要是由于镍铁渣粉的活性比较低，掺入后胶凝材料中

的活性组分减少，早期浆体中的水化产物数量减少，浆体中的孔隙相比于纯水泥混凝土更多，

毛细孔中的水分更容易发生蒸发。大约20d之后，掺高炉镍铁渣粉的混凝土的干燥收缩增

长速度明显减小，干缩值也逐渐跟纯水泥组接近，在60d龄期后，B2-0.4组和C-0.4组混凝

土的干燥收缩曲线几乎重合在一起。而对于掺电炉镍铁渣粉的混凝土，虽然其干燥收缩值始

终大于纯水泥混凝土，但是在后期（大约45d之后），混凝土干燥收缩的增长率跟纯水泥组

非常接近，两个组最终干燥收缩的差值主要是早期时的收缩差异所导致的。由此可知，后期

镍铁渣粉发生火山灰反应，一方面产生了更多的反应产物，可以在一定程度上弥补因为代替

水泥而引起的水化产物减少的量，另一方面可以改善浆体的微观结构，减小孔隙率，毛细孔

中水分的蒸发速率也会逐渐减小，所以掺镍铁渣粉的混凝土的后期干缩增长率都跟纯水泥组

接近。这与后期硬化浆体孔结构、混凝土氯离子渗透性的分析结果都是相符的，尤其是掺高

炉镍铁渣粉的组，后期浆体孔结构跟纯水泥组接近，28d和90d时混凝土的氯离子渗透性

等级明显低于纯水泥组，所以混凝土的后期干燥收缩值会跟纯水泥组相近。

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图9不同组混凝土的干燥收缩曲线

5.2.5预应力混凝土、强度等级C40以上的混凝土，宜选用高炉镍铁渣粉。

电炉镍铁渣粉的活性较低，混凝土的强度发展缓慢，不适用于预应力混凝土和强度等级

C40以上的混凝土。宜选用高炉镍铁渣粉，推荐使用G100等级的高炉镍铁渣粉。

5.2.6镍铁渣粉在混凝土中的掺量应通过试验确定，最大掺量宜符合表A和表B的规定。对

浇筑量比较大的底板混凝土或其他大体积混凝土，镍铁渣粉最大掺量可增加5%。对早期强

度要求较高或冬期施工时，应降低镍铁渣粉的掺量。

镍铁渣粉的掺量越大，混凝土的早期强度降低越明显，并且为了满足强度等级的要求，

需不断降低混凝土的水胶比，因此本规程对镍铁渣粉的最大掺量做了限制。掺量限制主要考

虑了镍铁渣粉的活性，活性越低，最大掺量越小。

当镍铁渣粉应用于大体积混凝土时，由于镍铁渣粉能够明显降低早期水化热，对大体积

混凝土的抗裂性有积极的作用，可以考虑适当增大镍铁渣粉的掺量。

由于镍铁渣粉混凝土的早期强度发展缓慢，因此对早期强度要求较高时或冬期施工时，

应降低镍铁渣粉的掺量。

表A电炉镍铁渣粉的最大掺量（%）

D80电炉镍铁渣粉D70电炉镍铁渣粉

水胶比

采用硅酸盐水泥采用普通硅酸盐水泥采用硅酸盐水泥采用普通硅酸盐水泥

＞0.425202015

≤0.430252520

表B高炉镍铁渣粉的最大掺量（%）

G100高炉镍铁渣粉G90高炉镍铁渣粉G80高炉镍铁渣粉

水胶比采用硅酸盐采用普通硅酸采用硅酸盐采用普通硅采用硅酸盐采用普通硅

水泥盐水泥水泥酸盐水泥水泥酸盐水泥

＞0.4454030252520

≤0.4504535303025

5.2.7混凝土配制强度应按下式计算：

푓cu,0≥푓cu,k+1.645휎(5.2.7)

14

式中：푓cu,0——混凝土配制强度（MPa）；

푓cu,k——混凝土立方体抗压强度标准值（MPa）；

휎——混凝土强度标准差（MPa），取值应按现行行业标准《普通混凝土配合比设计

规程》JGJ55执行。

5.2.8镍铁渣粉混凝土的配合比设计可按容重法或绝对体积法计算，并应通过试配确定混凝

土配合比，宜通过系列配合比试验建立镍铁渣粉混凝土的水胶比与强度经验关系式。

从上述试验结果可知，镍铁渣粉混凝土的性能受水胶比的影响最大，随着镍铁渣粉的掺

入，调整水胶比是实现混凝土设计性能的最有效途径。因此，建议通过系统配合比试验建立

镍铁渣粉混凝土的水胶比与强度经验关系式，用于指导实际生产

5.2.9最小胶凝材料用量和最大水胶比应符合现行国家标准《混凝土结构设计规范》GB

50010和现行行业标准《普通混凝土配合比设计规程》JGJ55的规定。

最小胶凝材料用量和最大水胶比是混凝土配合比设计均应遵循的规定，按照现行国家标

准和行业标准执行。

6镍铁渣粉混凝土的制备与施工

6.1镍铁渣粉混凝土的制备

6.1.1镍铁渣粉的计量应采用质量法，掺入混凝土中镍铁渣粉的计量允许偏差为±2%。

误差1%很难达到，在2%的范围内可以接受。

6.1.2镍铁渣粉混凝土的搅拌顺序与普通混凝土相同，镍铁渣粉宜与水泥同时加入。

要确保胶凝体系混合均匀。

6.1.3应采用强制式搅拌机，并符合现行国家标准《混凝土搅拌站（楼）》GB/T10171的规

定。镍铁渣粉混凝土拌合物应搅拌均匀，且同一盘混凝土的搅拌均匀性应符合现行国家标准

《混凝土质量控制标准》GB50164的规定。

镍铁渣粉在混凝土中分散的均匀性至关重要，只有使用强制式搅拌机才能够达到理想的

分散效果。

6.1.4夏季施工或长距离运输时，应通过试验确定镍铁渣粉混凝土的坍落度经时损失。

由于镍铁渣粉的成分复杂，波动大，因此与外加剂的相容性需要注意，如果夏季施工或

长距离运输时，应通过试验确定镍铁渣粉混凝土的坍落度经时损失，以确保顺利泵送施工。

6.2镍铁渣粉混凝土的施工

6.2.1镍铁渣粉混凝土的流动性一般优于普通混凝土，镍铁渣粉掺量超过20%时，应关注混

凝土的工作性，避免混凝土离析。镍铁渣粉混凝土浇筑时应振捣密实，不得漏振或过振。镍

铁渣粉混凝土应至少进行二次抹压，且最后一次抹压应在泌水结束、终凝前完成。。

镍铁渣粉的需水量低，往往能够改善混凝土的流动性，所以在实际工程中具有一定的建

水效果。如果忽略了这一点，掺量较大时，容易造成离析或黏聚性差。

6.2.2镍铁渣粉混凝土浇筑完毕后，应及时进行保湿养护，保湿养护时间不宜少于14d；冬期

施工除满足当地混凝土施工规范外，养护时间不应少于21d。

大量的试验结果表明，镍铁渣粉会导致混凝土的初凝时间延长，早期强度降低，因此如

果镍铁渣粉混凝土得不到及时良好的早期养护，会因早期孔结构疏松而大量丧失水分，既造

成混凝土早期开裂加剧，有影响后期水化，从而影响最终强度和耐久性。因此，与纯水泥混

凝土相比，镍铁渣粉混凝土对早期湿养护的时间要求更高。

冬期施工时，镍铁渣粉混凝土的硬化和强度发展速率更慢，应及时采取保温措施，养护

时间应进一步延长。

6.2.3冬期施工的镍铁渣粉混凝土入模温度不应低于8℃。

15

6.2.4在预制构件生产中，镍铁渣粉混凝土的蒸养制度应通过试验确定，根据镍铁渣粉掺量

的增大应延长预养护（静停）时间。

对于采用蒸养工艺的预制镍铁渣粉混凝土，蒸养温度对水泥-镍铁渣粉复合胶凝体系的

水化促进作用与对纯水泥胶凝体系的水化促进作用有所差异，蒸养制度应通过试验确定。镍

铁渣粉混凝土的初凝时间明显比纯水泥混凝土长，因此，随着镍铁渣粉掺量的增加，应使预

养（静停）时间延长，以最大限度地减少热应力对混凝土微结构的损伤。

7镍铁渣粉混凝土质量检验评定

镍铁渣粉混凝土不属于特种混凝土，是常规混凝土，因此质量检验评定标准与常规混凝

土无异，均应按照国家现行标准执行，包括强度检验评定标准、施工质量验收规范、耐久性

检验评定标准，分别如7.0.1、7.0.2、7.0.3所述。

7.0.1镍铁渣粉混凝土的强度检验评定应按现行国家标准《混凝土强度检验评定标准》GB/T

50107进行。

7.0.2镍铁渣粉混凝土施工质量及验收评定应按现行国家标准《混凝土结构工程施工质量验

收规范》GB50204进行。

7.0.3镍铁渣粉混凝土耐久性检验评定应按现行行业标准《混凝土耐久性检验评定标准》

JGJ/T193进行。

三、主要试验（或验证）情况分析

1.电炉镍铁渣粉对C40混凝土性能的影响规律

磨细水淬电炉镍铁渣粉，表面呈青灰色，密度为2.9g/cm3，比表面积为420m2/kg。镍

铁渣的主要成分以SiO2、MgO和Fe2O3为主，Al2O3、CaO含量均较少。采用X-ray

diffraction(XRD)/Rietveld方法定量分析镍铁渣中的无定形玻璃体含量只有14%左右。根据标

准GB/T1346-2011中雷氏夹法测试的复合水泥安定性，尽管镍铁渣中含有较多MgO，但是

其对水泥安定性的影响较小。

表