高爐水淬渣水硬活性及最佳摻入比例的研究

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1、萬方數(shù)據(jù)2011年第10期／第32卷黃金GoLD高爐水淬渣水硬活性及最佳摻入比例的研究李輝，王洪江，儀海豹，王勇，焦華黏(北京科技大學(xué)土木與環(huán)境工程學(xué)院)摘要：由于高爐水淬渣的生產(chǎn)工藝不同，造成了其水硬活性差異性較大，為高爐水淬渣這一固體廢棄物的資源化利用帶來難題。通過對高爐水淬渣的化學(xué)成分分析、XRD分析，初步對其活性進行判定。測試高爐水淬渣不同摻入量的試件強度，運用活性系數(shù)法和活性因子法分析其潛在水硬活性，且其水硬活性隨時間的增長而增長。試驗結(jié)果表明，該高爐水淬渣在水泥膠凝劑中的最佳摻入量為40％～50％。關(guān)鍵詞：高爐水淬渣；活性系數(shù)；活性因子；最佳摻入量中圖分類號：X757文獻標(biāo)志碼：B

2、文章編號：1001—1277(2011)lO一0027一040引言長期以來，有色金屬及貴金屬礦山大量井下采空區(qū)充填需要消耗數(shù)以萬噸的水泥作為充填膠凝材料。據(jù)統(tǒng)計，充填成本占采礦成本的1／3左右，而充填成本中充填材料又占80％左右，昂貴的充填成本給礦山造成了很大的經(jīng)濟壓力。降低水泥單耗或?qū)で笏嗵娲?，是充填技術(shù)的主攻方向。而目前，高爐水淬渣作為冶煉生鐵時的副產(chǎn)品，由于其特殊的生產(chǎn)工藝流程(急劇冷卻液態(tài)熔融)，使得其中大部分物質(zhì)呈玻璃態(tài)，大約占到了80％以上¨qJ。正因為其化學(xué)成分及玻璃態(tài)物質(zhì)結(jié)構(gòu)的存在，決定了高爐水淬渣具有潛在的水硬活性，可以用作水泥活性摻合料，目前其用量約占到水泥的20％～7

3、0％。據(jù)有關(guān)試驗證實，水淬渣的加入不僅可以節(jié)約膠凝成本，而且還可以改進水泥的性能”“1。本文初步探討了高爐水淬渣的質(zhì)量系數(shù)、堿性系數(shù)、活性系數(shù)等質(zhì)量指標(biāo)，并對粉磨樣品進行了x射線晶體衍射(X—RayDiffraction，XRD)分析，同時認為僅從化學(xué)成分和玻璃體含量的角度對高爐水淬渣活性進行評價，有些欠妥，不能從本質(zhì)上說明問題。從抗壓強度角度出發(fā)，通過活性系數(shù)和活性因子分析手段，探討了水淬渣的水硬活性，提出了高爐水淬渣在水泥中的最佳摻入比例，為今后進一步試驗和礦山現(xiàn)場充填提供依據(jù)。多集中在2mm左右；顏色為灰白色，多孔膨松。其主要化學(xué)成分為CaO、SiO：和A120，及少量的Mgo，如表1所

4、示。表l高爐水淬渣化學(xué)成分％成分Si02A1203CaOMgoMnOFe203S高爐水淬渣35．93．9232．57．358．250．920．59高爐水淬渣的化學(xué)成分與水泥熟料相似，可以根據(jù)其化學(xué)成分計算出高爐水淬渣的質(zhì)量系數(shù)、堿性系數(shù)和活性系數(shù)。經(jīng)過計算，高爐水淬渣的質(zhì)量系數(shù)K=0．99。在GB／T203--2008《用于水泥中的?；郀t礦渣》中規(guī)定，粒化礦渣的K值必須大于1．2川。顯然該細化水淬渣的質(zhì)量系數(shù)很低。堿性系數(shù)眠略大于1，表示堿性氧化物稍多于酸性氧化物，該水淬渣稱之為堿性水淬渣?；钚韵禂?shù)Mo=0．11。國標(biāo)規(guī)定M，>0．25為活性礦渣；M。<0．25為低活性礦渣【7J。故該高爐水

5、淬渣為低活性水淬渣。這些指標(biāo)僅能反映水淬渣的化學(xué)組成特性，但相同化學(xué)組成的水淬渣結(jié)構(gòu)存在較大差異，活性也會有較大差別。清華大學(xué)在研究天然沸石礦物摻合料的活性時，提出了用活性率(活性硅鋁與材料硅鋁總量的比)評價礦物摻合料活性的方法，但這種方法也僅試用于硅鋁礦物摻合料，仍然無法用于評價礦渣粉活性‘8—9I。1試驗原材料2試驗方案及基本原理1)強度等級42．5普通硅酸鹽水泥。2)高爐水淬渣。該高爐水淬渣粒徑大小不一，2．1試驗方案根據(jù)GB／T203--2008《用于水泥中的?；郀tt收稿日期：201l—08一16基金項目：新世紀(jì)優(yōu)秀人才支持計劃項只(NECT一0r7-0070)；長江學(xué)者和創(chuàng)新團隊發(fā)

6、展計劃資助項目(IRT0950)作者簡介：李輝(1987一)，男．河北滿城人，碩士研究生，主要從事充填采礦技術(shù)研究；北京市海淀區(qū)學(xué)院路30號，北京科技大學(xué)土木與環(huán)境工程學(xué)院371信箱，100083萬方數(shù)據(jù)黃金礦渣》，依據(jù)其強度測試方法o7

7、，分別測定摻入礦渣量為30％、40％、50％、60％的水泥砂漿樣品和未摻量礦渣的對比砂漿樣品的7d和28d的抗壓強度。將高爐水淬渣在錐形球磨機(XMQ一書240X90型)中研磨37min，保證水淬渣粒徑一80燦m占1％～3％、烘干(100±5)℃，按0．5的水灰比制備成40mmX40mmX160mm試塊，在溫度(20±1)℃、相對濕度不低于90％的養(yǎng)護箱中養(yǎng)

8、護24h，脫模后在養(yǎng)護箱溫度為(20±1)oC的條件下養(yǎng)護至所需齡期，再進行強度試驗。水泥砂漿樣品和對比樣品的配料情況見表2。表2高爐水淬渣不同摻量下的砂漿數(shù)量2．2活性系數(shù)法分別測定水泥砂漿樣品的7d、28d的抗壓強度，以及對比樣品的7d、28d的抗壓強度，兩種樣品同齡期的抗壓強度之比即為活性系數(shù)?；钚韵禂?shù)值大小直觀地表征了高爐水淬渣活性的大小，活性系數(shù)越大，高爐水淬渣的活性越好。也可以根據(jù)活性