水淬锰渣在加气混凝土中的应用.pdf

2 0 1 4年第 1 1 期 l 1月 混 凝 土 与 水 泥 制 品 CHI NA C0NCRETE AND CEMENT PR0DUCTS 2 01 4 No 1 1 No v e mb e r 水淬锰渣在加气混凝土中的应用 陈 平 ， 姜 晗 ， 刘荣进 ( 1 桂林理工大学 材料科学与工程学院 ， 5 4 1 0 0 4 ； 2 有色金属及材料加工新技术 教育部重点实验室， 桂林 5 4 1 0 0 4 ) 摘要 ： 参照工业上砂加 气混凝土3 - 艺， 研 究水 淬锰 渣作 为硅质材料和轻质 骨料制备加 气混凝 土的可行性 ， 通 过 对 两种加 气混凝 土进 行性 能测 试及 S E M 微观 观察 ， 研 究 了其抗压 强度 、 收 缩性能和水 化产物 ， 并分析 了两者性 能 之 间 的 差 异 。 关键词 ： 水淬锰渣 ； 加 气混凝土 ； 抗压强度 ； 水化产物 Ab s t r a c t ：Re f e r r i n g t o i n d u s t r y t e c h n o l o g y o f s a n d a e r a t e d c o n c r e t e ，t h e f e a s i b i l i t y o f w a t e r q u e n c h i n g ma n g a n e s e s l a g u s e d t o p r o d u c e a e r a t e d c o n c r e t e a s s i l i c e o u s ma t e r i a l a n d l i g h t w e i g h t a g g r e g a t e s wa s i n v e s t i g a t e d T h r o u g h p e r f o r - ma n c e t e s t s a n d S E M mi c r o a n a l y s i s ， t h e d i ff e r e n c e s o f c o mp r e s s i v e s t r e n g t h ，s h r i n k a g e p r o p e r t i e s a n d h y d r a t i o n p r o d u c t s be t we e n t wo ki n ds o f a e r a t e d c o nc r e t e a r e r e s e a r c he d a n d a n a l y z e d Ke y wo r d s ： W a t e r q u e n c h i n g ma n g a n e s e s l a g ； Ae r a t e d c o n c r e t e ； Co mp r e s s i v e s t r e n g t h ； Hy d r a t i o n p r o d u c t s 中图分 类号 ： T U5 2 8 2 文献标识码 ： A 文章编 号 ： 1 0 0 0 - 4 6 3 7 ( 2 0 1 4) 1 1 - 1 7 - 0 4 0前言 水淬锰渣是锰铁合金在 1 4 0 0 C以上 的高温 冶 炼 过 程 中 由所 排 放 的 熔 渣 经 水 急 冷 而 成 具 有 多孔 结构 的粒状颗粒l 】 1 ， 因氧化亚锰含量较高又称锰渣 ， 数 量 约为 锰 铁合 金 产量 的 2 2 5倍 ，虽 然水 淬 锰渣 经过水淬急冷后具备潜在水硬性和火山灰活性 ， 但 表现出来 的活性较弱 ， 使其 利用价值较小 、 利用率 较低 ， 大部分锰铁合金企业将排放的水淬锰渣未经 任何处理直接丢弃 ， 或筑坝堆置 ， 随意排放 ， 堆置水 淬锰 渣 不 仅 占用 大 量 土 地 ， 而 且 还 污 染 环 境 ， 同 时 也造成可利用资源的浪费l2 】 。广西作为全 国锰矿资 源 最 丰 富 的 新 兴 锰 业 大 省 ，水 淬 锰 渣 利 用 状 况 堪 忧 。 本试验 进行了两种思路制备水淬锰 渣加气混 凝土的研究 ， 一是将水淬锰渣细磨作为硅质材料在 高温高压下参与水热反应制备加气混凝土 ； 二是利 用其内部结构多孔的特性 ， 将其作为轻质骨料掺入 到 砂 加 气 混 凝 土 料 浆 中 制 备 轻 骨 料 一 砂 加 气 混 凝 土 。两种 思路 的 目的是 为 了解 决 目前水 淬锰 渣作 为 水泥混合材和混凝土掺合料利用率不高 的问题 ， 为 现有水淬锰渣的利用找出新途径。 1 原 材料 与试 验 方法 1 1 原材 料 基金项 目： 广西科 技攻关项 目( 桂科攻 1 2 1 1 8 0 4 1 3 D) 。 水 淬 锰 渣 ：取 自桂 林 某 铁 合 金 厂 排 放 的 硅 锰 渣 ，其 外 观 为 浅绿 色 ，结 构 疏 松 ，堆 积 密 度 8 0 0 9 0 0 k g m ， 其 化学 成分 如 表 1 所 示 。 水淬锰渣原料分为两种不 同颗粒尺寸 ： 一种是 经 球 磨 机 粉 磨 后 比表 面 积 为 4 2 0 m 2 k g粉 末 ( MF ) ； 另一种是通过方孔筛筛选后得到 0 4 l m m 的颗粒 ( MC ) 。水淬锰渣 中 S i O ： 含量近 4 0 ， 但石英态 S i O 含量极少 ，未达到加气混凝土生产对原材料 中 S i O ： 含量的一般要求 ( 用 于生产加气 混凝 土的砂 ， 一般 要求 S i O 含量 大 于 7 0 ， 并 要求 石英 态 S i O ： 含量 大 于 4 0 l 3 ) 。 因此 ， 必 须外 添 硅 质 材料 硅 砂 以满 足加 气混 凝 土 的生 产 要求 。水淬 锰渣 的矿 物组 成 主 要 是 由玻 璃 体 构 成 ，其 结 晶 相 是硫 化 锰( M n S ， d = 2 0 3 31， 1 2 2 31) 和硅化 锰 ( Mn S i ， d = 2 6 2 A， 1 8 5 3 , ) ， 另 外还有少量的石英和硅酸二钙 ， S E M 图可以看出其 内部多孔结构 ， 水淬锰渣的 X射线衍射图谱和扫描 电子显微 镜 图谱 分别 如 图 1 、 图 2所 示 。 水 泥 ：采 用 兴 安 某 水 泥 有 限公 司 生 产 的 P- O 4 2 5级 普通 硅酸 盐水 泥 。 石 膏 ： 采 用 柳 州某 水 泥 厂所 用 脱硫 石 膏 ， 比表 面 积磨 至 3 2 0 m2 k g 。 石 灰 ： 采 用 本 地 中 速 消解 石 灰 ， 比表 面 积磨 至 3 8 0 m V k g ， 具体性能见表 2 。 铝 粉 ： 武 汉 某 加 气 混凝 土 厂 所 用 铝 粉 膏 ， 具 体 性 能见 表 3 。 一 1 7 2 0 1 4年第 1 1 期 混凝土与水泥制品 总第 2 2 3期 3 0 4 0 5 0 6 0 7 0 8 O 9 0 2 0 。 水淬锰渣 X R D图 图 2 水淬锰渣颗粒 内部结构 S E M 表 2石 灰 性 能 葚 发 气 率 ， o 4 m m 方 孔 筛 筛 余 95 5 1 0 2 5 5 0 8 5 9 9 2 硅砂 ： 采用厦 门生产 的 I S O标准砂 ， 比表面 积 磨 至 3 3 5 m k g 。 1 2工艺 流程 水淬锰渣制备加气混凝土的工艺流程见图 3 。 1 3 加气 混凝 土性 能表 征 按照 G B T 1 1 9 6 9 2 0 0 8 蒸压加气混凝土性能 试验方法 测定水淬锰渣加气混凝土制品的绝干密 度 和 抗 压 强 度 ， 试 件 大 小 为 1 0 0 m m x l O O mm X l O O m m， 每组成型 3个试件。用 N O O V A1 2 0 0 e型 比 表 面积 与 孔 结 构 分析 仪 测 量 粉 末 比表 面 积 ； 用 Y P 2 0 1 N型 天平 测量 加气 混 凝 土制 品 的密 度 ； 用 一 1 8一 石膏 搅 拌均 匀 热水 ( 5 0 ) 浇注成模 卜 _ 叫 静停发气卜 _ 叫切割成坯 性能测试 烘箱烘干l_ 蒸压养护 图 3水 淬 锰 渣 制 备 加 气 混凝 土 的 工 艺 流 程 D Y E 一 3 0 0 S型液 压 抗压 抗折 试 验 机测 试 加气 混 凝 土 制 品 的抗 压强 度 ；用 S P 一 1 7 5型立 式 收缩 仪 测 量加 气混 凝 土制 品 的干燥 收缩 ； 用 J S M6 3 8 0 L V 扫描 电子 显微镜分析加气混凝土样品水化产物的微观形貌 。 2结 果与讨 论 2 1 水淬锰渣掺量对加气混凝土强度 的影响 为了探讨水淬锰渣微粉 ( M F ) 和水淬锰渣骨料 ( MC)对加气混凝土强度的影响 ，设计 了如下配合 比 ， 见表 4 、 表 5 ， 两种加气混凝 土制 品密度和抗压 强 度 随掺量 变化 的结 果分 别 如 图 4和 图 5所示 。 从 表 4和 图 4可 以看 出 ， 随着 MF掺 量 的提 高 ， 加气混凝土的密度呈现出先减小后增加 的趋势 ， 但 强度却出现大幅下降。当水淬锰渣微粉掺量在 5 2 5 时 ， 加气混凝土制品符合相关标准要求 ； 当 MF 掺量 达 到 3 0 时 ， 加气 混凝 土 强度 只 有 3 4 6 MP a ， 由 此可以看出 ， 水淬锰渣微粉虽然能提供一定的 S i O ， 但掺量过高会导致原料活性 S i O 含量过低 ， 不能生 成 足 够 支 撑 制 品 强 度 的 水 化 硅 酸 盐 产 物 ，为 满 足 B 0 6级 加气 混凝 土 规格 要求 ，同 时最 大 限度利 用 水 淬锰渣 ， 降低成本 ， 故确定 F 5为最优配合 比。 由于水淬锰渣颗粒具有多孔吸水性 ， 因而在设 计 MC加 气混 凝 土配合 比时 ，水料 比随着 水 淬锰 渣 骨料掺量 的增加而增加 ， 以保证发气的稳 定性 。从 表 5和图 5可以看出 ， 加气混凝土制品密度呈下降 趋势 ， 抗 压强度先减小后增大再减小 ， 整体上强度 都远高于 B 0 6级加气混凝土 国家标准要求 。这一方 O 1 2 图 O I O 陈平 ， 姜晗 ， 刘荣进 水淬锰渣在加气混凝土中的应用 4_ 8 塞 4 4 嘣 幽 4 0 3 6 6 1 6 n 吕 6 1 2 枢 6 08 5 l 0 l 5 2 0 2 5 3 0 MF掺 量 图 4 MF掺量对加气混凝土密度 和抗压强度 的影 响 面是 因为在加气混凝土料浆 中加人多孑 L 轻骨料 ， 改 善其孔结构 ， 可以使其制品形成有效的刚性骨架 ； 另一方面 ，水淬锰渣骨料孔 内部含有较多的水分 ， 促进 了胶凝材料的水化。制 品强度的下降主要是 由 于水 淬 锰 渣 骨料 的增 加 ， 胶凝 材 料 包 裹 在集 料 表 面 的浆体数量减小 ， 降低 了集料 间的粘附能力 ， 当水 淬锰渣骨料掺量在 5 0 时， 强度反而有一定程度 的 提高 ， 这是因为在此掺量下水化产物能够均匀裹覆 在骨料上 ， 两者达到一定平衡 ， 因此 ， C 5组是较为理 想 的选 择 。 2 2 收缩性能和含水率的关系 选取 MF加气混凝土 F 5组 、 ME加气混凝土 C 5 组 以及基于 C 5组配合 比但未掺水淬锰渣骨料的普 通砂加气混凝土试样 ， 采用快速测试法测试加气混 凝 土 收缩值 ， 其 随含 水 率 的变 化 曲线 如 图 6所 示 。 从 图 6可 以看 出 ： 三 种 加 气混 凝 土 砌 块 的 干燥 收缩 F 5试样要略大于其他两种 ，收缩值随含水率 6 2 0 6 0 0 5 8 0 糖 5 6 0 1 O 2 0 3 O 4 0 5 0 6 O MC掺量， 图 5 M E掺量对加气混凝 土密度 和抗压 强度 的影 响 吕 g j 型 婚 O 8 0 7 0 2 0 1 0 O 0 l U 2 U U 4 U U OU 含水率 图 6 含水率一 干燥收缩变化 曲线 的变化规律相似 ， 大致可 以分为 3个 阶段 ： 当含 水率在 3 0 1)A 1- 时， 干燥收缩值基本没有变化。 从含水率 3 o N收缩突变点 ( 约 5 含水率 ) 区间 ， 随着含水率降低 ， 收缩值上升减缓 。 从收缩突变 点 至绝 干状态 时 ， 收缩 曲线急剧增加 ， 其收缩值 已 一 1 9 7 6 5 4 B d 慧