锰矿渣对水泥强度的影响及其活性激发.pdf

7 j L 晁，致 硬 锰 边 锰 矿 渣 对 水 泥强 度 的 影 响 及 其 活 性 激 发 武 汉 I 业 大 学 墨 鱼 生 莲 垂 -f 投 2 2-提要)锰矿 渣可作 为混合材用于水 泥生产。试验表 明：生产普通水泥时，锰矿渣 对 水 泥 强 度 的 影 响 与 普 通 矿 渣 相似 I 生产 矿 渣水 泥 时，它 使 水 泥 强 度 有 较 大 幅 度 的 下 降。由xRD研究知锰矿渣主要 由结 晶矿渣 和部 分玻 璃相所组 成，这是 其活性较 低 的 主 要 原 因。采用化 学结合水测 定法研 究得知，Ca O、石 膏和Na OH对 锰矿渣的活性均有 良好 的 激 发 作 用。E Su mma r y 3 Ma n g a n e s e s t a g c a n b e u s e d a s a n a d d i I i o n ma t e r i a l i n c e me n t p r o d u o r i o n I t i s 5 h o w n b y t e s t s t h a t m a n g a n e s e s t a g h a s t h e s a m e i n flu e n c e a s t h e o r d i n a r y s t a g t o c e me n t；s t r e n g t h wh e n o r d i n a r y c e me n i s p r o d u c e d，a n d r e d u c e s t h e s t r e n g T 口 b i g g e r ma r gi n wh e n s lag c e me n t i s p r o d u c e dTh e XRD s t u d i e s i n d i c a t e s t h a t ma n g a n e s e s t a g i s ma i n l y c o m p o s e d o f c r y s t a l l i z e d s t a g a n d s o me gl a s s h a s e s a n d t h i s i s t h e ma i n Y e a s o n o f i t s t o w a c t i v i t y Th e s t u d i e s b y c h e mi c a l l y b o n e d wa t e r me a s u r e m e r l t s c o n c l u d e抽0 Ca O Gy p s u m a n d Na OH h a v e g o o d e f f e c t s o n s t i mu f a t i ng t h e ma ng f l r t es e s l a g ac t i vi t y 一、前 言 锰 矿渣是冶炼锰钢生铁时 产生的 工 业 废 渣，可作为混 台材用 于水 泥生 产。生产实践 表 明：在水 泥工业 中采 用锰 矿渣可以弥补由 于普 通矿渣 供应 不足所造 成的 资源 缺 口，并具有节 能，增产 改善某些性能和提高经济效益的作 用。但因锰矿 渣的化学 成分、矿物组成和 内部 结构 等与普进矿渣 有较大的差异，因此用锰矿 渣配 制的水泥，其主要 性能强度也 有较大 的不 同。为 了能在水泥生 产中正确 台理地使用 锰矿渣，本文研究 了锰矿渣对水泥强度韵 影 响 和锰矿渣的活性 激发。二、锰矿渣对水泥强度的影响 试 验采 用江西省 新余钢铁总厂生产的锰矿 渣 和普通矿渣，其化 学成 分如表 1所示。用两种矿渣 配制 成的水泥(矿渣掺加量 为 矿洼 的化学 成 分()表 1 篝 lS i O t 吼 l A 1。C a。l M g。l M nM。l 耋 l 1 l l l_ _一1 锰 l I I j i 譬 。一。j。I。3 9 7 I。吾丁 _ 1广 _ r T厂_ _ 学 l。4 l 0 2。l”l !”e J 一!s J l I 。，J ，。i，：。一 ，。，。一 注，Mn O古量系 由中国地质大学测试中心采甩厦子吸恒 光谱 洼测定。1 O 5 O )，按国标规定的方法进行各项 物 理 性能的检验，试 验表 明：用 锰 矿 渣配制的水 泥，其安定 性垒部合格，标准稠度 用 水 量 一 为 2 7 0 2 8 O ，初 凝和 终凝肘问都符 备国标规 定。由两种矿渣 所配制水泥的抗压和 抗折 强度 如图 1所示，从试验结果可知，当矿 渣播量较 少(1 5 )时，用锰矿渣和普 通矿 渣配制水 泥的各水化龄期的抗压和抗折强废 匕 鞍接近，可以看作基本相同 但是，当矿渣掺 量 较 多 水泥1 9 9 2 No 5 2 7 维普资讯 r基#i(：离 1 矿 渣 水 泥 的抗 压和 抗 折 强度 锰 矿 渣 水 泥；普 通 矿 渣 水 泥(2 o 5 o)时，锰矿渣 水泥的强度，无论是 抗 压还是抗 折，在 各水 化龄期都低于 普通矿渣 水泥，其 7天和2 8 天 强度的下降幅度 明显地 大 于 3天。因此，若生 产普通硅酸盐水泥 时，瞳 i 于混 备材掺 加量 不超过 l 5 ，所以锰矿渣 可以 与普通矿渣等 同使用；若生 产矿 渣水 泥时，因 矿 渣掺加量较 多(2 O )，刚锰矿渣 的 使 用效 果 比普通矿渣差，所以 两种矿渣 不能等同使用。矿 渣掺加量 为3 2 时的水泥 强度和 两种矿 渣水泥的 强度 比列于裘 2，由表 2可 知，固定 矿渣 掺加 量为3 2 时，锰矿 渣水泥 各龄期 抗压 强度平均值仅 为纯熟料水泥的6 3 g ，而 普通 矿渣水泥 则为7 8 1，相差 l 4 2 ，抗折强度 则分别为7 5 8 和 8 7 4 ，相差 l 1 6 。锰矿 渣 水泥和普通矿渣水 泥的强度 比，各水 化龄 期 抗压强度平均值为 o 8 3，抗 折强度平 均 值 为 o 8 7，抗压和抗折 的平 均强度 比为o 8 5。J 扫此 可见，在矿渣掺加量 为3 2 聍，掺锰矿渣水泥 的 强 度 平 均 值仅 为普通矿 渣水泥的 8 5 ，因 此，在使用锰矿渣 作混 合材料生 产 矿 渣 水 泥 时，必须严格控制锰矿 渣的 掺加 量，以免使水 泥强度下降过 多而 影响质量。矿渣水泥的强度和强度比 表 2 c 一 曼 折 幅 窿 试群号 1 0 =工 2 8 天 8 天 天 2 8 天 I：“一 一“熟 料锰 渣 普 渣石 膏I MP a MP a j MP a MP a Mp a一 Mp a 三、锰矿渣 的活性分析 两种矿 渣的XRD图 谱 如 周 2所示。由普 通 矿渣的XRD图谱可知，它几 乎没 有 明 显 的 衍射峰 出 现，投 在2 5 3 8。(2日)范围 内有 二 隆起 的散 漫峰包，这表示 其主要由玻璃相所 壤成 可以确定的主要结晶矿物是 镁 硅 钙 石 C。lMs j(d=2 6 B 1，1 9 0 5，1 6 8 3 置)和 硅 钙 石c$s。c d=3 0 1 8，2 6 0 4)。锰矿连 的XRD图谱与普通 矿渣有 较：k的 不同，、它具有众多 的 衍 射 峰但 在 2 5 3 8。K 普渣(K C aO+MgO，+A 1zO s S i O 2+Mn O+Ti 0 2 ，式 中各氧化 物 表 示其相 应的 重量 百分数)。但决 不能 由此 作 出锰 矿渣 的活性丈于普通矿渣 的结 论，因其活性还 受矿渣的结 构和 矿物 组成的 影 响，应该 采用 固 定 其它 因素的直 接测 定矿 渣水泥强度的方法 较 符合实际，即用下列 强度 比值 R来评 定矿渣的 活 性 。D一 矿渣 水泥的2 8 夭 抗压 强度 1 O 0 一 不掺矿 渣的硅酸盐水泥 的2 8 夭抗压强度(I O 0一矿 渣掺人百分 数)水泥的2 8 夭抗压 量度(MP a)表 5 塑 兰 量 1 5 i 2 0 ；2 5 s 3 5 4 5 种类 锰矿 碴 6 5 2 6【2 6 0 9 5 5 2 4 9 4 4 5 5 4 2 3 3 9 5 3 5 9 _ 普通矿落 6 5 2 e 0 6 5 9 4 5 9 5 6 8 5 2 3 5 L 6 4 4 4 L o 6 矿 渣 的 R 擅 表 4 品 种 3 5 I 4 0 1 5 0；均 齿 若 R=1，则表示矿渣 无活性，R值越 失则矿 渣的话性越 高，本试 验铡 得韵 各种矿渣掺人量 对水泥的2 8 夭抗压强 度列 千表 3，计算所得 的 R值列 于表 4。从表 4可 知，尽管锰矿渣的 平 均值 R=1 0 3 9 1，但小于普通矿渣 的 平 均 值 R=1 1 4 9，所以锰矿 渣的水硬活性小 于 普 通矿渣，而且 其活性较 弱。四、锰矿渣水硬活性的激发 为提 高锰矿渣的水硬活 性，试验选用几种 常甩 的激 发剂 对它进行 化学活 他的研 究。试 验 采用化学结合水法 测定试样的水 化速 度 4 (见 图 8)，激 发 剂 采 用C a O、C a S O 2 Ht 0和 Na OH，均为化学纯试剂。试 验结 果表明，所采用的三种激发剂对锰 矿渣都具有良好的活性激发作用，尤其在水化 早 期(1夭和 3天)，它们的激 发效果非 常 明 显，但随着水化龄期的延长，其激发作用趋于 平缓。早期和 7夭的激发 作 用 Ca S O 2 H O I：k C O更为强 烈，但在水 化后期(2 8 夭)这 两 种激发剂的效果基本相同。Na O H 对锰矿渣 的 话性激发作用，无论是在水化早期还是后期，都比Ca O 和石膏效果显著。因此，试验所用的 ca O，二水石膏和Na OH都可 作为锰矿渣有 效 的活性激发剂，其激 发效 果为：Na OHCa S O 2 H。0 C a O。水泥1 9 9 2 No 5 维普资讯 删 抽 *加 姐|：0 x l b：2 5 鼢 0 1 ，木化时间c d)囤 8 锰 矿 渣 的化 学结 合水 含 量()图 4 石 膏锰 矿渣水 泥 的强度 曲线 试验 于锰矿渣 中掺加1 0 石 膏和少量C a O 配制 唬石 膏锰 矿渣 水泥，其抗压 和抗 折强度 曲 线 如图 4所示。由 图 4可见，少 量的 Ca O对石 膏锰 矿渣水 泥具 有良好 的活 性激 发作用，不 同 试验 龄期 的抗 压和抗折 强度 均有较大幅度的提 高，其 中抗 压 强度的增加更为显著，试验结果 表明；掺加 O 5 的C a O具有最佳的活 性 激 发 效果。关千矿渣 暗性的激发机理，还 有待 于进 一 步深化研 究。R S e r s a l e 认为(5 矿渣的术化 反应由于胶状物膜的形成而受 到阻碍，所以激 发 酌作用可能是与膜直接反应，以释放出足 够量韵 氧化钙供反应用。氧化钙 和硫酸钙是矿 砖水泥最典型的激 发剂，在水 化过程 中它们 不 仅是玻璃腐 蚀的 催化剂，而且 也 黾水他产物 形 成 盯 真 正 的 反 应 物。Na OH具 有比 C a(OH)。更 强的碱性，它的加 入使液 相的碱 度有较大的提 高，因此，Na OH对矿渣 玻璃的腐 蚀作用更 为 强 烈，并能 增进 水化 产物的数量从而加速矿 渣 的水 化。但是，使用Na OH作激发剂时必须 严 格控制其掺加量，若 该水 泥配制混凝土时有含 活性二氧化 硅的 集料 存在，则必须使水泥 中的 碱含量小 于O 6 ，以 免发 生“碱 集料反应”而造成混凝 土工 程的 破坏。五、结 论 1 采用锰矿渣 配制 普通硅酸盐水泥时，锰 矿渣 对水 泥强度的影响 和普通矿渣基 本相同，因此两种 矿渣可以等 同使用 但在生 产矿 渣水 泥时，锰矿渣 使水泥强度 有较大幅度的下降 在掺 加量 为3 2 肘，锰 矿渣 水泥各试 验龄期的 抗压 和抗 折强 度平均值仅为普通矿 渣 水 泥 的 8 5 。2 锰矿渣 主要 由镁硅钙石和镁黄长石等结 晶矿 物和 部分玻璃体所组成，而普通矿渣则主 要由玻璃 体和少量结 晶相所组 发，所以锰矿渣 的水 硬活 性低于普通矿渣。3 c a O、石膏和N a O H对锰矿渣的水硬 活 性都有 良好的激发作用，在水化早 期(1天和 8天)的激发效 果 优 于 水 化 后 期(2 8 天)，Na OH的激发 作用比石膏和Ca O更为显著。4 在锰矿渣 中掺加部 分石膏和 少量 石灰可 配制 l啦石膏 锰矿渣水 泥。当石 膏 掺 量 为1 O 时，掺 加0 5 Ca O的激发 效果最佳。参 考文 献 1 5 S N 戈什 水 泥技 术 进 展 中国 建工 出版 社(1 9 8 6)P3 6 7 g 6 9。2 F M Le a 水 泥和 混凝 土化 学(第 三版)中国建工出敝社(1 9 8 0)P 5 7 2。3)沈威 等 水泥 工艺 学 武 汉工 业大 学 出版社(1 9 9 1)P2 6 1。4 杨东 生 水 泥工 艺实 验中国 建工 出版社(1 9 8 6)P1 0 7 a (编 辑刘 印 月)Ce me n t No 5 1 9 9 2 蹙：，、一 维普资讯