水泥浆材

水泥浆材（精选7篇）

水泥浆材 篇1

引言

我国具有丰富的镁资源,原镁产能、产量和出口量均居世界首位。但我国冶炼金属镁几乎全部采用皮江法[1,2],该法不仅能耗高,还会造成严重的环境污染,排放大量的镁渣。尤其是对山西省而言,镁矿资源丰富,仅镁厂就达100多家,镁产量占全国的2/3,占世界的1/3。目前,我国镁渣年排放量多达百万吨,并且随着镁工业的发展呈逐年增加的态势。镁渣堆放不仅占用大量的土地,而且镁渣在雨水淋洗下,氟的溶出会对环境造成污染。因此,对镁渣进行综合利用,特别是探索较高利用价值的途径,不仅可解决上述问题,还能将镁渣变为一种利用价值较高的再生资源,创造较好的经济效益、环境效益及社会效益。

目前,镁渣在建筑材料生产中的应用研究,主要集中在以下几个方面:

(1)镁渣代替部分石灰石和黏土,提供水泥熟料中的CaO和SiO2[3,4]。

(2)利用镁渣中含有氟等微量组分,用作水泥熟料煅烧时的矿化剂[5]。

(3)利用镁渣的潜在活性作为水泥混合材[6],生产复合硅酸盐水泥。

(4)利用镁渣生产新型墙体材料[7]等。

利用工业废渣生产水泥是目前废渣综合利用的最佳途径,不仅可以解决环境污染问题,还能提高水泥产量和降低水泥生产成本[8,9]。

本文对利用镁渣作水泥混合材进行了试验研究,考察了不同掺量的镁渣对水泥性能的影响,测试了水泥胶砂各个龄期的抗折强度和抗压强度,检测了镁渣水泥的安定性。

1 试验

1.1 原材料

(1)镁渣:

镁渣由山西省孝义东义煤电铝集团提供,冷却方式采用快冷方式,并且进行消碱处理。将所用镁渣用0.08 mm标准筛筛分,分为粒状样和粉状样,其化学组成见表1。

%

由表1可见,镁渣的主要化学成分为CaO、SiO2、MgO和Fe2O3。粉状镁渣中的f CaO和MgO含量较粒状镁渣中的f CaO和MgO含量低,其原因可能是原材料拌和不均匀,或煅烧还原温度不均,导致还原程度低或呈生料状态。

(2)水泥:

采用山西双良水泥有限公司生产的P·S 42.5水泥。

(3)标准砂:

ISO标准砂。

1.2 试验仪器

试验仪器主要有:NRJ-411A型水泥胶砂搅拌机;GZ-85型胶砂试件成型振实台;40 mm×40 mm×160 mm三联试模;下料漏斗;DKZ-5000型水泥电动抗折试验机;NYL-200D型压力试验机;YH-40B型水泥试体养护箱;煅烧设备;镍坩锅等。

1.3 试验方法

水泥胶砂强度试验按GB/T 17671—1999《水泥胶砂强度检验方法(ISO法)》进行;水泥安定性检测按GB/T 1346—2001《水泥标准稠度用水量、凝结时间、安定性检测方法》进行。

2 结果与讨论

对比分析快冷和慢冷、掺不同比例镁渣的水泥胶砂试验结果,研究了镁渣的火山灰活性,检测了镁渣水泥的抗折强度、抗压强度及安定性。

2.1 镁渣的火山灰活性

研究表明,镁渣具有一定的火山灰活性[10],但远低于粉煤灰、粒化矿渣等活性材料,具有明显的水化惰性。因此,提高镁渣利用率的前提条件是要提高镁渣的活性。

2.1.1 颗粒分析

镁渣出炉时有快冷或慢冷两种冷却方式。快冷是出炉时直接用坩锅将镁渣取出,使其充分与空气接触;慢冷是在炉中随炉自然冷却。对不同冷却方式的镁渣的0.08 mm筛筛分结果见表2。

2.1.2 胶砂强度试验

将采用不同冷却速度的镁渣置于球磨机中粉磨40 min,用磨细镁渣等量取代水泥,取代率为20 %,试件各龄期的胶砂强度试验结果见表3。

由表3可见,在镁渣掺量相同的条件下,冷却方式对镁渣水泥的强度均存在着明显的影响,即按照慢冷、自然冷却和快冷的顺序,各龄期相应的强度均依次增大。这主要是由于不同冷却方式对镁渣中的主要胶凝矿物β-C2S的含量有影响,冷却速度越快,保留在镁渣中的β-C2S含量越高。

2.2 镁渣水泥胶砂强度试验

分别掺加0 %、10 %、20 %、25 %、30 %、40 %的镁渣等量取代水泥制作水泥胶砂试块,编号分别为A1、A2、A3、A4、A5、A6,各龄期强度的测定结果见表4。

由表4可知:

(1)镁渣具有一定的火山灰活性,可用作水泥的混合材料。

(2)随着镁渣掺量的增加,胶砂的抗折强度和抗压强度均降低,早期强度的降幅小,而后期强度的降幅大。从整体上看,镁渣对胶砂强度的贡献率较低,其主要原因是镁渣的活性系数低,自然粉化的粒度较大和冷却速度慢,玻璃质结晶少。

(3)随着龄期的增加,胶砂试件的强度增大,早期强度的增幅稍大,后期强度的增幅较小。因镁渣中的CaO含量高,在早期就发生水解反应,溶液中有较高浓度的“活性”Ca(OH)2,加之水解活性较高的MgO和少量的CaF2、SO42-的诱导作用,促使镁渣中有限的、活性较高的成分早期发生水化反应,因而镁渣对胶砂的早期强度贡献率高。

(4)用镁渣替代水泥≯25 %时,可用P·S 42.5水泥配制P·C 32.5水泥。

2.3 镁渣水泥的安定性

影响水泥安定性的因素主要是f CaO和MgO,而MgO则是镁渣应用于水泥生产需要特别关注的问题。MgO在水泥熟料中的含量>5 %时,即不符合安定性要求,应判为废品。

2.3.1 标准稠度需水量

经测定,粉状镁渣掺量(镁渣与镁渣和水泥合量之比)与标准稠度需水量的关系如图1所示。

标准稠度需水量在一定程度上能反映镁渣的成分、粒度状况及其对制品拌合物工作性和硬化物安定性的影响。由于f CaO、MgO具有较强的吸水性,若镁渣中这两种物质含量较高,则净浆的标准稠度需水量增大。随着镁渣掺入量的增加,需水量也随之增加。

2.3.2 安定性

镁渣水泥的安定性按GB/T 1346—2001《水泥标准稠度用水量、凝结时间、安定性检测方法》进行检测。结果表明,用镁渣作为混合材掺量在40 %以内时,其沸煮安定性检测和压蒸安定性检测均合格。镁渣中MgO的煅烧温度低,冷却速度快,MgO晶体尺寸小,水化速度快,水解引起的膨胀性小。由于镁渣的生成温度(1 000～1 200 ℃)较熟料的生成温度(1 300～1 400 ℃)低,所以,镁渣中的MgO比水泥熟料中的MgO引起的水泥的膨胀率低[11,12],这是MgO含量尽管较高,但水泥石的安定性仍然合格的原因之一。

3 结论

3.1 镁渣具有一定的火山灰活性,可以用作水泥的混合材料。采用快冷方式较慢冷方式的镁渣胶砂强度高;随着镁渣掺量的增加,胶砂的抗折强度和抗压强度均降低;从整体上看,镁渣对胶砂强度的贡献率较低;镁渣对胶砂试块的早期强度影响大,而对后期强度影响小;镁渣掺量不超过水泥用量的25 %时,可用P·S 42.5水泥配制P·C 32.5水泥。此外,镁渣水泥的安定性良好。

3.2 采用镁渣配料方案的工业性试验表明,镁渣在水泥生料中的合理掺量为10 %左右;掺加适量的镁渣,可大幅度提高熟料各龄期的强度,凝结时间基本正常,安定性合格;在保证水泥强度合格的前提下,使用这种熟料生产水泥的混合材掺量可大幅度提高。

3.3 在水泥生产中采用镁渣配料,可降低熟料烧成热耗和水泥综合电耗,增加水泥产量,能较大幅度地降低水泥生产成本。此外,还可以考虑在水泥生料中同时掺两种工业废渣,如锆硅渣和镁渣,有待于深入研究。

参考文献

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[2]James Chan.The development of magnesium oxychloridecement as repairing materials[D].Hong Kong of China:Hong Kong University of Science and Technology,2006.

[3]郭春军.用金属镁渣替代部分矿渣生产水泥[J].水泥,2005,(6):24-25.

[4]黄从运,柯劲松,张明飞,等.镁渣代替石灰石配料煅烧硅酸盐水泥[J].新世纪水泥导报,2005,(5):27-28.

[5]Wang Siyu,Xiao Liguang,Zhou Qiang,et al.Research andapplication of magnesium slag[J].Advanced MaterialsResearch,2011,280:208-211.

[6]丁庆军,李悦,胡曙光,等.镁渣作水泥混合材的研究[J].水泥工程,1998,(3):24-25.

[7]赵爱琴.利用镁渣研制新型墙体材料[J].山西建筑,2003,(17):48-49.

[8]Chau C K,Zongjin Li.Microstruetures of magnesiumoxychloride[J].Materials and Struetures,2008,(41):853-862.

[9]周红.水泥工业对工业废渣的综合利用[J].山西科技,2011,(1):96-97.

[10]崔自治,杨维武,张冬平.镁渣火山灰活性试验研究[J].宁夏工程技术,2007,(6):160-161.

[11]崔自治,倪晓.镁渣膨胀性机理试验研究[J].粉煤灰综合利用,2006,(6):8-11.

[12]赵海晋.利用镁渣制造水泥的研究和应用[D].西安:西安建筑科技大学,2007.

水泥浆材 篇2

本文通过正交实验, 在水泥熟料使用量最低的情况下, 以炉底渣和砂岩为主要原材料, 通过合适的双掺比例, 制备42.5R级强度的复合硅酸盐水泥。与标准42.5R硅酸盐水泥比较, 既能够达到相当的抗压强度和抗折强度, 又满足一定的水泥性能要求;既可以减少水泥熟料用量, 降低水泥生产成本, 又能通过对废弃物的再生利用, 减少对环境的污染, 同时还可以改善水泥的性能, 使水泥产品能够满足一般场合的需求[1,2,3,4,5,6]。

1 原材料和实验方法

1.1 原材料

采用工业原料制备水泥, 熟料、石膏、炉底渣、砂岩均来自峨胜水泥, 采用XRF分析得到各原材料的化学成分及含量见表1。

1.2 标准42.5R硅酸盐水泥净浆和炉底渣、砂岩硅酸盐水泥净浆的制备

采用水泥净浆搅拌机进行搅拌, 为了使物料搅拌均匀, 每次搅拌量在100g左右, 搅拌制度为:先将物料放入搅拌锅内慢搅2min使其混合充分, 再倒入水慢搅1min, 最后快搅2min后成型。成型采用20mm×20mm×20mm的模具。水灰比为0.35, 养护制度为标养1d后脱模, 再按相应的养护制度养护2d或27d, 测其强度。

1.3 其他测定方法

扫描电镜分析微观结构及XRD定性实验。

按照GB/T 1346-2001《水泥标准稠度、凝结时间、安定性检验方法》所规定的实验方法以及GB_T8077-2000《混凝土外加剂匀质性试验方法》测定水泥净浆流动度。

2 结果与讨论

2.1 不同比例双掺炉底渣、砂岩水泥的最佳配比

(1) 炉底渣和砂岩的比例确定为1:1, 1:2, 2:1.设计对比组实验方案及实验结果如表2和表3所示。

MPa

注:测量水泥净浆试块3天强度, 每组实验数据为3个, 得平均值。

(2) 标准42.5R水泥净浆3天强度测量得到结果:3d R=39.3488MPa。

从 (1) 和 (2) 实验数据对比发现, 标准42.5R水泥相对于对比组没有较大的差距, 对比组在水泥熟料掺加量为50%的情况下, 3d水泥净浆强度都有超过标准42.5R的情况。本实验的目的在于用最少水泥熟料的情况下, 生产能够达到与标准42.5R水泥强度等同的复合环保水泥。在水泥熟料掺量为50%, 石膏掺量为4%的情况下, 水泥净浆强度最高。针对企业生产成本考虑, 在增加炉底渣和砂岩的掺量, 减少水泥熟料的掺量, 维持石膏的掺量不变的情况下, 其水泥满足性能要求。进一步进行了相同的正交实验, 其二次实验方案和结果如表4和表5。

与标准42.5R水泥3天强度对比, R=39.3488MPa, 可以知道只有实验28和32达标, 其他的都不达标。跟踪实验28和32水泥的28天净浆强度, 均超过标准42.5R水泥28天净浆强度。结合成本分析和实验结果, 其最佳配比为表6所示。

(3) 结论

A.当炉底渣和砂岩掺量比例确定的情况下, 随着水泥熟料量的增加, 水泥3d净浆强度普遍会增加。

B.水泥熟料掺量50%的时候, 石膏的掺加量达到4%时, 水泥强度最高。

C.水泥熟料掺加量及炉底渣、砂岩双掺比例确定后, 石膏的掺量会影响3d水泥净浆强度, 趋势不确定。

2.2 最佳配比水泥对水泥标准稠度用水量、凝结时间、安定性的影响

炉底渣、砂岩按照最佳配比掺量, 石膏根据经验固定4%, 照GB/T 1346—2001《水泥标准稠度、凝结时间、安定性检验方法》所规定的实验方法, 实验方案及结果见表7。

水泥安定性测定记录, 经过雷氏夹安定性测试, 结果安定性合格, 各指标满足要求。

2.3 最佳配比掺量炉底渣、砂岩对水泥胶砂强度的影响

(1) 按照所选择的最优配方和标准组做对比, 实验结果见表8和表9。

MPa

MPa

无论对比组3天和8天, 对比组抗折和抗压强度都高于标准组, 可以看做此配方合格, 满足强度要求。

(2) 扫描电镜分析微观结构及XRD定性分析

通过水泥综合实验可知, 该复合水泥配方相当具有价值, 各项指标都能达到预期要求, 究其原因, 先通过二者的扫描电镜图像分析微观结构及XRD产物成分究其原因, 见图1~图4。

炉底渣、砂岩硅酸盐水泥浆体28天比3天要致密得多。水泥浆体孔隙相对较少, 结构紧密和纤维形水泥C-S-H凝胶数量的增多, 是水泥强度增大的原因。

从XRD分析结果可以看出, 3天和28天水泥水化状况, 水泥凝胶的增多, 水泥强度增大。

2.4 最佳配比掺量水泥外加剂的均质性

(1) 水泥净浆流动度

检测方法依照中华人民共和国国家标准GB/T8077—2000《混凝土外加剂匀质性试验方法》测定水泥净浆流动度, 结果见表10和表11。

减水剂掺量在0%-0.4%范围内变化时, 水泥净浆的流动度变化不大, 维持较低水平。减水剂掺量在0.4%到0.8%时, 随着减水剂掺量的增加, 水泥净浆的流动度逐渐增大减水剂掺量在0.8%到1.2%时, 水泥净浆的流动度变化不大, 并且此区域内, 水泥流动度达到最大值, 即饱和掺量在0.8~1.2%内。

减水剂掺量在0%~0.4%范围内变化时, 水泥净浆的流动度变化不大, 维持较低水平。减水剂掺量在0.4%到0.8%时, 随着减水剂掺量的增加, 水泥净浆的流动度逐渐增大, 减水剂掺量在0.8%到1.2%时, 水泥净浆的流动度变化不大, 并且此区域内, 水泥流动度达到最大值, 即饱和掺量在0.8%~1.2%内。

综上所述:在保持水灰比不变的条件下, 掺入适量 (小于饱和掺量) 的减水剂可以增加水泥净浆的流动度。

(2) 加入减水剂后水泥砂浆强度

砂选用中级砂, 用量按相应标准要求确定;水泥净浆流动度试验, 减水剂对水泥净浆流动度影响试验很明显, 故不进行水泥砂浆工作性试验, 只进行掺外加剂的砂浆流动度为180mm士5mm时水泥胶砂实验。添加剂加入量设定为0.8%, 在添加剂加入的情况下, 测出水泥砂浆流动度达到180mm士5mm时用水量M。并在此用水量下, 加入减水剂, 进行水泥胶砂强度试验, 测定水泥胶砂3天和28天强度。结果见表12和表13。

MPa

MPa

水泥胶砂3天和28天抗折强度和抗压强度有了明显的提高。可以在不减少水泥、用水量的情况下, 改善水泥砂浆的工作度, 提高水泥砂浆流动性;在保持流动性不变的情况下能减少水泥砂浆或者混凝土的单位体积的用水量, 显著提高水灰比, 提高砂浆强度;在保持一定强度的情况下, 减少单位体积砂浆的用量, 节约水泥用量。

3 结束语

研究表明用炉底渣、砂岩作为混合材比普通硅酸盐水泥具有更高的强度, 其由于有利于复合水泥中托贝莫来石的形成量的增加, 有利于C-S-H的凝胶纤维的生成。炉底渣、砂岩硅酸盐水泥对于减水剂的相容性表现很好, 另外, 在加入减水剂的情况下, 水泥胶砂强度试验结果表明, 水泥的抗折和抗压强度都得到了很高的提高, 有利于在减水剂的条件下, 减少水泥用量达到要求强度, 或者不减少水泥用量, 改善胶砂工作性, 提高胶砂强度, 很具有实用性。本研究在文献中未被检录到, 所做工作具有针对性和创新性, 对企业具有重大意义。

摘要：该文选用工业废渣中的炉底渣和砂岩, 并利用这两种工业废渣作为混合材生产普通复合硅酸盐水泥。研究了炉底渣和砂岩的不同掺量对水泥净浆强度的影响, 并通过与标准42.5R普通硅酸盐水泥净浆强度对比, 选出炉底渣和砂岩利用最高的掺合比例, 进而通过与标准42.5R普通硅酸盐水泥做水泥砂浆和减水剂性能对比。结果表明:炉底渣和砂岩利用的最佳掺合比例为1:1和1:2时, 其最佳配比为熟料45%、石膏4%、炉渣25.5%、砂岩25.5%和熟料45%、石膏4%、炉渣17%、砂岩34%, 3d、28d抗压强度分别为16.2MPa、44.8MPa及21.2MPa、51.3MPa, 炉底渣和砂岩混合材水泥各方面性能均高于42.5R普通硅酸盐水泥。

关键词：炉底渣,砂岩,水泥混合材,水泥净浆,水泥砂浆,减水剂

参考文献

[1]施惠生.生态水泥与废弃物资源化利用技术[M].北京化学工业出版社, 2005.5.

[2]肖忠明, 王昕.工业废渣在水泥生产中的应用[M].中国工业建材出版社, 2009.11.

[3]黄弘, 唐明亮, 沈晓冬, 钟白茜.工业废渣资源化及其可持续发展——典型工业废渣的物性和利用现状[J].材料导报, 2006, 5 (20) .

[4]王爱琴.不同组合不同品种混合材对水泥强度影响[J].水泥, 2003 (9) .

[5]胡雅, 温东泽, 李健生, 罗丽芬.多种混合材在水泥生产中双掺的试验研究[J].山东建材, 2005 (3) .

水泥浆材 篇3

1 试验材料

1.1 镍渣

1.1.1 物理性质

试验用镍渣来自内蒙某大型RKEF工艺镍铁生产厂。外观为不规则的墨绿色颗粒, 玻璃光泽, 质地坚硬, 密度为3.54g/cm3。镍渣外观照片见图1。

1.1.2 化学成分及矿物组成

镍渣化学成分见表1。从表1可见, 镍渣的主要化学元素为硅、镁。

%

图2为镍渣XRD图谱。从图2可见, 镍渣矿物组成主要是铁镁橄榄石、钙镁橄榄石, 玻璃体含量达到86.3%。

1.1.3 环境安全性

按照HJ/T 299制备出镍渣浸出液, 对GB5085.3—2007《危险废物鉴别标准浸出毒性鉴别》所规定的铜、锌、镉、铅、总铬等17种无机元素及化合物进行了检测, 均在国家标准规定范围内, 镍渣浸出毒性合格, 检测数据见表2。

镍渣内照射指数 (IRa) 和外照射指数 (Ir) 均为0.025, 低于GB 6566—2010《建筑材料放射性核素限量》控制指标 (IRa≤1.0, Ir≤1.0) 要求, 放射性满足建筑材料要求, 检测数据见表3。

1.2 水泥

盾石牌P·Ⅱ42.5R水泥, 其物理性能指标及化学成分见表4、表5。

%

1.3 矿渣粉

唐山产S95级矿渣粉, 其技术指标及化学成分见表6、表7。

%

2 试验数据及分析

2.1 镍渣火山灰性

使用实验小磨将镍渣磨至比表面积为430m2/kg, 依据GB/T 2847—2005《用于水泥中的火山灰质混合材料》标准, 在实验室中模拟镍渣粉掺量为30%的水泥硬化, 对镍渣粉的火山灰性进行了检测, 检测数据见表8。

从表8中可看出, 8d时, 镍渣粉中活性组分尚未与氢氧化钙充分反应, 因此, 试验点落在氢氧化钙溶解度曲线上方, 火山灰性不合格;但放置15d后, 镍渣粉中活性组分与氢氧化钙充分反应, 试验点落在氢氧化钙溶解度曲线下方, 火山灰性合格。依据GB/T2847—2005的规定, 在15d内试验点落在氢氧化钙溶解度曲线下方, 火山灰性即合格, 因此, 镍渣粉火山灰性合格。

2.2 镍渣潜在水硬性

使用实验小磨将镍渣磨至比表面积为430m2/kg, 依据GB/T 12957—2005《用于水泥混合材的工业废渣活性试验方法》, 对镍渣粉的潜在水硬性进行了检测。

将镍渣粉与二水石膏按质量80∶20的比例充分混合均匀, 配成试验样品, 称取样品300g, 按GB/T1346试验方法确定的标准稠度净浆用水量制备成净浆试饼, 在温度 (20±1) ℃, 相对湿度大于90%养护箱内养护7d后, 放入 (20±1) ℃水中, 浸水3d后, 试饼形状完整, 表明镍渣粉潜在水硬性合格。

2.3 镍渣水泥胶砂抗压强度比

使用实验小磨将镍渣磨至比面积为430m2/kg, 参照GB/T 12957—2005, 按照10%、20%、30%的比例掺入到空白水泥中, 进行水泥胶砂抗压强度比试验。试验结果见表9和图3。

从表9和图3可见:

1) 随着龄期的延长, 掺不同比例镍渣粉的试样胶砂强度均呈逐渐升高的趋势;各龄期胶砂抗压强度随着镍渣粉掺量的提高均呈下降趋势。

2) 随着龄期的延长, 掺镍渣粉的试样胶砂强度越来越接近空白水泥, 说明镍渣粉在长龄期有着更好的强度发挥, 在180d时, 掺10%~20%镍渣粉试样的抗压强度基本同空白水泥持平, 抗压强度比达到99%, 掺30%镍渣粉样品的抗压强度比也达到了91%。

3) 镍渣粉掺入量为30%时, 水泥胶砂28d抗压强度比达到80%, 不小于粉煤灰、钢渣粉的标准值 (粉煤灰水泥胶砂28d抗压强度比指标:>70%;钢渣粉水泥胶砂28d抗压强度比指标:一级钢渣粉>80%, 二级钢渣粉>65%) , 低于矿渣的水泥胶砂28d抗压强度比。

2.4 镍渣压蒸安定性

使用实验小磨将镍渣磨至比面积为430m2/kg, 参照GB/T 750—1992《水泥压蒸安定性试验方法》, 按照10%、20%、30%的比例掺入到空白水泥中, 制成三份样品, 其压蒸安定性试验数据见表10。

%

镍渣中Mg O是以镁橄榄石的形式存在, 而不是以结晶方镁石形态存在, 掺入不同比例镍渣粉样品的压蒸膨胀率<0.50%, 其压蒸安定性合格。

2.5 镍渣粉代替矿渣粉试验

使用实验小磨将镍渣磨至比表面积为430m2/kg, 镍渣粉与矿渣粉复合掺入水泥中, 熟料+石膏固定比例为50%, 镍渣粉加矿渣粉合计比例为50%, 镍渣粉由少至多等比例代替矿渣粉, 试验数据见表11、图4和图5。

从表11、图4和图5可以看出:

1) 镍渣粉掺量对样品的标准稠度用水量、初凝时间、终凝时间的影响较小。

2) 各龄期水泥胶砂抗压强度均随着镍渣粉代替矿渣粉比例的增加而减小。

3) 镍渣粉代替矿渣粉比例在0%~60%时, 样品28d抗压强度比高于7d抗压强度比;镍渣粉代替矿渣粉比例在60%~100%时, 样品28d抗压强度比低于7d抗压强度比。

3 结束语

镍渣是以硅、镁为主要成分的玻璃体废渣, 浸出毒性及放射性合格。将其磨细至比表面积为430m2/kg, 其水泥胶砂28d抗压强度比不小于粉煤灰、钢渣粉的标准值, 但小于矿渣粉。镍渣粉按一定比例与矿渣粉复合加以利用是一条很好的途径。

电解锰渣作水泥混合材的研究 篇4

随着锰的需求量的不断增加,导致电解锰渣的排放量也大大增加,据相关企业生产统计,每生产1 t电解锰粉,所排放酸浸废渣量为5~6 t。目前我国电解金属锰生产企业达160多家,生产能力超过100万t,这些企业每年产生约600万t废渣,2亿t废水,80多万t废气(主要是CO2及硫酸雾)。这些酸浸废渣一方面增加了企业堆置废渣的土地征用和场地处置等费用,使企业生产成本增加,且消耗大量土地资源;另一方面,废渣的长期存放致使一些有害元素通过土层渗透,进入地表及地下水中,影响地下水资源,污染环境。因此,对锰渣的综合治理已成为急需解决的问题[1]。

本研究考察电解锰渣是否可作为水泥混合材使用,也即研究电解锰渣是否具有火山灰活性或潜在水凝性。

1 原材料

1.1 电解锰渣

电解锰渣是用硫酸溶液处理碳酸锰矿粉电解生产金属锰的工业固体废弃物,其硫酸盐、氨氮、锰的浓度较高,砷、汞、硒的浓度也较高。表观为黑色细小颗粒,沉淀后为板结块状。矿物成分主要为二水石膏、石英、水化硅酸二钙等[1,2]。本研究电解锰渣来自松桃金瑞新材料公司,其化学成分见表1。

%

根据GB/T 203—2008《用于水泥中的粒化高炉矿渣》标准规定,参照矿渣质量系数来计算锰渣质量系数K为0.48(K<1.2,不合格),碱性系数M0为0.32(M0<1为酸性渣),说明电解锰渣活性很差。

电解锰渣的内照射指数IRa与外照射指数Ir分别为0.2与0.3,均小于1;表观密度为2039 kg/m3,湿渣堆积密度与干渣紧密堆积密度分别为1785、1982 kg/m3。

电解锰渣主要含二水石膏、石英、水化硅酸二钙、Al2O3、Fe2O3等稳定化合物,XRD图谱见图1,DTA曲线见图2。

从图2可以看出,电解锰渣在常温至400℃之间出现3次吸热峰,这与Ca SO4·2H2O脱水变成Ca SO4·1/2H2O及Ⅲ型Ca SO4和Ⅱ型Ca SO4有关,在800℃左右吸热峰再次出现,此时,Ca SO4开始分解变成Ca O及SO3。

1.2 粉煤灰

采用清镇电厂排放的Ⅱ级粉煤灰,80μm筛筛余13.6%,比表面积402 m2/kg,表观密度为2056 kg/m3,堆积密度为707kg/m3,化学成分见表2

%

1.3 水泥

采用贵州水泥厂产的“乌江牌”P·O42.5水泥,3、7、28 d抗折强度分别为4.92、6.23、8.64 MPa,3、7、28 d抗压强度分别为25.15、34.47、46.16 MPa。

2 电解锰渣作为水泥混合材的试验研究

通过煅烧电解锰渣可取得不溶性硬石膏,以期望通过电解锰渣中硬石膏激发粉煤灰的潜在水凝性,从而使得电解锰渣可作为水泥混合材使用[3]。

由于二水石膏是在400~750℃脱水变成不溶性硬石膏,故将电解锰渣放在硅碳棒炉内按450、550、650、750℃分别进行煅烧,通过测试不同温度煅烧电解锰渣的胶砂试件的强度,确定电解锰渣是否可作为水泥混合材以及其最佳煅烧温度。

2.1 电解锰渣在各温度下煅烧后的XRD分析

经中国科学院地球化学研究所资源环境分析测试中心定量检测,450℃煅烧的电解锰渣中含有石英44.88%、无水石膏37.88%、斜长石5.62%、伊利石4.26%、叶腊石2.46%、赤铁矿2.15%以及少量蒙脱石、角闪石;550℃煅烧的电解锰渣中含有石英50.67%、无水石膏33.22%、斜长石8.34%、伊利石2.92%、叶腊石0.66%、赤铁矿2.94%、蒙脱石1.25%以及少量角闪石;650℃煅烧的电解锰渣中含有石英40.73%、无水石膏35.89%,斜长石13.14%、赤铁矿10.24%以及少量蒙脱石;750℃煅烧的电解锰渣中含有石英55.67%、无水石膏29.76%、斜长石5.12%、赤铁矿5.34%、蒙脱石2.36%以及少量伊利石。

试验证明,高温煅烧的电解锰渣以石英(Si O2)和无水石膏Ca SO(4Ⅰ型)为主。

2.2 电解锰渣作为水泥混合材的胶砂试验研究

考虑到电解锰渣含水率高,容易板结,先将电解锰渣破碎至5~15 mm,再将破碎后的电解锰渣约1500 g置于硅碳棒炉内,在450~750℃温度下分别煅烧1.0~1.5 h,然后将各温度下煅烧的电解锰渣分别粉磨至80μm筛筛余小于10%后进行胶砂试验研究。

将15%煅烧的电解锰渣、15%粉煤灰、30%粉煤灰、15%电解锰渣+15%粉煤灰分别内掺入水泥中,按照GB/T 17671—1999《水泥胶砂强度检验方法(ISO法)》测试其3、7、28、60、90d抗折、抗压强度,比较其活性[4],结果分别见表3~表6。

综合分析各温度煅烧的电解锰渣可以得出,经一定温度煅烧的电解锰渣具有较好的脱水石膏活性和火山灰活性,且其活性均比粉煤灰强,其中以650~750℃煅烧的活性最好,抗折、抗压强度均较高,从节约能源的角度考虑,建议采用400~500℃煅烧的电解锰渣作为水泥混合材较为经济合理。

将450℃煅烧的电解锰渣按15%内掺入水泥中,按照GB175—2007《通用硅酸盐水泥》进行性能测试,并与GB 175—2007对42.5级普通硅酸盐水泥要求进行对比,结果见表7。

由表7可以看出,在水泥中掺入15%在450℃煅烧的电解锰渣,其技术指标符合GB 175—2007对42.5级普通硅酸盐水泥的技术要求。

3 结语

工业废弃物电解锰渣以石膏和石英为主要成分,未经煅烧的电解锰渣无水化活性和胶凝性,经450~750℃煅烧后,具有较好的脱水石膏活性和火山灰活性,且其活性较粉煤灰好,其中以650~750℃煅烧的活性最好,抗折、抗压强度均较高。从节约能源的角度考虑,建议采用400~500℃煅烧的电解锰渣作为水泥混合材较为经济合理。在水泥中掺入15%在450℃煅烧的电解锰渣,其技术指标符合GB 175—2007《通用硅酸盐水泥》42.5级普通硅酸盐水泥技术要求。煅烧电解锰渣对粉煤灰-水泥体系有一定的强度激发作用。

参考文献

[1]王勇.利用电解锰渣制取蒸压砖的研究[J].混凝土,2010(10):125-128.

[2]甘四洋,王勇,万军,等.电解锰渣在建筑材料中的应用研究[J].矿物学报,2010(S1):172-173.

[3]李坦平,周学忠,曾利群,等.电解锰渣的理化特征及其开发应用的研究[J].中国锰业,2006,24(2):13-16.

含镁石灰石作水泥混合材试验研究 篇5

石灰石的主要成分是碳酸钙 (Ca CO3) , 是水泥生产的主要原料, 每生产1t水泥熟料通常需要1.2~1.3t石灰石, 另外低品质的石灰石可以用作水泥粉磨阶段的惰性混合材。近年来研究表明, 石灰石在水泥中并不完全是简单的惰性掺合料, 它具有加速效应和活性效应[1]。在水泥中掺入约5%~-8%的石灰石代替熟料, 可以提高水泥的早期强度, 同时不明显降低水泥后期强度, 但当石灰石掺量较大时, 与矿渣、粉煤灰等活性混合材相比, 石灰石会明显地降低水泥后期强度[2]。我国JC/T 600-2010《石灰石硅酸盐水泥》对石灰石混合材的品质所作的技术要求是:石灰石碳酸钙含量不小于75.0%, 三氧化二铝含量不大于2.0%;水泥中石灰石含量大于10%, 小于25%。然而, 在国外, 石灰石硅酸盐水泥的生产已有较高的技术水平, 其石灰石混合材的掺量可达20%以上, 有的甚至高达30%[3]。随着我国水泥产能不断扩大, 优质石灰石资源和活性混合材资源日益短缺而且石灰石矿山很多夹杂着高镁层, 难以用于生料制备, 所以就地取材, 合理利用原料矿山低品味石灰石显得尤为重要。研究试验表明, 不同氧化镁含量石灰石作为水泥混合材使用对水泥质量影响不大, 具有较好可行性, 这对于综合利用资源, 节约生产成本具有重要意义。

1 试验材料及方法

1.1 原材料

熟料及石灰石:葛洲坝集团水泥有限公司生产的普通熟料及自备矿石生产的石灰;脱硫石膏及炉渣:取自荆门热电厂。试验所用的熟料、脱硫石膏、炉渣、不同品位石灰石的化学成分详见表1。从表1可以看出5种石灰石 (编号A、B、C、D、E) 的氧化镁含量逐渐上升, 从1.1%上升到16.76%, 而氧化钙含量逐渐下降, 其余组分波动很小。

(/wt) %

注:LSA~E分别代表A~E5种石灰石。

1.2 试验内容

将熟料、石灰石、炉渣等块状物料分别用颚式破碎机破碎至粒径小于7mm, 混合均匀;脱硫石膏在55℃烘箱内烘干至水分小于1%, 混合均匀;水分含量大于1%的石灰石、炉渣在105℃烘干箱内烘干至水分小于1%;各种物料按表2的比例称量混合, 总量5kg, 装入化验室统一试验小磨, 粉磨相同的时间。

1.3 检验方法

水泥细度按照GB/T1345-2005《水泥细度检验方法筛析法》检验;水泥比表面积按照GB/T8074-2008《水泥比表面积测定方法勃氏法》测定;水泥标准稠度用水量、凝结时间、安定性按照GB/T1346-2011《水泥标准稠度用水量、凝结时间、安定性检验方法》检验;水泥胶砂强度按照GB/T17671-1999《水泥胶砂强度检验方法》检验。

2 结果与分析讨论

按表2的配方对制备好的石灰石硅酸盐水泥和水泥熟料的细度、比表面积以及标准稠度用水量、凝结时间进行检测, 并且进行标准水泥胶砂试验, 所得的结果如表3所示。从表中可以看出, 试验所得的石灰石硅酸盐水泥的比表面积偏差很小 (370~381kg/m3) , 有效排除了水泥细度对其物理性能的影响。

所有试样的安定性检测都合格, 说明高镁石灰石作为石灰石硅酸盐水泥的混合材能保证水泥的安定性。这主要是由于高镁石灰石中的镁主要以碳酸镁或白云母的形式存在, 而非方解石 (游离氧化镁) , 避免了与水反应生成氢氧化镁而产生体积膨胀。另外一方面, 试样的标稠用水波动很小, 凝结时间满足硅酸盐水泥的要求 (初凝不得早于45min, 终凝不迟于600min) , 说明低品味石灰石混合材对水泥凝结时间影响不大。

1~5组的石灰石掺量为13%, 其3d与28d强度偏差很小而且均满足P·C32.5水泥的要求;对应的6~10组的石灰石掺量为6%, 其强度满足P·O42.5水泥的要求, 由此可见, 石灰石混合材中氧化镁含量对水泥物理性能几乎没有影响, 不过随着石灰石掺量增加 (熟料的掺量减少) , 水泥的强度会有所下降, 特别是对抗压强度影响明显。

3 结语

(1) 通过优化配方, 利用含镁石灰石能生产出符合要求的石灰石硅酸盐水泥, 能达到合理利用熟料与低品味石灰石生产合格水泥的目的。

(2) 含镁石灰石作为水泥混合材使用对水泥质量影响不大, 可用作水泥混合材, 且该类型低品位石灰石用作混合材对资源综合利用和降低生产成本具有积极意义。

参考文献

[1]林宗寿, 武秋月.石灰石混合材在水泥中的应用研究[J].河南建材, 2008 (3) :34.

[2]张大康, 明经龙, 冯方波.高石灰石掺量水泥专用助磨剂试验研究[J].水泥, 2012 (5) :5.

水泥浆材 篇6

水泥混凝土路面建设在我国的应用由来已久，相对于沥青混凝土路面而言，水泥混凝土路面具有良好的特质，比如易维护、寿命长、刚度大，且有较好的高温稳定性和荷载扩散能力，因而得到了普及和运用。目前，我国已建成的水泥混凝土高级路面近200万km，约占高级路面(沥青、水泥)的60%，当前，公路累计里程在迅猛增长，但早期投入使用的水泥混凝土路面很多已临近使用年限，不断增加着道路维护任务量。进入新世纪以来，机动车数量增长迅猛，公路等级和行车速度都有大幅提升，加之重型交通机械以及超载运输等因素对路面的破坏，再加上化学侵蚀、磨耗和长期暴晒、雨雪、冻融、温差变化等恶劣自然条件，以及长期经受的车辆循环和冲击荷载等，势必会对路面造成大量损坏。为了能使水泥混凝土路面维持较长的使用寿命，并长期保持良好道路状态，就应该在道路使用期间尽早采取较为经济的预防性养护和修复措施。

2 混凝土路面的损坏和养护

按结构性能而言，可将水泥混凝土路面的损坏分为两类。一类是由基层未达标、载荷过重和剧烈温度变化引发的结构性损坏，比如严重裂缝、断板、沉陷、错台、拱起、接缝碎裂等。另一类是由于材料问题或施工质量而引起的非结构性损坏，比如轻微表面裂缝，麻面、剥落、起皮、坑槽和孔洞等。预防性养护是在路面状况比较好的状态下，为使路面能够长期保持这种良好状况，所进行的技术性养护措施。裂缝修补是一种计划性的养护，也是最为常见的一种预防性的养护措施。如在路面有轻微裂缝出现时随即进行灌缝养护等措施，避免裂缝受环境影响和载荷增加而继续扩展引起面板的损坏。微裂缝如不及时修补养护将会影响公路行车的稳定和舒适性，也势必增加后期的道路维修保养费用。

3 混凝土微裂缝养护的材料现状

通常根据路面裂缝特点和所在部位，将裂缝分为表面裂缝、贯穿裂缝及埋藏裂缝等。裂缝修补要根据裂缝成因和变化形态选用合理的技术措施。在工程实践中，对于宽度小于3 mm的称为轻微裂缝，可采用扩缝灌浆法，多采用水泥砂浆或环氧树脂材料。对于宽度在3 mm～15 mm的称为中等裂缝，可采用条带罩面法，多采用快硬混凝土材料。

路面裂缝的修补要有良好的施工工艺，还要有性能较好的修补材料。对于水泥混凝土路面，主要采用水泥浆材、化学浆材和沥青等修补材料，笼统来讲，细缝灌化学浆材，宽缝灌水泥浆材。因为水泥浆材粒径大、流动性不强，在大于3 mm的中等裂缝中用来做灌浆处理。相对于水泥浆材而言，化学浆材和沥青材料价格高、耐久性不强，且与原有的路面混凝土相容性差。道路工程中，能够直接对裂缝进行自然灌浆的水泥基产品非常少。所以，探索一种具有成本优势、工艺操作简便的水泥浆材来用于1 mm～3 mm微裂缝的修补材料，对于道路建设和养护具有重要意义。

4 探索新材料进行微裂缝修补

目前，用于混凝土路面微裂缝修补的材料以化学浆材类居多，主要有环氧树脂、酚醛树脂、乳化沥青和水玻璃等材料，但化学浆材价格高昂、环保性差，对于大规模的水泥混凝土路面修补不具有成本优势，因而应用较少。水泥浆体可用于1 mm～3 mm微裂缝的修补，受限于裂缝的空间，浆体材料粒径应满足要求，水泥砂浆不能作为修补材料。众所周知，聚合物可显著改善水泥材料的耐久性以及力学性能，而高效减水剂可明显影响水泥浆体的流动性，所以，本文尝试在水泥净浆中添加聚合物、高效减水剂等外掺料，旨在探索具有较好经济性和实用性的水泥混凝土路面微裂缝修补材料。使用聚合物、高效减水剂等外掺料对水泥进行改性，可较好地提升修补材料的性能，以达到性能优良、高强度、使用耐久、具有良好变形能力和粘结能力的要求，并与原有混凝土能够良好相容。所以，要严格筛选原材料，设计最优实验方案，确定最佳配合比。修补材料的成型过程其实就是一个对各种材料组成进行优化的过程。

5 微裂缝修补材料的性能要求

水泥混凝土路面微裂缝的修补效果很大程度上取决于修补材料的流变性能。因为路面中的微裂缝具有不规则且狭小的特征，修补材料浆体在微裂缝中流动时，受缝壁阻力和自身粘滞力影响较大，只有具备较好的流动性和体积稳定性，才能保证浆体填充满裂缝，形成好的修补效果。此外，交通状况的持续性也对修补材料的凝结时间提出了要求。因此，要对修补材料浆体的流动性、可灌性、稳定性、凝结时间等指标做严格要求。

修补材料在狭小的微裂缝中应可灌入自如，应确定好浆体的流动度大小和微裂缝灌入难度的关系，并将此作为配方改善和材料性能测定的依据。道路工程实践中通常可采取可灌性试验来确定，方法是:将混凝土试件从中间劈开形成两个试块，保持两试块竖直靠拢，中间留一条上口宽度1 mm～3 mm的平行裂缝和V形裂缝，使用水泥将裂缝周围做密封处理，通过调整水灰比的方法获得不同的流动度。将搅拌好的水泥浆体倒入缝隙，待水泥浆体初凝以后，分开两个混凝土试块，观察和测量水泥浆的灌入情况。对实验结果进行分析得出，浆体的流动度在220 mm左右时，可灌满整个裂缝。鉴于裂缝的实际情况较实验状况更为复杂，我们把完全灌入裂缝的浆体流动度限定在235 mm左右，将其定义为对1 mm～3 mm微裂缝的可灌性临界值。

用于路面表层裂缝修补的材料，不但要完全灌入裂缝，还必须具有与路面结构相同的路用性能，如力学性能与耐久性能。为保证路面修补效果，避免修补材料与基质材料在修补后发生脱离，修补材料还应具有良好的粘结和变形性能。可见，修补材料必须具有优良的工作性能和路用性能才能充分保障其在工程实践中的应用效果。此外，裂缝修补材料要与路面长期共同承受交通动荷载的冲击振动作用，要求修补材料必须具有适宜的刚度，以缓冲瞬间荷载，防止修补材料中或界面上破坏的再度产生。

6 微裂缝修补材料的工艺控制

1)为优化裂缝修补材料配方，设计正交试验方案，试验结果显示水灰比宜控制在0.5左右、聚合物掺量宜控制在10%左右、减水剂掺量宜控制在0.2%左右。测试结果表明，掺加适量聚合物的修补材料的析水率只有基准材料浆体的50%左右，聚合物的掺入对修补材料浆体稳定性的提高作用效果非常显著。2)修补材料的路用性能测试表明，在水泥中掺加单一聚合物，其力学强度比不掺加聚合物的试件要低。采用两种聚合物混合的方式进行改性，其修补材料的力学强度比基准试件有所提高，并能够达到路面力学强度规范的要求。力学强度最佳时的两种聚合物的共混比例约为3/2～2/3之间。加入聚合物使得修补材料的刚度比普通水泥材料低10%～15%，修补材料在脆性材料的基础上增加了柔性，较大提高了对抗冲击荷载的能力和使用的耐久性。3)加入膨胀剂可极大降低水泥试件体积收缩，甚至可产生微膨胀，这对于改善和增强修补材料与基质混凝土之间的界面作用较大。外掺剂对改善修补材料的孔结构作用明显，降低了总孔隙率，减少了有害大孔，增多了无害小孔，修补材料的抗渗性和耐久性明显提高。

参考文献

[1]朴志海,姚瑞珊,兰兴义.谈普通水泥混凝土配合比的设计[J].低温建筑技术,2007(3):70-71.

[2]张文春.浅议水泥混凝土路面裂缝的原因及防治[J].林业科技情报,2005(1):35-36.

[3]范洁群,姚刚.混凝土裂缝处理思路及方法[J].四川建筑,2005(4):79-80.

水泥浆材 篇7

关键词：非活性混合材,掺量,水泥,质量

我公司拥有一条2500t/d新型干法生产线, 自2012年7月干法窑点火, 2013年7月增建水泥粉磨系统, 在较短的时间内, 实现达产达标, 并且在生产P·C32.5级水泥时, 非活性混合材掺量高达30%。不仅降低了水泥生产成本, 而且水泥因强度稳定且后期强度高、色泽好、与混凝土外加剂相容性好, 混凝土无起灰、起砂现象, 水泥使用性能优良, 无论是用于预拌还是用于现拌, 均受到用户的青睐。现浅谈我们的几点体会, 供参考。

1 控制和提高熟料质量

众所周知, 要实现高的非活性混合材掺量, 不仅要做到熟料强度高, 而且要确保熟料强度的平稳才行。我们从以下几方面进行控制:

(1) 合理控制三率值:KH:0.90±0.02, SM:2.70±0.1, IM:1.45±0.1。

(2) 控制好煤质与细度。要求入窑煤粉发热量≥5500kcal/kg, 挥发份≥12%, 内水份<3.0%, 煤粉细度0.08mm筛余<1.0%。

(3) 控制好生料细度, 0.08mm筛余<16.0%, 特别是0.2mm筛余<1.50%。

(4) 统一操作, 稳定窑况, 实现优质高产。

根据我们的经验, 熟料28天抗压强度每提高1MPa, 生产中若控制相同的水泥强度, 生产P·C32.5级水泥可多掺玄武岩、煤矸石类的非活性混合材0.5%左右, 或可多掺水渣类的活性混合材1%左右。

2 优化混合材品种

我公司位于湖南省衡阳市松木塘工业园, 在公司100公里的半径内有水泥新型干法水泥熟料产能600万吨, 水泥粉磨能力900万吨, 在当地类似矿渣、水碎合金渣、粉煤灰类的活性混合材因市场供应量少价高, 无法保证水泥的生产需求。我们选用石灰石、玄武岩、湿排煤渣、煤矸石、少量转炉渣等做水泥混合材。在水泥磨投产前, 针对供应量有保障的混合材, 为了优化混合材品种, 我们按照GB/T12957-2005《用于水泥混合材的工业废渣活性试验方法》, 进行了大量的试验。

综合考虑混合材采购成本、供应量、水份、活性、需水量、易磨性、粒度、色泽等诸多因素, 最后按照熟料:石膏:石灰石:煤渣:煤矸石:转炉渣:助磨剂=55:5:15:10:10:5:0.04%, 在实际生产中根据强度不断的降低熟料掺比。达到目前的熟料掺比只有52%左右, 比兄弟厂家低10%左右。

3 水泥细度控制合理

我公司水泥磨系统是预粉磨 (辊压机带V型选粉) +Φ3.8×13m三仓磨的开流磨系统。为了最大限度的发挥熟料潜能, 我们将水泥磨得更细一些, 所用的混合材的易磨性均好于熟料 (与前面表格中的数据预估结论相反) 。为了克服“越细的水泥需水量越大, 与外加剂相容性越差, 水化热越大, 开裂敏感性越大”的问题, 我们在生产P·C32.5级水泥时控制0.08mm的筛余小于2%, 45μm筛余小于12%, 比表面积大于380m2/kg。

4 合理选择助磨剂

鉴于我公司非混合材掺量较高的特点, 我们将助磨剂对水泥28天后期抗压强度的提高幅度作为选择的重点。

根据成型水中滴加助磨剂外掺的强度比对及小磨试验情况, 选取衡阳XX1牌、冷水江XB牌助磨剂进行大磨试验、小批量工业试用, 批量试用, 最后与XB牌助磨剂签定以“每批货28天抗压强度按统一试验方法比基准样提高7MPa以上”作为特殊技术指标的供货合同。经过较长时间的生产实践, 该助磨剂质量平稳, 比较适合我公司的生产。

从表4可以看出, 采用冷水江XB牌助磨剂, 在低熟料料耗, 高掺非活性混合材的情况下, P·C32.5级水泥的3d与28d抗压强度均能有较好的保障, 水泥实物质量及施工性能优越。

5 结束语