如何確定礦渣活化方法的嘗試

仲崇山 阮炯正 劉雅琦，3

(1:吉林電力管道工程總公司，長春130022;2:吉林建筑工程學院材料科學與工程學院，長春130118;3:吉林建筑工程學院城建學院，長春130111)

0 引言

生產(chǎn)復合硅酸鹽水泥或商品混凝土需要大量高活性礦物摻合料，而水淬礦渣是一種高活性的礦物摻合料，它是在煉鐵過程中產(chǎn)生的一種工業(yè)廢渣.因其化學組成與硅酸鹽水泥熟料相近，氧化鈣含量也較高，特別是經(jīng)水淬的?；郀t礦渣因為大部分是玻璃體，而玻璃體與同樣組成的晶體相比擁有較高的內(nèi)能.尤其是細磨礦渣微粉對水泥空隙的良好填充作用，能減少水泥和混凝土的拌合用水量，具有緩凝作用且密度與水泥相仿，故一定范圍內(nèi)用活化礦渣微粉可以等量替代熟料生產(chǎn)水泥，改善混凝土的綜合性能［1］，進而達到降低水泥生產(chǎn)成本節(jié)能減排的目的.為此，要掌握和評定礦渣的活性，如何采用有效的激發(fā)礦渣活性的方法顯得十分重要.

1 礦渣化學成分及相分析

1.1 礦渣化學成分分析

為了解和評定礦渣的活性，首先要掌握礦渣的化學組成和相組成，以便決定采取哪些激發(fā)礦渣活性的方法將會是有效可行的.為此，本文以鐵嶺、昆明、山東等不同鋼廠的礦渣為例，介紹化學成分對礦渣活性的影響.礦渣的化學成分采用能譜分析方法測得，具體見表1～表3.

表1 鐵嶺礦渣化學成分 (%)

表2 昆明礦渣化學成分 (%)

表3 山東礦渣化學成分 (%)

依據(jù)國家標準，用質(zhì)量系數(shù)K來評定礦渣的質(zhì)量，K值越大則礦渣的質(zhì)量越好，活性越高［2］.從以上3種礦渣質(zhì)量系數(shù)K的計算結(jié)果看，山東產(chǎn)的礦渣質(zhì)量系數(shù)最高，昆明礦渣質(zhì)量系數(shù)次之，鐵嶺礦渣質(zhì)量系數(shù)最小.如按礦渣質(zhì)量系數(shù)劃分，山東的礦渣活性為最高，昆明礦渣活性其次，鐵嶺礦渣活性為最差.

1.2 礦渣相分析

因為在相同的化學組成條件下，晶體的能量最低，所以礦渣中的玻璃體含量越高則活性越高，為測定礦渣玻璃體的含量，可采用X-衍射分析方法.同樣以鐵嶺，昆明，山東等不同鋼廠的礦渣為例，介紹相組成對礦渣活性的影響，具體見圖1～圖3.

圖1 鐵嶺礦渣X-衍射曲線

圖2 昆明礦渣X-衍射曲線

圖3 山東礦渣X-衍射曲線

對比3種礦渣的X-衍射曲線可以看出，鐵嶺礦渣X-衍射峰較寬峰值不太明顯，昆明礦渣的X-衍射峰最明顯，山東礦渣的X-衍射峰最不明顯.因礦渣的X-衍射峰越不明顯則說明玻璃態(tài)物質(zhì)含量越高，活性則越高.所以按X-衍射圖可以估計礦渣玻璃相含量順序，即山東礦渣玻璃相含量最高，鐵嶺礦渣玻璃相含量次之，昆明礦渣玻璃相含量最少.

從上述3種礦渣的化學組成和相組成綜合分析可知，山東礦渣無論是礦物組成還是化學組成，其活性都是最高的.這種礦渣磨細即可，不必采用其它的活化手段;鐵嶺礦渣的質(zhì)量系數(shù)雖小，但玻璃相含量較高需要進行化學活化來激發(fā)礦渣的活性;昆明礦渣的質(zhì)量系數(shù)雖然高于鐵嶺，但玻璃相含量相對較低，所以應更多地采用物理方法激發(fā)礦渣活性.為驗證討論分析結(jié)果，分別采取物理或化學的方法來測定礦渣的活性.

2 礦渣激發(fā)對比試驗

2.1 試驗用主要原材料

(1)礦渣.鐵嶺、昆明、山東3家鋼廠的礦渣，分別加入激發(fā)劑后細磨，檢驗其激發(fā)效果;

(2)水泥.吉林冀東水泥有限公司普通硅酸鹽水泥PO 42.5;

(3)石膏.SO3含量為20.66 %.長春永固水泥廠;

(4)激發(fā)劑.激發(fā)劑自配，由三乙醇胺、乙二醇、萘系減水劑、碳酸氫銨、水玻璃、氫氧化鈉等構(gòu)成，具有減水、激發(fā)、助磨功能［3］.

2.2 試驗步驟及實驗數(shù)據(jù)

將3種礦渣分別用與石膏和激發(fā)劑或石膏和激發(fā)劑復合進行激發(fā)對比實驗，實驗數(shù)據(jù)如表4.

表4 礦渣活性檢測對比試驗

經(jīng)計算得到這3種礦渣活性指數(shù)分別為:鐵嶺0.93，昆明0.72，山東1.02.礦渣活性指數(shù)的計算方法為R 1/R 0，其中R 1為標準水泥膠砂試件標養(yǎng)28 d的抗壓強度，R 0為摻入30%(標準應摻入50%)的礦渣粉的水泥膠砂試件標養(yǎng)28 d的抗壓強度.

為比較不同方式激發(fā)礦渣活性的效果，對加入激發(fā)劑或復合激發(fā)劑的礦渣作對比實驗，結(jié)果見表5.

表5 礦渣經(jīng)不同方式化學激發(fā)強度的增強效果 (%)

經(jīng)對比可知，單摻石膏的效果最差，采用復合激發(fā)劑是最有效的.特別是玻璃化程度差的昆明礦渣，如不采取化學激發(fā)其活性，則滿足不了使用要求.而對于礦渣質(zhì)量系數(shù)小的鐵嶺礦渣，因玻璃體含量較高，故其活性指數(shù)不低.在加入復合激發(fā)劑后，3種礦渣活性均有不同程度的提高，其中昆明礦渣提升最明顯，但因其晶體含量高，基本活性仍較低，應通過進一步提高礦渣的細度來活化礦渣，加入的堿性激發(fā)劑和復合激發(fā)劑對礦渣的早期強度也有不同程度的提升.

3 結(jié)論

經(jīng)上述對比試驗結(jié)果分析可知:

(1)由化學成分計算的礦渣質(zhì)量系數(shù)是不能單獨評定礦渣活性的，礦渣的活性還與其相組成和細度有關(guān);

(2)礦渣質(zhì)量系數(shù)大及玻璃體含量高的礦渣通常具有好的活性，這類礦渣甚至可以不加激發(fā)劑粉磨即可直接制備成活性良好的礦渣微粉;

(3)對于礦渣質(zhì)量系數(shù)不大及玻璃體含量不高的礦渣，則必需加入激發(fā)劑才行，尤其是活性指標偏低的礦渣經(jīng)常要加入激發(fā)劑，針對化學組成或相組成的不足，采用不同方法來激發(fā)不同類型的礦渣;

(4)復合激發(fā)劑對大部分礦渣的活化是有效的，所以在采用激發(fā)劑生產(chǎn)礦渣微粉時應加入一定量的石膏，以有利于礦渣活性的提高.

［1］路青波，楊全兵.影響礦渣潛在活性激發(fā)的主要因素研究［J］.混凝土與水泥制，2005(6):13-14.

［2］孔祥文，王丹，隋智通.礦渣膠凝材料的活化機理及高效激發(fā)劑［J］.中國資源綜合利用，2004(6):22-26.

［3］阮炯正，邱佳宇.均勻設(shè)計用于礦渣助磨劑的研究［J］.吉林建筑工程學院學報，2012，29(1):53-55.