銅渣的粉磨特性及對水泥凈漿強(qiáng)度的影響

宋軍偉，劉松柏，周永祥，黃 華，黃義雄，潘文斌，陳小妹

1.江西科技學(xué)院 城市建設(shè)學(xué)院，江西 南昌 330098；2.江西省建筑材料工業(yè)科學(xué)研究設(shè)計(jì)院，江西 南昌 330001；3.中國建筑科學(xué)研究院有限公司，北京 100013；4.中國建筑第四工程局有限公司，廣東 廣州 510610；5.中建商品混凝土江西有限公司，江西 南昌 330001；6.上海建工江西混凝土工程有限公司，江西 南昌 330001；7.江鈴汽車集團(tuán)江西工程建設(shè)有限公司，江西 南昌 330001

0 引言

目前有大量輔助膠凝材料如礦渣［1］、粉煤灰［2］及火山灰［3］等，還有一些新型類膠凝材料如磨細(xì)玻璃粉［4］、石灰石粉［5］等部分或大量替代傳統(tǒng)水泥，以減少大量水泥需求下引起的環(huán)境污染和能源不足問題。然而，傳統(tǒng)輔助膠凝材料的存儲(chǔ)量已經(jīng)不能滿足基礎(chǔ)建設(shè)對水泥材料的需求，而且傳統(tǒng)輔助膠凝材料存儲(chǔ)量日漸萎縮，其成本逐漸提高。所以，目前需要開發(fā)活性更高的工業(yè)廢渣來部分替代水泥，本研究采用銅礦渣部分代替普通硅酸鹽水泥，測試銅渣粉的粉磨特性及及不同摻量對復(fù)合膠凝體系抗壓強(qiáng)度的影響。

1 試驗(yàn)情況

1.1 原材料

試驗(yàn)中采用的水泥為海螺牌PO42.5 普通硅酸鹽水泥（OPC），銅礦渣（CS）取自江西銅業(yè)集團(tuán)有限公司，對兩種材料進(jìn)行X-射線熒光分析測試其化學(xué)成分，其化學(xué)成分如表1 所示。由表1 可知，銅礦渣是以Fe2O3和SiO2為主的，尤其是Fe2O3，其比例高達(dá)52.59%，而CaO 含量偏少，只有2.53%。

2 試驗(yàn)方法及過程

采用球磨機(jī)對CS 進(jìn)行粉磨，粉磨時(shí)間分別為10min、30min、60min、90min和120min，然后對各粉磨時(shí)間的CS采用濕法激光粒度分析儀進(jìn)行分析粒徑分布情況。

表1 普通硅酸鹽水泥和銅礦渣的化學(xué)成分 wt/%

采用球磨機(jī)對通知卡號進(jìn)行粉磨，選擇粉磨120min的銅渣粉等量替代OPC，采用水膠比0.4成型40mm×40mm×160mm棱柱體凈漿試件，養(yǎng)護(hù)至不同齡期時(shí)測試其抗壓強(qiáng)度。

利用球磨機(jī)采用不同的粉磨時(shí)間粉磨銅礦渣，然后采用粉磨120 分鐘的銅礦渣代替0-40%的普通硅酸鹽水泥，測試不同齡期抗壓強(qiáng)度。

銅渣粉及水泥比表面積的測定參照GB/T 8074-2008《水泥比表面積測定方法勃氏法》進(jìn)行。

抗壓強(qiáng)度測試借鑒GB/T17671-1999《水泥膠砂強(qiáng)度檢驗(yàn)方法（ISO 法）》規(guī)范進(jìn)行測試，測試儀器為WYA-2000 電液式壓力試驗(yàn)機(jī)。

3 結(jié)果與討論

3.1 銅礦渣粉的等效粒徑及比表面積

銅礦渣等效粒徑指累積顆粒粒徑分布百分?jǐn)?shù)達(dá)到某一定值時(shí)所對應(yīng)的顆粒粒徑值。如D25 指的是銅礦渣粉累積顆粒粒徑分布百分?jǐn)?shù)達(dá)到25%所對應(yīng)的粒徑，物理意義即是粒徑效應(yīng)D25 的顆粒數(shù)量占總顆粒數(shù)量的25%。

粉磨不同時(shí)間后銅礦渣粉的比表面積（SSA）及各等效粒徑（D10，D25，D50，D75 和D90）數(shù)值見表3。由表3 可知：隨著粉磨時(shí)間的增加，銅礦渣粉各等效粒徑逐漸變小，比表面積逐漸增大。粉磨60min 后銅礦渣粉等效粒徑基本比水泥小，比表面積也高于水泥，說明此時(shí)銅礦渣粉細(xì)度已整體好于水泥。

表2 粉磨不同時(shí)間后銅礦渣粉和水泥的比表面積及各等效粒徑

由表3 還可以看出，隨著粉磨時(shí)間的增加，銅渣比表面積增加，但增加的速度隨著粉磨時(shí)間的延長呈減緩趨勢，各等效粒徑降低，降低速度隨著隨粉磨時(shí)間的延長也呈減緩趨勢，說明初期銅渣粗顆粒多，易磨性好，細(xì)顆粒難磨。

3.2 不同摻量銅渣粉對復(fù)合膠凝體系抗壓強(qiáng)度的影響

按表2 稱取一定量銅渣粉與普通硅酸鹽水泥攪拌均勻制備銅渣粉復(fù)合水泥，不同摻量銅渣粉基復(fù)合膠凝體系力學(xué)性能見表3：

表3 不同摻量銅渣粉復(fù)合膠凝體系抗壓強(qiáng)度

從表3 可以看出，銅渣粉復(fù)合膠凝體系抗壓強(qiáng)度隨著齡期的發(fā)展而提高，隨著銅渣粉摻量的提高而降低，但這種降低趨勢隨著齡期的增長逐漸減緩。如3d 齡期時(shí)，C5、C10、C15、C20、C25、C30、C35、C40試樣較純水泥試樣抗壓強(qiáng)度降低1.4%、4.2%、7.6%、11.3%、18.5%、27.6%、35.6%、41.0，而到28d齡期時(shí)，上述試樣較純水泥試樣抗壓強(qiáng)度降低比例為1.5%、3.3%、5.1%、9.2%、17.2、26.9%、32.1%、36.4%。

圖1 銅渣摻量與抗壓強(qiáng)度的關(guān)系

這是由于在銅渣粉的摻量降低了復(fù)合水泥中水泥熟料的含量，而銅渣粉活性降低水泥熟料，銅渣粉的摻入勢必導(dǎo)致復(fù)合膠凝體系抗壓強(qiáng)度的降低。但隨著齡期的增長，水泥熟料水化的同時(shí)，體系中堿性成分含量增加，有利于銅渣粉活性物質(zhì)的水化，故抗壓強(qiáng)度降低的趨勢隨著齡期的發(fā)展有所減緩。

4 結(jié)論

隨著粉磨時(shí)間的增加，銅渣比表面積增加，但增加的速度隨著粉磨時(shí)間的延長呈減緩趨勢，各等效粒徑降低，降低速度隨著隨粉磨時(shí)間的延長也呈減緩趨勢。銅渣粉復(fù)合膠凝體系抗壓強(qiáng)度隨著齡期的發(fā)展而提高，隨著銅渣粉摻量的提高而降低，但這種降低趨勢隨著齡期的增長逐漸減緩。3d 齡期時(shí)，C5、C10、C15、C20、C25、C30、C35、C40 試樣較純水泥試樣抗壓強(qiáng)度降低1.4%、4.2%、7.6%、11.3%、18.5%、27.6%、35.6%、41.0，而到28d 齡期時(shí)，上述試樣較純水泥試樣抗壓強(qiáng)度降低比例為1.5%、3.3%、5.1%、9.2%、17.2、26.9%、32.1%、36.4%。