矿渣胶凝材料生产建材应用研究
浅谈矿渣微粉生产工艺及在混凝土中的应用
浅谈矿渣微粉生产工艺及在混凝土中的应用作者：商祥任来源：《城市建设理论研究》2013年第24期摘要：随着建筑业的发展，矿渣微粉已经成为了比较重要的建筑材料。
我们知道，水淬矿渣具有较强的活性，可以粉磨后直接作为混凝土添加材料。
生产时，掺加一定量的粉煤灰和石灰石，可以提高矿渣微粉的生产效率、质量指标及基本性能，矿渣微粉的生产及其应用对当今建筑业有着较大的影响。
本文就主要围绕矿渣微粉的生产以及在混凝土中的应用作了简单的探讨。
关键词：矿渣微粉混凝土石灰石中图分类号： D922 文献标识码： A 文章编号：矿渣微粉是指以粒化矿渣为主要原料，可掺加少量石膏，采用适宜的粉磨技术磨制到一定细度的粉体。
由于矿渣微粉的生产成本低，并且可以作为高性能混凝土的优质原料，可等量或超量代替高能耗生产的水泥，也适用于大型的商品混凝土搅拌站，同时矿渣微粉还可作为混凝土的改性剂，可以明显改善混凝土的性能，因此利用矿渣微粉具有良好的经济效益和社会效益。
1 矿渣微粉的特点由于矿渣与水泥熟料相比具有玻璃体含量高，易碎难磨的物理特性，和水泥熟料一起粉磨时，其比表面积为300㎡/kg左右，难以磨得更细，影响了其潜在活性的发挥。
研究表明：矿渣比表面积达350㎡/kg以上时，活性才能得到激发，且比表面积越大，活性越好，甚至可以超过水泥的活性。
如果将矿渣进行单独粉磨，由于其比表面积达到400㎡/kg以上，则其活性可以得到充分发挥。
高活性指数的矿渣微粉应用到混凝土可等量替代大量水泥，并且能够提高混凝土的综合性能。
矿渣微粉掺入混凝土后，可以降低混凝土集料(沙、石等)热化反应引起的混凝士体积膨胀开裂；矿渣微粉内较多的钙矾石结晶，能降低混凝土的孔隙率，降低氯离子的渗透，形成对钢筋的防腐保护层；降低水泥中的铝酸三钙及可溶性氢氧化钙的含量，减小由于硫酸盐等的侵蚀引起的混凝土膨胀，从而改善混凝土的泵送、坍落度损失等工作性，提高混凝土的后期强度，具有良好的耐久性、耐蚀性和耐磨性。
矿渣水泥研究实验实验报告-
矿渣水泥研究实验实验报告-目录目录 01 引言 (1)1.1 矿渣硅酸盐水泥 (1)1.2 高炉矿渣铁矿石 (1)1.3 矿渣水泥经济社会效益与发展 (1)1.3.2社会效益： (2)1.3.3矿渣硅酸盐水泥的理论研究现状与发展趋势 (2)1.4 矿渣水泥应注意的问题 (2)2实验过程 (3)2.1原材料准备及化学分析 (3)2.1.1原料的制备 (3)2.1.2石灰石的化学分析 (4)2.1.3铝矾土的化学分析 (8)2.1.4钢渣的化学分析 (11)2.1.5砂岩的化学分析 (14)2.1.6石膏中三氧化硫的测定 (16)2.2合格生料的制备 (16)2.2.1数据处理及配料计算 (17)2.2.2制备生料 (18)2.3水泥熟料的煅烧 (19)2.4水泥熟料化学分析 (20)2.5矿渣水泥的制备 (25)3 结论 (27)4误差分析 (28)1 引言1.1 矿渣硅酸盐水泥由硅酸盐水泥熟料和粒化高炉矿渣（大于20%不多于70%），加入适量石膏磨细而成的水硬性胶凝材料。
代号P·S。
水泥中粒化高炉矿渣掺加量按重量百分比计为20％￣70％。
允许用石灰石、窑灰、粉煤灰和火山灰质混合材料中的一种材料代替矿渣，代替数量不得超过过水泥重量的8％，替代后水泥中粒化高炉矿渣不得少于20％1.2 高炉矿渣铁矿石高炉矿渣是冶炼生铁时的副产品。
用高炉冶炼生铁时，除了铁矿石和燃料外，还需要加入相当数量的石灰石和白云石作为溶剂。
石灰石和白云石分解所得的CaO 和MgO 及铁矿石中的废矿，还有焦炭中的灰分相互融化在一起，生成组成主要为硅酸钙（镁）铝酸钙（镁）的熔融体。
其密度为 2.3~2.8g/cm3,比铁水轻，因而浮在铁水上面，定期从排渣口排出，经水或空气急冷处理成为粒装的颗粒，称为粒化高炉矿渣。
粒化高炉矿渣是一种具有潜在水硬性活的性材料，已成为水泥工业活性混合材的重要来源。
水泥厂使用粒化高炉矿渣可以扩大水泥品种，改进水泥性能，调节水泥标号，增加水泥产量，改善立窑水泥安定性。
石膏对碱矿渣胶凝材料性能影响分析研究
石膏对碱矿渣胶凝材料性能影响分析研究摘要：碱矿渣胶凝材料的自身收缩问题限制了其在工程上的应用，采用在碱矿渣胶凝材料中加入一定量的石膏，研究其对于碱矿渣胶凝材料力学性能及干缩性能的影响。
研究结果表明：石膏对于碱矿渣水泥砂浆能够起到一定的减缩作用，但对其力学性能也存在一定的影响，其中石膏对水胶比大的碱矿渣水泥砂浆的减缩效果更好，力学性能影响更小。
关键词：石膏，碱矿渣水泥砂浆，干缩性能0 引言碱激发胶凝材料简称AAS（alkah-activated slag），具有早强、高强、耐久性好、无毒环保、经济合理等优点[1，2]，但其自身收缩较大，比通用水泥更容易造成浆体、砂浆或混凝土开裂，这是制约其应用发展的重要技术属性之一。
碱激发胶凝材料的自身收缩要比硅酸盐水泥大，这是因为碱矿渣胶凝材料与水反应后，产物主要是C-S-H凝胶和水化铝硅酸盐以及沸石类矿物，没有传统硅酸盐水泥中常见的钙矾石和Ca（OH）2等水化产物[3，4]。
在普通硅酸盐水泥中往往掺入一定量的石膏，石膏主要是通过溶解与C3A水化生成的C4AH13反应生成钙钒石（AFt），一来AFt覆盖在水泥颗粒表面阻止水泥水化的进行，能够起到延缓水泥的凝结硬化速度，二来AFt后期可以产生体积膨胀可以补偿水泥石的体积收缩[5]。
本文主要研究石膏碱矿渣水泥砂浆的力学性能及干缩性能的影响，希望对碱激发胶凝材料的设计及收缩性能改善研究起到借鉴作用。
1 实验方法及原材料1.1 实验原材料①矿渣：重庆钢铁集团水淬高炉矿渣，密度2.84g/cm3，比表面积为523 m2/kg，细度为3.8%②碱组分：水玻璃为重庆茂阳化工生产，物理化学指标见表1.1。
表1.1 水玻璃物理化学指标NaOH为成都市科龙化工试剂厂生产的工业片碱，纯度为99%。
本文中使用的水玻璃模数M 为3.21，不符合试验要求因此，用NaOH来调低水玻璃的模数。
③细集料：本试验采用洞庭湖II区中砂，细度模数为 2.56，表观密度为 2.63g/cm3，堆积密度为1.49g/cm3。
矿渣胶凝材料对尾矿中重金属Pb的固化实验
矿渣胶凝材料对尾矿中重金属Pb的固化实验余倩;李垚;王凯;张发文【摘要】Using slag cementing materials to solidify tailings,the unconfined compressive strength,the leachability of heavy metal and theBCR(community bureau of reference)sequential extraction were measured. The results show that the concentrations of heavy metal Pb are effectively reduced by slag cementing materials. The solidifing effect is enhanced,the rate of the residual form and oxidizable form is increased,and the stability is enhanced with the increase of the amount. So the effect of solidifying tailings with slag cementing materials is good.%利用配制的矿渣胶凝材料来固化尾矿，并对其进行无侧限抗压强度、重金属的毒性浸出以及BCR重金属形态分布试验。
室内试验结果表明，矿渣胶凝材料能有效地降低尾矿中重金属Pb的浸出浓度。
当掺入量逐渐增加时，固化效果增强，且可氧化态和残渣态的比率增加，稳定性增强。
由此可知，矿渣胶凝材料对尾矿具有良好的固化效果。
【期刊名称】《河南科学》【年(卷),期】2015(000)004【总页数】5页(P578-582)【关键词】矿渣胶凝材料;重金属Pb;固化;浸出毒性【作者】余倩;李垚;王凯;张发文【作者单位】河南农业大学林学院，郑州 450002;河南农业大学林学院，郑州450002;河南农业大学林学院，郑州 450002;河南农业大学林学院，郑州 450002【正文语种】中文【中图分类】TD853.34;X751随着现代化工业生产迅速发展和新开矿山数量陆续增加，尾矿的排放和堆积量越来越大.据统计，我国金属矿山现有尾矿80亿t左右，而且以每年5亿t的速度迅速增加.尾矿中的重金属元素对周围生态环境系统产生影响，威胁人类的生存和健康［1-3］.因此，如何综合利用尾矿并使其不对生态环境和人类健康造成危害是近年来的研究热点.固化是重金属尾矿处理常用的手段，水泥是其中最为最常见的固化材料，但是水泥的生产消耗了太多的能源和资源，不适应当前绿色工业的发展.已有的研究发现，高炉矿渣虽然本身没有胶凝性能，但在碱性激发和水存在的条件下，它们可以产生与水泥水化一样的胶凝物质，形成强度和低渗透的水泥基质［4］，因此矿渣可以取代水泥用来固化重金属尾矿.目前高炉矿渣在固化尾矿领域尤其是固化重金属方面的研究开展较少.因此本研究以高炉矿渣为主要原料，掺入脱硫灰、石灰石及活性激发剂制成矿渣胶凝材料用来固化重金属尾矿；同时进行了固化体的无侧限抗压强度试验，并对其重金属Pb的毒性浸出和形态分布进行分析，进而初步探讨了矿渣胶凝材料固化重金属尾矿的机理.1.1 试验材料1.1.1 尾矿实验所用尾矿来自洛阳某尾矿库，按均匀分布点方式取样.所取样品经风干，压碎，最后缩分，装袋，作为试验用.该尾矿的光谱全分析结果见表1.1.1.2 矿渣胶凝材料本实验中所用矿渣胶凝材料为实验室内制备（其主要化学成分见表2），原料组成上主要为矿渣，掺入脱硫灰、石灰石及活性激发剂，并按质量比为80∶15∶2.5∶2.5进行配料，将原料拌和后，粉磨大约20 min，并参照水泥的实验方法对粉磨后得到的矿渣胶凝材料进行了基本性能的测试，测试结果见表3.1.2 试验方法1.2.1 无侧限抗压强度试验将矿渣胶凝材料与尾矿样品以不同比例（配比见表4）混合，加水制浆并搅拌均匀，将搅拌后的浆体置于70.7 mm×70.7 mm×70.7mm三联金属试模中制成试块.静置1 d后拆膜编号，然后将试块样品密封好放置在相对湿度90%以上，温度在（20±2）℃条件下的标准养护室里继续养护至3、7、14、28 d后分别进行无侧限抗压强度的测试.1.2.2 重金属浸出试验重金属浸出试验按照《固体废物浸出毒性浸出方法——水平振荡法》（HJ 557—2010）［5］进行：将不同龄期的固化体取出破碎，使样品颗粒全部通过3 mm孔径的筛.称取干基重量为100 g的试样，置于2 L提取瓶中，按液固比为10∶1（L/kg）计算出所需浸提剂的体积，加入浸提剂，盖紧瓶盖后垂直固定在水平振荡装置上，调节振荡频率为110±10次/min、振幅为40 mm，在室温下振荡8 h后取下提取瓶，静置16 h.滤液Pb浓度用火焰原子吸收法测定［6］.1.2.3 BCR连续提取法选取S1、S2、S3三组浓度均为75%，掺入量分别为20%、15%、10%的样品利用BCR法分析Pb的形态分布.改进的BCR法是根据欧共体物质标准局提出的BCR逐级提取法［7-9］进行改进而得出的，具体为：1）B1（弱酸提取态）：取1.00 g风干样品加入40 mL 0.1 mol/L HOAc22℃±5℃下振荡16 h，3000 r/min下离心20 min.提取弱酸提取态元素；2）B2（可还原态）：弱酸提取态元素提取后的残物用40 mL 0.5 mol/L的NH4OH·HCL在22℃±5℃下振荡16 h，提取可还原态元素；3）B3（可氧化态）：可还原态元素提取后的残物中加入10 mL H2O2消化1 h，85℃水浴1 h，继续添加10 mL H2O2，重复上述过程，冷却后加入1.0 mol/L PH值为2.0的醋酸铵溶液50 mL振荡16 h，提取可氧化态元素；4）B4（残渣态）：将上述残渣用总量测定方法进行消解.以上各部分提取液Pb含量用火焰原子吸收法测定.2.1 不同因素对固化体的强度的影响从图1、图2中可看出，增大矿渣胶凝材料的掺入量、增加料浆浓度和延长固化龄期均可以增加固化体的抗压强度.图中两点之间连线的斜率代表抗压强度增加的速率，对比图1、图2可以看出，改变掺入量比改变料浆浓度的抗压强度增加更为明显.2.2 固化体重金属浸出浓度矿渣胶凝材料固化尾矿中重金属的效果可以根据不同龄期重金属浸出量的变化情况来表示.从表5中可以看出，尾矿中Pb元素的浸出量随着龄期的增加基本呈递减趋势，且各龄期、各比例固化体的浸出量均低于固体废物浸出毒性的鉴别标准［10］（见表6），因此可以进行资源化再利用.当养护时间从3 d增加到7 d时，Pb的浸出浓度均有大幅度的降低.继续延长固化块养护时间，重金属的浸出浓度降低比较缓慢.2.3 BCRBCR连续提取法划分重金属形态的重金属可利用性顺序是：水溶结合态、交换态＞＞碳酸盐结合态＞铁锰氧化物结合态＞有机结合态＞残渣态［11］.由图3（a）中可以看出，3 d时Pb的各形态含量的分配顺序为可还原态（如铁锰氧化物态）＞残渣态＞弱酸提取态（如碳酸盐结合态）＞可氧化态（如有机态），即B2＞B4＞B1＞B3.说明Pb的主要形态是与无定形的铁锰氧化物和水化氧化物相结合的，可还原态的含量最高，这是由于Fe和Mn的氢氧化物特别是Mn的氢氧化物对Pb2+有很强的专性吸附能力［12-13］；Pb的氧化物结合态较少，表明Pb被氧化释放的危害较小.由图3（d）中看出，随着龄期的增加，残渣态的含量明显增加，残渣态与可氧化态总和的比率变大，表明Pb的有效性降低，迁移性减弱.从图3中可以看出，在同一龄期的样品中，随着掺入量的降低，酸提取态和可还原态（B1和B2）的总量增加.表明，掺入量增大时，稳定性越强.据文献报道，在处理废弃物过程中，胶结剂与污染物之间主要产生的作用有：物理包胶作用、物理吸附、复分解沉淀反应、同晶置换作用等.上述机理往往同时存在. Thevenin and Pera［14］研究发现，Pb的固化主要是以下原因：吸附：C-S-H+Pb→Pb-C-S-H同晶替代：C-S-H+Pb→Pb-S-H+Ca沉淀反应：Pb+OH+Ca+SO4→复盐Chatelet等也通过研究证明了Pb的固化机理.矿渣水化后产生的水化硅铝酸钙等沸石类矿物通过吸附作用和阳离子交换作用对尾矿中的重金属加以约束，降低其重金属的浸出浓度，这可能也是矿渣胶凝材料固化尾矿优于水泥的主要原因.在硬化水泥浆体的C-S-H结构中，Pb通常存在于水泥熟料颗粒的表面，抑制水化［15］.对于矿渣中各种重金属复合存在下的固化/稳定机理，尚需进一步深入研究. 综合来看，矿渣胶凝材料固化一定程度上降低了尾矿的浸出毒性，但在实际的工程应用中，更多的应结合化学稳定化，以降低胶凝材料用量和抑制重金属浸出.1）胶凝材料的固化效果随料浆浓度、掺入量和龄期的增加而更加显著.改变掺入量比改变料浆浓度的抗压强度增加更为明显.2）尾矿虽然是固体废物，但经过胶凝材料固化处理后其重金属Pb的浸出量是微乎其微的，并不影响使用环境的安全.因此可以初步认为，矿渣胶凝材料对于尾矿的固化效果良好.3）随着龄期的增加，残渣态与可氧化态总和的比率变大，表明Pb稳定性增强.在同一龄期的样品中，随着掺入量的降低，酸提取态和可还原态（B1和B2）的总量增加.应用BCR连续提取法有助于确定尾矿重金属污染以及重金属的迁移情况，能够对尾矿重金属污染状况进行有效评估.【相关文献】［1］ Pratt A R，Muir I J，Nesbitt H W.X-ray photoelectron and Auger electron spectroscopie studies of pyrrhotite and mechanism of air oxidation［J］.Geochim Cosmochim A CTA，1994，58：827-841.［2］ Dudka S.Adriano D C Environmental impacts of metal are mining and processing：A review［J］.Journal of Environmental Quality，1997，26：590-602.［3］徐晓春，王军，李媛，等.安徽铜陵林冲尾矿库重金属元素分布与迁移及其环境影响［J］.岩石矿物学杂志，2003，22（4）：433-436.［4］ Minocha A K，Neeraj Jain，Verma C L.Effect of organic materials on the solidification of heavy metal sludge［J］.Construction and Building Materials，2003，17：77-81.［5］中华人民共和国环境保护部.固HJ 577—2010固体废物浸出毒性浸出方法水平振荡法［S］.北京：中国环境科学出版社，2010.［6］中华人民共和国环境保护部.GB/T 15555.2—1995固体废物铜、铅、锌、镉的测定原子吸收分光光度法［S］.北京：中国环境科学出版社，1995.［7］曹会聪，王金达，张学林.BCR法在污染农田黑土重金属形态分布研究中的应用［J］.水土保持学报，2006，20（6）：163-166.［8］许超，夏北成，吴海宁.尾矿库尾砂及周边农田土壤重金属形态分布及其生物有效性［J］.农业环境科学学报，2009，28（11）：2293-2296.［9］张玮萍，许超，夏北成.尾矿区污染土壤中重金属的形态分布及其生物有效性［J］.湖南农业科学，2010（1）：54-56，59.［10］中华人民共和国环境保护部.GB 5085.3—2007危险废物鉴别标准浸出毒性鉴别［S］.北京：中国环境科学出版社，2007.［11］雷鸣，廖柏寒，秦普丰.土壤重金属化学形态的生物可利用性评价［J］.生态环境，2007，16（5）：1551-1556.［12］ Lix D，Shen Z G，Wai-onyc W H，et al.Chemical forms of Pb，Zn and Cu in the sediment profiles of the Pead River Estuary［J］. Marine Pollution Bulletin，2001，42（3）：215-223.［13］雷鸣，廖柏寒，秦普丰，等.矿区污染土壤Pb、Cd、Cu和Zn的形态分布及其生物有效性的研究［J］.生态环境，2007，16（3）：807-811.［14］ Thevenin G，Pera J.Interactions between lead and different binders［J］.Cement and Concrete Research，1999（29）：1605-1610.［15］ Yousuf M，Mollah A.An infrared spectroscopic examination of cement-basedsolidification/stabilization systems-Portland types V and IP with zinc［J］.Environ Sci Health，1992，A27（6）：1503-1519.。
钢渣矿渣复合粉砼活性激发及性能研究
２
钢 渣 矿渣 复合 粉砼 活 性 激 发及 性 能研 究
卢伟 杰
（ ５ １１ ２ ００ ，山东 济 南 ，济 钢 集 团 山东 建设 工 程 有限 公 司 ）
【 摘 要】 钢渣 的化 学组分与水 泥熟料相似 ，是 一种具有 潜在 活性 的胶凝材料 ，本 文通过化 学激发 的方 式在 增加 钢渣 矿渣 复合 粉 的活性 ，应 用 于砼 生产 ，并对砼 工作 性 能、 力学性 能和耐 久性 等进行 分析 。试
验证 明 ，钢渣矿 渣复合粉 可 以通 过活性 激发广 泛应用 于砼 中，提 高砼 的性 能 。
【 词】 关键 钢渣矿 渣复合粉 ；化 学激发 ；性 能
【 中图分类号 】 Ｕ５ ２ ． 【 Ｔ ０ ＋５ 文献标 志码１ 【 编号１０ ３ １ ２ ２ １ 一 ９ ０ ８ — ４ Ａ 文章 １ ０ — ４（ ０ ３ １） ０ — ０ ０ ０
０引言
钢 渣 中 含 有 一 定 数 量 的水 泥 熟 料 的 主要 矿 物 Ｃ Ｓ 等 。 磨 细 钢 渣 粉 、Ｃ Ｓ 作 为砼 的 活 性 矿 物 掺 合 料 ，可 降 低 水 化 热 ，提 高 砼 的 耐 磨 性 ，改 善砼 的 工 作 性 能 和 耐 久 性 等 ，尤 其 是 钢 渣 粉 与
１试验材料及配合比
１１原 材 料 ．
砼 ，研究其 工作性能 、抗压 强度 、收
缩 性 能 、抗 氯 离 子 渗 透 等 性 能 ，观 察
１１１钢 渣 微 粉 、 矿 渣 微 粉 ．．
矿 渣粉 双掺作砼掺合料 时 ，两者有相
两种微粉 采用济钢集 团鲍德炉料
高强度矿渣胶凝材料抗压强度影响因素的研究
则会硬化， 由于生成较多的氢氧化钙结晶体， 从而导
致 后期 强度发 展不 。
本文以无水石膏 和生石灰作为复合激发剂 ， 研 究 了矿 渣胶凝 材料 抗 压 强 度 的影 响 因素 ， 并通 过 正 交 实验 给 出了具有最 佳性 能 的配 比方案 。
石膏 ： 采用南京无水石膏 ， Ｃ Ｓ 其 ａＯ 含量为 ９ ． １
６８ ％
Байду номын сангаас
表 Ｉ 原料 的化学 成分／ ％
成分
矿 渣
石灰
ＣＯ ａ
４ ．６ ２ １
６ ．３ ０ ５
ＭＯ ｇ
６７ ．０
４ ８ ．６
ＳＯ ｉ２
３ ．９ ２６
７ ６ ．１
Ａ２３ ｌ ０
１ ．１ ５１
料按要求称重 再混磨 ５ ｉ、 ａ ｒｎ 边加水边搅拌 ５ ｉ、 ａ ｒｎ 振 实 成 型 ３ ｉ、 养 ３ 养 护 温 度 为 ２ ＇ ， 度 ≥ ａ ｒｎ 静 ｈ（ ０１ 湿 ２ ９ ％） 蒸养 ６ 、 养 （ 护温 度 为 ２ ＇ ， 度 ≥ ５ 、 ｈ标 养 ０２ 湿 １ ９ ％） ｄ７ 、８ 测其抗压 强度。 ５ 至３ 、 ｄ ２ ｄ 抗压强度检验
用所具有的 良好性 能及其实用价值¨ 。在蒸汽养 Ｊ
护条件下硬化的矿渣胶凝材料还 有一个重要 的优
点， 就是 随着养 护龄期 的增 长 ， 压 强度 有 明显持 续 抗 增 长 的趋 势 。而普通水 泥 混凝 土在 蒸汽 养护条 件下
生石灰 ： 采用工业生石灰 ， 其主要化学 成分见
表 １ 。
碱激发矿渣粉煤灰混凝土性能的研究及在排水管中的应用
终凝无需再测 ； 当掺 量 为 ２ ％时 ， 凝 土 的终凝 时 ０ 混
间大 于 ３ ０ ｎ 因此 ，选择 掺 量在 ２ ％－ ３ ０ ｍｉ。 １ ２ ％之 间
时， 其凝结 时间可以满足混凝 土排水管 的生产 要求 。 １ ． 激 发剂 掺 量 对 碱 矿渣 粉 煤 灰 胶 砂 强 度 的 影 ．２ ２
ｌ３ 碱 矿渣 粉煤 灰混凝 土 的耐腐 蚀性 －
制 品 的碱矿 渣 粉煤 灰 混凝 土 》 国家 标准 报 批 稿 附 录 Ａ进行耐 酸 和耐碱 性能试 验 。 型试 件经 ７ 成 ｄ标 准养
耐腐 蚀 系数 是 表示 混 凝 土耐 腐 蚀 能力 的指标 ， 用 经 化 学腐 蚀 后 的混 凝 土 试 件 强 度 值 与 未 经 腐 蚀 同 龄期 的混 凝 土试 件 强度 值 之 比表 示 。按 《 于耐 用 腐蚀 水 泥制 品的碱 矿 渣粉 煤 灰混 凝 土 》 国家 标 准报
具 有作 业 时 间短 、 动效 率 高 、 劳 材料 浪 费少 、 废 浆 无 液 、 污染 环 境 、 不 生产 噪 音小 、 材 的外 压 强度 高 等 管
优点 ， 因此 ， 文 在 研 究 碱 矿 渣粉 煤 灰 混 凝 土 凝 结 本
１ ． 激发 剂掺 量对胶 凝 材料凝 结 时间 的影 响 ．１ ２ 统 一胶凝 材 料 配合 比 （ 煤 灰： 渣 ： 粉 矿 固体 外 加 剂＝ ． ：． ：．） 测定 标 准 稠 度 用水 量 下 ， 同激 ０４ ０４ ０１ ， ５ ５ 不 发 剂 掺 量 对碱 矿 渣 粉 煤 灰 胶 凝 材 料 凝 结 时 间 的影 响 ， 表 １ 见 。 由于 水 玻 璃 类 碱 性 激 发 剂 的 存 在 使 其 混 凝 土 水 化 硬化 较普 通 混 凝 土 快 ， 果凝 结 过 快 ， 会 给 如 将
矿渣和粉煤灰水泥基材料的水化机理研究共3篇
矿渣和粉煤灰水泥基材料的水化机理研究共3篇矿渣和粉煤灰水泥基材料的水化机理研究1水泥基材料是建筑工程中常用的材料之一，矿渣和粉煤灰水泥基材料是近年来发展的一种新型水泥基材料。
矿渣和粉煤灰是工业副产品，将其掺入水泥基材料中，不仅能够降低生产的成本，还能够有效地利用工业副产品，减少对环境的污染，从而得到广泛的应用。
本文将探讨矿渣和粉煤灰水泥基材料的水化机理。
1. 矿渣水化机理水泥基材料的水化反应主要是硅酸盐水化反应。
矿渣中含有大量的二氧化硅和铝氧化物等成分，这些成分可以参与硅酸盐水化反应。
矿渣水化是一个较为复杂的过程，主要包括以下几个阶段：(1) CaO和MgO水化阶段：矿渣中含有大量的CaO和MgO等物质，当石灰石与热力煤渣反应时，产生的高温可以将石灰中的CaO和MgO分解出来，在水中溶解形成Ca(OH)2和Mg(OH)2等化合物。
这些化合物具有较强的碱性，可以中和其它酸性物质，从而起到保护作用。
(2) 活性硅酸盐水化阶段：当矿渣中的SiO2在水中溶解时，可以与Ca(OH)2等碱性物质反应形成C-S-H凝胶，C-S-H凝胶是水泥基材料的主要水化产物之一，可以起到胶凝和增强作用。
(3) 铝酸盐水化阶段：矿渣中含有大量的铝酸盐，当铝酸盐在水中溶解时，可以与Ca(OH)2等碱性物质反应，形成膨胀胶体，并将矿渣中的Ca(OH)2消耗殆尽，从而减缓水化反应速率，增加水化产物的稳定性。
2. 粉煤灰水化机理粉煤灰水泥基材料的水化机理与矿渣水泥基材料有些不同。
粉煤灰中含有大量的SiO2和Al2O3等物质，这些物质可以参与水化反应，并与水中的Ca(OH)2等碱性物质反应形成C-S-H凝胶和C-A-H凝胶等水化产物，从而起到增强作用。
粉煤灰水泥基材料的水化反应主要包括以下几个阶段：(1) CaO和MgO水化阶段：粉煤灰中含有大量的CaO和MgO等物质，这些物质可以与水中的Ca(OH)2等碱性物质反应，形成Ca(OH)2和Mg(OH)2等化合物，从而起到碱性作用。
一种高铝煤矸石-矿渣碱激活胶凝材料的研究
５２ ３ ５
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１
矿渣 ：煤矸石 （ 质量比） ３ ｄ强度／ Ｐ Ｍａ
０： １ ０ ３１ ．５
７ｄ强度／ ａ ＭＰ
３．５ ４
２ ８ｄ强度／ ａ ＭＰ
５４ ０
．
４ ０ｄ强度／ ａ ＭＰ
４．５ ６
２
３ ４ ５ ６ ７
１ ９ ：
２： ８ ３： ７ ４： ６ ５： ５ ６： ４
后 ，强度略有 降低 。对于 ２ ～ ０ｄ之 间 ，在矿渣 高铝 煤矸 石 ８ ４
比为 ５ 之后 ，强度倒缩现象 比较明显 。 ：５
同时可以看 出各种配比材料在 Ｏ ２ ～８ ｄ强度处 于增长的状
［ 收稿 日期 ］２ １— １０ ００ ０ — ６
３ ６
◎ 研 究与应 用
表 ４ 煅烧 高铝煤矸石 一矿渣 优化 复配 组别
进 行净 浆 试验 。试 件采 用 ２ ￣ Ｃ 气养 护 （ 对 湿度 为 ０ １ｏ湿 相
究多 以偏高岭土为主 ，存在着 大的局限 。鉴于此 ，本文 采用高铝煤矸石等为原料 ，研究制备碱激活胶凝材料的较优
矿山充填胶凝材料的研究现状及发展趋势_郑娟荣
矿山充填胶凝材料的研究现状及发展趋势中国矿业大学北京校区高水材料所 郑娟荣 孙恒虎摘 要:本文简要介绍了矿山充填材料的作用及要求,分析了矿山充填胶凝材料的研究现状及存在的问题,预测了矿山充填胶凝材料的发展趋势。
关键词:充填胶凝材料 研究现状 发展趋势 充填材料是充填在地下采矿后所形成的空硐所需要的材料,充填材料又分为干式充填材料、水力充填材料和胶结充填材料。
充填胶凝材料就是胶结充填材料中的胶结剂。
1 充填材料的作用及要求在充填过程中,填充所形成的充填体,其主要作用是:形成回采时的工作平台,支撑矿体上下盘岩石,提高矿柱的承载能力,控制岩移并为二步骤回采创造条件。
当采用胶结充填建造人工矿柱时,充填体的自立和强度便是决定二步骤回采能否进行的前提。
干式充填和水力充填所形成的充填体为松散体,而胶结充填所形成的充填体为固结体。
两种充填体的充填致密程度不一样,强度也不相同,因而对支撑围岩所产生的次生应力场和应力值就有所区别。
两种充填体的可压缩性也不相同,而可压缩性又会影响到充填体的密实接顶和承载效果。
当实行二步骤回采时,矿柱的承载能力和稳固性就会随着矿房充填体的密实程度和强度的提高而提高。
松散型充填体一旦部分或全部解除边界约束,则会产生破坏,并会造成采场内大量矿石的丢失或贫化。
而胶结型充填体,因含有一定比例的胶凝材料,使其自身具有足够的强度和整体性,如果部分或全部去掉周边的约束,也不可能坍塌。
这样,能够进行二步骤回采的采场,先用胶结充填回采矿房,而后再进行矿柱回采,从而可以大大提高矿石的回采率和采场的作业效率。
这可以说是采矿工业中具有深远意义的一场变革。
按照回采工艺时充填体强度的不同要求,充填体有高、中、低标号之分[1]。
高标号充填体———大于或等于4MPa。
主要用于下向分层充填的人工假顶,采场人工底柱以及三下〔水体下,建(构)筑物下、铁路下〕开采保护地表的充填。
中标号充填体———2MPa左右。
主要用于上向分层进路的回采,上向水平分层的铺面,以及房柱式采矿方法第一步骤回采矿房后的充填。
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磨 度 ／ｍｍ
．
１．２～２．０
（Ｂｑ／ｋ
状物质胶结，产生强度。其用量多少通常能决定产品的最终 ２．２．２ 结果分 析
性能。研究表明：当胶凝材料掺量为 １０％时，墙体砖的抗压强
仿石材是一种固体废渣高附加值利用的技术途径，但对
度一般在８ １１ ＭＰａ；掺量为 １５％时，墙体砖的抗压强度可稳 性能要求较高，首先是外观质量，要有天然石材的纹理结构，
定在 １５ ＭＰａ以上。
其次要求有较高的强度，如抗压强度应大于 ３０ ＭＰａ，耐风化、
（２）配合料的影响
耐磨、几乎不吸水。
在砖的配料中，不同物质发挥着不同的作用。添加粉煤
（１）骨胶比的影响
灰的主要目的是改善塑性和成型性，如果用量太少，难以达到
以胶凝材料为基础，水渣颗粒为骨料，考察了骨胶比对材
１．３．３ 代 替水 泥 生产透 水砖 （１）配 比 面层和底层：胶凝材料为 ３０％～３５％；骨料（水渣）为 ６０％
霪４加４舯ｚｓ ｚ 邡ｓ ｏ－ｏｓ ｏ．ｚ … 舯 一 ７０％，因水渣中存在大量 ０．５ ｉｎｍ以下的粉末，容易堵塞孔， 需要通过筛分除去；同时水渣也存在一些粘结力弱但又胶结 粉煤灰 Ｏ．５４ ４４．５３ ２５．５３ ２．３２ Ｏ．５２ ０．０８ ０．３２ １．０６ ０．１６ 在一起的连珠体，也要通过筛分除去；在面层的骨料中适当添
杆 建魄
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矿 渣胶 凝 材料 生产建 材应用 研 究
仪桂 兰 ，史永林
（山西太钢不锈钢 股份 有限公司 技术中心，山西 太 原 ０３０００３）
摘 要 ：以矿渣胶凝材料作为粘结剂 ，利用水渣 、钢渣制备建筑砖、仿石材 、透水砖 。通 过配 比设计 、性 能测试 ，探讨 了胶凝材料、配
养护过程中，碳钢渣容易发生体积膨胀而导致制品开裂。
度，适合选择单一粒级的颗粒材料；为了保证强度，胶凝材料
此外，基体和骨料应有良好的相容性。从致密的结构方面 的用量应适当高些，以弥补单一经过破碎处理的不锈钢渣作为骨 度损失。
料，且颗粒尺寸适合在 ３ ｍｍ左右。 （３）用水量
济效益。为此，本项 目在矿渣胶凝材料 （胶凝材料组成：矿渣
（１）配比：胶凝材料粉体 １０％ １５％，粉煤灰 ２０％ ２５％，水
５３％、碳钢渣 ２５％、脱硫石膏 ５％、粉煤灰 ４％、矿物激发剂 渣颗粒 ６０％一７０％，水胶比Ｏ．８ １．０。
ｌ３％）研究取得进展的基础上开展了墙体砖、仿石材及透水砖
项 目
指标 项 目
指 标
保 水 性 ／（ ｃｍ２） ０．７２ 耐 磨 性
磨 坑 长 度 ＜３０ ｍｍ
ｍ／ 抗冻性 麓 １５ （数ａ／ｓ） １．３ｘｌＯ－２
（ ℃ ）
抗 压强度／ＭＰａ ３３ ．放射 性ｇ） 内照射 。．４５，外照射 。．３７
（Ｂｑ／ｋ
抗折 强度／ＭＰａ ４．６ 表面
利用工业废渣为主要原料生产新型墙体材料，可以变废 拌机、水泥砂浆振动台、蒸汽发生器、湿热养护箱、塑料模具、
为宝，实现循环经济。这些新型墙体材料的胶凝材料一般都使 电液式抗折抗压试验机等。
用水泥、石灰，其成本约占原料成本的 ６０％以上，因此 ，降低 １．３ 试 验 方案
胶凝材料的成本就能显著降低新型墙体材料的成本，提高经 １．３．１ 代替水泥生产墙体砖
深 灰 色 或 灰 色
制备的仿石材（２４０ｍｍｘｌ２０ｍｍｘ４５ ｍｍ）性能指标见表 ３。
表 ３ 仿 石材 的性 能指 标
项 目
指 标 项 目
指 标
密度 ／（ｇ／ｃＩｌｌ ） １．８ 强度 ／ＭＰａ 抗 压 ７２，抗 折 ７．３
２．１．２ 结果 分析 （１）胶凝材料的影响 矿渣基胶凝材料的标号相当于 ３２．５级硅酸盐水泥，其在
快，凝胶产物快速生成，使得砖的强度提高较快；但在加热养 部载荷的作用下，很容易沿裂纹方向扩展破坏。骨料少，体积
护过程中，水化产物很容易发生凝聚而抑制水化。这就是即 不稳定，在使用过程中很容易碎裂；当骨料过多时，颗粒表面
·３６· 新型建筑材料
２０１１．６
仪桂 兰，等：矿渣胶凝材料生产建材应用研 究
混合料中的作用是通过水化产生凝胶状产物实现对其它颗粒
干缩 率 ／（ｍｍ／ｍ） ０．４ 抗 冻 性 ，％ 强 度 损 失 ３．５，质 量 损 ， 大 ２．７
吸水率／％ ９．５ 尺寸／ｍｍ 偏差：长±２，宽±ｌ，高±２
色 差 、杂 色 、气 孔 不 明显 放射 性
耐
ｇ） 内照 射 。．４８，外 照射 。．３９
摊铺到模具中，厚度约 ８ ｌｌｌｍ；然后加入底层料，摊铺平整，在 使蒸养 ４８ ｈ的强度也比自然标准养护２８ ｄ强度低的原因。
６ ＭＰａ下压制成型，脱模，竖直放置，自然硬化后蒸养制成。
（４）水分的影响
２ 试验结果与分析讨论
水是砖坯成型和胶凝材料水化的介质，过多或过少都会 影响制品最终的性能。水分太少，混合料粘聚性不足，成型性
２
现掉皮现象，坯体在堆码过程中容易变形，同时若采用蒸养，
表 ２ 墙体砖 的性 能指标
在加热时坯体中的水分挥发容易产生细裂纹。水分的多少一
项 目
指 标 项 目
指 标
般需要根据物料的特性和成型要求决定。
密度，（ Ｉｎ ） １．６ 抗冻性／％ 强度损失 １２，质量损失 ３．６ ２．２ 仿石材 的试 验结 果 与分析
图 １ 骨 胶 比对 仿 石材 抗 压 强 度 的 影 响
化，即使在后期也难以恢复其性能。养护温度也与砖强度的
从图 ｌ可看出，当骨胶比在 １．０ １．８时，抗压强度相对较
建立密切相关，在 ９０℃饱和蒸汽环境中养护 ２４ ｈ可以获得 高。当骨料过少时，起承载作用的主要是胶凝材料水化产物形
２８ ｄ强度的６０％。这是因为温度高，胶凝材料的水化速度加 成的基体，由于其较大的体积收缩，很容易产生微裂纹，在外
注：不锈钢渣还含有 Ｎｉ ０．２４％、Ｃｒ ３．３０％。
加坚硬的颗粒如碎石；水为胶凝材料的２０％ ２５％，不宜过多，
１．２ 试验 仪 器
否则有可能因浆体流动堵塞孔隙；适量掺加减水剂、活性激发
试验仪器主要有：电子秤、量筒、天平、行星式水泥胶砂搅 剂和颜料。
收稿 日期 ：２０１１－【】１—２５ 作者简介 ：仪桂兰 ，女，１９７１年生 ，山西太原人 ，工程师 。地址：山西太 钢技术 中心资源综合利用研究室 ，Ｅ－ｍａｉｌ：ｙｉｇｌ＠ｔｉｓｃｏ．ｃｏｒｎ．ｃａ。
２Ｏ
矿渣基胶凝材料生产的砖适合在水环境中养护，而不适
合蒸压和干燥。在水 中，矿渣胶凝材料各组成通过各 自的水 化相互影响，最终形成硬化的混凝土结构；若在养护过程中水
Ｏ ０ ５
．
１．０
１．５ １．８ ２．０ ２．５
骨 胶比
分不足，将会使水化终止；若早期水化不好，将有可能发生碳
仿 天 然 石 材 花纹
２．３．２ 结果 分 析 （１）透水性与强度的关系 砖透水的关键在于颗粒之间一定要有孔隙，同时又要保
证好的强度和耐磨性。即强度和透水性之间存在矛盾，因强度
高就要求结构致密，致密性好就不能透水；而透水性好就要求
图 ２ 骨料种 类对仿 石材抗压 强度 的影响
存在孔隙，孔隙的存在一定会显著降低强度。因此，制备透水
灰等，其化学组成见表 １。
（２）生产工艺：称量一搅拌混匀一浇注成型一静停硬化一
表 １ 原料 的 化 学组 成
％ 脱模一养护。
项 目 ＴＦｅ ＦｅＯ ＳｉＯ２ Ａ１２０３ ＣａＯ ＭｇＯ Ｐ Ｓ Ｋ２０ Ｎａ２Ｏ 水 渣 １．６０ ２．１０ ２９．３０ １２．８Ｏ ３６．６０ ９－２０ ０．０５ ０．８０ Ｏ．３６ ０．３０ 钢 渣 ｌ５．２０ １３．９０ １５．２０ ７．４０ ４３．６０ ７．７０ ０．３３ ０．１２ ０．０２ ０．０４
效果，若太多又因细颗粒成分太多，胶结效果变差，影响强度； 料性能的影响（见图 １）。
水渣是作为骨架材料加入的，因水渣颗粒表面光滑致密，胶凝
８０
材料的水化产物难以对其腐蚀渗透，因此，水渣颗粒主要是作
为填料使用，掺量太多时，塑性差，难以成型，掺量太少又难以
星６０
起到骨架作用。 ４０
（３）养护条件的影响
（２）生产工艺：称量一搅拌混匀一面层摊铺＋底层摊铺一 压制成型一养护。
称量各物质的量，首先在搅拌机中加入水溶液，在搅拌状 态下加入胶凝材料，然后加入骨料，充分搅匀，把面层料均匀
ＮＥＷ ＢＵＩ ＬＤＩＮＧ Ｍ ＡＴＥＲｌＡＬＳ
·３５ ·
仪 桂 兰，等 ：矿 渣胶 凝材料 生 产建 材应 用研 究
粉体多时用水量大；骨料粗时用水量少，骨料若疏松多孔也会 导致用水量增大。在胶凝材料和骨料一定的情况下，可通过多
（３）面层和底层之间的结合 面层主要是使制品的颜色丰富，并根据设计做成各种花
没有足够的胶凝材料水化产物包裹，颗粒之间的连结不牢固，
表 ４ 透 水砖 的性 能指 标
也会降低强度。 （２）骨料种类的影响 复合材料的性能与增强材料密切相关。对于抗压强度而
言，骨料自身的强度对材料的性能有直接影响（见图 ２）。
１ＯＯ
日 ８０
星
。。
４０
２０
０ 山砂 不锈钢渣 水渣 碳钢渣 碎石
２．１ 墙体砖 的试 验结 果 与分析
差，生坯很容易渍散，成品率低，同时因水分少，生坯密实度也
２．１．１ 试验结果
差，颗粒间距大，最终形成的结构疏松，难以获得质量好的制
制备的墙体砖 （２４０ ｍｍｘｌ１５ ｍｉｎｘ５３ ｒａｍ）性能指标见表 品。相反，若水分过多，将严重影响成型，粘模严重，很容易出