绿色生态水泥的制备及性能研究

绿色生态水泥的制备及性能研究

王振军1吴犇1陈平2

1.西安建信市政工程质量检测有限公司陕西西安710016；2.桂林理工大学材料科学与工程学院广西桂林541004

摘要：发展绿色生态水泥是水泥工业的必然趋势，本文以水淬锰渣和石灰石粉按照不同比例进行复掺制备绿色生态水泥并研究其物理、力学性能。

关键词：绿色生态水泥；制备；强度；性能

1引言

中国是世界水泥生产第一大国，实现水泥生产的“生态化”，已成为我国水泥工业发展进程中的当务之急。绿色生态水泥以一部分火山灰或工业废渣如矿渣、粉煤灰等作混合材，使用熟料数量少，属典型的低环境负荷型水泥。

水淬锰渣是由在锰铁合金冶炼过程中排放的高温炉渣经水淬而形成的一种高炉矿渣，其数量约为锰铁合金产量的2～2.5倍[1]。韩静云等[2]认为锰铁合金渣的活性仅次于生铁矿渣，优于粉煤灰。而锰渣微粉又是一种具有较高潜在活性的矿物细掺料，作为掺合料锰渣微粉改善水泥质量效果显著，在工业生产中早已经广泛应用。

2原材料与试验方法

2.1原材料

2.1.1熟料：采用柳州鱼峰水泥股份有限公司生产的水泥熟料，密度3.13g/cm3。

2.1.2水淬锰渣：采用桂林康密劳铁合金厂排放的高炉水淬铁锰废渣，外观浅绿色或绿色，呈疏松不规则颗粒状，露天稍有结块，易磨性差，平均粒径在3㎜以下，松散容重700kg/m3，密度2.91g/cm3，含水率较高，一般在40%左右；颗粒呈多菱角状，表面致密，粗颗粒含量较多。

2.1.3石灰石：采用桂林石灰石，平均粒径在3㎜以下，密度2.67g/cm3，含水率低，表面致密。

2.1.4标准砂：水泥胶砂试验采用厦门产ISO标准砂。

2.1.5石膏：市售二水石膏。

2.1.6水：城市用自来水。

从图1的扫描电镜上可以观察看出，锰铁矿渣的颗粒呈不规则的多面体，只有极小颗粒呈球状。颗粒的表面或多或少的覆盖着一些其它矿物，这些覆盖物的表面存在大小不一的孔洞。

通过偏光显微镜的图谱2可以看出，呈现颜色的矿物颗粒占有很大的比重，颗粒表面或是透出淡淡的黄晕、或是点缀着黄色的斑点、或是被黄色的矿物所包裹，外观颜色深。据资料表明[3]，这些黄颜色的矿物是由锰铁矿渣中的2价锰离子与矿渣中钙、硅、铝、铁离子形成的混合矿物。

图3为石灰石粉的颗粒形貌，可以看出：石灰石粉基本上呈无规则几何结构，表面光滑，并拥有一定的级配，用作水泥混合材时，将有良好的填充效果。

2.2试验方法

2.2.1原料的制备：水淬锰渣和石灰石在105℃下烘干至含水率小于1%，取5㎏干料分别粉磨至比表面积在400m2/kg和600m2/kg以上；取5kg熟料并添加适量块状石膏在试验小磨粉磨，至比表面积360m2/kg左右；按照GB/T8074-2008《水泥比表面积测定方法勃氏法》测定锰渣微粉、石灰石粉和熟料的比表面积。

2.2.2水泥标准稠度用水量、凝结时间、安定性试验：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》。

2.2.3水泥胶砂试验：将熟料粉和石灰石粉、锰渣微粉按表1所示不同比例混合得到胶凝材料，按GB/T17671-1999《水泥胶砂强度检验方法（ISO）法》测定。

2.2.4成型与养护：水泥胶砂试验采用40×40×160mm长方体试模成型。所有的试块均放入20℃的养护箱的水中进行养护。

2.2.5水泥混合材试样XRD和SEM测试：采用日本理学公司制造的12kWDMAX2RB型全自动X射线衍射仪、日本电子公司生产的JSM25900型的扫描电镜进行微观测试。

2.2.6水泥颗粒级配：采用珠海欧美克LS-POP（VI）激光粒度分析仪进行分析。

3试验结果及分析

3.1绿色生态水泥的物理性能

1.从图6、图7可看出，随着石粉取代锰渣掺量的增大，水泥的抗折、抗压强度总体上是减小的，无论早期还是后期强度都比纯水泥的强度低，且抗压强度降幅很大。

2.从表2可知掺锰渣（石粉）水泥强度均低于纯水泥孰料，制备P·C42.5矿渣水泥锰渣、石粉掺量分别为45%、15%，制备P·C32.5R水泥锰渣、石粉掺量分别为35%、25%。

3.从图6可看出，随着石粉掺量的增加，水泥抗折强度逐渐降低，且40(20)>40(25)>35(25)。

4.从图7可看出，随着石粉掺量的增加，水泥抗压强度先增大后减小，锰渣（石粉）的最佳比例组合是45（15）时抗压强度最高。

4结论

1.水淬锰渣的吸水性较强，标稠用水量较大，且随着锰渣掺入比例增大，标准稠度用水量也相应增大；石灰石为嵴性原料，其对标稠的影响较小。

2.本试验制备的水泥凝结时间正常，随着锰渣含量增加，初凝时间基本保持在1h40min，终凝时间基本保持在5h05min；随着石灰石粉取代锰渣掺量的增加，凝结时间减少。

3.随着石粉取代锰渣掺量的增大，水泥的抗折、抗压强度总体上是减小的，无论早期还是后期强度都比纯水泥孰料的强度低，且抗压强度降幅很大；掺锰渣（石粉）水泥强度均低于纯水泥孰料，制备P·C42.5水泥锰渣、石粉掺量分别为45%、15%，制备P·C32.5R水泥锰渣、石粉掺量分别为35%、25%。

4.随着石粉掺量的增加，水泥抗折强度逐渐降低，且40(20)>40(25)>35(25)；水泥抗压强度先增大后减小，锰渣（石粉）的最佳比例组合是45（15）时抗压强度最高。

5.绿色生态水泥需水量略高于复合水泥，但幅度不大，说明绿色制成技术对水泥需水性影响不大。绿色生态水泥已取得的性能指标均满足复合水泥P·C32.5各项物理性能指标要求。

参考文献：

[1]廖桂如.锰铁高炉矿渣的处理与利用[J].环境工程，1994，1：54-56.

[2]韩静云,郜志海.高炉锰铁水淬矿渣活性的研究[J].铁合金，2003，4：1-4.

[3]姜上培.高炉锰铁水渣变黑原因及其对水泥生产影响的探讨[J].中国锰业，1993(2):41-44