高炉水淬渣水硬活性及最佳掺入比例的研究

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1、万方数据2011年第10期／第32卷黄金GoLD高炉水淬渣水硬活性及最佳掺入比例的研究李辉，王洪江，仪海豹，王勇，焦华黏(北京科技大学土木与环境工程学院)摘要：由于高炉水淬渣的生产工艺不同，造成了其水硬活性差异性较大，为高炉水淬渣这一固体废弃物的资源化利用带来难题。通过对高炉水淬渣的化学成分分析、XRD分析，初步对其活性进行判定。测试高炉水淬渣不同掺入量的试件强度，运用活性系数法和活性因子法分析其潜在水硬活性，且其水硬活性随时间的增长而增长。试验结果表明，该高炉水淬渣在水泥胶凝剂中的最佳掺入量为40％～50％。关键词：高炉水淬渣；活性系数；活性因子；最佳掺入量中图分类号：X757文献标志码：B

2、文章编号：1001—1277(2011)lO一0027一040引言长期以来，有色金属及贵金属矿山大量井下采空区充填需要消耗数以万吨的水泥作为充填胶凝材料。据统计，充填成本占采矿成本的1／3左右，而充填成本中充填材料又占80％左右，昂贵的充填成本给矿山造成了很大的经济压力。降低水泥单耗或寻求水泥替代品，是充填技术的主攻方向。而目前，高炉水淬渣作为冶炼生铁时的副产品，由于其特殊的生产工艺流程(急剧冷却液态熔融)，使得其中大部分物质呈玻璃态，大约占到了80％以上¨qJ。正因为其化学成分及玻璃态物质结构的存在，决定了高炉水淬渣具有潜在的水硬活性，可以用作水泥活性掺合料，目前其用量约占到水泥的20％～7

3、0％。据有关试验证实，水淬渣的加入不仅可以节约胶凝成本，而且还可以改进水泥的性能”“1。本文初步探讨了高炉水淬渣的质量系数、碱性系数、活性系数等质量指标，并对粉磨样品进行了x射线晶体衍射(X—RayDiffraction，XRD)分析，同时认为仅从化学成分和玻璃体含量的角度对高炉水淬渣活性进行评价，有些欠妥，不能从本质上说明问题。从抗压强度角度出发，通过活性系数和活性因子分析手段，探讨了水淬渣的水硬活性，提出了高炉水淬渣在水泥中的最佳掺入比例，为今后进一步试验和矿山现场充填提供依据。多集中在2mm左右；颜色为灰白色，多孔膨松。其主要化学成分为CaO、SiO：和A120，及少量的Mgo，如表1所

4、示。表l高炉水淬渣化学成分％成分Si02A1203CaOMgoMnOFe203S高炉水淬渣35．93．9232．57．358．250．920．59高炉水淬渣的化学成分与水泥熟料相似，可以根据其化学成分计算出高炉水淬渣的质量系数、碱性系数和活性系数。经过计算，高炉水淬渣的质量系数K=0．99。在GB／T203--2008《用于水泥中的粒化高炉矿渣》中规定，粒化矿渣的K值必须大于1．2川。显然该细化水淬渣的质量系数很低。碱性系数眠略大于1，表示碱性氧化物稍多于酸性氧化物，该水淬渣称之为碱性水淬渣。活性系数Mo=0．11。国标规定M，>0．25为活性矿渣；M。<0．25为低活性矿渣【7J。故该高炉水

5、淬渣为低活性水淬渣。这些指标仅能反映水淬渣的化学组成特性，但相同化学组成的水淬渣结构存在较大差异，活性也会有较大差别。清华大学在研究天然沸石矿物掺合料的活性时，提出了用活性率(活性硅铝与材料硅铝总量的比)评价矿物掺合料活性的方法，但这种方法也仅试用于硅铝矿物掺合料，仍然无法用于评价矿渣粉活性‘8—9I。1试验原材料2试验方案及基本原理1)强度等级42．5普通硅酸盐水泥。2)高炉水淬渣。该高炉水淬渣粒径大小不一，2．1试验方案根据GB／T203--2008《用于水泥中的粒化高炉t收稿日期：201l—08一16基金项目：新世纪优秀人才支持计划项只(NECT一0r7-0070)；长江学者和创新团队发

6、展计划资助项目(IRT0950)作者简介：李辉(1987一)，男．河北满城人，硕士研究生，主要从事充填采矿技术研究；北京市海淀区学院路30号，北京科技大学土木与环境工程学院371信箱，100083万方数据黄金矿渣》，依据其强度测试方法o7

7、，分别测定掺入矿渣量为30％、40％、50％、60％的水泥砂浆样品和未掺量矿渣的对比砂浆样品的7d和28d的抗压强度。将高炉水淬渣在锥形球磨机(XMQ一书240X90型)中研磨37min，保证水淬渣粒径一80灿m占1％～3％、烘干(100±5)℃，按0．5的水灰比制备成40mmX40mmX160mm试块，在温度(20±1)℃、相对湿度不低于90％的养护箱中养

8、护24h，脱模后在养护箱温度为(20±1)oC的条件下养护至所需龄期，再进行强度试验。水泥砂浆样品和对比样品的配料情况见表2。表2高炉水淬渣不同掺量下的砂浆数量2．2活性系数法分别测定水泥砂浆样品的7d、28d的抗压强度，以及对比样品的7d、28d的抗压强度，两种样品同龄期的抗压强度之比即为活性系数。活性系数值大小直观地表征了高炉水淬渣活性的大小，活性系数越大，高炉水淬渣的活性越好。也可以根据活性