高翠翠 王 智 張洪波

(1.四川建筑職業(yè)技術(shù)學(xué)院，四川 德陽 618000； 2.重慶大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院，重慶 400045; 3.四川省建筑科學(xué)研究院，四川 成都 610000)

電解錳渣改性炭質(zhì)頁巖對(duì)水泥力學(xué)性能的影響

高翠翠1王 智2張洪波3

(1.四川建筑職業(yè)技術(shù)學(xué)院，四川 德陽 618000； 2.重慶大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院，重慶 400045; 3.四川省建筑科學(xué)研究院，四川 成都 610000)

通過將電解錳渣、炭質(zhì)頁巖和石灰石結(jié)合起來，壓制成型后進(jìn)行高溫煅燒，研究了煅燒產(chǎn)物對(duì)水泥力學(xué)性能的影響,結(jié)果表明：當(dāng)電解錳渣、炭質(zhì)頁巖與石灰石的質(zhì)量比為20∶60∶20，煅燒溫度為800 ℃，摻量為30%，取水膠比為0.5時(shí)，其作為摻合料效果最好。

電解錳渣,炭質(zhì)頁巖,配合比,水泥，力學(xué)性能

0 引言

電解錳渣作為冶煉金屬錳的過程中所產(chǎn)生的產(chǎn)量大、污染重的工業(yè)廢渣，其資源化利用一直以來是錳生產(chǎn)企業(yè)和科研專家所關(guān)注的重點(diǎn)[1，2]。尋求經(jīng)濟(jì)實(shí)用的錳渣固體廢棄物處置與利用技術(shù)顯得尤為必要和迫切。從目前國內(nèi)外情況來看，電解錳渣用于土木建筑工程材料不僅是處置最為徹底、簡單的途徑，也是利用價(jià)值較高且能實(shí)現(xiàn)全量利用的最為可能的方式。

炭質(zhì)頁巖與頁巖成分基本相似，屬于鋁硅酸鹽粘土質(zhì)礦物。未經(jīng)煅燒的炭質(zhì)頁巖，其中的組分以穩(wěn)定的結(jié)晶態(tài)存在，無水化活性。經(jīng)過高溫煅燒后，結(jié)晶態(tài)的鋁硅酸鹽礦物會(huì)脫水分解為活性SiO2和活性Al2O3，表現(xiàn)出明顯的火山灰活性[3-6]。本實(shí)驗(yàn)利用電解錳渣中的可溶性硫酸鹽能激發(fā)煅燒炭質(zhì)頁巖的火山灰活性[7]，且電解錳渣經(jīng)高溫煅燒后具有一定的膠凝性[8]，將電解錳渣、炭質(zhì)頁巖與石灰石粉按適當(dāng)?shù)呐浔然旌暇鶆虿褐瞥尚秃箪褵?，研究煅燒產(chǎn)物作為活性摻合材對(duì)水泥力學(xué)性能的影響，為實(shí)現(xiàn)電解錳渣和炭質(zhì)頁巖的有效資源化利用提供參考。

1 原材料與實(shí)驗(yàn)方法

1.1 原材料

電解錳渣，取自重慶市秀山某錳渣堆場(chǎng)；炭質(zhì)頁巖，采用重慶市秀山某區(qū)堆放的炭質(zhì)頁巖；水泥，來自重慶市拉法基水泥廠生產(chǎn)的42.5R級(jí)普通硅酸鹽水泥；石灰石，來自四川某廠重鈣粉，CaCO3含量高達(dá)98%以上；細(xì)集料，岳陽中砂，過4.75 mm篩，表觀密度為2 678 kg/m3，松散堆積密度為1 640 kg/m3，細(xì)度模數(shù)2.6；實(shí)驗(yàn)拌和用水，為普通自來水。

電解錳渣、炭質(zhì)頁巖及42.5R級(jí)普通硅酸鹽水泥的化學(xué)組成見表1，水泥物理性能見表2。

表1 原材料的化學(xué)組成 %

表2 42.5R級(jí)普通硅酸鹽水泥的性能

1.2 實(shí)驗(yàn)方法

化學(xué)成分分析：電解錳渣、炭質(zhì)頁巖和水泥的化學(xué)成分分析參照GB/T 176—2008水泥化學(xué)分析方法進(jìn)行。

膠砂強(qiáng)度測(cè)試：參照GB 17671—1999水泥膠砂強(qiáng)度試驗(yàn)方法進(jìn)行。

表3 電解錳渣改性炭質(zhì)頁巖配料組成 g

改性材料的制備：將電解錳渣在40 ℃下干燥24 h之后，分別對(duì)干燥后的炭質(zhì)頁巖和電解錳渣進(jìn)行粉磨至細(xì)度為80 μm方孔篩篩余不超過10%。按表3六種配比完成配料并混合均勻后，加10%水拌和均勻并手工錘制成尺寸為φ50 mm×8 mm的試餅。將試餅4個(gè)～6個(gè)為一組放入300 mL瓷坩堝內(nèi)，如圖1所示。由前期研究成果[9]，在高溫電爐中煅燒，選擇煅燒溫度分別為800 ℃,900 ℃,1 000 ℃。保溫30 min后取出置于空氣風(fēng)中快速冷卻至室溫。最后粉磨至細(xì)度為80 μm方孔篩篩余在10%以內(nèi)。

火山灰活性實(shí)驗(yàn)：采用抗壓強(qiáng)度比值A(chǔ)來評(píng)定其活性。

2 結(jié)果與討論

2.1 電解錳渣改性炭質(zhì)頁巖的火山灰活性

不同配比及煅燒溫度下電解錳渣改性炭質(zhì)頁巖的火山灰活性測(cè)定結(jié)果，見圖2。由圖2可知，煅燒溫度為800 ℃，配比為G1的火山灰活性最高，可達(dá)86.7%。對(duì)于同一配比，隨著煅燒溫度的升高，火山灰活性反而降低；對(duì)于不同配比，隨著炭質(zhì)頁巖含量的減少，活性也降低，說明電解錳渣改性炭質(zhì)頁巖的火山灰活性主要是由煅燒炭質(zhì)頁巖所提供，電解錳渣主要起硫酸鹽激發(fā)作用。

2.2 電解錳渣改性炭質(zhì)頁巖對(duì)水泥力學(xué)性能的影響

根據(jù)電解錳渣改性炭質(zhì)頁巖煅燒后的火山灰活性，研究不同配比在不同溫度煅燒下對(duì)水泥力學(xué)性能的影響，見圖3～圖5。G0為不摻改性產(chǎn)物的純水泥膠砂，G1～G6為改性產(chǎn)物摻量30%的水泥膠砂，水膠比為0.5。

由圖3～圖5可知，水泥膠砂強(qiáng)度隨著電解錳渣比例的升高反而降低。由圖6可以看出，在800 ℃煅燒溫度下，隨著電解錳渣比例的升高，水泥膠砂后期強(qiáng)度增長較快。分析其原因主要是由于電解錳渣中含有硫酸鹽，在硫酸鹽和Ca(OH)2共同激發(fā)下，煅燒炭質(zhì)頁巖中的活性SiO2和活性Al2O3分別水化生成C-S-H凝

膠和鈣礬石，這些水化產(chǎn)物會(huì)包裹在水泥顆粒表面，阻礙其繼續(xù)水化[10]。隨著反應(yīng)繼續(xù)，包裹層脹裂，水化反應(yīng)繼續(xù)進(jìn)行，表現(xiàn)為后期強(qiáng)度增長較快。

3 結(jié)語

1)通過對(duì)不同配比及不同煅燒溫度下電解錳渣改性炭質(zhì)頁巖火山灰活性的測(cè)定，電解錳渣、炭質(zhì)頁巖與石灰石的質(zhì)量比為20∶60∶20，煅燒溫度為800 ℃時(shí)，活性最高，可以達(dá)到86.7%。

2)電解錳渣改性炭質(zhì)頁巖中，隨著電解錳渣比例的增加，其火山灰活性降低，說明煅燒炭質(zhì)頁巖才是其活性的主要來源。

3)利用電解錳渣改性炭質(zhì)頁巖，作活性摻合材，不僅改善了水泥的性能，也充分的實(shí)現(xiàn)了工業(yè)廢棄物的資源化利用。

[1] 劉唐猛，鐘 宏，尹興榮,等．電解金屬錳渣的資源化利用研究進(jìn)展[J]．中國錳業(yè)，2012，30(1):1-5.

[2] 吳建鋒，宋謀勝，徐曉虹,等．電解錳渣的綜合利用進(jìn)展與研究展望[J]．環(huán)境工程學(xué)報(bào)，2014，8(7):2450-2452,2463-2464,2467-2469.

[3] 牟善彬,孫振亞.燒頁巖的水化活性及在水泥混合材中的應(yīng)用機(jī)理[J]．非金屬礦，2002，25(1):29-30.

[4] B.B.Sabir, S.Wild, J. Bai. Metakaolin and calcined clays as pozzolans for concrete[J].Cement and Concrete Compos，2001(441):423-454.

[5] 苗 琛，馮春花，李東旭,等．燒頁巖作為水泥混合材的研究[J]．硅酸鹽通報(bào)，2010，29(6):1397-1401．

[6] 洪建平，陳運(yùn)本，李玉壽,等．煅燒硬頁巖作水泥混合材的活性研究[J]．昆明理工大學(xué)學(xué)報(bào)，2008，33(3):24-29.

[7] 王 智，郭清春，蔣小花,等.電解錳渣對(duì)粉煤灰火山灰活性的硫酸鹽激發(fā)[J].非金屬礦，2011，34(4)：5-8.

[8] 李坦平，謝華林，何曉梅,等.煅燒電解錳渣—粉煤灰復(fù)合摻合料的試驗(yàn)研究[J].硅酸鹽通報(bào)，2007，26(3)：567-571，592.

[9] 高翠翠.煅燒炭質(zhì)頁巖作活性摻合材的研究[D]．重慶:重慶大學(xué)，2014.

[10] 侯鵬坤.電解錳渣制備類硫鋁酸鹽水泥初步研究[D].重慶:重慶大學(xué)，2009.

Effect of electrolytic manganese residue modified carbonaceous shale on mechanical properties of cement

Gao Cuicui1Wang Zhi2Zhang Hongbo3

(1.SichuanArchitectureVocationalandTechnicalCollege,Deyang618000,China; 2.CollegeofMaterialsScienceandEngineering,ChongqingUniversity,Chongqing400045,China; 3.SichuanInstituteofBuildingResearch,Chengdu610000,China)

In this paper, electrolytic manganese residue, carbonaceous shale and limestone are combined to form high temperature calcination after compression molding, and the effect of calcined product on the mechanical properties of cement is studied. The results show that when the mass ratio of electrolytic manganese residue, carbonaceous shale and limestone is 20∶60∶20, the calcination temperature is 800 ℃, the content is 30%, and the ratio of water to cement is 0.5, it is good.

electrolytic manganese residue, carbonaceous shale, mix proportion, cement, mechanical property

1009-6825(2017)20-0123-02

2017-05-08

高翠翠(1986- ),女，助教； 王 智(1968- ),男，博士生導(dǎo)師； 張洪波(1988- )，男，工程師

TU521.22

A