工程用鎳鐵渣粉與礦粉理化特性對(duì)比研究

陳金輝

（中國(guó)電建集團(tuán)福建工程有限公司， 福建 福州 350008）

0 引言

鎳鐵渣粉是鎳冶煉廠和不銹鋼冶煉廠排放的一種工業(yè)廢渣，由鎳渣研磨而成的，根據(jù)工藝的不同，又可分為礦熱爐鎳鐵渣和粒化高爐鎳鐵渣。由于其具有活性，被活化后可以作為膠凝材料，在建筑工程中應(yīng)用于混凝土澆筑、地基固化等。目前已經(jīng)有不少學(xué)者對(duì)鎳鐵渣粉進(jìn)行了一系列研究，如果將鎳鐵渣粉等量取代混凝土中的水泥運(yùn)用于建設(shè)工程實(shí)踐中，不僅能實(shí)現(xiàn)資源的循環(huán)利用，而且將大大降低工程的建設(shè)成本，具有很好的推廣價(jià)值。本文將工程中常用的礦粉與鎳鐵渣粉進(jìn)行分析對(duì)比，為相關(guān)工程應(yīng)用提供參考。

1 粒徑分布研究

試驗(yàn)采用激光粒度分析儀對(duì)鎳鐵渣粉和礦粉進(jìn)行粒度分析。鎳鐵渣粉的粒徑分布測(cè)定結(jié)果見(jiàn)表1。從中可以看出，鎳鐵渣粉的粒徑累計(jì)分布曲線的斜率較大，微分分布數(shù)值在某一粒徑范圍也較大，從而說(shuō)明，鎳鐵渣粉的粒徑主要分布在某一粒徑區(qū)間，離散性小。從表2-1 可知，鎳鐵渣粉的粒徑主要分布在0.27μm～4.38μm之間，占80.55%。大于4.38μm和小于0.27μm的鎳鐵渣粉顆粒都較少，分別占整體的8.37%和6.07%。其中粒徑小于0.13μm和大于8.7μm的鎳鐵渣粉顆粒非常少，分別緊占整體的1.4%和1.02%。

表1 鎳鐵渣粉的顆粒分布

礦粉的粒徑分布測(cè)定結(jié)果見(jiàn)表2。礦粉的粒徑分布比較集中的粒徑區(qū)間為0.65μm～5.23μm，占整體的79.52%。大于5.23μm和小于0.65μm的顆粒分別占整體的10.5%和9.8%。

表2 粒化高爐礦渣的顆粒分布

通過(guò)對(duì)比分析鎳鐵渣粉粒度分析結(jié)果和礦粉粒度分析結(jié)果可知，礦粉的粒徑分布和鎳鐵渣粉的粒徑分布相似，粒徑分布均比較集中，處在某一粒徑范圍之內(nèi)，粒度的離散性小。但鎳鐵渣粉的粒徑主要分布范圍為0.27μm～4.38μm，礦粉的粒徑主要分布范圍為0.65μm～5.23μm，從整體上看，鎳鐵渣粉的粒徑比礦粉更小。

2 化學(xué)成分及礦物組成對(duì)比分析

鎳鐵渣粉與礦粉的化學(xué)成分和礦物組成的分析結(jié)果見(jiàn)表3。摻和料的堿性系數(shù)和質(zhì)量系數(shù)的計(jì)算公式分別為（CaO+MgO）/（SiO2+Al2O3）和（CaO+MgO+ Al2O3）/（SiO2+MnO+TiO2），根據(jù)表3 的數(shù)據(jù)可算出鎳鐵渣粉和礦粉的堿性系數(shù)分別為0.68和0.96，質(zhì)量系數(shù)分別為1.68 和1.89，從而可知鎳鐵渣粉的堿性系數(shù)和質(zhì)量系數(shù)均會(huì)比礦粉的小，但差距并不大。

表3 摻和料的化學(xué)成分

圖1 為鎳鐵渣粉和礦粉的XRD 分析試驗(yàn)圖譜。由圖可知，鎳鐵渣粉和礦粉的XRD 圖譜最明顯的一個(gè)特征是，兩種礦物摻和料的衍射圖譜均存在一個(gè)很明顯的鼓包，從而可以說(shuō)明鎳鐵渣粉和礦粉的物相均以玻璃相為主，具有類似的活性。此外兩種礦物摻和料的衍射圖譜還可以觀察到部分的衍射峰，經(jīng)分析發(fā)現(xiàn)，該部分衍射峰均為摻和料中的氧化物。

圖1 鎳鐵渣粉、礦粉的XRD 分析圖譜

圖2 不同齡期鎳鐵渣粉的活性指數(shù)

3 活性特性比較

礦物摻和料在混凝土、水泥土等物質(zhì)中的作用主要分為三種，分別為形態(tài)效應(yīng)、微集料填充效應(yīng)和活性效應(yīng)。形態(tài)效應(yīng)和微集料填充效應(yīng)對(duì)該物體的性能作用都很小，只是在早齡期時(shí)起到滾珠潤(rùn)滑作用和填充作用，而礦物摻和料的活性效應(yīng)才是對(duì)物體性能好壞起決定作用和學(xué)者們研究的重點(diǎn)。礦物摻和料的活性效應(yīng)主要是指當(dāng)水泥水化到一定程度時(shí)，該環(huán)境中會(huì)存在大量由水泥水化生成的Ca2-和OH-，然后這些離子會(huì)與礦物摻和料中的活性物質(zhì)進(jìn)行反應(yīng)，從而一方面激發(fā)了摻和料的活性，另一方面加快了水泥的水化。已有的研究表明，鎳鐵渣粉是一種活性主要在后期才得以發(fā)揮的礦物摻和料，因此，本次試驗(yàn)分別對(duì)鎳鐵渣粉的3d、7d、28d 和90d 齡期和礦粉的28d 齡期活性進(jìn)行了測(cè)試。

試驗(yàn)分別測(cè)得了3d、7d、28d 和90d 齡期摻有鎳鐵渣粉膠砂的抗壓強(qiáng)度和未摻鎳鐵渣粉膠砂的抗壓強(qiáng)度，經(jīng)處理后得到鎳鐵渣粉在不同齡期的活性指數(shù)分布圖（圖2）。從圖2 可知，鎳鐵渣粉在3d、7d、28d 和90d 齡期的活性指數(shù)分別為48.3%、66.2%、82.7%和98.6%。由此可知，鎳鐵渣粉在早齡期時(shí)的活性很低，3d齡期和7d 齡期的活性指數(shù)分別為48.3%和66.2%，對(duì)膠砂強(qiáng)度的貢獻(xiàn)非常小。而到了28d 齡期后，鎳鐵渣粉的活性開(kāi)始得以更大的發(fā)揮，活性指數(shù)已經(jīng)達(dá)到了82.7%，說(shuō)明此時(shí)鎳鐵渣粉中的活性物質(zhì)已經(jīng)開(kāi)始與水泥的水化物質(zhì)發(fā)生反應(yīng)，生成了部分對(duì)膠砂強(qiáng)度有益的物質(zhì)。到90d 齡期時(shí)，鎳鐵渣粉的活性指數(shù)相比于28d齡期時(shí)有了更大的提高，上升到了98.6%。因此，鎳鐵渣粉是一種早期活性較低的礦物摻和料，但到28d 齡期以后，鎳鐵渣粉的潛在活性才會(huì)更大程度的得以發(fā)揮，并且到90d 齡期時(shí)還具有一定的活性。

4 結(jié)語(yǔ)

本文主要對(duì)鎳鐵渣粉和礦粉的物理化學(xué)特性進(jìn)行了對(duì)比分析，得出如下結(jié)論：1）鎳鐵渣粉和礦粉具有比較相似的物理性質(zhì)，兩種礦物摻和料的粒徑分布比較集中，均處在某一粒徑范圍之內(nèi)，粒度的離散性小，礦物組成主要為玻璃相；2) 鎳鐵渣粉的堿性系數(shù)和質(zhì)量系數(shù)均會(huì)比礦粉的小，但差距并不大，其物相均以玻璃相為主，具有類似的活性；3) 鎳鐵渣粉早齡期時(shí)的活性不高，其活性主要體現(xiàn)在后期，到90d 齡期時(shí)還具有一定的活性。

因此，鎳鐵渣粉可以代替礦粉作為混凝土的礦物摻合料，應(yīng)用于地基加固、帷幕灌漿防滲，輸電塔基礎(chǔ)等混凝土建設(shè)工程中。