銅渣的粉磨特性及對水泥凈漿強度的影響

宋軍偉，劉松柏，周永祥，黃 華，黃義雄，潘文斌，陳小妹

1.江西科技學院 城市建設學院，江西 南昌 330098；2.江西省建筑材料工業科學研究設計院，江西 南昌 330001；3.中國建筑科學研究院有限公司，北京 100013；4.中國建筑第四工程局有限公司，廣東 廣州 510610；5.中建商品混凝土江西有限公司，江西 南昌 330001；6.上海建工江西混凝土工程有限公司，江西 南昌 330001；7.江鈴汽車集團江西工程建設有限公司，江西 南昌 330001

0 引言

目前有大量輔助膠凝材料如礦渣［1］、粉煤灰［2］及火山灰［3］等，還有一些新型類膠凝材料如磨細玻璃粉［4］、石灰石粉［5］等部分或大量替代傳統水泥，以減少大量水泥需求下引起的環境污染和能源不足問題。然而，傳統輔助膠凝材料的存儲量已經不能滿足基礎建設對水泥材料的需求，而且傳統輔助膠凝材料存儲量日漸萎縮，其成本逐漸提高。所以，目前需要開發活性更高的工業廢渣來部分替代水泥，本研究采用銅礦渣部分代替普通硅酸鹽水泥，測試銅渣粉的粉磨特性及及不同摻量對復合膠凝體系抗壓強度的影響。

1 試驗情況

1.1 原材料

試驗中采用的水泥為海螺牌PO42.5 普通硅酸鹽水泥（OPC），銅礦渣（CS）取自江西銅業集團有限公司，對兩種材料進行X-射線熒光分析測試其化學成分，其化學成分如表1 所示。由表1 可知，銅礦渣是以Fe2O3和SiO2為主的，尤其是Fe2O3，其比例高達52.59%，而CaO 含量偏少，只有2.53%。

2 試驗方法及過程

采用球磨機對CS 進行粉磨，粉磨時間分別為10min、30min、60min、90min和120min，然后對各粉磨時間的CS采用濕法激光粒度分析儀進行分析粒徑分布情況。

表1 普通硅酸鹽水泥和銅礦渣的化學成分 wt/%

采用球磨機對通知卡號進行粉磨，選擇粉磨120min的銅渣粉等量替代OPC，采用水膠比0.4成型40mm×40mm×160mm棱柱體凈漿試件，養護至不同齡期時測試其抗壓強度。

利用球磨機采用不同的粉磨時間粉磨銅礦渣，然后采用粉磨120 分鐘的銅礦渣代替0-40%的普通硅酸鹽水泥，測試不同齡期抗壓強度。

銅渣粉及水泥比表面積的測定參照GB/T 8074-2008《水泥比表面積測定方法勃氏法》進行。

抗壓強度測試借鑒GB/T17671-1999《水泥膠砂強度檢驗方法（ISO 法）》規范進行測試，測試儀器為WYA-2000 電液式壓力試驗機。

3 結果與討論

3.1 銅礦渣粉的等效粒徑及比表面積

銅礦渣等效粒徑指累積顆粒粒徑分布百分數達到某一定值時所對應的顆粒粒徑值。如D25 指的是銅礦渣粉累積顆粒粒徑分布百分數達到25%所對應的粒徑，物理意義即是粒徑效應D25 的顆粒數量占總顆粒數量的25%。

粉磨不同時間后銅礦渣粉的比表面積（SSA）及各等效粒徑（D10，D25，D50，D75 和D90）數值見表3。由表3 可知：隨著粉磨時間的增加，銅礦渣粉各等效粒徑逐漸變小，比表面積逐漸增大。粉磨60min 后銅礦渣粉等效粒徑基本比水泥小，比表面積也高于水泥，說明此時銅礦渣粉細度已整體好于水泥。

表2 粉磨不同時間后銅礦渣粉和水泥的比表面積及各等效粒徑

由表3 還可以看出，隨著粉磨時間的增加，銅渣比表面積增加，但增加的速度隨著粉磨時間的延長呈減緩趨勢，各等效粒徑降低，降低速度隨著隨粉磨時間的延長也呈減緩趨勢，說明初期銅渣粗顆粒多，易磨性好，細顆粒難磨。

3.2 不同摻量銅渣粉對復合膠凝體系抗壓強度的影響

按表2 稱取一定量銅渣粉與普通硅酸鹽水泥攪拌均勻制備銅渣粉復合水泥，不同摻量銅渣粉基復合膠凝體系力學性能見表3：

表3 不同摻量銅渣粉復合膠凝體系抗壓強度

從表3 可以看出，銅渣粉復合膠凝體系抗壓強度隨著齡期的發展而提高，隨著銅渣粉摻量的提高而降低，但這種降低趨勢隨著齡期的增長逐漸減緩。如3d 齡期時，C5、C10、C15、C20、C25、C30、C35、C40試樣較純水泥試樣抗壓強度降低1.4%、4.2%、7.6%、11.3%、18.5%、27.6%、35.6%、41.0，而到28d齡期時，上述試樣較純水泥試樣抗壓強度降低比例為1.5%、3.3%、5.1%、9.2%、17.2、26.9%、32.1%、36.4%。

圖1 銅渣摻量與抗壓強度的關系

這是由于在銅渣粉的摻量降低了復合水泥中水泥熟料的含量，而銅渣粉活性降低水泥熟料，銅渣粉的摻入勢必導致復合膠凝體系抗壓強度的降低。但隨著齡期的增長，水泥熟料水化的同時，體系中堿性成分含量增加，有利于銅渣粉活性物質的水化，故抗壓強度降低的趨勢隨著齡期的發展有所減緩。

4 結論

隨著粉磨時間的增加，銅渣比表面積增加，但增加的速度隨著粉磨時間的延長呈減緩趨勢，各等效粒徑降低，降低速度隨著隨粉磨時間的延長也呈減緩趨勢。銅渣粉復合膠凝體系抗壓強度隨著齡期的發展而提高，隨著銅渣粉摻量的提高而降低，但這種降低趨勢隨著齡期的增長逐漸減緩。3d 齡期時，C5、C10、C15、C20、C25、C30、C35、C40 試樣較純水泥試樣抗壓強度降低1.4%、4.2%、7.6%、11.3%、18.5%、27.6%、35.6%、41.0，而到28d 齡期時，上述試樣較純水泥試樣抗壓強度降低比例為1.5%、3.3%、5.1%、9.2%、17.2、26.9%、32.1%、36.4%。