论碱激发剂和矿渣对石粉-镍渣聚合物砂浆性能的影响

2021-12-16毛文宫

福建建筑 2021年11期

毛文宫

(福建省凯景投资集团有限公司福建福州 350002)

0 引言

我国冶金产业每年产生约4.5亿吨固体废弃物，其中矿渣、钢渣、赤泥和镍渣为四大冶炼工业废渣。冶金废渣无论是堆放处置或填埋处置，其中的有害重金属成分都会对周围的土壤和地下水造成污染，严重影响周围环境。若能有效利用这些冶金废渣，将其转化为水泥胶凝材料，一方面可以使工业废弃物无害化、资源化，有效改善周围环境；另一方面可降低水泥生产环节的二氧化碳排放量，有效降低温室效应，具有显著的绿色生态效益和社会意义。

1 原材料

原材料包括镍渣、矿渣、石粉、NaOH、无水Na2CO3、无水Na2SiO3、标准砂、自来水等。

矿渣采用山西矿业有限公司的S95级矿渣，其化学组成成分如表1所示。

镍渣采用福建源鑫环保科技集团有限公司的水淬镍渣，其化学组成成分(表1)。

石粉取自花岗岩石材加工厂。

试验采用的固体碱激发剂分别为粉状无水Na2SiO3，Na2SiO3含量大于99%，模数=1；NaOH为分析纯，NaOH含量大于97.0%；无水Na2CO3为分析纯，Na2CO3含量大于99.9%。

标准砂购自厦门艾思欧标准砂有限公司。

表1 矿渣和镍渣的化学成分

2 试验方法

2.1 力学性能

石粉-镍渣聚合物砂浆抗压强度强度实验，按照水泥胶砂强度检验方法(GB/T17671-2011)中的规定，每组配合比制作3组试件，在实验室静置1 d后拆模，然后放置于标准养护室中，至龄期28 d后测定其抗压强度。

2.2 孔结构测定

采用压汞测孔法测定石粉-镍渣聚合物净浆水化产物的孔结构变化规律。根据表2的配合比，配置相应的净浆产品，标准条件养护至28 d龄期。取5 mm的硬化净浆碎片进行真空干燥后，对其进行孔径孔隙率的测定。

3 试验配合比

各组石粉-镍渣聚合物砂浆的胶砂比为1∶3，水胶比均为0.35。掺入3种碱激发剂，分别编号为NS试件组(单掺Na2SiO3)、NH试件组(单掺NaOH)和NSC试件组(复掺Na2SiO3和Na2CO3)，掺入矿渣的试件组编号为NSC2-S。各组试件的具体配合比如表2所示。

表2 镍渣聚合物砂浆配合比

4 结果和讨论

4.1 碱激发剂对石粉-镍渣聚合物砂浆抗压强度的影响

从图1中可以看出，NS组和NSC组碱激发剂可较好地激发镍渣的强度，试件28 d抗压强度最高可达19.2 MPa和25.5 MPa,NH组碱激发剂对镍渣的强度激发作用较差,试件28 d抗压强度最高值仅为6.5 MPa。对比7 d和28 d强度值，NS组和NH组试件表现出早强的特征，NS组7 d的抗压强度为28d抗压强度的55%～68%，NH组7 d的抗压强度为28 d抗压强度的64%～69%，NSC组7 d的抗压强度仅为28 d抗压强度的29%～38%。

图1 碱激发剂对石粉-镍渣聚合物砂浆抗压强度影响

图2 矿渣掺量对石粉-镍渣聚合物砂浆抗压强度影响

4.2 矿渣掺量对石粉-镍渣聚合物砂浆抗压强度的影响

从图2可以看出，少量矿渣的掺入，即可有效提高试件的早龄期抗压强度相对值。矿渣掺量为10%时，试件7d的抗压强度已达28 d抗压强度的52%，随着矿渣掺量增加为20%、30%和40%时，试件7 d的抗压强度分别为28 d抗压强度的62%、58%和59%，早龄期抗压强度相对值未见大幅度提高。

矿渣的掺入，可提高镍渣聚合物砂浆7 d和28 d的抗压强度。矿渣掺量越大，试件抗压强度提高越多。当矿渣掺量为小于30%时，试件7 d和28 d的抗压强度增长较快；当矿渣掺量超过30%时，试件的抗压强度增长幅度明显放缓。

综上分析，掺入适量的矿渣，可有效提高镍渣聚合物砂浆的7 d和28 d的抗压强度。

4.3 矿渣对石粉-镍渣聚合物净浆孔结构的影响

根据孔隙直径的大小，可将硬化浆体内部的孔分为四类：无害孔(<20 nm)、少害孔(20 nm～100 nm)、有害孔(100 nm～200 nm)和多害孔(>200 nm)[6]。孔隙直径越小，对浆体结构的强度影响越小，甚至没有影响。如果硬化浆体中存在有害孔和多害孔的数量过多，硬化浆体的强度就越小[7]。

图3是28 d龄期时，掺30%矿渣NSC2-S30试件组，以及未掺矿渣的NSC2试件组硬化净浆内的孔径孔隙率分布情况。NSC2试件组硬化净浆内的总孔隙率约为40%，其中有害孔、多害孔和少害孔约占1/2，无害孔占1/2。掺入30%的矿渣后，NSC2-S30试件组硬化浆体内的孔隙数量明显下降，总孔隙率不到10%，其中有害孔、多害孔和少害孔约占1/3，无害孔占2/3，硬化浆体内部结构更为密实。