基于礦渣的一種新型建筑材料試驗研究
1 引言
目前，新型環(huán)保建筑材料的有關(guān)研究都屬于較新的領(lǐng)域，國內(nèi)外有價值的研究成果不多，且多數(shù)屬于試探性的研究。韓靜云、郜志海探討了錳鐵高爐水淬礦渣的利用，對其潛在水硬性、火山灰性進行了試驗研究，測試了水泥試件的抗壓強度比，并與普通生鐵高爐礦渣、粉煤灰的活性作了對比[1] 。蒲心誠等研究和開發(fā)了高性能堿-礦渣混凝土[2]。呂昌高則開發(fā)了高堿-礦渣-粉煤灰混凝土[3] 。孫寶云等人利用萊鋼產(chǎn)生的高爐渣以30%的摻量代替水泥，強度達到了標號為325的普通硅酸鹽水泥的要求[4] 。
本試驗所研究的新型建筑材料是由3種原料組成，其中以礦渣（NK）為主要成分，另外輔以兩種編號分別是 BY及NA的原料。該類建筑材料與水泥相比，具有較低的成本、良好的環(huán)境效益，實現(xiàn)了工業(yè)固體廢棄物的綜合利用，對建設(shè)資源節(jié)約型社會具有重要意義。
2 試驗
2.1 試驗原料成分及比表面積測定
2.1.1 試驗原料成分分析
本試驗所采用的礦渣經(jīng)測定密度為2.97g/cm3 ，主要成分見表1。
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2.1.2 試驗原料比表面積測定
為了進一步了解礦渣的活性，在實驗室采用勃氏比表面積測定儀對試驗用礦渣的比表面積進行了測定，結(jié)果見表2。
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根據(jù)上述試驗所記錄的標準水泥與礦渣的下降時間，以下式來計算礦渣的比表面積：
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式中：Ss — 標準水泥的比表面積（cm2 /g）； Ts — 標準水泥的降落時間（s）； S — 試驗礦渣的比表面積（cm2 /g）； T — 試驗礦渣的降落時間（s）。由上式計算所得礦渣的比表面積S的平均值為 5936cm2 /g，將之定為試驗礦渣的比表面積。
2.2 試樣制備過程與測試方法
本試驗按照一定比例將3種原料進行充分混合，然后加水攪拌（水灰比0.27），制成3cm×3cm×5cm的凈漿試塊。試塊在標準養(yǎng)護箱（溫度20±2℃、濕度 95％）內(nèi)養(yǎng)護28d。齡期結(jié)束后，用壓力機對其無側(cè)限抗壓強度進行測試。以無側(cè)限抗壓強度為指標，確定3種原料的最佳配比。最佳配比確定后，用該配比制成砂漿試塊（4cm×4cm×16cm），送國家建筑材料測試中心測試，再與325水泥強度性能進行比較。
3 試驗結(jié)果與分析
3.1 凈漿無側(cè)限抗壓強度試驗
本試驗采用單因素試驗，考慮到實際工程成本的可行性，3種試驗原料配比的選取范圍為：BY的質(zhì)量分數(shù)為7％～15％、NA的質(zhì)量分數(shù)為1％～3％，其余由 NK來補充。凈漿試塊每組三塊，試驗后取平均值。試驗結(jié)果如表3所示。
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（1）從表3可以看出，當BY的含量為14％、NA的含量為2％、NK含量達到84％時，凈漿試塊的抗壓強度達到最大，為89.1MPa。故用此組配比作為砂漿試塊的最優(yōu)配比。
（2）隨著BY量的逐漸增加，凈漿試塊抗壓強度也逐漸增大，當BY的含量在14％時，達到最大；當BY含量大于14％時，強度反而減小。其原因是，BY含量增加到一定程度后，與水混合，在試塊內(nèi)部容易形成膨脹，影響了抗壓強度。
（3）從試驗結(jié)果來看，當BY的量一定時，NA的量對強度的貢獻有增強的，也有減弱的。造成這種現(xiàn)象的原因可能是由于NA的用量對NK的用量有交互作用，所以不能確定強度出現(xiàn)波動是由于NA還是由于NK。同時，由于NA量比較小，在試驗原料稱量過程中可能會造成一定的誤差，導(dǎo)致強度有高有低。
3.2 砂漿強度測試
將BY含量為14％、NA含量為2％、NK含量為84％的一組最優(yōu)配方，按照國家有關(guān)標準，進行砂漿配比，制作成砂漿試塊，在養(yǎng)護箱內(nèi)養(yǎng)護28d后，送國家建筑材料測試中心檢測，檢測項目為抗壓強度和抗折強度，測試結(jié)果見表4。
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從檢測結(jié)果可以看出，該組最優(yōu)配方的砂漿試塊其抗壓強度達到了37.5MPa，抗折強度達到了5.8MPa，與《通用硅酸鹽水泥》（GB175－2007）中標號為325的礦渣水泥強度標準（抗壓強度≥32.5MPa，抗折強度 ≥5.5MPa）相比，其抗壓強度高出5MPa，提高幅度為15.4％；抗折強度高出0.3MPa，提高幅度為5.5％，完全可以滿足標號325的礦渣水泥的強度指標，可實現(xiàn) 325水泥的部分工程替代。
4 結(jié)論
（1）通過試驗研究，當BY含量為14％、NA含量為2％、NK含量為84％時，凈漿試塊的強度達到最大，為89.1MPa，其強度與標號為325水泥的強度相當。
（2）用最優(yōu)的礦渣配方制成的砂漿試塊，其抗壓強度達到37.5MPa，抗折強度達到5.8MPa，其強度性能指標要優(yōu)于325水泥。
（3）本項研究的最優(yōu)配比砂漿試塊與水泥相比，其成本較低，對環(huán)境較友好，強度性能較優(yōu)，可達到在部分工程中替代水泥的作用。
參考文獻：
[1] 韓靜云，郜志海，董蘇波. 錳鐵合金渣在混凝土中的應(yīng)用[J].鐵合金， 2006 (04) .
[2] 蒲心誠，王沖，劉芳等. 特超強高性能混凝土的研制與展望[J].混凝土與水泥 制品，2008 (12) .
[3] 呂昌高. 排水管混凝土的改性試驗研究[J].混凝土，2002 (08) .
[4] 孫寶云.；郀t礦渣粉的生產(chǎn)技術(shù)及其應(yīng)用[J]. 四川水泥，2007 (01) .
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