电解锰渣改性炭质页岩对水泥力学性能的影响

高翠翠 王 智 张洪波

(1.四川建筑职业技术学院，四川 德阳 618000； 2.重庆大学材料科学与工程学院，重庆 400045; 3.四川省建筑科学研究院，四川 成都 610000)

电解锰渣改性炭质页岩对水泥力学性能的影响

高翠翠1王 智2张洪波3

(1.四川建筑职业技术学院，四川 德阳 618000； 2.重庆大学材料科学与工程学院，重庆 400045; 3.四川省建筑科学研究院，四川 成都 610000)

通过将电解锰渣、炭质页岩和石灰石结合起来，压制成型后进行高温煅烧，研究了煅烧产物对水泥力学性能的影响,结果表明：当电解锰渣、炭质页岩与石灰石的质量比为20∶60∶20，煅烧温度为800 ℃，掺量为30%，取水胶比为0.5时，其作为掺合料效果最好。

电解锰渣,炭质页岩,配合比,水泥，力学性能

0 引言

电解锰渣作为冶炼金属锰的过程中所产生的产量大、污染重的工业废渣，其资源化利用一直以来是锰生产企业和科研专家所关注的重点[1，2]。寻求经济实用的锰渣固体废弃物处置与利用技术显得尤为必要和迫切。从目前国内外情况来看，电解锰渣用于土木建筑工程材料不仅是处置最为彻底、简单的途径，也是利用价值较高且能实现全量利用的最为可能的方式。

炭质页岩与页岩成分基本相似，属于铝硅酸盐粘土质矿物。未经煅烧的炭质页岩，其中的组分以稳定的结晶态存在，无水化活性。经过高温煅烧后，结晶态的铝硅酸盐矿物会脱水分解为活性SiO2和活性Al2O3，表现出明显的火山灰活性[3-6]。本实验利用电解锰渣中的可溶性硫酸盐能激发煅烧炭质页岩的火山灰活性[7]，且电解锰渣经高温煅烧后具有一定的胶凝性[8]，将电解锰渣、炭质页岩与石灰石粉按适当的配比混合均匀并压制成型后煅烧，研究煅烧产物作为活性掺合材对水泥力学性能的影响，为实现电解锰渣和炭质页岩的有效资源化利用提供参考。

1 原材料与实验方法

1.1 原材料

电解锰渣，取自重庆市秀山某锰渣堆场；炭质页岩，采用重庆市秀山某区堆放的炭质页岩；水泥，来自重庆市拉法基水泥厂生产的42.5R级普通硅酸盐水泥；石灰石，来自四川某厂重钙粉，CaCO3含量高达98%以上；细集料，岳阳中砂，过4.75 mm筛，表观密度为2 678 kg/m3，松散堆积密度为1 640 kg/m3，细度模数2.6；实验拌和用水，为普通自来水。

电解锰渣、炭质页岩及42.5R级普通硅酸盐水泥的化学组成见表1，水泥物理性能见表2。

表1 原材料的化学组成 %

表2 42.5R级普通硅酸盐水泥的性能

1.2 实验方法

化学成分分析：电解锰渣、炭质页岩和水泥的化学成分分析参照GB/T 176—2008水泥化学分析方法进行。

胶砂强度测试：参照GB 17671—1999水泥胶砂强度试验方法进行。

表3 电解锰渣改性炭质页岩配料组成 g

改性材料的制备：将电解锰渣在40 ℃下干燥24 h之后，分别对干燥后的炭质页岩和电解锰渣进行粉磨至细度为80 μm方孔筛筛余不超过10%。按表3六种配比完成配料并混合均匀后，加10%水拌和均匀并手工锤制成尺寸为φ50 mm×8 mm的试饼。将试饼4个～6个为一组放入300 mL瓷坩埚内，如图1所示。由前期研究成果[9]，在高温电炉中煅烧，选择煅烧温度分别为800 ℃,900 ℃,1 000 ℃。保温30 min后取出置于空气风中快速冷却至室温。最后粉磨至细度为80 μm方孔筛筛余在10%以内。

火山灰活性实验：采用抗压强度比值A来评定其活性。

2 结果与讨论

2.1 电解锰渣改性炭质页岩的火山灰活性

不同配比及煅烧温度下电解锰渣改性炭质页岩的火山灰活性测定结果，见图2。由图2可知，煅烧温度为800 ℃，配比为G1的火山灰活性最高，可达86.7%。对于同一配比，随着煅烧温度的升高，火山灰活性反而降低；对于不同配比，随着炭质页岩含量的减少，活性也降低，说明电解锰渣改性炭质页岩的火山灰活性主要是由煅烧炭质页岩所提供，电解锰渣主要起硫酸盐激发作用。

2.2 电解锰渣改性炭质页岩对水泥力学性能的影响

根据电解锰渣改性炭质页岩煅烧后的火山灰活性，研究不同配比在不同温度煅烧下对水泥力学性能的影响，见图3～图5。G0为不掺改性产物的纯水泥胶砂，G1～G6为改性产物掺量30%的水泥胶砂，水胶比为0.5。

由图3～图5可知，水泥胶砂强度随着电解锰渣比例的升高反而降低。由图6可以看出，在800 ℃煅烧温度下，随着电解锰渣比例的升高，水泥胶砂后期强度增长较快。分析其原因主要是由于电解锰渣中含有硫酸盐，在硫酸盐和Ca(OH)2共同激发下，煅烧炭质页岩中的活性SiO2和活性Al2O3分别水化生成C-S-H凝

胶和钙矾石，这些水化产物会包裹在水泥颗粒表面，阻碍其继续水化[10]。随着反应继续，包裹层胀裂，水化反应继续进行，表现为后期强度增长较快。

3 结语

1)通过对不同配比及不同煅烧温度下电解锰渣改性炭质页岩火山灰活性的测定，电解锰渣、炭质页岩与石灰石的质量比为20∶60∶20，煅烧温度为800 ℃时，活性最高，可以达到86.7%。

2)电解锰渣改性炭质页岩中，随着电解锰渣比例的增加，其火山灰活性降低，说明煅烧炭质页岩才是其活性的主要来源。

3)利用电解锰渣改性炭质页岩，作活性掺合材，不仅改善了水泥的性能，也充分的实现了工业废弃物的资源化利用。

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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，博士生导师； 张洪波(1988- )，男，工程师

TU521.22

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