铜渣的粉磨特性及对水泥净浆强度的影响

宋军伟，刘松柏，周永祥，黄 华，黄义雄，潘文斌，陈小妹

1.江西科技学院 城市建设学院，江西 南昌 330098；2.江西省建筑材料工业科学研究设计院，江西 南昌 330001；3.中国建筑科学研究院有限公司，北京 100013；4.中国建筑第四工程局有限公司，广东 广州 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.江铃汽车集团江西工程建设有限公司，江西 南昌 330001

0 引言

目前有大量辅助胶凝材料如矿渣［1］、粉煤灰［2］及火山灰［3］等，还有一些新型类胶凝材料如磨细玻璃粉［4］、石灰石粉［5］等部分或大量替代传统水泥，以减少大量水泥需求下引起的环境污染和能源不足问题。然而，传统辅助胶凝材料的存储量已经不能满足基础建设对水泥材料的需求，而且传统辅助胶凝材料存储量日渐萎缩，其成本逐渐提高。所以，目前需要开发活性更高的工业废渣来部分替代水泥，本研究采用铜矿渣部分代替普通硅酸盐水泥，测试铜渣粉的粉磨特性及及不同掺量对复合胶凝体系抗压强度的影响。

1 试验情况

1.1 原材料

试验中采用的水泥为海螺牌PO42.5 普通硅酸盐水泥（OPC），铜矿渣（CS）取自江西铜业集团有限公司，对两种材料进行X-射线荧光分析测试其化学成分，其化学成分如表1 所示。由表1 可知，铜矿渣是以Fe2O3和SiO2为主的，尤其是Fe2O3，其比例高达52.59%，而CaO 含量偏少，只有2.53%。

2 试验方法及过程

采用球磨机对CS 进行粉磨，粉磨时间分别为10min、30min、60min、90min和120min，然后对各粉磨时间的CS采用湿法激光粒度分析仪进行分析粒径分布情况。

表1 普通硅酸盐水泥和铜矿渣的化学成分 wt/%

采用球磨机对通知卡号进行粉磨，选择粉磨120min的铜渣粉等量替代OPC，采用水胶比0.4成型40mm×40mm×160mm棱柱体净浆试件，养护至不同龄期时测试其抗压强度。

利用球磨机采用不同的粉磨时间粉磨铜矿渣，然后采用粉磨120 分钟的铜矿渣代替0-40%的普通硅酸盐水泥，测试不同龄期抗压强度。

铜渣粉及水泥比表面积的测定参照GB/T 8074-2008《水泥比表面积测定方法勃氏法》进行。

抗压强度测试借鉴GB/T17671-1999《水泥胶砂强度检验方法（ISO 法）》规范进行测试，测试仪器为WYA-2000 电液式压力试验机。

3 结果与讨论

3.1 铜矿渣粉的等效粒径及比表面积

铜矿渣等效粒径指累积颗粒粒径分布百分数达到某一定值时所对应的颗粒粒径值。如D25 指的是铜矿渣粉累积颗粒粒径分布百分数达到25%所对应的粒径，物理意义即是粒径效应D25 的颗粒数量占总颗粒数量的25%。

粉磨不同时间后铜矿渣粉的比表面积（SSA）及各等效粒径（D10，D25，D50，D75 和D90）数值见表3。由表3 可知：随着粉磨时间的增加，铜矿渣粉各等效粒径逐渐变小，比表面积逐渐增大。粉磨60min 后铜矿渣粉等效粒径基本比水泥小，比表面积也高于水泥，说明此时铜矿渣粉细度已整体好于水泥。

表2 粉磨不同时间后铜矿渣粉和水泥的比表面积及各等效粒径

由表3 还可以看出，随着粉磨时间的增加，铜渣比表面积增加，但增加的速度随着粉磨时间的延长呈减缓趋势，各等效粒径降低，降低速度随着随粉磨时间的延长也呈减缓趋势，说明初期铜渣粗颗粒多，易磨性好，细颗粒难磨。

3.2 不同掺量铜渣粉对复合胶凝体系抗压强度的影响

按表2 称取一定量铜渣粉与普通硅酸盐水泥搅拌均匀制备铜渣粉复合水泥，不同掺量铜渣粉基复合胶凝体系力学性能见表3：

表3 不同掺量铜渣粉复合胶凝体系抗压强度

从表3 可以看出，铜渣粉复合胶凝体系抗压强度随着龄期的发展而提高，随着铜渣粉掺量的提高而降低，但这种降低趋势随着龄期的增长逐渐减缓。如3d 龄期时，C5、C10、C15、C20、C25、C30、C35、C40试样较纯水泥试样抗压强度降低1.4%、4.2%、7.6%、11.3%、18.5%、27.6%、35.6%、41.0，而到28d龄期时，上述试样较纯水泥试样抗压强度降低比例为1.5%、3.3%、5.1%、9.2%、17.2、26.9%、32.1%、36.4%。

图1 铜渣掺量与抗压强度的关系

这是由于在铜渣粉的掺量降低了复合水泥中水泥熟料的含量，而铜渣粉活性降低水泥熟料，铜渣粉的掺入势必导致复合胶凝体系抗压强度的降低。但随着龄期的增长，水泥熟料水化的同时，体系中碱性成分含量增加，有利于铜渣粉活性物质的水化，故抗压强度降低的趋势随着龄期的发展有所减缓。

4 结论

随着粉磨时间的增加，铜渣比表面积增加，但增加的速度随着粉磨时间的延长呈减缓趋势，各等效粒径降低，降低速度随着随粉磨时间的延长也呈减缓趋势。铜渣粉复合胶凝体系抗压强度随着龄期的发展而提高，随着铜渣粉掺量的提高而降低，但这种降低趋势随着龄期的增长逐渐减缓。3d 龄期时，C5、C10、C15、C20、C25、C30、C35、C40 试样较纯水泥试样抗压强度降低1.4%、4.2%、7.6%、11.3%、18.5%、27.6%、35.6%、41.0，而到28d 龄期时，上述试样较纯水泥试样抗压强度降低比例为1.5%、3.3%、5.1%、9.2%、17.2、26.9%、32.1%、36.4%。