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·104·
DOI:.1009-
锰渣用作掺合料对水泥砂浆性能的影响★
11*112
王威,肖敏,夏艳波,周凌峰,李颖
(,湖南衡阳421000;,湖南长沙410000)
摘要:为研究某公司生产的锰渣用作掺合料的适用性,通过对该样品进行磨细处理,进行不同锰渣掺量下水泥砂浆性能的
影响试验,结果表明:当锰渣的掺量为5%时,其28d活性指数(105%)和流动度比(95%)满足矿渣粉S105级技术要求。
关键词:锰渣;掺合料;活性指数;流动度比;矿渣粉
中图分类号:TQ172文献标识码:A文章编号:1009-6825(2022)16-0104-03
1概述量及锰制品业在全国处于领先地位,但生产后的锰渣一
直未能得到妥善处理处置,锰渣中含有大量可溶性盐类
随着社会生产力和经济高速的发展,金属锰的需求
化合物,成分复杂,处置不规范易造成较大环境风险。目
量越来越高,我国是全球电解金属锰、电解二氧化锰和高
前我国锰渣主要依靠填埋进行处置,占用大量土地,处置
纯硫酸锰的主要生产国,其中电解锰产能占全球总产能
费用较高,因锰渣库渗漏引起的环境污染问题时有发生。
的97%。目前锰渣累计堆存量已超1亿t,且每年产量以
由于锰渣中含有大量的活性物质,因此锰渣可制备掺合
1000万t的速度递增[1-2]。锰作为国民经济发展的重要
料广泛应用在水泥和混凝土中,不再局限作为填充物筑
基础物资,锰及其合金广泛应用在化学、冶金、电子、医疗
路或是代替集料生产砖和砌块等较低价值的应用[4]。将
以及建筑材料等领域[3]。电解金属锰行业的快速发展带
锰渣作为水泥混凝土掺合料的有效的资源化利用,是实
来大量的废渣,这些废渣引发了大量的环境问题,因此如
现锰渣变废为宝的一种有效途径。本文对锰渣物理力学
。
何利用锰渣已成为一项迫切需要解决的问题性能进行了试验分析,就其作为混合材应用于水泥进行
由于品位低,利用国产锰矿生产1t电解锰,要产生了试验研究。
10t~12t固体废弃物,在水泥方面利用锰渣情况来看,
2试验
在生料阶段,水泥生产中可直接加入3%~4%未经处理
的锰渣与其他原料一起煅烧。在熟料阶段,锰渣中三氧
1)水泥。
化硫的含量(质量分数)在25%左右,加入碱性改性剂进
普通硅酸盐水泥,其主要化学成分见表1。
行混合改性处理后,改性锰渣可作为水泥缓凝剂使用,添
表1水泥的主要化学成分(质量分数)
7%~8%。、
加量为水泥熟料质量的将原锰渣进行脱硫%
脱氨处理,并经高温煅烧后,可有效去除锰渣中的结晶-
水。处理后的锰渣可直接添加到水泥熟料中,
水泥熟料的10%左右。经过了高温煅烧处理,2t原锰渣
2)锰渣。本试验采用广西某化工有限公司生产的锰
能产生1t脱硫、脱氨后的锰渣。也就是说,在熟料中添
渣,,碱含量(质量分数)%。其主
加10%的处理锰渣,相当于处置了20%的原锰渣。
要化学组分见表2。
锰渣经过高温煅烧后,会产生一定的活性,其各种化学表2锰渣化学组分(质量分数)
成分与水泥相似。因此,可加入10%左右的煅烧后锰渣,作%
为活性混合材,与水泥熟料一起进入粉磨站生产水泥。锰渣Fe2O3Al2O3SiO2CaOMgONa2OK2OLOI
截至目前水泥生产总量达到20多亿吨,
出现严重产能过剩情况,浪费了当地大量的资源。在成3)水和集料。水采用自来水,集料采用ISO标准砂。
本控制方面,水泥生产成本70%来源于原料,
锰渣等废物可以满足水泥生产中50%的原材料需求,相将锰渣脱水烘干后,称取一定量的干渣在水泥试验
当于节省了30%~40%的原料成本。磨中球磨,每隔10min取一次样并测量试样的比表面
广西、湖南等省锰资源居全国前列,多年来锰矿开采积,球磨1h后,使锰渣粉比表面积控制在400m2/kg~
收稿日期:2022-02-25
★基金项目:中国建筑第五工程局有限公司项目:基于大宗尾矿的碱激发地聚物混凝土研制(项目编号:cscec5b-2021-35)
作者简介:王威(1991-),男,硕士,工程师,从事新型建筑材料的教学与研究工作
*通信作者:肖敏(1985-),女,硕士,工程师,从事土木工程力学的研究
第48卷第16期
王威等:锰渣用作掺合料对水泥砂浆性能的影响
2022年8月·105·
500m2/kg,比表面积按GB/T8074—2008“勃氏法”测定,表5不同掺量下锰渣的凝结时间
粉磨好的锰渣放在干燥处存放。以不同掺量的锰渣取代编号掺量/%标准稠度用水量/%初凝时间/min终凝时间/min
水泥成型胶砂试块并测定胶砂试块的28d强度。
砂浆的水胶比(质量比),胶砂比(质量比)
1∶3,水泥()与锰渣的总量为
190
450g,5%,10%,15%■
试验选择掺量为的锰渣等质量取180
170
代水泥。如表3所示,编号G0为基准配合比,其他编号n
i160■
m
。/150
为对照组间140
表3锰渣试验配合比设计时130■
凝120
编号掺量/%水泥/g锰渣粉/gISO标准砂/***/g初110
100
G004500135022590■
掺量/%
G210405451350225
图2锰渣掺量与凝结时间的关系
由表5,图2分析得出,随着锰渣掺量的提高,达到标
准稠度用水量逐渐增加,当掺量为15%时,相比不掺的
情况下,标准稠度用水量增加5%,初凝时间缩短51%,
砂浆的流动性按照GB/T2419—2005水泥胶砂流动
终凝时间缩短35%。综上所述,锰渣的掺量对水泥砂浆
度测定方法进行,通过对不同锰渣掺量下进行了水泥砂
的凝结时间具有一定的影响,应严格控制锰渣的掺量。
浆流动度试验,得出流动度值见表4,图1。
表4不同锰渣掺量下水泥砂浆流动度值
GB/T17671—1999
编号掺量/%流动度/mm流动度比/%水泥砂浆力学性能按照水泥胶
G00232100砂强度检验方法进行,研究锰渣掺量对水泥砂浆强度影
G1522095响,试验选取了掺量为5%,10%,15%的锰渣等质量取代
G21019684
G31517575水泥,测试砂浆试件3d和28d的抗压强度及抗折强度,
240并且与基准组试件(掺量为0%)进行对比分析,得出不
■
230同锰渣掺量下的水泥砂浆的抗压强度和抗折强度,见表
220■
m6,3,4。
m图图
/210
度200表6不同锰渣掺量对水泥砂浆抗压和抗折强度的影响
■
动
流190
3d抗压28d抗压28d活性3d抗折28d抗折
180编号掺量/%
■强度/MPa强度/MPa指数/%强度/MPa强度/MPa
170
掺量/%
由表4,图1分析可知,随着锰渣掺量的不断增加,其
流动度下降明显。当锰渣掺量不大于5%时,其流动度3055
a
a
29P54
P
M
比不小于95%,当锰渣的掺量达到15%时,其流动度降/
M
/■■
28■度
度53■
低25%,说明锰渣掺量越大,对砂浆的流动性不利。分强
强
■■压
压2752
,,,■抗
析其原因一方面当锰渣掺量较小时磨细锰渣的潜在抗
d
d26
851
3
活性更能充分发挥出来,滚珠效应与微集料填充效应增2■
2550
强,对水泥浆体的“解絮”作用增大[5],另一方面,由于锰0510152005101520
掺量/%掺量/%
渣取代了部分水泥,导致包裹骨料的水泥浆体量减小,降(a)锰渣掺量与3d抗压强度关系曲线(b)锰渣掺量与28d抗压强度关系曲线
低了浆体与骨料之间的流动度。综上所述,锰渣掺量不图3锰渣掺量与水泥砂浆抗压强度的关系曲线
大于5%时,能够满足GB/T18046—2017用于水泥、砂浆由表6,图3,图4分析得出,随着锰渣掺量的提高,
和混凝土中的粒化高炉矿渣粉试验标准的矿渣粉流动度其抗压和抗折强度出现先增加后逐渐减少的趋势。当锰
比技术要求。渣掺量为10%时,水泥砂浆的28d的抗压强度和抗折强
,。当锰渣掺
研究锰渣掺量对水泥砂浆物理性能影响,试验选取量为15%时,水泥砂浆28d强度相比于锰渣掺量10%情
了掺量为5%,10%,15%的锰渣等质量取代水泥,采用试况下有所降低,但比基准组不掺锰渣的情况下,其抗压强
饼方法测试其安定性全部合格。锰渣掺量对水泥标准稠度增长5%。综述分析,一方面,锰渣可作为微集料填充
,,;
度用水量、凝结时间的试验结果见表5,图2。在水泥砂浆内部导致其密实程度增加强度逐渐增大
第48卷第16期
·106·2022年8月山西建筑
79的抗压强度和抗折强度达到最大值,
。4)综上所述,当锰渣的掺量为5%时,其28d
a
P
M■■
/
M■
/活性指数(105%)和流动度比(95%)满足GB/T18046—
■度
度
6强8
强■2017、
折用于水泥砂浆和混凝土中的粒化高炉矿渣粉试验
折■
■抗
■
d标准的矿渣粉S105级技术要求(活性指数不小于
d
8
3
2
57105%,流动度比不小于95%)。
0510152005101520
掺量/%掺量/%参考文献:
(a)锰渣掺量与3d抗折强度关系曲线(b)锰渣掺量与28d抗折强度关系曲线
[1]李维健,谭蓉,张丽云,
图4锰渣掺量与水泥砂浆抗折强度的关系曲线
锰行业市场分析与展望[J].中国锰业,2019,37
另外一方面,锰渣取代部分水泥的用量增加时,整个水泥
(3):1-4.
水化的凝胶产物减少,导致水泥砂浆内部结构疏松,最终
[2]ShuJ,WuH,-
导致强度降低。
2++
lidificationofMnandNH4-Nfromelectrolyticman-
3结论
ganeseresidueusingMgOanddifferentphosphatere-
本文通过不同锰渣掺量对水泥砂浆的工作性能、物source[J].EcotoxicologyandEnvironmentalSafety,
理性能和力学性能进行试验研究。通过试验,得出以下2018,148(FEB.):220-227.
结论:1)随着锰渣掺量的不断增加,其流动度下降明显。[3]车丽诗,[J].
当锰渣掺量不大于5%时,其流动度比不小于95%,当锰中国锰业,2016,34(3):127-130.
渣的掺量达到15%时,其流动度降低25%,锰渣掺量越[4]郭一锋,陈平,郭雯文,
大,对砂浆的流动性不利。2)随着锰渣掺量的提高,达到材的生产工艺研究[J].新型建筑材料,2011(9):
标准稠度用水量逐渐增加,锰渣的掺量对水泥砂浆的凝48-50.
结时间具有一定的影响,应严格控制锰渣的掺量。3)随[5]王一靓,陈平,刘婷,
着锰渣掺量的提高,其抗压和抗折强度出现先增加后逐凝土的试验研究[J].混凝土,2010(5):64-66,
渐减少的趋势。当锰渣掺量为10%时,水泥砂浆的28d69.
Effectofmanganeseslagusedasadmixtureonthepropertiesofcementmortar★
WangWei1,XiaoMin1*,XiaYanbo1,ZhouLingfeng1,LiYing2
(,Hengyang421000,China;
.,Ltd.,Changsha410000,China)
Abstract:Inordertostudytheapplicabilityofmanganeseslagproducedbyacompanyasanadmixture,theinfluencetestofthe
5%,its28dactivityindex(105%)andfluidityratio(95%)meetthetechnicalrequirementsofslagpowderS105grade.
Keywords:manganeseslag;admixture;activityindex;fluidityratio;slagpowder
■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■
(上接第47页)
[9],2020,34(11):1-9.
规划[J].山西建筑,2020,46(23):37-39.[11]杨辉,王阳.“旧疾”与“新题”:国土空间规划
[10]杨壮壮,袁源,王亚华,[J].规划师,2020,36
国土空间用途管制:内涵认知与体系构建[J].中(7):16-21.
Transformationanddevelopmentfrom
urban&ruralplanningtoterritorialspatialplanning
LiMiao
(VillageConstructionServiceCenterofGanzhouBistrict,GanzhouBranch,
ZhangyeNaturalResourcesBureau,GansuProvince,Zhangye734000,China)
Abstract:Thepaperdiscussesthesimilaritiesanddifferencesbetweenterritorialspatialplanningandurban&ruralplanning,
brieflydescribesthedevelopmenthistoryofboth,analyzesanddiscussesthechangesinplanningobjects,contents,controland
,itputsforwardspecificneedsinitsfuturede-
velopmentprocess.
Keywords:territorialspatialplanning;urban&ruralplanning;developmentofchanges