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錳渣在水泥混合材中的應用

時間：2019-07-11??  瀏覽：3750次

錳渣是由高錳鐵和錳合金經加工生產中所產生的工業(yè)渣料，其成分是以硅酸鹽為主要的熔融物，冷卻后呈顆粒狀?；瘜W成分有SiO2、CaO、Al2O3、MgO、MnO等元索。目前，在我國利用錳渣來進行混合材料制成技術仍處于科研發(fā)展階段，對于生產過程中出現(xiàn)的問題也不能得以很好的解決，例如生產出的大量錳渣只能集中堆放，使錳渣占地面積變大，生產空間縮小，因此無形中增加了生產成本。由于過于集中存放，錳渣中含有的Mn、Cr等元素會受到雨水或潮濕的影響，很容易產生流失，從而對水資源造成污染?，F(xiàn)階段對錳渣的處理和利用范圍局限，且技術較為落后，達不到理想的生產處理效果。

沸石是一種天然硅鋁酸鹽礦石，經過高溫灼燒后會產生沸騰現(xiàn)象。后來，沸石被應用為水泥混合材料，其活性強、需水量大，因而在很大程度上阻礙了應用和發(fā)展。沸石中含有大量的Al3+離子，將沸石與錳渣進行混合時，這些Al3+離子會吸附在錳渣顆粒的表面，從而促使錳渣與混合漿體的化學反應，并加速水化過程以及錳渣的火山灰反應速率。由于沸石的結構呈松散狀，經過內部結構的重新組合，可使Al3+改變原有的反應狀態(tài)，與錳渣和水泥漿體中的鋁酸鹽反應后成鈣礬石，降低其中濃度含量，激發(fā)火山灰活性，并且強化膠砂體強度。

物理激發(fā)

物理激發(fā)是指錳渣在初始狀態(tài)下受到來自外界的物理作用力，從而發(fā)生形態(tài)的改變。當錳渣在經過機械加工粉碎后，形成尺寸較小的顆粒結晶，這種小顆粒會造成錳渣顆粒晶格缺陷、畸形甚至會變成無定型物質。這種物理激發(fā)課改變錳渣的基本性質，并且提高化學活性，降低反應條件或是會促發(fā)全新的化學反應。物理激發(fā)會對錳渣產生如下作用：

①物理效應：由大顆粒轉化為小顆粒，顆粒結晶被細化，產生細微裂紋，密度發(fā)生變化；

②結晶物質：造成晶格的缺陷和畸形，生成無定型物質，性質發(fā)生轉變；

③化學變化：其中含有大量的潔凈水或OH羥基脫水，改變錳渣內部體系的活化能，從而產生新化合物結晶，化學鍵發(fā)生斷裂，從而使物質發(fā)生化學變化。

鑒于此，我們通過實驗，將廢棄錳渣通過磨機將其磨細到一定的程度，激發(fā)其潛在活性。處理過程簡要為烘干、粉焰（粉磨同時加入沸石），所得的微粉按標準試驗，各項性能符合國家標準，能滿足水泥混合材的技術要求。

1、錳渣對水泥混合材工作性能的影響

研究表明，隨著錳渣摻量的增加，水泥的坍落度變大，摻量為15%、30%時水泥坍落度增長較緩慢，當摻量大于30%時坍落度增長速率加大，這主要由于隨著錳渣摻量增加，水泥用量減少，早期水化反應較慢，黏結性能較弱。同時，隨著錳渣摻量的增加，沁水率略有變大。經正交試驗得出：用水量和錳渣比表面積是影響水泥混合材坍落度的主要因素，其中用水量的影響大，其次是錳渣的比表面積，再次是錳渣的摻量。

2、錳渣對水泥水化過程的影響

摻入錳渣后水泥的水化過程與硅酸鹽水泥的水化過程相似，其主要區(qū)別在于水泥中的錳渣的水化過程和水化產物。通過XRD與SEM觀察分析得出：摻有20%錳渣的水泥在水化早期，主要是以熟料的水化為主，生成了鈣礬石和少量顆粒狀C-S-H凝膠，同時水化產物和未水化顆粒相互穿插存在；在水化3d后，摻入的錳渣開始發(fā)生水化作用，生成了較多的鈣礬石、C-S-H凝膠，產生的沸石類礦物以及水化硅酸鈣填充在錳渣廢棄物顆粒之間，填充了孔隙；水化到7d，水化產物除了C-S-H凝膠和鋁酸鈣，還生成了大量的板狀自形的片沸石類礦物、桿狀或柱狀的鈣沸石類礦物、立方體形的桿沸石類礦物以及無定形凝膠狀的、化學組成上近似于片沸石的沸石類礦物。

3、錳渣對水泥混合材力學性能的影響

大量研究表明：錳渣的摻量對水泥混合材各個齡期的強度影響很大。早期強度隨摻量的增加迅速下降，中期強度下降速度減慢，后期在摻量為30%時強度保持不變，50%后下降明顯。由于錳渣的水化速度小于水泥，水泥混合材的早期強度幾乎都由水泥水化提供，隨著水泥水化時析出Ca (OH)2，錳渣處于這種堿性介質中，其中的硅鋁玻璃體中的部分Si-O、Al-O鍵在**性較強的OH-、Ca2+發(fā)生反應，生成水化硅酸鈣和水化鋁酸鈣，從而產生強度，這使得摻有錳渣的水泥混合材的中期強度下降變緩，后期強度能保持不變。

4、錳渣對水泥混合材收縮性能的影響

研究表明：錳渣水泥混合材干縮值與齡期有關，隨著齡期的增長其干縮值逐級變大，其中早期的干縮值增長率較大，后期的干縮值增長率較小。因此需要加強錳渣水泥混合材早期的養(yǎng)護。研究結果表明：錳渣水泥混合材的干縮值與錳渣的摻量和水灰比有關。摻入30%的錳渣，砂漿的49d干縮值與未摻入錳渣砂漿相比，隨著水灰比的遞增，分別下降7.5%、變大20%、19%、14%，干縮的程度變化不大。

5、錳渣對水泥混合材耐久性的影響

研究表明，當摻入適量的錳渣時，水泥混合材的抗?jié)B等級有一定的提高。研究表明，渣礦摻量在0?15%范圍內不影響錳渣水泥混合材抗凍性，當錳渣礦摻量大于15%時，錳渣水泥混合材抗凍性隨著錳渣摻量的增加而變弱。隨著錳渣摻量的增加，水泥混合材的耐磨性降低。為了提高錳渣水泥混合材的耐磨性，提高錳渣礦物中活性礦渣參與水化反應的速度和減少錳渣中惰性礦渣的含量。