工程用鎳鐵渣粉與礦粉理化特性對比研究

陳金輝

（中國電建集團福建工程有限公司， 福建 福州 350008）

0 引言

鎳鐵渣粉是鎳冶煉廠和不銹鋼冶煉廠排放的一種工業廢渣，由鎳渣研磨而成的，根據工藝的不同，又可分為礦熱爐鎳鐵渣和?；郀t鎳鐵渣。由于其具有活性，被活化后可以作為膠凝材料，在建筑工程中應用于混凝土澆筑、地基固化等。目前已經有不少學者對鎳鐵渣粉進行了一系列研究，如果將鎳鐵渣粉等量取代混凝土中的水泥運用于建設工程實踐中，不僅能實現資源的循環利用，而且將大大降低工程的建設成本，具有很好的推廣價值。本文將工程中常用的礦粉與鎳鐵渣粉進行分析對比，為相關工程應用提供參考。

1 粒徑分布研究

試驗采用激光粒度分析儀對鎳鐵渣粉和礦粉進行粒度分析。鎳鐵渣粉的粒徑分布測定結果見表1。從中可以看出，鎳鐵渣粉的粒徑累計分布曲線的斜率較大，微分分布數值在某一粒徑范圍也較大，從而說明，鎳鐵渣粉的粒徑主要分布在某一粒徑區間，離散性小。從表2-1 可知，鎳鐵渣粉的粒徑主要分布在0.27μm～4.38μm之間，占80.55%。大于4.38μm和小于0.27μm的鎳鐵渣粉顆粒都較少，分別占整體的8.37%和6.07%。其中粒徑小于0.13μm和大于8.7μm的鎳鐵渣粉顆粒非常少，分別緊占整體的1.4%和1.02%。

表1 鎳鐵渣粉的顆粒分布

礦粉的粒徑分布測定結果見表2。礦粉的粒徑分布比較集中的粒徑區間為0.65μm～5.23μm，占整體的79.52%。大于5.23μm和小于0.65μm的顆粒分別占整體的10.5%和9.8%。

表2 粒化高爐礦渣的顆粒分布

通過對比分析鎳鐵渣粉粒度分析結果和礦粉粒度分析結果可知，礦粉的粒徑分布和鎳鐵渣粉的粒徑分布相似，粒徑分布均比較集中，處在某一粒徑范圍之內，粒度的離散性小。但鎳鐵渣粉的粒徑主要分布范圍為0.27μm～4.38μm，礦粉的粒徑主要分布范圍為0.65μm～5.23μm，從整體上看，鎳鐵渣粉的粒徑比礦粉更小。

2 化學成分及礦物組成對比分析

鎳鐵渣粉與礦粉的化學成分和礦物組成的分析結果見表3。摻和料的堿性系數和質量系數的計算公式分別為（CaO+MgO）/（SiO2+Al2O3）和（CaO+MgO+ Al2O3）/（SiO2+MnO+TiO2），根據表3 的數據可算出鎳鐵渣粉和礦粉的堿性系數分別為0.68和0.96，質量系數分別為1.68 和1.89，從而可知鎳鐵渣粉的堿性系數和質量系數均會比礦粉的小，但差距并不大。

表3 摻和料的化學成分

圖1 為鎳鐵渣粉和礦粉的XRD 分析試驗圖譜。由圖可知，鎳鐵渣粉和礦粉的XRD 圖譜最明顯的一個特征是，兩種礦物摻和料的衍射圖譜均存在一個很明顯的鼓包，從而可以說明鎳鐵渣粉和礦粉的物相均以玻璃相為主，具有類似的活性。此外兩種礦物摻和料的衍射圖譜還可以觀察到部分的衍射峰，經分析發現，該部分衍射峰均為摻和料中的氧化物。

圖1 鎳鐵渣粉、礦粉的XRD 分析圖譜

圖2 不同齡期鎳鐵渣粉的活性指數

3 活性特性比較

礦物摻和料在混凝土、水泥土等物質中的作用主要分為三種，分別為形態效應、微集料填充效應和活性效應。形態效應和微集料填充效應對該物體的性能作用都很小，只是在早齡期時起到滾珠潤滑作用和填充作用，而礦物摻和料的活性效應才是對物體性能好壞起決定作用和學者們研究的重點。礦物摻和料的活性效應主要是指當水泥水化到一定程度時，該環境中會存在大量由水泥水化生成的Ca2-和OH-，然后這些離子會與礦物摻和料中的活性物質進行反應，從而一方面激發了摻和料的活性，另一方面加快了水泥的水化。已有的研究表明，鎳鐵渣粉是一種活性主要在后期才得以發揮的礦物摻和料，因此，本次試驗分別對鎳鐵渣粉的3d、7d、28d 和90d 齡期和礦粉的28d 齡期活性進行了測試。

試驗分別測得了3d、7d、28d 和90d 齡期摻有鎳鐵渣粉膠砂的抗壓強度和未摻鎳鐵渣粉膠砂的抗壓強度，經處理后得到鎳鐵渣粉在不同齡期的活性指數分布圖（圖2）。從圖2 可知，鎳鐵渣粉在3d、7d、28d 和90d 齡期的活性指數分別為48.3%、66.2%、82.7%和98.6%。由此可知，鎳鐵渣粉在早齡期時的活性很低，3d齡期和7d 齡期的活性指數分別為48.3%和66.2%，對膠砂強度的貢獻非常小。而到了28d 齡期后，鎳鐵渣粉的活性開始得以更大的發揮，活性指數已經達到了82.7%，說明此時鎳鐵渣粉中的活性物質已經開始與水泥的水化物質發生反應，生成了部分對膠砂強度有益的物質。到90d 齡期時，鎳鐵渣粉的活性指數相比于28d齡期時有了更大的提高，上升到了98.6%。因此，鎳鐵渣粉是一種早期活性較低的礦物摻和料，但到28d 齡期以后，鎳鐵渣粉的潛在活性才會更大程度的得以發揮，并且到90d 齡期時還具有一定的活性。

4 結語

本文主要對鎳鐵渣粉和礦粉的物理化學特性進行了對比分析，得出如下結論：1）鎳鐵渣粉和礦粉具有比較相似的物理性質，兩種礦物摻和料的粒徑分布比較集中，均處在某一粒徑范圍之內，粒度的離散性小，礦物組成主要為玻璃相；2) 鎳鐵渣粉的堿性系數和質量系數均會比礦粉的小，但差距并不大，其物相均以玻璃相為主，具有類似的活性；3) 鎳鐵渣粉早齡期時的活性不高，其活性主要體現在后期，到90d 齡期時還具有一定的活性。

因此，鎳鐵渣粉可以代替礦粉作為混凝土的礦物摻合料，應用于地基加固、帷幕灌漿防滲，輸電塔基礎等混凝土建設工程中。