鉛鋅尾礦制備加氣混凝土的試驗研究

陳智華，秦哲煥

(武漢建筑材料工業(yè)設(shè)計研究院有限公司，武漢 430073)

我國85%的原材料依賴于礦產(chǎn)資源，但礦產(chǎn)資源是不可再生資源，隨著社會發(fā)展和過度開采，勢必會造成資源的枯竭[1]。截至目前，我國金屬尾礦的利用率還不足10%，一些發(fā)達國家對尾礦的利用率已達60%[2，3]。大量的尾礦采用自然堆放的處理方式，不僅會造成環(huán)境的污染，也存在一定的安全隱患[4，5]。近年來，尾礦的綜合利用得到了政府和科研部門的重視。鉛鋅尾礦主要成分和石英砂相似，用其制備加氣混凝土在理論上是可行的。

1 試 驗

1.1 原材料

1.1.1 硅質(zhì)原料

1)鉛鋅尾礦采用吉林省某礦山鉛鋅尾礦，原尾礦約有57%的粒徑在45 μm以下，約71%的粒徑在90 μm以下，其化學(xué)成分分析見表1。

表1 鉛鋅尾礦化學(xué)成分 w/%

2)由表1可以看出，采用的鉛鋅尾礦的二氧化硅含量為49.56%，沒有達到生產(chǎn)加氣混凝土對硅質(zhì)材料中二氧化硅的要求(根據(jù)《JC/T—622 硅酸鹽建筑制品用砂》的要求，適用于生產(chǎn)加氣混凝土的砂，其二氧化硅含量最低為65%)，因此，選用一些二氧化硅含量較高的硅質(zhì)材料(試驗采用石英砂、河砂)與鉛鋅尾礦進行復(fù)摻[6]，其主要化學(xué)成分分析見表2。

表2 石英砂、河砂化學(xué)成分 w/%

1.1.2 鈣質(zhì)材料

1)生石灰：采用市面上售賣的中速消解石灰，依據(jù)《JCT 478—2013建筑石灰試驗方法》檢測得到A(Cao+MgO)含量為71.4%，消解時間為5 min，消解溫度可達80 ℃。

2)水泥：采用華新P·O 42.5水泥，其化學(xué)組成見表3。

表3 水泥化學(xué)成分 w/%

1.1.3 其他材料

1)發(fā)氣劑：采用市售工業(yè)生產(chǎn)用鋁粉膏，檢測得到含水量為35%。

2)調(diào)節(jié)劑：二水石膏，分析純。

1.2 試驗流程

以B06級別加氣混凝土為目標(biāo)，采用100 mm×100 mm×300 mm的三聯(lián)模具進行試塊制備。確定試塊制備流程如下：先將所需干物料混合均勻，加入55 ℃溫水，待料漿攪拌均勻后，將提前備好的鋁粉膏溶液加入料漿中，再攪拌約40 s，進行澆筑，等靜停、脫模、蒸壓養(yǎng)護后得到砌塊[8]。發(fā)氣和靜停在55 ℃烘箱內(nèi)進行，為了保證坯體結(jié)構(gòu)完整且在進行蒸壓養(yǎng)護前具有一定的強度，靜停時間控制為5 h。蒸養(yǎng)制度為：升溫升壓2 h，1.3 MPa下保壓8 h。

2 配比參數(shù)

2.1 鋁粉膏

2.1.1 鋁粉膏添加方式

鋁粉膏作為加氣混凝土的加氣劑，其摻量的多少直接影響制品的發(fā)氣情況，進而決定制品最終的絕干體積密度。前期探索試驗比較了鋁粉膏的不同添加方法對制品發(fā)氣情況的影響，結(jié)果見表4。

表4 鋁粉膏添加方法對發(fā)氣情況的影響

表4結(jié)果顯示，鋁粉膏在熱水中的分散性不好，粘壁會導(dǎo)致鋁粉膏質(zhì)量損失，使實際摻入量降低，影響發(fā)氣效果，烘干后也無法得到改善。將鋁粉膏直接溶于常溫水制成鋁粉溶液，再加入料漿中，制品的發(fā)氣效果最好。

2.1.2 鋁粉膏用量

鋁粉膏摻量和試塊的絕干密度關(guān)系見圖1。

以B06級加氣混凝土為制備目標(biāo)，絕干密度應(yīng)小于625 g/cm3，由圖1可以看出，鋁粉的摻量為0.1%(濕重)最為合適。

2.2 水料比

水料比是影響料漿澆注穩(wěn)定性的重要因素，水料比過高時，料漿過稀，容易冒泡塌模；水料比過低時，料漿稠度高，會憋氣而影響氣孔均勻性[9]。試驗以鉛鋅尾礦替換石英砂或河砂制備加氣混凝土，不同配比中摻入的硅質(zhì)材料不同，水料比也有所差異。

2.3 鉛鋅尾礦細度

硅質(zhì)材料細度是影響制品強度的關(guān)鍵因素。將鉛鋅尾礦進行球磨處理，過200目篩，得到不同細度的鉛鋅尾礦制成的制品強度結(jié)果見表5。

表5結(jié)果顯示，鉛鋅尾礦越細，物理活性越高，與鈣質(zhì)材料反應(yīng)更加充分，在一定程度上降低鉛鋅尾礦

表5 不同鉛鋅尾礦細度對制品強度的影響

的細度可以有效提高制品強度，細度過低的話制品內(nèi)部也無法形成良好的骨架結(jié)構(gòu)[7]，最終影響強度。綜合考慮制品性能和原材料處理時間，選用200目篩余10%的細度組成較優(yōu)。

2.4 試驗配比

根據(jù)某加氣混凝土廠家的生產(chǎn)經(jīng)驗及前期的探索試驗，設(shè)計配合比為：硅質(zhì)材料65%，水泥15%，生石灰18%，二水石膏2%。試驗以0、20%、40%、60%、80%及100%的鉛鋅尾礦分別代替石英砂、河砂共11組配方制備加氣混凝土試塊。各配方鋁粉膏摻量均為0.1%(濕重)，水料比根據(jù)鉛鋅尾礦占硅質(zhì)材料比例求均值并進行調(diào)整。

3 結(jié)果和分析

各組配比和試驗結(jié)果如表6和表7所示。

表6 鉛鋅尾礦-石英砂組加氣混凝土力學(xué)性能的試驗結(jié)果

表7 鉛鋅尾礦-河砂組加氣混凝土力學(xué)性能的試驗結(jié)果

由表6和表7可以看出，不論是鉛鋅尾礦-石英砂組，還是鉛鋅尾礦-河砂組，隨著鉛鋅尾礦摻量的增大，制品的強度逐漸減小。在蒸壓養(yǎng)護條件下，各配方參與的反應(yīng)水質(zhì)量有所差異，故絕干密度隨著鉛鋅尾礦摻量不同沒有明顯的變化趨勢，但各組配方都屬于B06級別，滿足設(shè)計目標(biāo)。

表6和表7中抗壓強度為制品的絕干抗壓強度，查閱文獻可知，制品的標(biāo)準(zhǔn)強度約為絕干強度的80%[10]，即滿足B06級別的合格品制品的絕干強度應(yīng)大于4.3 MPa。不同硅質(zhì)原料組成對應(yīng)制品強度曲線如圖2所示。

由圖2可以直觀看出，以鉛鋅尾礦來制備加氣混凝土是可行的，但由于鉛鋅尾礦的二氧化硅含量較低，不能夠制備出滿足規(guī)范要求的制品，需要與其它二氧化硅含量較高的硅質(zhì)材料進行復(fù)摻。通過圖2的趨勢線可以看出，在當(dāng)前實驗配方下，鉛鋅尾礦-石英砂組，鉛鋅尾礦占硅質(zhì)材料量應(yīng)小于58%，即總干物料的38%；鉛鋅尾礦-河砂組，鉛鋅尾礦占硅質(zhì)材料量應(yīng)小于38%，即總干物料的25%。

4 結(jié) 論

a.利用鉛鋅尾礦制備加氣混凝土拓寬了加氣混凝土原料范圍，具有節(jié)能環(huán)保、節(jié)約成本的優(yōu)點，但鉛鋅尾礦需要與二氧化硅含量高的硅質(zhì)材料復(fù)摻才可制備出滿足規(guī)范要求的制品。

b.鋁粉添加方式應(yīng)采用常溫水制成鋁粉溶液，再加入料漿中攪勻；相同配方，硅質(zhì)材料不同，水料比有所差異；鉛鋅尾礦應(yīng)進行球磨處理來提高反應(yīng)活性，細度也不宜過低，200目篩余10%較佳。

c.在配比：硅質(zhì)材料65%，水泥15%，生石灰18%，二水石膏2%中，鉛鋅尾礦-石英砂組，鉛鋅尾礦占硅質(zhì)材料量應(yīng)小于58%，鉛鋅尾礦-河砂組，鉛鋅尾礦占硅質(zhì)材料量應(yīng)小于38%，才可制備出滿足B06、A3.5級加氣混凝土。