工程用镍铁渣粉与矿粉理化特性对比研究

陈金辉

（中国电建集团福建工程有限公司， 福建 福州 350008）

0 引言

镍铁渣粉是镍冶炼厂和不锈钢冶炼厂排放的一种工业废渣，由镍渣研磨而成的，根据工艺的不同，又可分为矿热炉镍铁渣和粒化高炉镍铁渣。由于其具有活性，被活化后可以作为胶凝材料，在建筑工程中应用于混凝土浇筑、地基固化等。目前已经有不少学者对镍铁渣粉进行了一系列研究，如果将镍铁渣粉等量取代混凝土中的水泥运用于建设工程实践中，不仅能实现资源的循环利用，而且将大大降低工程的建设成本，具有很好的推广价值。本文将工程中常用的矿粉与镍铁渣粉进行分析对比，为相关工程应用提供参考。

1 粒径分布研究

试验采用激光粒度分析仪对镍铁渣粉和矿粉进行粒度分析。镍铁渣粉的粒径分布测定结果见表1。从中可以看出，镍铁渣粉的粒径累计分布曲线的斜率较大，微分分布数值在某一粒径范围也较大，从而说明，镍铁渣粉的粒径主要分布在某一粒径区间，离散性小。从表2-1 可知，镍铁渣粉的粒径主要分布在0.27µm～4.38µm之间，占80.55%。大于4.38µm和小于0.27µm的镍铁渣粉颗粒都较少，分别占整体的8.37%和6.07%。其中粒径小于0.13µm和大于8.7µm的镍铁渣粉颗粒非常少，分别紧占整体的1.4%和1.02%。

表1 镍铁渣粉的颗粒分布

矿粉的粒径分布测定结果见表2。矿粉的粒径分布比较集中的粒径区间为0.65µm～5.23µm，占整体的79.52%。大于5.23µm和小于0.65µm的颗粒分别占整体的10.5%和9.8%。

表2 粒化高炉矿渣的颗粒分布

通过对比分析镍铁渣粉粒度分析结果和矿粉粒度分析结果可知，矿粉的粒径分布和镍铁渣粉的粒径分布相似，粒径分布均比较集中，处在某一粒径范围之内，粒度的离散性小。但镍铁渣粉的粒径主要分布范围为0.27µm～4.38µm，矿粉的粒径主要分布范围为0.65µm～5.23µm，从整体上看，镍铁渣粉的粒径比矿粉更小。

2 化学成分及矿物组成对比分析

镍铁渣粉与矿粉的化学成分和矿物组成的分析结果见表3。掺和料的碱性系数和质量系数的计算公式分别为（CaO+MgO）/（SiO2+Al2O3）和（CaO+MgO+ Al2O3）/（SiO2+MnO+TiO2），根据表3 的数据可算出镍铁渣粉和矿粉的碱性系数分别为0.68和0.96，质量系数分别为1.68 和1.89，从而可知镍铁渣粉的碱性系数和质量系数均会比矿粉的小，但差距并不大。

表3 掺和料的化学成分

图1 为镍铁渣粉和矿粉的XRD 分析试验图谱。由图可知，镍铁渣粉和矿粉的XRD 图谱最明显的一个特征是，两种矿物掺和料的衍射图谱均存在一个很明显的鼓包，从而可以说明镍铁渣粉和矿粉的物相均以玻璃相为主，具有类似的活性。此外两种矿物掺和料的衍射图谱还可以观察到部分的衍射峰，经分析发现，该部分衍射峰均为掺和料中的氧化物。

图1 镍铁渣粉、矿粉的XRD 分析图谱

图2 不同龄期镍铁渣粉的活性指数

3 活性特性比较

矿物掺和料在混凝土、水泥土等物质中的作用主要分为三种，分别为形态效应、微集料填充效应和活性效应。形态效应和微集料填充效应对该物体的性能作用都很小，只是在早龄期时起到滚珠润滑作用和填充作用，而矿物掺和料的活性效应才是对物体性能好坏起决定作用和学者们研究的重点。矿物掺和料的活性效应主要是指当水泥水化到一定程度时，该环境中会存在大量由水泥水化生成的Ca2-和OH-，然后这些离子会与矿物掺和料中的活性物质进行反应，从而一方面激发了掺和料的活性，另一方面加快了水泥的水化。已有的研究表明，镍铁渣粉是一种活性主要在后期才得以发挥的矿物掺和料，因此，本次试验分别对镍铁渣粉的3d、7d、28d 和90d 龄期和矿粉的28d 龄期活性进行了测试。

试验分别测得了3d、7d、28d 和90d 龄期掺有镍铁渣粉胶砂的抗压强度和未掺镍铁渣粉胶砂的抗压强度，经处理后得到镍铁渣粉在不同龄期的活性指数分布图（图2）。从图2 可知，镍铁渣粉在3d、7d、28d 和90d 龄期的活性指数分别为48.3%、66.2%、82.7%和98.6%。由此可知，镍铁渣粉在早龄期时的活性很低，3d龄期和7d 龄期的活性指数分别为48.3%和66.2%，对胶砂强度的贡献非常小。而到了28d 龄期后，镍铁渣粉的活性开始得以更大的发挥，活性指数已经达到了82.7%，说明此时镍铁渣粉中的活性物质已经开始与水泥的水化物质发生反应，生成了部分对胶砂强度有益的物质。到90d 龄期时，镍铁渣粉的活性指数相比于28d龄期时有了更大的提高，上升到了98.6%。因此，镍铁渣粉是一种早期活性较低的矿物掺和料，但到28d 龄期以后，镍铁渣粉的潜在活性才会更大程度的得以发挥，并且到90d 龄期时还具有一定的活性。

4 结语

本文主要对镍铁渣粉和矿粉的物理化学特性进行了对比分析，得出如下结论：1）镍铁渣粉和矿粉具有比较相似的物理性质，两种矿物掺和料的粒径分布比较集中，均处在某一粒径范围之内，粒度的离散性小，矿物组成主要为玻璃相；2) 镍铁渣粉的碱性系数和质量系数均会比矿粉的小，但差距并不大，其物相均以玻璃相为主，具有类似的活性；3) 镍铁渣粉早龄期时的活性不高，其活性主要体现在后期，到90d 龄期时还具有一定的活性。

因此，镍铁渣粉可以代替矿粉作为混凝土的矿物掺合料，应用于地基加固、帷幕灌浆防渗，输电塔基础等混凝土建设工程中。