赤泥在新型镁质环保建材中的应用探讨

2020-06-30戴丽聪李成步晖涵

商品混凝土 2020年6期

戴丽聪，李成，步晖涵

（1.常州市众华建材科技有限公司，江苏常州 213003；2.江苏蓝圈新材料股份有限公司，江苏镇江 212000）

0 前言

赤泥是制铝工业提取氧化铝时排出的污染性废渣。一般，平均每生产 1 吨氧化铝，便产生出 1～2 吨赤泥。中国作为世界氧化铝生产大国，每年排放的赤泥高达数百万吨之多。铝土矿中铝含量产量高的，基本都是采用拜尔法炼铝，这种泥被称为“拜尔法赤泥”；铝土矿中铝含量产量低的，都是采用烧结法或烧结法和拜尔法联合炼铝，这种赤泥分别被称为“烧结法赤泥”或“联合法赤泥”。

赤泥矿物成分复杂，世界上常规采用多种方法对其进行分析，主要有偏光显微镜、扫描显微镜、差热分析仪等方法。用以上几种方法测出赤泥的主要矿物成分为文石和方解石，含量在 60%～65% 左右；其次是蛋白石、三水铝石、针铁矿成分；含量最少的成分是钛矿石、菱铁矿、天然碱、水玻璃、铝酸钠和火碱。赤泥的矿物成分复杂，且不符合天然土的矿物组合。赤泥中含有多种微量元素，而放射性主要来自于镭、钍、钾。赤泥的物理性质：颗粒直径 0.088～0.25mm，比重 2.7～2.9，容重 0.8～1.0g/cm3，熔点 1200～1250℃。赤泥的 pH 值很高，其中：浸出液的 pH 值为 12.1～13.0，氟化物含量 11.5～26.7mg/L；赤泥的 pH 值为 10.29～11.83，氟化物含 4.89～8.6mg/L。

本文中探讨的镁质环保建材使用的是经过检测合格的赤泥，其放射性物质含量均符合 GB 6566—2010《建筑材料放射性核素限量》的要求。镁质胶凝材料是以氧化镁为主要成分的气硬性胶凝材料，用水调制氧化镁时，将生成氢氧化镁，浆体凝结硬化慢，硬化后强度低。用氯化镁、硫酸镁等盐类溶液调制的镁质胶凝材料具有早强、质轻、耐火、耐冲击、与有机材料结合性能好等特点，在装饰、建筑节能等方面具有良好的运用优势，是一种绿色节能环保的建筑材料。目前镁质胶凝材料主要应用于建筑材料，因其有耐水性差、易变形、易返卤返霜、易使钢筋腐蚀等缺点，在一定程度上限制了其应用，近几十年来经过众多科研院所的共同努力，获得了较好的效果，但是由于技术保密的原因，并不能使所有的菱镁制品企业掌握其核心技术，使得菱镁制品质量水平参差不齐。硫酸镁、氧化镁和水制成的硫氧镁胶凝材料，保留了菱镁胶凝材料的部分优点，克服了吸潮返卤、腐蚀钢筋等缺点，但是硫氧镁胶凝材料如果不经过改性也有强度较低的缺点，如果我们能够进一步或者深入研究，提高硫氧镁胶凝材料性能，必将使硫氧镁胶凝材料应用前景更加广阔。硫酸镁、氧化镁和水制成的硫氧镁胶凝材料，保留了菱镁胶凝材料的部分优点，克服了吸潮返卤、腐蚀钢筋等缺点，但是硫氧镁胶凝材料如果不经过改性也有强度较低的缺点，如果能够进一步提升硫氧镁胶凝材料性能，必将使硫氧镁胶凝材料应用前景更加广阔。

本课题主要是研究赤泥对于硫氧镁水泥物理性能的增强作用，还有如何将赤泥用于增强硫氧镁水泥的同时，使其能够均匀地分散于水泥基材料中的方法，来探讨其对于水泥浆体流动性和其他性能的影响。

1 赤泥对硫氧镁水泥性能影响的研究

1.1 试验原料及仪器

1.1.1 试验原料

试验所用原料及产地见表1。

表1 赤泥影响硫氧镁水泥性能研究原料

1.1.2 试验仪器

试验所用仪器见表2。

表2 试验仪器

1.2 试验步骤

1.2.1 搅拌

每锅胶凝材料使用小型机械搅拌机进行搅拌，一开始搅拌机处于待机状态，然后按以下程序进行操作：首先，将配方所需赤泥分别标记称好，1# 6%、2# 7%、3# 8%、4# 9%、5# 10%，用准备好的烧杯统一称量硫酸镁溶液；第二步，将称好的氧化镁和硫酸镁溶液先倒入锅中低速搅拌约 30s 左右，然后加入赤泥低速搅拌30s，停止搅拌 90s，且在第一个 15s 时间内使用一胶刀片刮具将叶片和搅拌机锅壁上的浆料，刮入锅中间，然后在高速运转下搅拌 60s 时间，每个搅拌阶段的时间误差应控制在±1s 范围内。

1.2.2 试件的制备

胶凝材料制备后应立即进行成型，将空的试模和模套固定在振实台上，用一个勺子直接从搅拌锅里将胶凝材料分成二层装入试模，完成后在试模上作好标记1#、2#、3#、4#、5#。

1.2.3 试件的养护

将试件放入湿度 90%、温度 30℃的恒温恒湿养护箱内养护。

1.2.4 抗折与抗压性能的测试

（1）抗折强度测试是将试体一个侧面放在多功能试验机的支撑圆柱上，让试体的长轴垂直于支撑圆柱，慢慢通过 (50±10)N/s 的速率均匀地将荷载垂直地加在棱柱体相对侧面上，直到试体折成两段。

（2）抗压强度测试是在半截棱柱体的侧面上进行的试验。将半截棱柱体的中心与压力机板受压中心差控制在±0.5mm 之内，把棱柱体露在压板外，露出来的部分约 10mm，整个加荷过程中速度应控制在 (2400±200)N/s 的速率，适量、均匀地加荷直至到破坏为止，停止试验。

1.2.5 凝结时间测试

1.2.5.1 初凝时间的测定

从试件放在湿气养护箱开始，从加水 30min 时进行第一次试验测定。测定时，取出试模放至试针下面，使试针头与水泥净浆表面间接接触，把螺丝拧紧 1s 到 2s后，突然放开，使试针垂直自由落体的沉入水泥净浆里面，仔细观察试针停止下沉时，或者在释放试针 30s 时后的指针读数；当试验临近初凝时间时，每间隔 5min时间开始测定一次，如果试针沉至距底板大约 (4±1)mm 的时候，就是水泥达到初凝的状态；记录水泥的初凝时间。

1.2.5.2 终凝时间的测定

为了试验的准确性，我们在终凝针上安装了一个环形的附件。在经历初凝时间测定试验后，应立即将试模连同浆体平移的从玻璃板上面取下，翻转 180 度后将直径大的那端向上摆放，小的那端向下放在平直的玻璃板上，之后再次把试件放入湿气养护箱中继续养护。当试验临近终凝时间时，应当间断每隔 15min 测定一次，确认试针沉入试体 0.5mm 时，即为试验附件不能在试体上留下痕迹的时候，判断水泥达到终凝的状态。记录时间为水泥的终凝时间。

1.2.5.3 终凝时间测定注意要点

在最初测定的试验操作时，应轻轻扶持住金属柱，让其徐徐往下移动，以防止试针撞弯掉，试验结果必须以自由下落为标准。整个试验的过程中，应当注意临近初凝和终凝时，每隔 5min、每隔 15min（或更短时间）测定一次，到达初凝或终凝的时候应立即重复测一次，当两次结论相同时才能确定到达初凝或者终凝状态，而且每次测定不能将试针落入原针孔处，每次测定完毕后，必须将试针擦拭干净，并且将试模放回湿气养护箱内重新养护，整个试验测试过程要防止试模受振动和颠斜。