基于矿渣的一种新型建筑材料试验研究
1 引言
目前，新型环保建筑材料的有关研究都属于较新的领域，国内外有价值的研究成果不多，且多数属于试探性的研究。韩静云、郜志海探讨了锰铁高炉水淬矿渣的利用，对其潜在水硬性、火山灰性进行了试验研究，测试了水泥试件的抗压强度比，并与普通生铁高炉矿渣、粉煤灰的活性作了对比[1] 。蒲心诚等研究和开发了高性能碱-矿渣混凝土[2]。吕昌高则开发了高碱-矿渣-粉煤灰混凝土[3] 。孙宝云等人利用莱钢产生的高炉渣以30%的掺量代替水泥，强度达到了标号为325的普通硅酸盐水泥的要求[4] 。
本试验所研究的新型建筑材料是由3种原料组成，其中以矿渣（NK）为主要成分，另外辅以两种编号分别是 BY及NA的原料。该类建筑材料与水泥相比，具有较低的成本、良好的环境效益，实现了工业固体废弃物的综合利用，对建设资源节约型社会具有重要意义。
2 试验
2.1 试验原料成分及比表面积测定
2.1.1 试验原料成分分析
本试验所采用的矿渣经测定密度为2.97g/cm3 ，主要成分见表1。
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2.1.2 试验原料比表面积测定
为了进一步了解矿渣的活性，在实验室采用勃氏比表面积测定仪对试验用矿渣的比表面积进行了测定，结果见表2。
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根据上述试验所记录的标准水泥与矿渣的下降时间，以下式来计算矿渣的比表面积：
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式中：Ss — 标准水泥的比表面积（cm2 /g）； Ts — 标准水泥的降落时间（s）； S — 试验矿渣的比表面积（cm2 /g）； T — 试验矿渣的降落时间（s）。由上式计算所得矿渣的比表面积S的平均值为 5936cm2 /g，将之定为试验矿渣的比表面积。
2.2 试样制备过程与测试方法
本试验按照一定比例将3种原料进行充分混合，然后加水搅拌（水灰比0.27），制成3cm×3cm×5cm的净浆试块。试块在标准养护箱（温度20±2℃、湿度 95％）内养护28d。龄期结束后，用压力机对其无侧限抗压强度进行测试。以无侧限抗压强度为指标，确定3种原料的最佳配比。最佳配比确定后，用该配比制成砂浆试块（4cm×4cm×16cm），送国家建筑材料测试中心测试，再与325水泥强度性能进行比较。
3 试验结果与分析
3.1 净浆无侧限抗压强度试验
本试验采用单因素试验，考虑到实际工程成本的可行性，3种试验原料配比的选取范围为：BY的质量分数为7％～15％、NA的质量分数为1％～3％，其余由 NK来补充。净浆试块每组三块，试验后取平均值。试验结果如表3所示。
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（1）从表3可以看出，当BY的含量为14％、NA的含量为2％、NK含量达到84％时，净浆试块的抗压强度达到最大，为89.1MPa。故用此组配比作为砂浆试块的最优配比。
（2）随着BY量的逐渐增加，净浆试块抗压强度也逐渐增大，当BY的含量在14％时，达到最大；当BY含量大于14％时，强度反而减小。其原因是，BY含量增加到一定程度后，与水混合，在试块内部容易形成膨胀，影响了抗压强度。
（3）从试验结果来看，当BY的量一定时，NA的量对强度的贡献有增强的，也有减弱的。造成这种现象的原因可能是由于NA的用量对NK的用量有交互作用，所以不能确定强度出现波动是由于NA还是由于NK。同时，由于NA量比较小，在试验原料称量过程中可能会造成一定的误差，导致强度有高有低。
3.2 砂浆强度测试
将BY含量为14％、NA含量为2％、NK含量为84％的一组最优配方，按照国家有关标准，进行砂浆配比，制作成砂浆试块，在养护箱内养护28d后，送国家建筑材料测试中心检测，检测项目为抗压强度和抗折强度，测试结果见表4。
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从检测结果可以看出，该组最优配方的砂浆试块其抗压强度达到了37.5MPa，抗折强度达到了5.8MPa，与《通用硅酸盐水泥》（GB175－2007）中标号为325的矿渣水泥强度标准（抗压强度≥32.5MPa，抗折强度 ≥5.5MPa）相比，其抗压强度高出5MPa，提高幅度为15.4％；抗折强度高出0.3MPa，提高幅度为5.5％，完全可以满足标号325的矿渣水泥的强度指标，可实现 325水泥的部分工程替代。
4 结论
（1）通过试验研究，当BY含量为14％、NA含量为2％、NK含量为84％时，净浆试块的强度达到最大，为89.1MPa，其强度与标号为325水泥的强度相当。
（2）用最优的矿渣配方制成的砂浆试块，其抗压强度达到37.5MPa，抗折强度达到5.8MPa，其强度性能指标要优于325水泥。
（3）本项研究的最优配比砂浆试块与水泥相比，其成本较低，对环境较友好，强度性能较优，可达到在部分工程中替代水泥的作用。
参考文献：
[1] 韩静云，郜志海，董苏波. 锰铁合金渣在混凝土中的应用[J].铁合金， 2006 (04) .
[2] 蒲心诚，王冲，刘芳等. 特超强高性能混凝土的研制与展望[J].混凝土与水泥 制品，2008 (12) .
[3] 吕昌高. 排水管混凝土的改性试验研究[J].混凝土，2002 (08) .
[4] 孙宝云.粒化高炉矿渣粉的生产技术及其应用[J]. 四川水泥，2007 (01) .
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