水淬锰渣保温墙砖的制备及保温-强度机理研究

摘要

锰渣是锰系合金冶炼或锰矿石冶炼生铁过程中排放的一种废矿渣，被水淬后形成大量封闭或半开孔的蜂窝状水淬锰渣。大量废弃的绿色锰渣因不能当做水泥混合材，而堆积、填埋。现在国内已经开展了对具有一定活性的黄色锰渣用作掺合料的研究，但对排量更大的绿色硅锰渣却予以忽略，绿锰渣与黄锰渣一样具有较高内部孔隙率，很好的化学稳定性。本课题以利用硅锰渣的这一特性，变废为宝为目标，开展了在现有制造水平下最大限度提高锰渣利用率的研究工作，实现废弃锰渣的全部资源化，利用水淬后的锰渣多孔性制得具有较好保温性能的轻质保温墙砖。
　　 本论文从水淬后的锰渣和主要材料的性质出发，重点分析了水淬锰渣的化学成分、孔隙率和放射性等，以研究锰渣水泥基轻质保温墙砖的制备工艺为主线，寻求锰渣墙砖的各成分最优配比为目标，采用正交试验设计为引导，开展了原材料的预处理、墙砖制成工艺优化、墙砖养护工艺优化、原料配比优化等的模块化研究，研究结果表明在设定工艺下多孔锰渣颗粒可以用作制备保温材料，当配比为锰渣1120g(含水5％)、P·O42.5水泥190g、硅灰15g、激发剂2.0g、废剑麻12.0g、拌合水量233g时，可以制得一标砖(240*115*53mm)，达到了现有保温材料加气混凝土A2.0的规格要求。
　　 研究了锰渣轻质保温墙砖的强度与含水率、导热性能的三者间关系，以及在复杂环境下的墙砖干缩性，通过实验和建模计算得出了锰渣墙砖的有效导热系数方程Keff=εKf+0.5(1-ε)Ks，墙砖干缩与胶材量回归关系方程S=0.266+0.98X。研究了复合胶材下，硅灰对锰渣墙砖的强度性能影响，借助力学测试、XRD和SEM等手段，分析了复合胶材的水化产物及微观结构，找出复合胶材在不同温度和时间下的强度增长原因，寻求出增强墙砖早期性能的方法。
　　 本论文从制备工艺、原料组成、机理分析三个角度出发，以墙砖的强度、导热、孔隙率和外观形貌为主要标准，通过初步探索，已经制得轻质锰渣保温墙砖，具体性能数值为导热系数r=0.14～0.15W/(m·k)、抗折强度为0.7MPa、抗压强度为2.5MPa、常温不同湿度下的体积密度为1.03～1.12g/cm3，与同等级的加气混凝土保温材料相比，各有特色。