铜渣粉作为混凝土掺合料的研究进展

摘要

铜渣是铜冶炼和精炼过程的副产物,以每产1 t铜副产2.2 t铜渣计算,2017年全球铜渣排放量达到了5170万t.但目前的铜渣处理仍以堆放为主,不仅占用了大量土地,重金属成分对堆放地也造成了严重的环境污染.铜渣,特别是水淬铜渣中含有较多的玻璃体,用作混凝土掺合料可以替代粉煤灰和矿渣,解决某些地区掺合料紧缺的状况.本文归纳总结了铜渣粉对混凝土工作性、力学性能和耐久性的影响,分析了铜渣作为掺合料使用时的环境安全性,提出了铜渣作为掺合料使用应注意的问题,为铜渣粉在混凝土行业中规模化应用提供了参考.近年的研究成果表明,水淬铜渣中的玻璃体含量高、活性更好,而缓冷铜渣的玻璃体含量虽低,但仍有一定的活性.由于存在活性低和重金属成分高的问题,铜渣粉对混凝土工作性、力学性能和耐久性的影响比矿渣、粉煤灰等常见掺合料复杂得多,阻碍了铜渣粉作为掺合料在混凝土中的应用.虽然存在不同观点,但多数研究成果表明铜渣粉可起到降低放热量、改善工作性及减少用水量的作用,同时也会产生泌水率增加的问题.由于活性偏低、重金属成分较高,铜渣粉的缓凝作用明显,不过大掺量使用所引起的凝结时间延长问题在多数研究中是可控的.铜渣粉导致混凝土早期强度不足,可通过添加激发剂、提高细度、降低水灰比等方式予以缓解和控制.铜渣粉对混凝土强度的负面影响会随龄期延长逐渐减轻,甚至在一段时间后对强度有利.此外,铜渣粉还能提高混凝土弹性模量并减少收缩,对抗断裂性能也无明显不利影响.但以不同指标评价混凝土脆性时,铜渣粉的作用还存在较大的争议.由于可促使毛细孔隙等有害孔隙数量减少,铜渣粉可使混凝土的吸水速率和吸水量降低,从而使耐久性等级有所改善.除优化孔隙结构外,铜渣粉与Ca(OH)2反应生成C-S-H凝胶,可改善过渡区,提高混凝土抗碳化、抗氯离子渗透性和抗硫酸盐侵蚀的能力.