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浅谈矿渣在彩色地面砖的应用
摘 要：论述了用矿渣生产彩色地面砖的生产工艺、产品性能,并进行了经济分析。
关键词：矿渣；地面砖；经济分析
1.引 言
矿渣是高炉炼铁过程中排放的液态渣经过慢冷成块的固体废弃物。从化学成分分析看，属于硅酸盐质材料，其含铁量远低于钢渣，成分相对稳定，可代替普通石料，广泛应用于建筑和市政工程。武钢冶金渣公司近年来加大了开发力度，成功开发出利用矿渣生产彩色地面砖技术，并投资建设了一条矿渣彩色地面砖生产线。生产的矿渣彩色地面砖砖体坚固，耐磨耐压，耐水耐酸，砖面色彩鲜艳，品种有西班牙、枫叶、波浪型砖、8字型植草砖、X型植草砖等六个品种，采用矿渣、水泥为主要原料加工而成，年生产能力达300万块/年，年综合利用矿渣2万余吨，主要技术指标均达国家优等品标准，自1998年投放市场以来，为顾客广为接受。目前彩砖项目经过近八年的实践，形成规模并产生了效益。年销售收入达９０万元，设备投资额35万元已收回。我公司生产的颜色鲜艳、外观美观的彩色地面砖很快铺满了武钢厂内和武汉市的一些重要市政工程，给我们的城市增添了色彩和活力。由于我们采用的是矿渣，与其他砖厂所采用黄沙、石子价格相差近２０元/吨，因而生产成本较低，彩砖产品非常有市场竞争力。矿渣成功用于彩色地面砖的生产一方面可解决武钢矿渣的利用，另一方面可节约黄砂、石子等自然资源，具有良好的经济效益和环保效益。
2.原材料水泥：采用武汉华新水泥厂生产的42.5普通硅酸盐水泥，其各项指标符合GB175-1999标准。矿渣：采用武汉钢铁公司自己生产的矿渣，其粒径范围为0～10mm。其主要化学成分见表1。其质量系数(CaO+MgO+Al2O3)/(SiO2+MnO+TiO2)≥160，其他指标如放射性均符合GB6566-2001标准。
黄砂：选用两种砂即粗砂和细砂，其中粗砂和细砂的细度模数μf分别是3.2和1.8，其中含泥量(按重量计)均小于3.0%。
3.物料配合比根据矿渣的物理特点，其配合比应该按轻集料混凝土设计。根据我公司的设备特点，经过多次生产实践，我们认为以下配比为最宜。
以上配方是基本物料的配合比，在实际生产中我们可以根据实际情况比如物料的干燥程度、物料的粒度分布适当进行调整。另外可以根据市场需要适当添加外加剂。
表1 武钢矿渣主要化学成分分析报告(%)
| SiO2 |
Al2O3 |
CaO |
MgO |
K2O |
Na2O |
Mn |
P |
C |
S |
| 34.24 |
16.11 |
32.98 |
9.62 |
0.56 |
0.33 |
0.23 |
0.01 |
0.69 |
0.706 |
表2 物料配合比(质量百分比)(%)
| 底料水泥 |
细砂 |
水泥 |
矿渣 |
粗砂 |
| 26 |
74 |
18 |
82 |
0 |
| 28 |
72 |
16 |
73 |
11 |
| 42 |
58 |
15 |
85 |
0 |
| 38 |
62 |
12 |
65 |
23 |
4.生产工艺与砖成品性能机制砖的生产操作流程：①生产准备→②计量→③搅拌→④成型→⑤养护→⑥入库；釉面砖的生产操作流程：①生产准备→②计量→③搅拌→④面料灌模→⑤底料灌模→⑥养护→⑦脱模→⑧入库。有关混凝土搅拌过程需采用三次投料搅拌，先将矿渣和黄砂投入搅拌机搅拌60秒，然后加1/2用水量拌和60秒，然后加入水泥和其它添加剂搅拌3分钟，控制好用水量，直至拌和物均匀为止。此时拌和物的感官状态为“握紧成团、落地松散、在铁管上擦拭可擦出水泥浆”，较适合制品成型。但釉面砖的面料由于配方中水量加入较大，搅拌时成稀泥状所以釉面砖的面料搅拌可以一次加料，搅拌时间适当延长点。砖成型时的振动时间控制为：机制砖喂料振动8s～10s，加压振动10s～12s；釉面砖面料振动时间为2分钟，底料振动时间为3分钟。彩色地面砖的养护分机制砖和釉面砖两种不同的养护方式。机制砖在成型24小时后应该用洒水壶进行小心洒水，以后每天洒水三次，须持续一周，上表面须覆盖黑色塑料布，28天检验强度，合格出厂。而釉面砖采取自然养护，一周后进行脱模，码放好继续养护。砖在养护期间，应避免暴晒、雨淋和低温霜冻等。若出现冰冻现象要采取蒸气养护一周，方能脱模。28天检验强度，合格出厂。成型砖制品结构密实、棱角分明、表面平整、色彩鲜艳、感官良好，经技术检测其28天强度平均达到63.2Mpa，耐磨性指标磨坑长度达到28.0～32.0mm，吸水率≤50%。
5.矿渣对彩色地面砖的强度的影响机理分析矿渣对彩色地面砖的混凝土强度的影响与混凝土的水胶比有关，即矿渣用于机制砖和用于釉面砖对混凝土的强度影响是不同的。由于矿渣的水化需要水泥水化产生的氢氧化钙来激发，所以矿渣的水化比纯水泥的水化要慢。
(1)对于釉面砖，由于水胶比较大，绝大部分水泥的水化都能得到充分的水分供应，因而表现为纯水泥混凝土的早期强度比掺有矿渣的混凝土早期强度高，但由于矿渣的潜在活性作用，矿渣在水泥水化后期(一般在28天以后)表现出增强作用，于是掺有矿渣的混凝土的后期强度常常高于不掺矿渣的混凝土后期强度。
(2)对于机制砖，由于水胶比很低(低于0.3)，相同条件下，纯水泥水化时并非所有的水泥可以得到充足的水分供应，水泥因水分不足而难以充分水化，留下许多未水化的颗粒内核，加上水泥水化放热，温度升高，影响了强度的发展，使纯水泥混凝土的快速水化优势无法表现出来；而掺入矿渣后，水泥被一部分矿渣取代后，由于矿渣的活性高，能够改善水泥的水化环境，提高水化产物的质量，而且由于矿渣水化比水泥要慢，使水泥早期的水化比较充分，因此，掺矿渣的机制砖不仅后期强度比不掺矿渣的机制砖高，而且早期强度也可以超过相应的机制砖的相应强度。
6.经济分析使用矿渣做集料生产彩色地面砖，价格低廉，与普通混凝土生产的地面砖相比，可节省大量的砂、石和水泥，具有可观的经济效益。以武汉当地的水泥、砂子、碎石、矿渣价格分别为280、35、35、15元/吨为例，每立方米矿渣混凝土原材料和普通混凝土所用原材料的成本分别为107.50元和154.10元。平均到每一平方的砖大概釉面砖为7621元/平方，机制砖为6.783元/平方。而用传统的碎石、砂子制作的混凝土大概成本分别为10.892元/平方和9.720元/平方，相比较发现成本节约了30%之多。
7.结 论
(1)使用废弃的矿渣生产彩色地面砖是矿渣利用的一种新方向。生产出来的彩色地面砖的28天强度平均达到63.2Mpa，耐磨性指标磨坑长度达到28.0～32.0mm，吸水率≤5.0%，完全满足国家标准。
(2)使用废矿渣生产彩色地面砖，如选用设备精良，添加适当的外加剂，不仅可以替代价格昂贵的砂、石，还可以节省水泥用量，在建材市场竞争上有价格低廉的优势。这样既为生产厂家增加了经济效益，也提高钢铁企业的矿渣的利用附加值。
(3)使用废弃矿渣生产彩色地面砖减少了天然砂石的过度开采，保护了环境，也减少了矿渣的堆积从而造成的污染。因此，矿渣用于生产彩色地面砖具有较大的环保效益和社会效益。
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