王帥，張帥柯，王宇琪

（1.沈陽(yáng)工業(yè)大學(xué)，遼寧 沈陽(yáng) 110870；2.中交一公局集團(tuán)第七工程有限公司，河南 三門(mén)峽 472000；3.遼寧省交通規(guī)劃設(shè)計(jì)院有限責(zé)任公司，遼寧 沈陽(yáng) 110000）

銅尾渣是冶煉銅過(guò)程中產(chǎn)生的固體廢渣，每年冶金廢渣可達(dá)3000萬(wàn)噸，而銅渣的排放規(guī)格更是高達(dá)冶金廢渣的30%。銅渣中含有大量的鐵和二氧化硅，若大量的廢棄銅渣能夠合理處置與利用[1]有助于改善有色冶金產(chǎn)業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益，利于綠色循環(huán)利用，響應(yīng)國(guó)家政策即《2015年循環(huán)經(jīng)濟(jì)推進(jìn)計(jì)劃》[2]。銅渣常見(jiàn)的回收利用途徑有磨礦浮選回收、做水泥原料、制備膠凝材料等方式[3]。用銅渣粉制備活性粉末混凝土路面磚，首先是合理利用了廢棄資源，其次是降低了RPC的制作成本，對(duì)銅尾渣的綜合利用具有長(zhǎng)遠(yuǎn)意義[4]。

1 試驗(yàn)

1.1 試驗(yàn)原材料

活性粉末混凝土的主要成分含有水泥、硅灰、石英砂（細(xì)、中細(xì)、特細(xì)三種規(guī)格）、石英粉以及鋼纖維[5]，活性粉末混凝土強(qiáng)度增高的同時(shí)，脆性也較大，需要鋼纖維參與進(jìn)來(lái)增加活性粉末混凝土的韌性，降低脆性[6]。需用到聚羧酸高效減水劑控制水膠比，減水率高達(dá)30%。

試驗(yàn)中需用到銅尾渣、硅灰、石英砂、石英粉和纖維，42.5硅酸鹽水泥聚羧酸高效減水劑，Ca(OH)2激發(fā)劑。銅渣和石英粉主要化學(xué)組分及含量見(jiàn)表1、2。

銅尾渣的化學(xué)組分 表1

石英粉化學(xué)成分 表2

1.2 試驗(yàn)方法

銅尾渣的化學(xué)組分與RPC中細(xì)骨料（石英粉）類(lèi)似，銅渣粉是由銅尾渣過(guò)篩干燥，并以80℃高溫烘干用球磨機(jī)打磨所得[7]。在已制備標(biāo)準(zhǔn)RPC的前提下，分別以10%、30%、50%、70%、100%五種比例去替換RPC當(dāng)中的石英粉，測(cè)試其流動(dòng)度，以及制備路面磚成型后期的抗壓強(qiáng)度等指標(biāo)，具體參考規(guī)范《混凝土路面磚》（JC/T 446-2000）進(jìn)行比對(duì)。

2 試驗(yàn)結(jié)果與分析

2.1 銅渣特質(zhì)

試驗(yàn)中對(duì)目標(biāo)銅渣選取X衍射分析的方法進(jìn)行了相關(guān)化學(xué)組分的分析，其結(jié)果如圖1所示。

圖1 銅渣X衍射分析圖

結(jié)果表明，銅渣中主要成分為鐵橄欖石、磁鐵礦、玻璃體，還有小比例的硫化物和其他微量礦物等。銅渣中多數(shù)量的玻璃體和磁鐵礦，可以激發(fā)出其更強(qiáng)效的火山灰特性，產(chǎn)生出凝膠產(chǎn)物，從而進(jìn)一步提高活性粉末混凝土路面磚的強(qiáng)度。

2.2 普通活性粉末混凝土路面磚性能指標(biāo)

試驗(yàn)參考《活性粉末混凝土》（GBT31387-2015）設(shè)計(jì)規(guī)范，分別做了五組RPC路面磚試塊，并對(duì)其性能指標(biāo)進(jìn)行了測(cè)試，結(jié)果如表3所示。

結(jié)果表明，在保證其他組分相一致的情況下，RPC路面磚的強(qiáng)度可以穩(wěn)定在110MPa以上，強(qiáng)度足以滿(mǎn)足路面磚規(guī)范的要求，但經(jīng)濟(jì)效益方面和資源利用方面不是很理想，進(jìn)行了用銅渣代替RPC中的石英粉試驗(yàn)，在降低RPC成本的前提下，保證路面磚強(qiáng)度。

2.3 銅渣粉摻入比例對(duì)路面磚性能指標(biāo)的影響

因標(biāo)準(zhǔn)活性粉末混凝土的自身強(qiáng)度較高，參照路面磚規(guī)范，因此以Cc60混凝土路面磚的制作為基準(zhǔn)，依據(jù)銅渣粉五種摻入比例安排RPC路面磚配合比設(shè)計(jì)，相關(guān)試驗(yàn)配合比和性能指標(biāo)如表4所示。

結(jié)果表明，替換后RPC路面磚強(qiáng)度有所減小，但可以滿(mǎn)足規(guī)范Cc60的路面磚要求，均在94MPa以上，降低了制作成本。隨著銅渣粉摻入比例的增大，水膠比有所增加，流動(dòng)度逐漸減小，導(dǎo)致用水量增加，而強(qiáng)度在摻入比例≤50%中是逐漸減小的，試驗(yàn)所測(cè)得70%的銅渣摻入比例活性粉末混凝土路面磚強(qiáng)度最大，綜合考慮，選定70%銅渣摻量較為合適。

2.4 激發(fā)劑對(duì)RPC路面磚的性能影響

激發(fā)劑激發(fā)原理：制備銅渣粉RPC過(guò)程中，銅渣的表面產(chǎn)出一種密實(shí)性高的膜層結(jié)構(gòu)，會(huì)鈍化各組分與水之間的反應(yīng)，加入激發(fā)劑后，膜層結(jié)構(gòu)被破壞，銅渣的內(nèi)部鏈結(jié)構(gòu)被破壞，發(fā)生二次的火山灰反應(yīng)，產(chǎn)生一種新的膠凝性物質(zhì)，進(jìn)一步提高RPC路面磚的強(qiáng)度[8]。

現(xiàn)將Ca(OH)2激發(fā)劑三種比例加入到RPC的制備當(dāng)中，探究其性能的影響，以性能穩(wěn)定且強(qiáng)度值相近的摻入比例30%、70%兩種銅渣粉摻量進(jìn)行試驗(yàn)，相關(guān)性能指標(biāo)如表5所示。

結(jié)果表明，銅渣粉摻入比例為30%時(shí)，RPC的路面磚試塊的抗壓強(qiáng)度值是增加的，證明激發(fā)劑有效果，需水量也降低了，銅渣粉摻入比例為70%時(shí)，強(qiáng)度降低，濃度比例不同，強(qiáng)度值波動(dòng)較大。綜合考慮30%的銅渣粉摻入比例，1.5%比例激發(fā)劑強(qiáng)度值最優(yōu)。

3 結(jié)論

①銅渣主要成分有Fe2O3、SiO2、CaO,主要礦物質(zhì)組成有鐵橄欖石、磁鐵礦、玻璃體，還有小比例的硫化物和其他微量礦物等。銅渣中多數(shù)量的玻璃體和磁鐵礦，可以激發(fā)出其更強(qiáng)效的火山灰特性，產(chǎn)生出凝膠產(chǎn)物，從而進(jìn)一步提高RPC路面磚的強(qiáng)度。

②普通RPC路面磚強(qiáng)度值已經(jīng)很高，將銅渣過(guò)篩磨細(xì)成粉以不同比例代替石英粉制備RPC路面磚，并進(jìn)行了銅渣粉與石英粉成分比對(duì)后，制作銅渣粉RPC路面磚，強(qiáng)度值有所下降，但仍高于路面磚規(guī)范強(qiáng)度值，考慮到經(jīng)濟(jì)效益和強(qiáng)度值方面，綜合比選70%摻入比例較適合。

RPC路面磚基本配比和性能指標(biāo) 表3

不同銅渣比例的RPC路面磚配合比和性能指標(biāo) 表4

激發(fā)劑激發(fā)銅渣粉RPC路面磚的性能指標(biāo) 表5

③為探究激發(fā)劑對(duì)RPC路面磚的強(qiáng)度值的影響，摻入了三種濃度的Ca(OH)2最后決定在加入激發(fā)劑的基礎(chǔ)上，30%摻入銅渣粉制備路面磚比較合適，且Ca(OH)2濃度為1.5%。