矿物掺合料改性铜镍渣胶凝材料的性能研究

doi:10.11872/j.issn.1005-2518.2020.05.109

矿物掺合料改性铜镍渣胶凝材料的性能研究

张婷婷^,¹, 周子钰¹, 郭利杰², 武震林^,¹, 韩俊南¹

1.大连理工大学，辽宁大连 116024

2.矿冶科技集团有限公司，北京 100160

Study on Properties of Mineral Admixture Modified Copper-Nickel Slag Cementitious Materials

ZHANG Tingting^,¹, ZHOU Ziyu¹, GUO Lijie², WU Zhenlin^,¹, HAN Junnan¹

1.Dalian University of Technology，Dalian 116024，Liaoning，China

2.BGRIMM Technology Group，Beijing 110160，China

通讯作者: 武震林（1983-），男，辽宁大连人，副教授，从事先进材料研究工作。zhenlinwu@dlut.edu.cn

收稿日期: 2020-06-13 修回日期: 2020-09-02 网络出版日期: 2020-11-04

基金资助:

国家重点研发计划项目“基于有色冶炼渣的绿色充填凝胶材料制备及性能合作研究”. 2017YFE0107000

Received: 2020-06-13 Revised: 2020-09-02 Online: 2020-11-04

作者简介 About authors

张婷婷（1983-），女，山东平度人，副教授，从事低碳胶凝材料研究工作tingtingzhang@dlut.edu.cn , E-mail：tingtingzhang@dlut.edu.cn

摘要

随着有色金属产业的迅猛发展，铜镍冶炼渣大面积堆放造成的环境污染问题也日益突出，研究以铜镍渣为原料的建筑胶凝材料具有“利废为宝”的现实意义。然而，前期工作表明铜镍渣胶凝材料在单独碱激发条件下的胶凝性能和力学性能均不理想。本研究旨在利用2种矿物掺合料来加速激发铜镍渣胶凝材料以提高其力学性能，并利用XRD、FTIR和SEM等测试方法来分析掺合料的改性效果和改性机理。结果表明：粉煤灰和矿渣粉作为掺合料均能提高NaOH激发下铜镍渣胶凝材料的力学性能，其中矿渣粉的改性效果更为显著。微观结构分析表明：矿物掺合料能够弥补铜镍渣中钙源不足的缺陷，生成更多C-S-H凝胶的同时也起到了加速激发的效果。

关键词： 铜镍渣 ; 碱激发 ; 矿物掺合料 ; 加速激发 ; 微观结构 ; C-S-H凝胶

Abstract

With the further expansion of demand in the non-ferrous metal industry，the environmental pollution caused by large-scale stacking of copper-nickel smelting slag is becoming more and more serious.There are various forms of secondary utilization of copper-nickel slag in worldwide，including conventional methods such as metal extraction，glass-ceramics generation and ceramics，all of which have the disadvantage of low comprehensive utilization.Therefore，it is of great practical significance to study the construction cementitious materials using copper-nickel slag as the raw material in the secondary utilization of industrial waste.In the preliminary experiment，our research group used NaOH as the alkali activator to conduct the ion dissolution characteristics research of copper-nickel slag and the mechanical properties test of copper-nickel slag cementitious materials.The preliminary results show that the gelation and mechanical properties of copper-nickel slag materials are not ideal under the condition of a single alkali activator，and it is difficult to meet the actual engineering application standards.Therefore，this paper aims to use mineral admixtures to accelerate the activation of modified copper-nickel slag cementitious materials to improve their mechanical properties.After comprehensive consideration，we selected the slag powder and fly ash，which are also industrial waste，as the modifier.The admixture was mixed into the copper-nickel slag separately through the external mixing method to form two experimental groups.The final mixture ratio and water-cement ratio are adjusted and determined according to preliminary experiments.After curing，the compressive strength of each group of samples was tested by a universal testing machine.Then the product composition and modification mechanism of the experimental samples at various ages were analyzed by XRD，FTIR，SEM and other testing methods，and the performance improvement effect of different mineral admixtures was evaluated.The results show that both fly ash and slag powder as admixtures can improve the mechanical properties of copper-nickel slag cementitious materials of various ages by NaOH-activation，and the modification effect of high-doped slag powder is better.The modified cementitious material can basically replace ordinary Portland cement.According to the analysis of sample product and microstructure，the addition of mineral admixtures makes up for the deficiency of insufficient calcium source in the copper-nickel slag，which makes the polymerization reaction under alkaline activation more intense.In addition，the amount of C-S-H gel produced in the samples of the modified experimental group increased significantly，and the amount of iron gel produced decreased，showing a good acceleration excitation effect at all ages.

Keywords： copper-nickel slag ; alkali activator ; mineral admixtures ; accelerated activation ; microstructure ; C-S-H gel

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本文引用格式

张婷婷, 周子钰, 郭利杰, 武震林, 韩俊南. 矿物掺合料改性铜镍渣胶凝材料的性能研究[J]. 黄金科学技术, 2020, 28(5): 678-687 doi:10.11872/j.issn.1005-2518.2020.05.109

ZHANG Tingting, ZHOU Ziyu, GUO Lijie, WU Zhenlin, HAN Junnan. Study on Properties of Mineral Admixture Modified Copper-Nickel Slag Cementitious Materials[J]. Gold Science and Technology, 2020, 28(5): 678-687 doi:10.11872/j.issn.1005-2518.2020.05.109

随着我国现代化进程的加快，有色金属及相关冶金行业的环保治理和绿色发展正面临越来越大的压力。根据国家统计局最新数据，我国精炼铜和镍的年总产量已超过900万t，其工业副产品铜镍渣的大面积堆放问题日益严重。有关资料表明，通过闪速炉熔炼1 t金属铜镍一般会产生6~16 t的铜镍渣废料^［1］。目前我国铜镍渣每年的堆存量超过200万t，累计堆存量超过4 000万t^［2］。世界范围内铜镍渣的二次利用形式多种多样，主要包括提取金属^［3］以及生产微晶玻璃和陶瓷^［4］。然而，上述方式对铜镍渣的综合利用率仅为15%~25%，其余铜镍渣仍在堆场中堆积，占地面积大，对环境造成严重污染。

铜镍矿渣作为建筑材料时，主要用于水泥熟料的煅烧、混凝土的拌合以及矿山和地下的充填原料等^［5-7］。Ahmari等^［8-9］和Mirhosseini等^［10］对低钙闪速炉铜镍冶炼渣（SG）和铜镍矿尾矿（MT）的碱活化度进行了测定，并研究了SG含量、养护时间和温度对MT/SG基地聚合物力学性能的影响，结果表明：SG的加入使得地聚物的抗压能力和微观结构得到显著改善，主要原因在于SiO₂在SG中的溶解度更高。Tixier等^［11］研究发现铜渣能够显著提高混凝土的抗压强度。Al-Jabri等^［12］研究了用铜渣作为水泥砂浆和混凝土细集料的效果，发现铜渣可用来代替普通细集料，代替的占比（质量分数）可达到40%~50%。孔祥文等^［13］发现OH^-等极性离子或分子在一定条件下能激活并溶解冶炼渣材料，使其内部的阳离子得到分散。大量研究表明，铜镍渣中通常含有SiO₂、CaO、Fe₂O₃和Al₂O₃，这些成分多数以玻璃相的形式存在^［14-17］。这些物相表现出潜在水化活性和火山灰活性，但难以在短时间内被激活^［18］。

据陈天福等^［19］报道，早在1940年，Purdon等就成功利用NaOH溶液对水泥的水化进程进行改性，并首次提出“碱活性”概念。高术杰等^［20］证明了在水淬镍渣中加入活化剂可生产出满足矿山固井充填要求的胶凝充填和采矿材料。王佳佳等^［21］采用水泥熟料和少量Na₂SO₄作为水淬镍渣的复合碱激发剂，28 d样品强度达到3.3 MPa，微观测试表明其内部发生了水化反应，有硅（铝）酸凝胶生成。晏波等^［22］在专利中提到了利用提炼金属铜后的尾矿制备水泥的技术方法，但未能应用于工程实际。郑娟荣等^［23］通过碱激发的手段制备出一种力学性能良好的胶凝材料，这种材料利用矿渣和粉煤灰等工业废渣全组分替代水泥，缓解了工业废渣大量堆放的问题。

本课题组在前期试验中采用NaOH作为碱激发剂，进行了铜镍渣的离子溶出特性研究和铜镍渣胶凝材料的力学性能测试。结果显示：在碱激发条件下的铜镍渣力学性能并不理想，难以达到工程标准。基于此，本研究旨在利用矿物掺合料加速激发改性铜镍矿渣胶凝材料（CNSCMs），以提高其力学性能指标。经过综合考量，选取了2种不同的矿物掺合料，探究其对碱激发铜镍渣胶凝材料的改性效果和改性机理，以满足实际工程要求，解决铜镍矿渣的综合治理问题。本研究有望为今后铜镍渣的开发利用提供科学参考。

1 主要原材料及试验方法

1.1 原材料

本研究中铜镍冶炼渣来源于新疆喀拉通克矿区，为新疆有色集团生产。表1是利用X射线荧光光谱分析仪（SRS3400型，德国Bruker公司）对铜镍冶炼渣进行化学组分分析得到的结果。

表1 铜镍渣化学成分

Table 1 Chemical composition of copper-nickel slag（%）

化学成分	质量分数	化学成分	质量分数
MgO	6.21	Fe₂O₃	56.45
CaO	1.25	Al₂O₃	1.47
SiO₂	30.68	其他	3.94

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通过X射线衍射仪（D8 advance型，德国Bruker公司）进行铜镍渣的XRD测试（测试靶材选用Cu靶，扫描速率为2°/min，扫描范围为5°~60°，步长为0.02°），结果如图1所示。测试结果表明铜镍渣的主要物相是结晶相和玻璃相，成分主要是铁橄榄石（2FeO·SiO₂）和镁橄榄石（2MgO·SiO₂）。

图1

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图1 铜镍渣XRD谱图

Fig.1 XRD pattern of copper nickel slag

根据国家标准（GB/T203-94），通过化学成分分析法评定铜镍渣的活性质量。首先根据式（1）和式（2）计算出铜镍渣的碱度系数和质量系数。再通过式（2）和式（3）初步定性表征铜镍渣的活性。

M_{O} = \frac{w (C a O + M g O)}{w (S i O_{2} + A l_{2} O_{3})} = \frac{(1.253 + 6.212)}{(30.68 + 1.473)} =

0.232<1.0 （1）

K_{K} = \frac{w (C a O + M g O + A l_{2} O_{3})}{w (S i O_{2} + M n O + T i O_{2})} = \frac{(1.253 + 6.212 + 1.473)}{30.68} = 0.291

<1.2（2）

M_{a} = \frac{w (A l_{2} O_{3})}{w (S i O_{2})} = \frac{1.473}{30.68} = 0.048

<0.12（3）

式中：M_O、K_K和M_a分别代表碱度系数、质量系数和活性系数。

计算结果：M_O<1.0说明本次试验所用铜镍渣属于酸性渣；K_K<1.2且M_a<0.12说明该铜镍渣活性很低。

本研究中选用粉煤灰和矿渣粉2种矿物掺合料，其中粉煤灰来源于河南省巩义市第二电厂，矿渣粉来源于辽宁省大连市育明建材制造有限公司量产的S95 级矿粉。表2为利用X射线荧光光谱分析仪（SRS3400型，德国Bruker公司）对粉煤灰和矿渣粉进行分析得到的结果。可以看出，粉煤灰和矿渣粉的主要成分均为CaO、SiO₂和Al₂O₃，其中矿渣粉的CaO占比更高。

表2 粉煤灰和矿渣粉的化学成分

Table 2 Chemical composition of fly ash and slag（%）

掺合料种类	化学成分
掺合料种类	CaO	MgO	SiO₂	Al₂O₃	Fe₂O₃	Ka₂O	其他
粉煤灰	14.65	3.02	51.44	17.62	3.12	1.01	9.14
矿渣粉	39.98	9.50	29.76	14.12	0.63	0.58	5.43

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通过X射线衍射仪（D8 advance型，德国Bruker公司）对2种矿物掺合料进行XRD测试（测试参数不变），测试结果如图2所示。对比分析可知，粉煤灰中的物质组成比较复杂，除了玻璃相还有莫来石、石英和磁铁矿等物相，而矿渣粉的XRD图谱中只有20°~40°之间存在一个“弥散峰”，绝大部分为快速冷却形成的玻璃体物质。

图2

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图2 粉煤灰和矿渣粉的XRD图谱

Fig.2 XRD pattern of fly ash and slag

本研究选用NaOH作为CNSCMs的碱性激发剂。该NaOH药剂为天津市科密欧化学试剂厂生产（颗粒分析纯），纯度>99%。

1.2 试验方法

首先，对铜镍渣和矿物掺合料进行球磨机研磨直至颗粒大小符合试验标准。再采用外掺法制备水泥浆体：先将碱激发剂溶解在水中，将矿物掺合料与干燥的铜镍矿渣粉混合均匀，然后一起倒入搅拌机中搅拌。接着将拌制好的浆体倒入标准模具（20 mm×20 mm×20 mm）内，置于水泥砂浆振动台上按照标准方法振动、成型。试样在相对温度为（25±1）℃，相对湿度为（95±1）%的环境下养护24 h，随后脱模放入养护室内养护。最后，对试样进行各试验设计龄期下的各类宏观与微观试验。

粉煤灰和矿渣粉加速激发改性铜镍渣胶凝材料的各试验组混合料配合比详见下文试验结果与分析部分。水灰比根据试验需求调整至0.17~0.21之间。

2 试验结果与分析

前期研究表明，铜镍渣中存在的主要惰性橄榄石类矿物能在NaOH创造的碱环境下破碎分解，并与OH^-结合生成水化硅酸钙凝胶和Fe（OH）₂、Fe（OH）₃铁凝胶^［24-25］。这些生成的凝胶状物质让原本松散的铜镍渣具有胶凝性，相互连接最终产生一定的强度。但是铜镍渣中CaO和Al₂O₃的含量都比较少，水化硅酸钙凝胶的生成量也较少，因此抗压强度普遍较低，未改性前的CNSCMs抗压强度测试结果如图3所示。

图3

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图3 NaOH掺量对CNSCMs抗压强度的影响

Fig.3 Effect of NaOH content on compressive strength of CNSCMs

本研究通过综合考量，在NaOH作为激发剂的条件下，选取了粉煤灰和矿渣粉2种外加矿物掺合料对CNSCMs进行改性。

2.1 粉煤灰改性CNSCMs试验研究

本试验主要考察粉煤灰掺量的影响。表3为掺入粉煤灰后各组试验的设计配比，粉煤灰的掺入量均小于50%。原料有铜镍渣、粉煤灰和水，选用NaOH作为激发剂。

表3 掺入粉煤灰混合料配比

Table 3 Mixture design containing fly ash

样品编号	NaOH含量/%	铜镍渣含量/g	粉煤灰含量/g	水灰比
F1	7	225	25	0.21
F2	7	200	50	0.21
F3	7	175	75	0.21
F4	7	150	100	0.21
F5	7	125	125	0.21

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图4为粉煤灰改性CNSCMs在各龄期下的抗压强度值。可以看出，粉煤灰对铜镍渣的加速激发改性效果明显，各龄期抗压强度均较改性前有较大提高，其中F5试验组28 d抗压强度达到17.1 MPa，与NaOH单独激发铜镍渣的试块强度相比上升了54.6%。各粉煤灰掺量下试样的3 d抗压强度均达到7 MPa以上，明显高于7%NaOH单独激发下的CNSCMs。分别观察F1至F5组的3，7，28 d的抗压强度变化情况可知，粉煤灰改性CNSCMs的抗压强度随着粉煤灰掺量的增加呈现增长态势。此外，相同粉煤灰掺量下试样的抗压强度随养护龄期的延长而增加。

图4

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图4 粉煤灰掺量对CNSCMs抗压强度的影响

Fig.4 Effect of fly ash content on compressive strength of CNSCMs

（1）样品产物XRD分析。图5为28 d养护条件下添加不同粉煤灰掺量的CNSCMs的XRD测试结果。如图所示，铜镍渣中铁橄榄石和镁橄榄石的衍射峰强度随着粉煤灰掺量的增加逐渐减弱，说明铜镍渣中主要矿物的结构发生了改变，可能与NaOH和铜镍渣混合发生的溶蚀反应有关。另外，图谱在20°~37°附近出现一个“弥散峰”，且随着粉煤灰掺量的增加而逐渐增强，初步确定该弥散峰对应非晶态的C-S-H凝胶，且凝胶的生成量随粉煤灰掺量的增加而增多。下文将结合红外光谱仪和扫描电子显微镜进行综合分析。

图5

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图5 粉煤灰改性CNSCMs的XRD图谱

1⁃10%粉煤灰；2⁃20%粉煤灰；3⁃30%粉煤灰；4⁃40%粉煤灰；5⁃50%粉煤灰

Fig.5 XRD patterns of fly ash modified CNSCMs

（2）样品产物FTIR测试。图6为28 d养护条件下不同粉煤灰掺量的铜镍渣胶凝材料FTIR测试结果。对比改性前FTIR图谱^［24］，添加粉煤灰后的FTIR图谱吸收峰个数及位置并无明显变化。在460 cm^-1处的吸收峰与铁橄榄石和镁橄榄石中的［SiO₄］^4-基团有关，且对应Si-O-Si的弯曲振动。在1 654 cm^-1与3 450 cm^-1处有2个吸收峰和结合水的伸缩振动与弯曲振动相关。1 389 cm^-1处的吸收峰则与C-O-C的伸缩振动相关，表明了铜镍渣胶凝材料中CO₃^2-的存在。吸收谱中992 cm^-1处的吸收峰对应Si-O基团的振动峰，对比改性前有明显增强，说明改性后体系中C-S-H凝胶生成量增加。由此导致粉煤灰改性后CNSCMs的抗压强度增加。

图6

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图6 粉煤灰改性CNSCMs的FTIR图谱

1⁃10%粉煤灰；2⁃20%粉煤灰；3⁃30%粉煤灰；4⁃40%粉煤灰；5⁃50%粉煤灰

Fig.6 FTIR patterns of fly ash modified CNSCMs

（3）样品产物微观结构分析。图7为在场发射电子显微镜下观察到的28 d龄期高掺量粉煤灰改性CNSCMs。图中的物相排列呈现无序特征，絮状物质包裹在铜镍渣中晶体相的外面。结合XRD与红外光谱分析结果可知，絮状物质为C-S-H凝胶，粉煤灰中的CaO为水化硅酸钙凝胶的形成提供了大量钙源，并且这些凝胶在破碎的铁橄榄石和镁橄榄石间起到连接作用，使微观结构致密，宏观上表现为试样抗压强度的增加。另外，图中可观察到球状的粉煤灰颗粒嵌固在各物相的孔隙之中，发挥出粉煤灰的微集料作用，使得试块整体强度得以提升。

图7

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图7 粉煤灰改性CNSCMs的SEM图

Fig.7 SEM micrographs of fly ash modified CNSCMs

2.2 矿渣粉改性CNSCMs试验研究

本试验主要考察矿渣粉掺量的影响。为了更好地进行数据对比，矿渣粉改性CNSCMs的试验设计配比与粉煤灰改性试验相似，具体数据见表4。矿渣粉掺量同样控制在50%以下，NaOH掺量调整为3%，水灰比为0.21保持不变。

表4 掺入矿渣粉混合料配比

Table 4 Mixture design containing slag

样品编号	NaOH含量/%	铜镍渣含量/g	矿渣粉含量/g	水灰比
S1	3	225	25	0.21
S2	3	200	50	0.21
S3	3	175	75	0.21
S4	3	150	100	0.21
S5	3	125	125	0.21

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图8是各龄期下不同掺量矿渣粉改性CNSCMs的抗压强度情况。可以看出，矿渣粉的加速激发改性效果很好，各龄期的抗压强度均较改性前的CNSCMs有较大的提升。其中，在矿渣粉掺量仅为10%的情况下，3 d抗压强度就达到了13.1 MPa，28 d抗压强度达到了26.9 MPa，分别较改性前提高了96.2%和53.1%。横向对比发现，随着矿渣粉掺量的增加，各龄期改性胶凝材料的抗压强度都呈现出增长态势。当矿渣粉掺量为50%时，28 d抗压强度达到了43.1 MPa，有替代普通硅酸盐水泥应用于矿山填充等实际工程的潜力。由于矿渣粉掺量为30%时已经可以满足矿山填充材料的施工要求，综合考虑经济因素和实际激发要求，可以将矿渣粉掺量控制在30%以下。

图8

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图8 矿渣粉掺量对CNSCMs抗压强度的影响

Fig.8 Effect of slag content on compressive strength of CNSCMs

（1）样品产物XRD分析。图9是28 d养护下不同掺量矿渣粉改性CNSCMs的XRD分析结果。对比分析可知，铁橄榄石与镁橄榄石衍射峰的位置没有明显变化，但是矿渣粉掺量增加时，二者的衍射峰峰强均呈减弱趋势。另外，当矿渣粉掺入后，在28°处出现一个“弥散峰”，可能为水化硅酸钙凝胶衍射峰，其“弥散峰”峰强随矿渣粉掺量的增加而逐渐增强，反映出铜镍渣中硅源结合矿渣粉中钙源产生的C-S-H凝胶产物逐渐增多。与掺加粉煤灰的CNSCMs相比，该试样中C-S-H凝胶在此处的峰强更强，主要原因是粉煤灰的活性低于矿渣粉，所以相同条件下掺加粉煤灰时凝胶物质的产量少于掺加矿渣粉时的产量。后文将结合红外测试和SEM测试进行表征分析。

图9

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图9 矿渣粉改性CNSCMs的XRD图谱

1⁃10%矿粉；2⁃20%矿粉；3⁃30%矿粉；4⁃40%矿粉；5⁃50%矿粉

Fig.9 XRD patterns of slag modified CNSCMs

（2）样品产物FTIR测试。图10为28 d养护条件下不同掺量矿渣粉改性CNSCMs的红外测试结果。由图可知，矿渣粉改性后铜镍渣试样的吸收峰数量和位置均比改性前^［24］有了较明显的变化。在456 cm^-1处的吸收峰仍然与铜镍渣中铁橄榄石和镁橄榄石中［SiO₄］^4-基团相关，并对应Si-O-Si键的振动。结合水的吸收峰仍然变化不大，位于1 639 cm^-1和3 454 cm^-1处。而890 cm^-1和1 446 cm^-1处出现的吸收峰对应C-O-C的伸缩振动，分析XRD测试结果可知碱激发试样中有CaCO₃的生成。再对比各组试验中试块的红外光谱可知，当矿渣粉掺量增加时，C-O-C吸收峰的峰强也增强，CaCO₃增多。而C-S-H凝胶与空气中CO₂反应会生成CaCO₃，间接证明了C-S-H凝胶的产量随矿渣粉掺量的增加而增加。另外，954 cm^-1处吸收峰的峰强对应着Si-O基团的振动峰，其峰强的增强和变尖也再一次证明了C-S-H凝胶相的增多。

图10

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图10 矿渣粉改性CNSCMs的FTIR图谱

1⁃10%矿粉；2⁃20%矿粉；3⁃30%矿粉；4⁃40%矿粉；5⁃50%矿粉

Fig.10 FTIR patterns of slag modified CNSCMs

（3）样品产物微观结构分析。分别通过场发射电子显微镜和EDS能谱观察分析28 d养护条件下不同掺量矿渣粉改性CNSCMs的微观形貌和特定区域（A点）处的化学成分（图11和图12）。

图11

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图11 矿渣粉改性CNSCMs的SEM图

Fig.11 SEM micrographs of slag modified CNSCMs

图12

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图12 矿渣粉改性CNSCMs的EDS 图谱（A 处）

Fig.12 EDS spectrum of slag modified CNSCMs（Sample A）

如图11所示，在放大相同倍数的5张电镜图［尤其是图11（c）~11（e）］中可见大量无定型絮状物质形成并生长在改性铜镍渣试样的孔隙之中。随着矿渣粉掺量的增加，这些絮状物质逐渐增多并充满孔隙，当矿渣粉掺量大于30%时已经能观察到较为致密的结构，从而在微观层面解释了改性后试样力学性能大幅提高的事实。当矿渣粉与铜镍渣基团中硅氧四面单体产生聚合反应时，凝胶物质增加，改性材料胶凝性也增强。

对试样A处进行EDS能谱分析（图12）可知，矿渣粉改性后材料表面絮状物质的Al/Si比约为0.43，Ca/Si比约为1.45，说明以水化硅铝酸钙为主的凝胶物质包裹在试样表面。

3 结论

分别采用粉煤灰和矿渣粉作为碱性激发剂对铜镍渣进行加速激发改性，测试其力学性能并与改性前进行对比，结合水化产物物相变化，分析改性铜镍渣强度增长机理。具体结论如下：

（1）当利用粉煤灰改性铜镍渣时，各养护龄期下试样的抗压强度有所提升。随着粉煤灰掺量的提高，各龄期试样抗压强度也呈现增长态势，50%粉煤灰掺量下试样的抗压强度最高。结合微观测试结果，改性后的水化产物主要为碳酸钙晶体和C-S-H凝胶，碳酸钙晶体可能是由暴露在外的C-S-H凝胶与空气中的CO₂反应所得。这也证实了对改性前材料抗压强度过低原因的推测。而粉煤灰的掺入补充了钙源，使碱激发下的聚合反应更加剧烈，在提高NaOH反应率的同时也提高了材料的抗压强度。

（2）当利用矿渣粉改性铜镍渣时，各龄期下胶凝材料的抗压强度较粉煤灰改性提升更为显著，且矿渣粉对胶凝材料的强度影响很大。当矿渣粉掺量增加时，各龄期试样抗压强度同样增加，高掺量下CNSCMs基本能替代普通硅酸盐水泥。综合XRD、FTIR和SEM测试结果来看，矿渣粉的加入导致C-S-H凝胶生成量显著增加而铁凝胶生成量减少。其原因主要在于矿渣粉中含有大量玻璃相，解聚—聚合反应发生的同时，铜镍渣中硅源也会和矿渣粉中的活性钙源和铝源进行反应，生成大量的凝胶物质，从而显著增加试样抗压强度。

http://www.goldsci.ac.cn/article/2020/1005-2518/1005-2518-2020-28-5-678.shtml

参考文献

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文中引用次数倒序

被引期刊影响因子

[1]

K Q

，Zhang

Y Y

，Zhao

，et al.

Activating of nickel slag and preparing of cementitious materials for backfilling

［J］.Advanced Materials Research，2014，936：1624-1629.