水泥改性實驗設計研究

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摘要：礦物開采過程中，地下水因一系列物理、化學、生物反應而形成具有顯著的煤炭行業特征的礦井水。六盤水地區礦產種類多、資源豐富，采集該區域的高礦化度礦井水作為水泥拌合水用不同濃縮程度的礦井水與水泥拌合形成的試樣來進行抗壓、抗拉實驗。研究結果顯示，高礦化度礦井水對水泥的性能有一定的影響。為礦井水處理指出了一條更加環保、經濟的方法。

關鍵詞：高礦化度；礦井水；水泥；強度

目前我國礦井水的資源利用原則是減量再循環，將資源到產品最后到廢物的單線線性流動改為資源到產品再到資源的物質閉環流動性經濟，根據礦區水文地質情況進行礦井水的資源化利用，充分運用礦區內現有水利設施的資源，貴州礦產資源豐富，在挖掘和采礦過程中，礦井水因其中所含離子濃度過大，和一些懸浮物等原因經常作為廢水被排放。當前，相對科學的礦井水處理方法只有幾種，且設備設施和運行成本較高，都不能達到有效合理的應用。我們研究在于將低性能的水泥和高礦化度的礦井水混合之后，對其形成的水泥進行強度測定，研究高礦化度礦井水對水泥性能的影響。既合理使用了貴州地區含量豐富的礦井水資源，又能順應水泥在今后的發展方向。

1礦區水文地質概述

貴州省某礦區屬于山巒連綿且溝壑交錯的中低山高原地貌，其構造主要以地形為主，且地勢起伏較大。貴州地區礦產資源豐富，是著名的礦產資源大省，貴州省已發現礦產110多種。礦井水來源于大氣降水、地表水、地下水等。貴州最主要的地下水類型為巖溶水分布廣，水量大，地質特征為沉積地層，地層中含有大量的古生物化石，并賦存有豐富的煤、磷、鋁等礦產資源。其中碳酸鹽巖最為普遍，約占全省陸地總面積的61.9%，尤以生物碳酸鹽巖占絕對優勢。火成巖巖類較多，屬性較全面。變質巖以層狀淺變質巖系為主，有巖溶水、裂隙水和孔隙水三大類，其中以巖溶水為主。

2實驗過程

（1）以六盤水地區礦井水為例，充分收集和分析當地礦井水的水量、水質及處理方法現狀。得到關于礦井水的分析報告。（2）對所得的礦井水進行逐級富集和濃縮，在此過程中取樣，最終分別得到具有一定濃度層次的多組礦井水實驗試樣，并對每一組試樣水質特性進行測試。（3）用所得不同濃度的礦井水與標準性能的水泥進行混合，按照單一變量原則，控制溫度，混合時間與礦井水和水泥的比例等因素不變。對水泥的早期、中期及后期強度進行測試，并分析其中的強度變化和性能方面的規律。設置對照組，凈水拌合水泥凈漿試樣1組、未處理礦井水拌合水泥凈漿試樣1組。同時設置實驗組，分濃度梯度設置濃縮程度35%、50%、65%、80%的礦井水拌合水泥凈漿試樣以及稀釋程度30%的礦井水拌合水泥凈漿試樣。通過儀器測定各組試樣的抗壓、抗剪強度，繪制折線圖，研究分析不同濃縮程度的礦井水的水泥改性的影響。2.1抗壓強度。（1）抗壓強度試驗通過規定的儀器（壓力試驗機）。（2）水泥凈漿試塊中心對準壓力機壓板受壓中心。（3）在整個加荷過程中以一定的速率均勻地加荷直至破壞。（4）抗壓強度Rc以牛頓每平方毫米（MPa）體現，按下式進行計算：Rc=Fc/A式中：Fc——破壞時的最大荷載，N，A——受壓部分面積，mm2，（40mm×40mm）=1600mm2。2.2水泥劈裂抗拉試驗。本試驗規定了測定水泥立方體試件的劈裂抗拉強度方法，本試驗適用于水泥的立方體試樣。2.2.1試件制備。（1）采用邊長150mm方塊作為標準試件。（2）本試件應同齡期者為一組，每組為2個同條件制作和養護的水泥試塊。2.2.2試驗步驟。（1）試件養護完成后,擦干凈,測量尺寸,檢查外觀,在試件中部劃出劈裂面位置線。劈裂面與試件成型時的頂面垂直,尺寸測量精確至1mm。（2）試件放在試驗臺上,其方向與試件頂面互相垂直。（3）當水泥強度等級低于C30時,以0.02～0.05MPa/s的速度連續而均勻地加荷;當水泥強度等級不低于C30時,以0.05～0.08MPa/s的速度連續而均勻地加荷,當上壓板與試件接近時,調整球座使接觸均衡,當試件接近破壞時,應停止調整油門,直至試件破壞,記下破壞荷載,準確至0.01kN。

3礦井水對水泥的改性原理分析

在煤炭開采過程中，地下水因各種原因發生了一系列的物理、化學和生化反應，因而水質具有顯著的煤炭行業特征。礦井水中含有的總離子含量比一般地表水高得多，高礦化度礦井水中含有SO42-、Cl-、Ca2+、K+、Na+、Mg2+、HCO3-、Fe3+等離子，不同的元素、離子對水性能有多種影響[1-5]。研究表明，在拌合水中加入Ca2+、Fe3+、等離子時，水泥試樣的強度要高于普通純凈水拌合試樣的強度，同時，當離子濃度在1%-3%時，試樣早期強度先增大后減小，在2%時，試樣強度最高。這是應為Ca2+、Fe3+促進了鈣礬石的生長，并促進水化反應，使C3S更好的轉化為Ca(OH)2。在水化過程中Ba2+能促進水泥漿體硬化，高礦化度礦井水中特有的高濃度離子，在特定濃度范圍內能使水化反應更完全，生成更多的C-S-H凝膠，使得水泥漿體變得更致密，從而增加水泥漿體試樣的整體強度。

4結論與展望

本文主要論述了將高礦化度礦井水在礦井開發建設中對水泥性能的改性作用，通過對礦區取得的礦井水進行濃縮，富集處理，利用控制變量的方法來對其形成的水泥式樣進行力學性能的檢測。得出高礦化度礦井水對水泥具有改性作用。此項結論合理處理了礦區礦井水難處理的問題，在以后得研究過程中我們還能利用增大液體表面的張力來改進水泥的性能。通過外界因素將水進行磁化進而提高水表面的張力。用這種被磁化水來參與水泥的制作過程，也同樣會對水泥的性能和可泵性具有改善的作用。這是在以后繼續研究的一個方向。

未來將高礦化度的礦井水與磁場相結合，將這兩種都會對水泥性能有一定影響的外界條件合并在一起用于水泥的改性中。在對改性之后制造出來的水泥對其力學性能進行檢測分析。現有研究表明，磁場改性和高礦化度礦井水結合的效果會更好，能夠創造出性能更加良好，且節能高效的水泥，這是外加劑無法替代的。

參考文獻：

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[5]王井雨,周宗輝.不同離子對水泥水化性能的影響[J].原料于品種,2013(05).

作者:張珊珊 李濤 李文杰 羅琛 安春燕 高穎 單位:六盤水師范學院