王帅，张帅柯，王宇琪
（1.沈阳工业大学，辽宁 沈阳 110870；
2.中交一公局集团第七工程有限公司，河南 三门峡 472000；
3.辽宁省交通规划设计院有限责任公司，辽宁 沈阳 110000）
铜尾渣是冶炼铜过程中产生的固体废渣，每年冶金废渣可达3000万吨，而铜渣的排放规格更是高达冶金废渣的30%。铜渣中含有大量的铁和二氧化硅，若大量的废弃铜渣能够合理处置与利用[1]有助于改善有色冶金产业的经济效益，利于绿色循环利用，响应国家政策即《2015年循环经济推进计划》[2]。铜渣常见的回收利用途径有磨矿浮选回收、做水泥原料、制备胶凝材料等方式[3]。用铜渣粉制备活性粉末混凝土路面砖，首先是合理利用了废弃资源，其次是降低了RPC的制作成本，对铜尾渣的综合利用具有长远意义[4]。
1.1 试验原材料
活性粉末混凝土的主要成分含有水泥、硅灰、石英砂（细、中细、特细三种规格）、石英粉以及钢纤维[5]，活性粉末混凝土强度增高的同时，脆性也较大，需要钢纤维参与进来增加活性粉末混凝土的韧性，降低脆性[6]。需用到聚羧酸高效减水剂控制水胶比，减水率高达30%。
试验中需用到铜尾渣、硅灰、石英砂、石英粉和纤维，42.5硅酸盐水泥聚羧酸高效减水剂，Ca(OH)2激发剂。铜渣和石英粉主要化学组分及含量见表1、2。
铜尾渣的化学组分 表1
石英粉化学成分 表2
1.2 试验方法
铜尾渣的化学组分与RPC中细骨料（石英粉）类似，铜渣粉是由铜尾渣过筛干燥，并以80℃高温烘干用球磨机打磨所得[7]。在已制备标准RPC的前提下，分别以10%、30%、50%、70%、100%五种比例去替换RPC当中的石英粉，测试其流动度，以及制备路面砖成型后期的抗压强度等指标，具体参考规范《混凝土路面砖》（JC/T 446-2000）进行比对。
2.1 铜渣特质
试验中对目标铜渣选取X衍射分析的方法进行了相关化学组分的分析，其结果如图1所示。
图1 铜渣X衍射分析图
结果表明，铜渣中主要成分为铁橄榄石、磁铁矿、玻璃体，还有小比例的硫化物和其他微量矿物等。铜渣中多数量的玻璃体和磁铁矿，可以激发出其更强效的火山灰特性，产生出凝胶产物，从而进一步提高活性粉末混凝土路面砖的强度。
2.2 普通活性粉末混凝土路面砖性能指标
试验参考《活性粉末混凝土》（GBT31387-2015）设计规范，分别做了五组RPC路面砖试块，并对其性能指标进行了测试，结果如表3所示。
结果表明，在保证其他组分相一致的情况下，RPC路面砖的强度可以稳定在110MPa以上，强度足以满足路面砖规范的要求，但经济效益方面和资源利用方面不是很理想，进行了用铜渣代替RPC中的石英粉试验，在降低RPC成本的前提下，保证路面砖强度。
2.3 铜渣粉掺入比例对路面砖性能指标的影响
因标准活性粉末混凝土的自身强度较高，参照路面砖规范，因此以Cc60混凝土路面砖的制作为基准，依据铜渣粉五种掺入比例安排RPC路面砖配合比设计，相关试验配合比和性能指标如表4所示。
结果表明，替换后RPC路面砖强度有所减小，但可以满足规范Cc60的路面砖要求，均在94MPa以上，降低了制作成本。随着铜渣粉掺入比例的增大，水胶比有所增加，流动度逐渐减小，导致用水量增加，而强度在掺入比例≤50%中是逐渐减小的，试验所测得70%的铜渣掺入比例活性粉末混凝土路面砖强度最大，综合考虑，选定70%铜渣掺量较为合适。
2.4 激发剂对RPC路面砖的性能影响
激发剂激发原理：制备铜渣粉RPC过程中，铜渣的表面产出一种密实性高的膜层结构，会钝化各组分与水之间的反应，加入激发剂后，膜层结构被破坏，铜渣的内部链结构被破坏，发生二次的火山灰反应，产生一种新的胶凝性物质，进一步提高RPC路面砖的强度[8]。
现将Ca(OH)2激发剂三种比例加入到RPC的制备当中，探究其性能的影响，以性能稳定且强度值相近的掺入比例30%、70%两种铜渣粉掺量进行试验，相关性能指标如表5所示。
结果表明，铜渣粉掺入比例为30%时，RPC的路面砖试块的抗压强度值是增加的，证明激发剂有效果，需水量也降低了，铜渣粉掺入比例为70%时，强度降低，浓度比例不同，强度值波动较大。综合考虑30%的铜渣粉掺入比例，1.5%比例激发剂强度值最优。
①铜渣主要成分有Fe2O3、SiO2、CaO,主要矿物质组成有铁橄榄石、磁铁矿、玻璃体，还有小比例的硫化物和其他微量矿物等。铜渣中多数量的玻璃体和磁铁矿，可以激发出其更强效的火山灰特性，产生出凝胶产物，从而进一步提高RPC路面砖的强度。
②普通RPC路面砖强度值已经很高，将铜渣过筛磨细成粉以不同比例代替石英粉制备RPC路面砖，并进行了铜渣粉与石英粉成分比对后，制作铜渣粉RPC路面砖，强度值有所下降，但仍高于路面砖规范强度值，考虑到经济效益和强度值方面，综合比选70%掺入比例较适合。
RPC路面砖基本配比和性能指标 表3
不同铜渣比例的RPC路面砖配合比和性能指标 表4
激发剂激发铜渣粉RPC路面砖的性能指标 表5
③为探究激发剂对RPC路面砖的强度值的影响，掺入了三种浓度的Ca(OH)2最后决定在加入激发剂的基础上，30%掺入铜渣粉制备路面砖比较合适，且Ca(OH)2浓度为1.5%。
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