礦渣微粉在白色硅酸鹽水泥中的應(yīng)用研究

王念

（武漢武新新型建材有限公司，湖北 武漢 430080）

前言

礦渣微粉（簡稱礦粉）是水淬?；郀t礦渣經(jīng)粉磨后達(dá)到規(guī)定細(xì)度的一種粉體材料。早年礦渣是高爐煉鐵的固體廢棄物，由于沒有得以充分利用并且大量露天堆積，耗費(fèi)資金的同時(shí)也帶來了一系列環(huán)境安全問題。在綠色礦山、低碳經(jīng)濟(jì)、可持續(xù)發(fā)展的理念不斷深入人心之際，礦渣的綜合利用得到了人們更多地關(guān)注。近年來，隨著礦渣磨細(xì)技術(shù)的不斷發(fā)展，礦渣粉質(zhì)量越來越穩(wěn)定，為礦粉大量應(yīng)用打下了良好基礎(chǔ)。其次礦粉由于其細(xì)度小，白度大，應(yīng)用范圍也逐漸拓廣，再者礦粉與水泥存在一定的價(jià)差，等量取代后其經(jīng)濟(jì)效益是顯而易見的。因此，礦粉已成為理想的摻合料逐漸被廣大混凝土企業(yè)采用[1]。

白色硅酸鹽水泥（簡稱白水泥）是一種以白度較高為特征的特種水泥，廣泛用于建筑裝飾材料，如水磨石、地花磚、斬假石、水刷石、雕塑及各種建筑工程表面裝飾等，在白水泥中摻入耐堿色素可制成彩色水泥，還可制作白色和彩色混凝土構(gòu)件[2-3]。

由于白水泥和礦粉的特性，因而考慮將礦粉摻加到熟料中配制白色硅酸鹽水泥。其主要原理如下：礦粉由于其本身的高白度作為白水泥原料在表觀上對(duì)白水泥的白度指標(biāo)是極大的優(yōu)勢(shì)，同時(shí)礦粉具有自身弱水硬性和火山灰活性的作用，在水泥水化產(chǎn)物CH和石膏的激發(fā)下，具有較高的活性，有利于混凝土力學(xué)性能的提高和耐久性的改善[4-5]，因而制品后期強(qiáng)度極為理想。

1 試驗(yàn)原材料

水泥熟料、石膏（SO3含量為42.53%）、市售普通雙飛粉、武漢武新公司S95級(jí)礦粉，其化學(xué)成分和物理性能分別見表1、表2。

2 試驗(yàn)過程

通過礦粉、雙飛粉的活性，石膏對(duì)礦粉的激發(fā)活性，并且綜合經(jīng)濟(jì)成本考慮，我們?cè)O(shè)置了下表3的礦粉摻白水泥試驗(yàn)配比。

其中純熟料的3d強(qiáng)度為32.7MPa，28d強(qiáng)度為53.6MPa。

熟料與礦粉各半的3d強(qiáng)度為21.8MPa，28d強(qiáng)度為56.2MPa。

按照配方分別稱取熟料，雙飛粉，礦粉以及石膏，并混合均勻，按國標(biāo)GB/T17671-1999《水泥膠砂強(qiáng)度檢驗(yàn)方法（ISO法）》做膠砂成型試驗(yàn)，然后在溫度20℃，濕度≥95%條件下進(jìn)行養(yǎng)護(hù)，再按國標(biāo)測(cè)量3d和28d抗折、抗壓強(qiáng)度。

3 實(shí)驗(yàn)結(jié)果和分析

3.1 力學(xué)性能分析

采用表3礦粉摻白水泥試驗(yàn)配比，按GB/T17671-1999《水泥膠砂強(qiáng)度檢驗(yàn)方法（ISO法）》和GB/T2015-2005《白色硅酸鹽水泥》進(jìn)行試塊抗折抗壓力學(xué)性能試驗(yàn)，如下表4所示 。

同時(shí)結(jié)合試驗(yàn)中得到的具體數(shù)值，其中石膏對(duì)礦粉的摻量可初步納入礦粉的關(guān)系中，并且當(dāng)石膏與礦粉的比例為10:1時(shí)，礦粉的活性達(dá)到最佳。初步推出并優(yōu)化如下線性關(guān)系：

上面（1）（2）式中a、b、c分別為熟料、雙飛粉、礦粉在配方中的比例。

由表3-1可以看出在滿足國標(biāo)且具有一定富裕值的條件下，試塊的強(qiáng)度值都是符合要求的。對(duì)于抗壓強(qiáng)度而言，我們會(huì)發(fā)現(xiàn)在32.5等級(jí)白水泥一系列配比中，28d比3d抗壓強(qiáng)度值增進(jìn)率為70%～100%，其中，當(dāng)摻加礦粉后，增進(jìn)率逐漸增大，并且隨著礦粉摻加量增加（0-10%-15%-20%-30%），同時(shí)對(duì)應(yīng)的增進(jìn)率也逐漸增加，表明礦粉在一定程度上是促進(jìn)白水泥的后期強(qiáng)度的，并且當(dāng)配比中摻加適量石膏后，如配比A1和A2，A5和A6，早期（3d）強(qiáng)度會(huì)明顯提高。對(duì)應(yīng)于42.5等級(jí)白水泥配比，增進(jìn)率以及強(qiáng)度的規(guī)律也是如此。摻入適量石膏后，礦粉摻量對(duì)水泥強(qiáng)度的影響減小，此時(shí)水泥強(qiáng)度比單摻礦粉的強(qiáng)度高。礦粉摻量增加，SO3含量應(yīng)隨之增加。SO3含量超過2.5%后，水泥試塊強(qiáng)度急劇下降。

表1 原材料化學(xué)成分（%）

表2 原材料物理性能

表3 礦粉摻白水泥試驗(yàn)配比

表4 不同配比的水泥膠砂強(qiáng)度力學(xué)性能

表5 不同配比的白度性能

3.2 白度分析

根據(jù)GB/T2015-2005《白色硅酸鹽水泥》和GB/T5950-2008《建筑材料與非金屬礦產(chǎn)品白度測(cè)量方法》知道水泥白度值不低于87%。

由表5可以看出我們配比得到的粉末的白度值是完全滿足國標(biāo)的并且當(dāng)摻加礦粉取代熟料時(shí)白度有上升的趨勢(shì)。

由我們目前所進(jìn)行的試配實(shí)驗(yàn)，結(jié)合強(qiáng)度和白度兩大重要指標(biāo)，我們可以初步確定A6和B4為最優(yōu)方案。

3.3 經(jīng)濟(jì)分析

白水泥廠各原料的進(jìn)廠成本如下表6所示。

表6 白水泥中各原料成本

可知，對(duì)應(yīng)于我們前期符合強(qiáng)度和白度要求的A6和B4方案，其經(jīng)濟(jì)成本有所降低。原32.5等級(jí)白水泥配方成本：450×0.56＋180×0.44＝331.2元/噸，A6方案成本：450×0.36＋180×0.31＋310×0.30＋100×0.03＝313.8元/噸，故降低成本331.2－313.8＝17.4元/噸；原42.5等級(jí)白水泥配方成本：450×0.75＋180×0.25＝382.5元/噸，B4方案成本：450×0.60＋180×0.18＋310×0.20＋100×0.02＝366.4元/噸，降低成本382.5－366.4＝16.1元/噸。

結(jié)論與建議

（1）通過目前試配方案，礦粉摻入白水泥中是完全可行的，白水泥的兩大指標(biāo)強(qiáng)度和白度都可以達(dá)到國標(biāo)要求。

（2）在活性達(dá)標(biāo)的基礎(chǔ)上，摻兌礦粉，選擇A6和B4方案，每組配比相對(duì)廠商原配比分別降低成本17.4元/噸16.1元/噸，從經(jīng)濟(jì)利益上考慮是非?？捎^的。

（3）本實(shí)驗(yàn)采取天然石膏作為早強(qiáng)劑，為優(yōu)化配方，通過查閱文獻(xiàn)以及咨詢，我們也可以采取生石灰—石膏復(fù)合型早強(qiáng)劑。

[1] 鄭青 ，許曉東，杜澤，等.礦粉摻量對(duì)混凝土性能的影響[J].混凝土與水泥制品，2011（4）:22-24.

[2] 邵參.高鉻鑄鐵粉磨白水泥的實(shí)用性及其潛在經(jīng)濟(jì)效益[J].水泥，1994.（11）:1-5.

[3] 戴麗萊，嚴(yán)捍東，彭?xiàng)?低溫煅燒白水泥初探[J].水泥,1994,（1）:7-11,22.

[4] 李遷，劉冬霞.礦粉對(duì)水泥及混凝土性能的影響與應(yīng)用[J].遼寧建材，2008（12）:50-51.

[5] 張莉，張平均.礦粉在商品混凝土中的應(yīng)用[J].混凝土世界，2009.08（2）57-60.