礦渣微粉在白色硅酸鹽水泥中的應用研究

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）是水淬粒化高爐礦渣經粉磨后達到規定細度的一種粉體材料。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，耗費資金的同時也帶來了一系列環境安全問題。在綠色礦山、低碳經濟、可持續發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注。近年來，隨著礦渣磨細技術的不斷發展，礦渣粉質量越來越穩定，為礦粉大量應用打下了良好基礎。其次礦粉由于其細度小，白度大，應用范圍也逐漸拓廣，再者礦粉與水泥存在一定的價差，等量取代后其經濟效益是顯而易見的。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白水泥的白度指標是極大的優勢，同時礦粉具有自身弱水硬性和火山灰活性的作用，在水泥水化產物CH和石膏的激發下，具有較高的活性，有利于混凝土力學性能的提高和耐久性的改善[4-5]，因而制品后期強度極為理想。

1 試驗原材料

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級礦粉，其化學成分和物理性能分別見表1、表2。

2 試驗過程

通過礦粉、雙飛粉的活性，石膏對礦粉的激發活性，并且綜合經濟成本考慮，我們設置了下表3的礦粉摻白水泥試驗配比。

其中純熟料的3d強度為32.7MPa，28d強度為53.6MPa。

熟料與礦粉各半的3d強度為21.8MPa，28d強度為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GB/T17671-1999《水泥膠砂強度檢驗方法（ISO法）》做膠砂成型試驗，然后在溫度20℃，濕度≥95%條件下進行養護，再按國標測量3d和28d抗折、抗壓強度。

3 實驗結果和分析

3.1 力學性能分析

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

同時結合試驗中得到的具體數值，其中石膏對礦粉的摻量可初步納入礦粉的關系中，并且當石膏與礦粉的比例為10:1時，礦粉的活性達到最佳。初步推出并優化如下線性關系：

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且具有一定富裕值的條件下，試塊的強度值都是符合要求的。對于抗壓強度而言，我們會發現在32.5等級白水泥一系列配比中，28d比3d抗壓強度值增進率為70%～100%，其中，當摻加礦粉后，增進率逐漸增大，并且隨著礦粉摻加量增加（0-10%-15%-20%-30%），同時對應的增進率也逐漸增加，表明礦粉在一定程度上是促進白水泥的后期強度的，并且當配比中摻加適量石膏后，如配比A1和A2，A5和A6，早期（3d）強度會明顯提高。對應于42.5等級白水泥配比，增進率以及強度的規律也是如此。摻入適量石膏后，礦粉摻量對水泥強度的影響減小，此時水泥強度比單摻礦粉的強度高。礦粉摻量增加，SO3含量應隨之增加。SO3含量超過2.5%后，水泥試塊強度急劇下降。

表1 原材料化學成分（%）

表2 原材料物理性能

表3 礦粉摻白水泥試驗配比

表4 不同配比的水泥膠砂強度力學性能

表5 不同配比的白度性能

3.2 白度分析

根據GB/T2015-2005《白色硅酸鹽水泥》和GB/T5950-2008《建筑材料與非金屬礦產品白度測量方法》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的并且當摻加礦粉取代熟料時白度有上升的趨勢。

由我們目前所進行的試配實驗，結合強度和白度兩大重要指標，我們可以初步確定A6和B4為最優方案。

3.3 經濟分析

白水泥廠各原料的進廠成本如下表6所示。

表6 白水泥中各原料成本

可知，對應于我們前期符合強度和白度要求的A6和B4方案，其經濟成本有所降低。原32.5等級白水泥配方成本：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，白水泥的兩大指標強度和白度都可以達到國標要求。

（2）在活性達標的基礎上，摻兌礦粉，選擇A6和B4方案，每組配比相對廠商原配比分別降低成本17.4元/噸16.1元/噸，從經濟利益上考慮是非常可觀的。

（3）本實驗采取天然石膏作為早強劑，為優化配方，通過查閱文獻以及咨詢，我們也可以采取生石灰—石膏復合型早強劑。

[1] 鄭青 ，許曉東，杜澤，等.礦粉摻量對混凝土性能的影響[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用性及其潛在經濟效益[J].水泥，1994.（11）:1-5.

[3] 戴麗萊，嚴捍東，彭楊.低溫煅燒白水泥初探[J].水泥,1994,（1）:7-11,22.

[4] 李遷，劉冬霞.礦粉對水泥及混凝土性能的影響與應用[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用[J].混凝土世界，2009.08（2）57-60.