巧用工業廢渣生產緩凝水泥的試驗研究和生產實踐

孫小培，周正明，馬 闖，吳 鈺，葛家奎，胡景亮

（1.四川省寧南縣白鶴灘水泥有限責任公司，四川 寧南 615408）（2.四川省建材產品質量監督檢驗中心，四川 成都 610081）

目前緩凝水泥生產一般有兩種方法：一是加緩凝劑調節凝結時間，采用如葡萄糖、白糖、檸檬酸鈉等外加劑。二是使用磷石膏調節水泥凝結時間。這兩種方法均能使水泥的初凝時間控制在250 min以上，而終凝時間仍然不超過600 min。但缺點是解決緩凝的同時也降低了水泥的強度，特別是水泥的28 d強度出現大幅度下降。用這兩種方法生產的水泥28 d抗壓強度一般情況下僅能達到35.0 MPa左右，有的甚至更低。而32.5級通用硅酸鹽水泥28 d抗壓強度能達到38.0 MPa以上。因此，生產一種緩凝水泥，既能滿足路基施工緩凝之需，同時又具有較高的后期強度，這是施工單位的期盼，也是本文試驗研究和生產實踐的宗旨。

1 原材料的選擇

（1）硅酸鹽水泥熟料：選用本公司生產的硅酸鹽水泥熟料，理化指標見表1。

（2）天然二水石膏：采購，化學成分見表2。

（3）微硅粉（別名：硅粉、金屬硅微硅粉）：工業硅的副產品，為環保收塵灰，化學成分見表2。

（4）磷渣：磷渣是磷化工廠生產黃（白）磷時產生的工業廢渣，外觀呈細顆粒狀，略帶白色，為水淬物，化學成分見表2。

表1 硅酸鹽水泥熟料的理化指標

表2 天然石膏、微硅粉、磷渣的化學成分（%）

表3 小磨水泥物料配比及物理性能

2 試驗與分析

2.1 小磨試驗

小磨水泥物料配比及物理性能檢驗結果見表3，其中1號、2號樣為不同物料配比的對比，3號、4號樣物料配比分別與1號、2號樣對應，其目的是檢驗相同物料配比小磨水泥物理性能的重現性和穩定性。通過表3數據可以看出，優選的兩種不同物料配比的小磨水泥的凝結時間和后期強度均達到和超過開發計劃指標要求，重現性和穩定性良好。

2.2 大磨試驗

在前期小磨研究試驗的基礎上結合大磨生產的工藝技術特點，選擇天然二水石膏作為調凝劑，摻量為5.0%～5.5%，控制T S O3：2.20%±0.20%，將熟料和混合材（微硅粉、磷渣）作為可變摻量，分別配置10組配方（P 1-P 10），進行大磨生產試驗，大磨水泥物料配比及物理性能檢驗結果見表4、其它特性性能指標檢測結果見表5。

2.3 結果分析

（1）水泥的強度。

從表4中P08、P10可以看出，水泥的凝結時間均符合要求。其3 d抗壓/抗折強度分別達到23.0/9.0 MPa，17.0/8.2 MPa，28 d抗壓/抗折強度分別達到50.3/9.0 MPa，42.1/8.2 MPa，力學性能遠遠超過32.5級通用硅酸鹽水泥國家標準規定的指標要求。通過試驗得出，微硅粉對水泥的28天強度有顯著的增強作用，可以彌補因減少熟料用量而帶來的水泥強度降低。

（2）水泥的標準稠度用水量。

水泥的標準稠度需水量的多少直接影響到水泥砼的施工性能，因此水泥的標準稠度也是一個重要的物理性能指標。表4中數據表明，磷渣及微硅粉的加入，對標準稠度需水量影響都不大，水泥砼性能實驗也證實了對水泥砼的施工基本沒有影響。

（3）水泥的凝結時間。

由表4分析可以看出，熟料含量越高，則初凝與終凝時間越短；當摻磷渣、微硅粉后，終凝與初凝時間延長，其中磷渣摻加量越高緩凝的效果越顯著。

（4）微硅粉的效應。

微硅粉能產生兩種基本效應：形態效應、活性效應。形態效應：微硅粉的主要組成是碳化硅玻璃微珠，表面光滑，顆粒細，質地致密，內比表面積小，對水的吸附力小，流動性好，在磨機中相當于“滾珠軸承”，起到了助磨作用，因熟料摻入量的減少，整體“易磨性”提高，臺時產量大幅度提高。活性效應：微硅粉的活性效應在于它的高活性硅分子上。在水泥水化過程中與二次產物氫氧化鈣結合促使形成更多的C-S-H膠凝材料增加了其水硬性。經粉磨后的微硅粉填充于水泥水化物的孔隙中，大大降低了水泥漿體的孔隙率，導致孔徑微細化和粒徑細小化，顯著地改善了硬化體的孔結構和界面特性。

表4 大磨水泥物料配比及物理性能

表5 其它特性性能檢測結果

（5）水泥的特性及安全性能。

目前，人身健康和環境保護越來越得到重視，因此，我們在生產緩凝水泥過程中始終遵循著低放射性、低堿、低鉻、低氯的原則。表5中的特性性能檢測結果表明：所生產的緩凝水泥的放射性、水溶性鉻（VI）、三氧化硫、氧化鎂、氯離子、堿含量等指標均優于GB175-2007《通用硅酸鹽水泥》、GB31893-2015《水泥中水溶性鉻（VI）的限量及測定方法》、GB6566-2010《建筑材料放射性核素限量》等強制性國家標準中的限量指標要求。3d和7d水化熱達到了中熱硅酸鹽水泥的要求，使得所生產的緩凝水泥在現場施工、人身健康、環境保護方面具有優勢。

3 工程應用實例

試生產成功后，公司按照P8、P10的配方，依據訂單陸續生產緩凝水泥約14萬t，由于緩凝效果好、適應性強、初凝時間大于250 min，滿足了施工要求，成功應用于四川川交路橋有限責任公司省道S 212改造工程、云南華銳建材工貿有限公司道路施工，使用效果良好，不僅得到了用戶的好評，同時也為企業創造了良好的經濟效益。

4 結 語

巧用工業廢渣生產的緩凝水泥，不僅滿足了道路施工緩凝的要求，其性能指標達到32.5 R～42.5級通用硅酸鹽水泥或砌筑水泥的技術指標要求，解決了緩凝水泥后期強度低的問題，生產出更優質的緩凝水泥。由于降低了熟料用量，加入了工業廢渣，減少了二次污染，從而為減少NOx、C O2排放做出了貢獻。經過不斷研究實踐，將會在混凝土道路施工中得到廣泛應用。使用微硅粉、磷渣兩種工業廢渣對資源綜合利用，保護環境具有積極的意義。同時也避免了使用磷石膏因水分過大難以組織生產的問題，與使用葡萄糖、白糖、檸檬酸鈉等外加劑生產的緩凝水泥相比，其與混凝土外加劑的適應性更強。