礦渣水泥性能的試驗研究

陳燦燦 葛振紅洛陽市金鑒工程質量檢測中心有限公司（310012）

0 引言

礦渣是煉鐵過程中產生的廢渣，是一種具有潛在的水硬性膠凝材料，在水泥行業被廣泛應用于混合材料，礦渣水泥是我國六大水泥品種之一，與普通水泥相比礦渣水泥，即可以降低水泥成本又能改善水泥性能。大量的試驗和生產證明，礦渣的粉磨細度（比表面積）對水泥性能特別是強度影響很大。由于礦渣的易磨性較差（相對水泥熟料），在生產中礦渣摻加量較大的情況下，如果采用共同粉磨工藝，礦渣難以磨細到理想顆粒，對水泥的性能帶來負面影響，現在很多企業都采用單獨粉磨方式對礦渣進行粉磨，達到S95標準要求，再按生產水泥品種要求進行配比混合，從而達到預期效果。由于礦渣具有潛在活性，其活性需要堿和硫酸鹽進行激發，所以礦渣水泥中SO3的含量對水泥性能也有較大影響。

1 試驗材料

1.1 水泥

河南某廠生產的P·O42.5水泥，混合材料摻加量12%，主要性能指標見表1。從表1可以看出，該水泥的早期 （7d）強度較高，達到28d齡期的86%。

1.2 礦渣微粉

來自河南濟源生產的S95礦渣微粉，主要性能指標見表2。表2試驗表明，7d、28d活性指數超過GB/T18046—2017規定的S95技術要求。而不同水泥檢測的礦渣微粉的活性指數不同，出廠活性指數采用我國基準水泥檢測，其7d強度發展沒有試驗水泥快。

表2 礦渣微粉性能指標（%）

1.3 粉煤灰

來自洛陽生產用于混凝土摻合料的粉煤灰，主要性能指標見表3。該粉煤灰的細度較好，燒失量和28d抗壓比等指標達到GB/T1569—2017規定的用于水泥中粉煤灰的技術要求。

表3 粉煤灰性能指標（%）

1.4 脫硫石膏

采用首陽山電廠的脫硫石膏，細度 （45um篩余）15%，SO342.38%。

2 試驗方案與配合比

目前我國礦渣水泥有兩種——P·S·A和P·S·B，二者區別在礦渣摻加量不同，本試驗采用P·S·A有關技術要求進行，即礦渣微粉摻加量在20%～50%，同時在礦渣水泥中摻加10%的粉煤灰替代礦渣微粉進行水泥性能對比。結合前期試驗和試驗對比水泥情況，水泥試樣的SO3含量控制3.0%以上。確定試驗中普通水泥摻加量分別為60%、50%，礦渣微粉初始摻加量分別則為40%、50%，其中對比試樣為普通水泥及普通水泥與礦渣微粉配合比試樣，配合比試樣逐步增加SO3含量（脫硫石膏），試樣的水泥摻加量不變，減少礦渣微粉摻加量，試驗配合比見表4。

表1 P·O42.5水泥性能指標

表4 水泥試樣配合比（%）

3 試驗方法與結果分析

3.1 試驗方法

試驗檢測不同配比水泥試樣的有關性能，采用GB/T176檢測SO3含量，采用GB/T1346—2011檢測標準稠度用水量、凝結時間和安定性等，采用GB/T 17671檢測的不同齡期強度（3d、28d和180d）。

3.2 試驗結果

采用有關水泥標準，對水泥試樣進行檢測，試樣試驗結果見表5。

表5 水泥試樣性能指標

3.3 結果分析

1）從表5可以看出，所有配比水泥試樣檢測指標均達到P·S·A42.5礦渣水泥技術要求，后期（28 d、180d）強度均高于對比樣（普通42.5水泥）。與對比樣1（P·O42.5）相比，在強度方面，所有配比試樣早期（3d抗壓、抗折）均偏低，但后期28d多數都超過，而180d則全部超過，說明礦渣水泥后期強度增進率高，這與礦渣的潛在活性及水化程度有關；在凝結時間上，表現為與試樣SO3含量大小的一致性關系；在標準稠度方面，所有配比試樣均偏高，這是由于礦渣顆粒小于水泥的原因。配比樣2、3（沒有摻加脫硫石膏）較對比試樣高很多，其他配比樣則隨著SO3含量增加標準稠度呈降低的趨勢，逐漸接近對比樣，這可能是與脫硫石膏粒徑大小和溶解度等有關，需要進一步試驗研究。

2）礦渣摻量對水泥性能影響。在配比試樣SO3含量基本相同的條件下（如表5的2-1、3-1等），隨著礦渣摻量的增加，水泥性能變化表現為不一致性。強度方面：所有試樣3d抗壓強度表現為降低趨勢，而抗折強度表現為先增后降；其他則是呈馬鞍型變化，而抗折強度表現為增長趨勢；28d抗壓強度，在SO3含量小于4.0%時，表現為增長趨勢，在SO3含量4.0%時，表現為降低趨勢，抗折強度上變化不大；后期180d強度，抗壓強度總體表現為增長，抗折強度差別不大。配比試樣的凝結時間逐漸延長，標準稠度則是減小。

3）SO3含量對水泥性能影響。在配比樣水泥摻加量相同條件下（如表5的2、2-1等），隨著SO3（石膏）含量的增加，配比試樣的強度總體表現為降低趨勢，凝結時間延長，標準稠度減小，對改善水泥的施工性能有利。此次試驗SO3（石膏）含量較高，如果與沒有摻加脫硫石膏的配比樣（2、3）對比，可以看出SO3含量較低（小于2.0%）時，試樣的強度均較高，特別在水泥摻加量較高（大于50%）時，強度優于SO3含量高的試樣，而隨礦渣摻加量增加，該情況發生變化，強度優勢不明顯 （特別是180d齡期），這是硫酸鹽對礦渣激發的結果。說明礦渣水泥SO3含量有最佳值，該值與礦渣摻加量有關，礦渣摻加量較高時，應增加SO3（石膏）含量，但同時也要考慮水泥的其他性能指標要求，需要進行試驗檢測。

4）摻加10%粉煤灰替代礦渣降低了早期強度，減小標準稠度，后期強度相差不大。

4 結論

1）采用勾兌方法配制的礦渣水泥完全可以達到其性能要求。

2）SO3（石膏）含量對礦渣水泥性能有一定影響，在礦渣摻加量不超過50%時，水泥的SO3含量不宜超過3.0%，否則對強度有影響。隨礦渣摻加量增加（50%以上），需要提高水泥的SO3（石膏）含量。SO3含量低于2.0%，水泥的標準稠度明顯增加，對水泥施工性能不利。

3）在實際生產中，礦渣水泥的SO3（石膏）含量應根據普通水泥（熟料）情況以及礦渣擬摻加量等進行有關試驗，找出最佳摻量。