矿渣微粉在白色硅酸盐水泥中的应用研究

王念

（武汉武新新型建材有限公司，湖北 武汉 430080）

前言

矿渣微粉（简称矿粉）是水淬粒化高炉矿渣经粉磨后达到规定细度的一种粉体材料。早年矿渣是高炉炼铁的固体废弃物，由于没有得以充分利用并且大量露天堆积，耗费资金的同时也带来了一系列环境安全问题。在绿色矿山、低碳经济、可持续发展的理念不断深入人心之际，矿渣的综合利用得到了人们更多地关注。近年来，随着矿渣磨细技术的不断发展，矿渣粉质量越来越稳定，为矿粉大量应用打下了良好基础。其次矿粉由于其细度小，白度大，应用范围也逐渐拓广，再者矿粉与水泥存在一定的价差，等量取代后其经济效益是显而易见的。因此，矿粉已成为理想的掺合料逐渐被广大混凝土企业采用[1]。

白色硅酸盐水泥（简称白水泥）是一种以白度较高为特征的特种水泥，广泛用于建筑装饰材料，如水磨石、地花砖、斩假石、水刷石、雕塑及各种建筑工程表面装饰等，在白水泥中掺入耐碱色素可制成彩色水泥，还可制作白色和彩色混凝土构件[2-3]。

由于白水泥和矿粉的特性，因而考虑将矿粉掺加到熟料中配制白色硅酸盐水泥。其主要原理如下：矿粉由于其本身的高白度作为白水泥原料在表观上对白水泥的白度指标是极大的优势，同时矿粉具有自身弱水硬性和火山灰活性的作用，在水泥水化产物CH和石膏的激发下，具有较高的活性，有利于混凝土力学性能的提高和耐久性的改善[4-5]，因而制品后期强度极为理想。

1 试验原材料

水泥熟料、石膏（SO3含量为42.53%）、市售普通双飞粉、武汉武新公司S95级矿粉，其化学成分和物理性能分别见表1、表2。

2 试验过程

通过矿粉、双飞粉的活性，石膏对矿粉的激发活性，并且综合经济成本考虑，我们设置了下表3的矿粉掺白水泥试验配比。

其中纯熟料的3d强度为32.7MPa，28d强度为53.6MPa。

熟料与矿粉各半的3d强度为21.8MPa，28d强度为56.2MPa。

按照配方分别称取熟料，双飞粉，矿粉以及石膏，并混合均匀，按国标GB/T17671-1999《水泥胶砂强度检验方法（ISO法）》做胶砂成型试验，然后在温度20℃，湿度≥95%条件下进行养护，再按国标测量3d和28d抗折、抗压强度。

3 实验结果和分析

3.1 力学性能分析

采用表3矿粉掺白水泥试验配比，按GB/T17671-1999《水泥胶砂强度检验方法（ISO法）》和GB/T2015-2005《白色硅酸盐水泥》进行试块抗折抗压力学性能试验，如下表4所示 。

同时结合试验中得到的具体数值，其中石膏对矿粉的掺量可初步纳入矿粉的关系中，并且当石膏与矿粉的比例为10:1时，矿粉的活性达到最佳。初步推出并优化如下线性关系：

上面（1）（2）式中a、b、c分别为熟料、双飞粉、矿粉在配方中的比例。

由表3-1可以看出在满足国标且具有一定富裕值的条件下，试块的强度值都是符合要求的。对于抗压强度而言，我们会发现在32.5等级白水泥一系列配比中，28d比3d抗压强度值增进率为70%～100%，其中，当掺加矿粉后，增进率逐渐增大，并且随着矿粉掺加量增加（0-10%-15%-20%-30%），同时对应的增进率也逐渐增加，表明矿粉在一定程度上是促进白水泥的后期强度的，并且当配比中掺加适量石膏后，如配比A1和A2，A5和A6，早期（3d）强度会明显提高。对应于42.5等级白水泥配比，增进率以及强度的规律也是如此。掺入适量石膏后，矿粉掺量对水泥强度的影响减小，此时水泥强度比单掺矿粉的强度高。矿粉掺量增加，SO3含量应随之增加。SO3含量超过2.5%后，水泥试块强度急剧下降。

表1 原材料化学成分（%）

表2 原材料物理性能

表3 矿粉掺白水泥试验配比

表4 不同配比的水泥胶砂强度力学性能

表5 不同配比的白度性能

3.2 白度分析

根据GB/T2015-2005《白色硅酸盐水泥》和GB/T5950-2008《建筑材料与非金属矿产品白度测量方法》知道水泥白度值不低于87%。

由表5可以看出我们配比得到的粉末的白度值是完全满足国标的并且当掺加矿粉取代熟料时白度有上升的趋势。

由我们目前所进行的试配实验，结合强度和白度两大重要指标，我们可以初步确定A6和B4为最优方案。

3.3 经济分析

白水泥厂各原料的进厂成本如下表6所示。

表6 白水泥中各原料成本

可知，对应于我们前期符合强度和白度要求的A6和B4方案，其经济成本有所降低。原32.5等级白水泥配方成本：450×0.56＋180×0.44＝331.2元/吨，A6方案成本：450×0.36＋180×0.31＋310×0.30＋100×0.03＝313.8元/吨，故降低成本331.2－313.8＝17.4元/吨；原42.5等级白水泥配方成本：450×0.75＋180×0.25＝382.5元/吨，B4方案成本：450×0.60＋180×0.18＋310×0.20＋100×0.02＝366.4元/吨，降低成本382.5－366.4＝16.1元/吨。

结论与建议

（1）通过目前试配方案，矿粉掺入白水泥中是完全可行的，白水泥的两大指标强度和白度都可以达到国标要求。

（2）在活性达标的基础上，掺兑矿粉，选择A6和B4方案，每组配比相对厂商原配比分别降低成本17.4元/吨16.1元/吨，从经济利益上考虑是非常可观的。

（3）本实验采取天然石膏作为早强剂，为优化配方，通过查阅文献以及咨询，我们也可以采取生石灰—石膏复合型早强剂。

[1] 郑青 ，许晓东，杜泽，等.矿粉掺量对混凝土性能的影响[J].混凝土与水泥制品，2011（4）:22-24.

[2] 邵参.高铬铸铁粉磨白水泥的实用性及其潜在经济效益[J].水泥，1994.（11）:1-5.

[3] 戴丽莱，严捍东，彭杨.低温煅烧白水泥初探[J].水泥,1994,（1）:7-11,22.

[4] 李迁，刘冬霞.矿粉对水泥及混凝土性能的影响与应用[J].辽宁建材，2008（12）:50-51.

[5] 张莉，张平均.矿粉在商品混凝土中的应用[J].混凝土世界，2009.08（2）57-60.