水工混凝土低熱硅酸鹽水泥復(fù)摻磷渣粉配比設(shè)計

俞一波 唐林鋒（浙江省紹興山水回轉(zhuǎn)窯水泥粉磨有限公司，浙江 紹興312035）

隨著中國城鎮(zhèn)化和后工業(yè)時代的到來，水泥由于其低廉的生產(chǎn)成本和良好的膠凝性能，已成為目前最主要和不可替代的建筑材料[1]。而水泥工業(yè)“兩磨一燒”的生產(chǎn)工藝特點，實際生產(chǎn)需要消耗大量的礦物資源，在倡導(dǎo)節(jié)能減排、低碳環(huán)保的今天，水泥工業(yè)的發(fā)展面臨著資源、能源和環(huán)保的嚴(yán)峻挑戰(zhàn)，如何綜合利用各種廢棄資源，如本文下述磷渣資源，通過改善水泥物料配比，提升水泥性能，走可持續(xù)發(fā)展之路已成為當(dāng)今水泥工業(yè)發(fā)展的迫切需要[2]。

本文以磷渣、爐渣、采礦碎屑、石灰石、粉煤灰等工業(yè)廢棄物為原料，設(shè)計不同的摻入比例，觀察不同摻量配比對水泥性能的影響，結(jié)合水化作用化學(xué)反應(yīng)及水化作用機(jī)理，探討水泥性能發(fā)生改變的原因及不同類混合材在水泥中的合理摻加比例。

1 實驗

1.1 試驗原料

本試驗采用的水泥熟料為富陽南方水泥股份有限公司生產(chǎn)的52.5級硅酸鹽水泥熟料。公司傳統(tǒng)的混合材為產(chǎn)自周邊的石灰石、石灰石開采時剝離的采礦碎屑（采礦碎屑為非活性火山灰活性，28天抗壓強(qiáng)度比在60%左右），以及少量本地電廠粉煤灰、鍋爐爐渣。

熟料：來自富陽南方水泥的商品熟料；石膏：全部為工業(yè)副石膏，產(chǎn)自電廠煙氣脫硫石膏；礦渣：寧波鋼鐵廠水渣；礦粉：湖州拓翔礦粉廠S95級礦粉；磷渣為本地黃磷生產(chǎn)后廢棄物。試驗用水泥熟料的化學(xué)組成見表1、表2。

表1 試驗用水泥熟料化學(xué)組成

表2 試驗用混合材化學(xué)組成

1.2 摻量配比設(shè)計

混合材料中不同摻加比例對水泥的作用機(jī)理和水泥性能肯定是有影響的，根據(jù)水泥熟料的摻量范圍為50%～60%,脫硫石膏摻量固定為5%,設(shè)計出不同混合材料的摻量比例，從而探討不同的材料、不同材料的摻量比例對水泥作用機(jī)理及水泥性能的影響。不同類摻量配比見表3。統(tǒng)一由φ500mm×500mm試驗小磨粉磨相同時間。

表3 不同配比復(fù)合硅酸鹽水泥設(shè)計

根據(jù)GB/T1346-2001及GB/T 17671-1999(ISO法)規(guī)定,測定不同配合配比水泥的各種性能；在標(biāo)準(zhǔn)條件下養(yǎng)護(hù)至1d、3d及28d,分別進(jìn)行相應(yīng)強(qiáng)度的試驗。

2 試驗結(jié)果及分析

試驗結(jié)果及分析見表4。

表4 不同配合比的水泥樣品的性能

3 試驗結(jié)果分析

通過調(diào)整配方前后配比發(fā)現(xiàn)在石灰石、粉煤灰、爐渣比例基本固定的條件下，通過a-g配比發(fā)現(xiàn)在磷渣替代采礦碎屑作為水泥混合材過程中水泥強(qiáng)度略上升，同時標(biāo)準(zhǔn)稠度用水量能夠成線性下降。但即使磷渣全部替代采礦碎屑，在熟料下降4%時，水泥強(qiáng)度仍迅即下降。這說明在以火山灰質(zhì)混合材為單一品種的復(fù)合水泥中，要達(dá)到熟料料耗50%及以下，比較困難。在h—k配比中摻加礦渣或礦粉（總量10%以內(nèi)）同時摻加6%左右磷渣，能顯著降低熟料消耗，基本上能使水泥中熟料消耗降到50%，同時使水泥的使用得到較大提高，降低了水泥生產(chǎn)成本。在對h－k三項比較中，H、I項因全部為礦渣，眾所周知，因礦渣較難粉磨，即使水泥細(xì)度較a配方提高1.4%（0.045）。K項配方因全部為磨尾摻礦粉，但在水泥性能檢驗中，發(fā)現(xiàn)較A配方初凝時間延長了52Min，終凝時間延長41Min，雖然28d強(qiáng)度增加了0.9MPa，但3天強(qiáng)度下降了6.0MPa，主要原因是在保持28天強(qiáng)度基本不變的情況下，熟料降幅較大，對一些要求快硬早強(qiáng)的用戶可能不適應(yīng)。j項配方，水泥成本能夠控制在較低水平，水泥各項性能亦無較大變化。在混凝土標(biāo)準(zhǔn)配比中達(dá)到要求塌落度時，A配比水泥用水量為225KG/m3,j配比水泥用水量為195KG/m3,A配比水泥要比I配比水泥高20L/m3。同時水泥各項性能均達(dá)到一等品的質(zhì)量要求。通過對比，最終選擇J配方做為首選配方。

因此，水泥企業(yè)可以實現(xiàn)利用廢棄磷渣、礦渣及礦粉生產(chǎn)優(yōu)質(zhì)復(fù)合32.5水泥，可降低水泥生產(chǎn)成本25～30元/噸[3]。以一家60萬噸水泥企業(yè)為例，不但減少了生產(chǎn)水泥的成本1500萬元，同時提高了水泥綜合性能，節(jié)省了大量的資源，減少了環(huán)境的污染，具有顯著的經(jīng)濟(jì)效益和較好的社會效益。

[1]毛玉如,方夢祥,馬國維.水泥工業(yè)的廢棄物利用與CO2排放控制探討[J].再生資源研究,2004(4):32-37.

[2]王復(fù)生?，F(xiàn)代水泥生產(chǎn)基本知識[M],北京：中國建材工業(yè)出版社，2005。

[3]李遷,劉冬霞.礦粉對水泥及混凝土性能的影響與應(yīng)用[J].遼寧建材,2008(12)