礦渣微粉在白色硅酸鹽水泥中的應(yīng)用研究

王 念

(武漢武新新型建材有限公司,武漢 430080)

礦渣微粉在白色硅酸鹽水泥中的應(yīng)用研究

王 念

(武漢武新新型建材有限公司,武漢 430080)

白色硅酸鹽水泥由于其本身具有白度和強(qiáng)度的優(yōu)勢(shì)而廣泛應(yīng)用;礦渣微粉是一種具有高白度以及后期高強(qiáng)度等特點(diǎn)的低碳環(huán)保新型綠色建材,因而我們考慮將礦粉取代部分熟料用來配制白水泥,達(dá)到低碳減排的效果。通過研究發(fā)現(xiàn)將礦粉以不同的比例取代熟料或雙飛粉配制出的白水泥在強(qiáng)度和白度兩大指標(biāo)上都有顯著改善。

礦粉; 白色硅酸鹽水泥; 強(qiáng)度; 白度

礦渣微粉(簡(jiǎn)稱礦粉)是水淬?；郀t礦渣經(jīng)粉磨后達(dá)到規(guī)定細(xì)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(fèi)資金的同時(shí)也帶來了一系列環(huán)境安全問題。在綠色礦山、低碳經(jīng)濟(jì)、可持續(xù)發(fā)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的關(guān)注。近年來,隨著礦渣磨細(xì)技術(shù)的不斷發(fā)展,礦渣粉質(zhì)量越來越穩(wěn)定,為礦粉大量應(yīng)用打下了良好基礎(chǔ)。其次礦粉由于其細(xì)度小,白度大,應(yīng)用范圍也逐漸拓廣,再者礦粉與水泥存在一定的價(jià)差,等量取代后其經(jīng)濟(jì)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(yè)采用[1]。

白色硅酸鹽水泥(簡(jiǎn)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(gòu)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(duì)白水泥的白度指標(biāo)是極大的優(yōu)勢(shì),同時(shí)礦粉具有自身弱水硬性和火山灰活性,在水泥水化產(chǎn)物CH和石膏的激發(fā)下,具有較高的活性,有利于混凝土力學(xué)性能的提高和耐久性的改善[4,5],因而制品后期強(qiáng)度極為理想。

1 試驗(yàn)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(jí)礦粉,其化學(xué)成分和物理性能分別見表1,表2。

2 試驗(yàn)過程

通過礦粉、雙飛粉的活性,石膏對(duì)礦粉的激發(fā)活性,并且綜合經(jīng)濟(jì)成本考慮,設(shè)置了表3的礦粉摻白水泥試驗(yàn)配比。

其中純熟料的3 d強(qiáng)度為32.7MPa,28 d強(qiáng)度為53.6 MPa。

熟料與礦粉各半的3 d強(qiáng)度為21.8 MPa,28 d強(qiáng)度為56.2 MPa。

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(guó)標(biāo)GB/T 17671—1999《水泥膠砂強(qiáng)度檢驗(yàn)方法(ISO法)》做膠砂成型試驗(yàn),然后在溫度20℃,濕度≥95%條件下進(jìn)行養(yǎng)護(hù),再按國(guó)標(biāo)測(cè)量3 d 和28 d抗折、抗壓強(qiáng)度。

3 實(shí)驗(yàn)結(jié)果和分析

3.1 力學(xué)性能分析

采用表3礦粉摻白水泥試驗(yàn)配比,按GB/T 17671—1999《水泥膠砂強(qiáng)度檢驗(yàn)方法(ISO法)》和GB/T 2015—2005《白色硅酸鹽水泥》進(jìn)行試塊抗折抗壓力學(xué)性能試驗(yàn),如表4所示。

同時(shí)結(jié)合試驗(yàn)中得到的具體數(shù)值,其中石膏對(duì)礦粉的摻量可初步納入礦粉的關(guān)系中,并且當(dāng)石膏與礦粉的比例為10:1時(shí),礦粉的活性達(dá)到最佳。初步推出并優(yōu)化如下線性關(guān)系

式中,ɑ、b、c分別為熟料、雙飛粉、礦粉在配方中的比例。

由表4可以看出在滿足國(guó)標(biāo)且具有一定富裕值的條件下,試塊的強(qiáng)度值都是符合要求的。對(duì)于抗壓強(qiáng)度而言,會(huì)發(fā)現(xiàn)在32.5等級(jí)白水泥一系列配比中,28 d比3 d抗壓強(qiáng)度值增進(jìn)率為70%～100%,其中,當(dāng)摻加礦粉后,增進(jìn)率逐漸增大,并且隨著礦粉摻加量增加(0～10%～15%～20%～30%),同時(shí)對(duì)應(yīng)的增進(jìn)率也逐漸增加,表明礦粉在一定程度上是促進(jìn)白水泥的后期強(qiáng)度的,并且當(dāng)配比中摻加適量石膏后,如配比A1 和A2,A5和A6,早期(3 d)強(qiáng)度會(huì)明顯提高。對(duì)應(yīng)于42.5等級(jí)白水泥配比,增進(jìn)率以及強(qiáng)度的規(guī)律也是如此。摻入適量石膏后,礦粉摻量對(duì)水泥強(qiáng)度的影響減小,此時(shí)水泥強(qiáng)度比單摻礦粉的強(qiáng)度高。礦粉摻量增加,SO3含量應(yīng)隨之增加。SO3含量超過2.5%后,水泥試塊強(qiáng)度急劇下降。

3.2 白度分析

根據(jù)GB/T 2015—2005《白色硅酸鹽水泥》和GB/T 5950—2008《建筑材料與非金屬礦產(chǎn)品白度測(cè)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(guó)標(biāo)的并且當(dāng)摻加礦粉取代熟料時(shí)白度有上升的趨勢(shì)。

由目前所進(jìn)行的試配實(shí)驗(yàn),結(jié)合強(qiáng)度和白度兩大重要指標(biāo),可以初步確定A6和B4為最優(yōu)方案。

3.3 經(jīng)濟(jì)分析

白水泥廠各原料的進(jìn)廠成本如表6所示。

可知,對(duì)應(yīng)于我們前期符合強(qiáng)度和白度要求的A6和B4方案,其經(jīng)濟(jì)成本有所降低。原32.5等級(jí)白水泥配方成本:450×0.56+180×0.44=331.2元/t,A6方案成本:450×0.36+180×0.31+310×0.30+100×0.03=313.8元/t,故降低成本331.2-313.8=17.4元/t;原42.5等級(jí)白水泥配方成本:450×0.75+180×0.25=382.5元/t,B4方案成本:450× 0.60+180×0.18+310×0.20+100×0.02=366.4元/t,降低成本382.5-366.4=16.1元/t。

4 結(jié)論與建議

a.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(biāo)強(qiáng)度和白度都可以達(dá)到國(guó)標(biāo)要求。

b.在活性達(dá)標(biāo)的基礎(chǔ)上,摻兌礦粉,選擇A6和B4方案,每組配比相對(duì)廠商原配比分別降低成本17.4元/t,16.1元/t,從經(jīng)濟(jì)利益上考慮是非?？捎^的。

c.該實(shí)驗(yàn)采取天然石膏作為早強(qiáng)劑,為優(yōu)化配方,通過查閱文獻(xiàn)以及咨詢,我們也可以采取生石灰-石膏復(fù)合型早強(qiáng)劑。

[1] 鄭 青,許曉東,杜 澤,等.礦粉摻量對(duì)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(shí)用性及其潛在經(jīng)濟(jì)效益[J].水泥,1994(11):1-5.

[3] 戴麗萊,嚴(yán)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(duì)水泥及混凝土性能的影響與應(yīng)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(yīng)用[J].混凝土世界,2009,8(2)57-60.

Study on Slag Powder in White Portland Cement

WANG Niɑn
(Wuxin Materials Company Limited,Wuhan 430080,China)

White Portland cement is widely used due to its inherent advantages of whiteness and strength.GGBS has a high whiteness and high late strength characteristics.It is a linkd of new green building materials with low-carbon environmental protection,and has the effect of low-carbon emission reduction.GGBS is considered to replace part of the clinker used for preparation of white cement.It is studied that white Portland cement is prepared with GGBS in different proportions to replace the white cement clinker or flying powder.The results show it has a significant improvement on the two main indicators of the strength and whiteness.

slag powder; white Portland cement; strength;whiteness

2014-04-20.

王 念(1988-),工程師.E-mail:jiancaisj@263.net

10.3963/j.issn.1674-6066.2014.04.003