巧用工業(yè)廢渣生產(chǎn)緩凝水泥的試驗研究和生產(chǎn)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(zé)任公司，四川 寧南 615408）（2.四川省建材產(chǎn)品質(zhì)量監(jiān)督檢驗中心，四川 成都 610081）

目前緩凝水泥生產(chǎn)一般有兩種方法：一是加緩凝劑調(diào)節(jié)凝結(jié)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(diào)節(jié)水泥凝結(jié)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(xiàn)大幅度下降。用這兩種方法生產(chǎn)的水泥28 d抗壓強度一般情況下僅能達(dá)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(dá)到38.0 MPa以上。因此，生產(chǎn)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(chǎn)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(chǎn)的硅酸鹽水泥熟料，理化指標(biāo)見表1。

（2）天然二水石膏：采購，化學(xué)成分見表2。

（3）微硅粉（別名：硅粉、金屬硅微硅粉）：工業(yè)硅的副產(chǎn)品，為環(huán)保收塵灰，化學(xué)成分見表2。

（4）磷渣：磷渣是磷化工廠生產(chǎn)黃（白）磷時產(chǎn)生的工業(yè)廢渣，外觀呈細(xì)顆粒狀，略帶白色，為水淬物，化學(xué)成分見表2。

表1 硅酸鹽水泥熟料的理化指標(biāo)

表2 天然石膏、微硅粉、磷渣的化學(xué)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(jié)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(yīng)，其目的是檢驗相同物料配比小磨水泥物理性能的重現(xiàn)性和穩(wěn)定性。通過表3數(shù)據(jù)可以看出，優(yōu)選的兩種不同物料配比的小磨水泥的凝結(jié)時間和后期強度均達(dá)到和超過開發(fā)計劃指標(biāo)要求，重現(xiàn)性和穩(wěn)定性良好。

2.2 大磨試驗

在前期小磨研究試驗的基礎(chǔ)上結(jié)合大磨生產(chǎn)的工藝技術(shù)特點，選擇天然二水石膏作為調(diào)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(chǎn)試驗，大磨水泥物料配比及物理性能檢驗結(jié)果見表4、其它特性性能指標(biāo)檢測結(jié)果見表5。

2.3 結(jié)果分析

（1）水泥的強度。

從表4中P08、P10可以看出，水泥的凝結(jié)時間均符合要求。其3 d抗壓/抗折強度分別達(dá)到23.0/9.0 MPa，17.0/8.2 MPa，28 d抗壓/抗折強度分別達(dá)到50.3/9.0 MPa，42.1/8.2 MPa，力學(xué)性能遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過32.5級通用硅酸鹽水泥國家標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的指標(biāo)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(biāo)準(zhǔn)稠度用水量。

水泥的標(biāo)準(zhǔn)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(biāo)準(zhǔn)稠度也是一個重要的物理性能指標(biāo)。表4中數(shù)據(jù)表明，磷渣及微硅粉的加入，對標(biāo)準(zhǔn)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(jié)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(dāng)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(yīng)。

微硅粉能產(chǎn)生兩種基本效應(yīng)：形態(tài)效應(yīng)、活性效應(yīng)。形態(tài)效應(yīng)：微硅粉的主要組成是碳化硅玻璃微珠，表面光滑，顆粒細(xì)，質(zhì)地致密，內(nèi)比表面積小，對水的吸附力小，流動性好，在磨機中相當(dāng)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(chǎn)量大幅度提高?；钚孕?yīng)：微硅粉的活性效應(yīng)在于它的高活性硅分子上。在水泥水化過程中與二次產(chǎn)物氫氧化鈣結(jié)合促使形成更多的C-S-H膠凝材料增加了其水硬性。經(jīng)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(dǎo)致孔徑微細(xì)化和粒徑細(xì)小化，顯著地改善了硬化體的孔結(jié)構(gòu)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(jié)果

（5）水泥的特性及安全性能。

目前，人身健康和環(huán)境保護越來越得到重視，因此，我們在生產(chǎn)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(jié)果表明：所生產(chǎn)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(biāo)均優(yōu)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(biāo)準(zhǔn)中的限量指標(biāo)要求。3d和7d水化熱達(dá)到了中熱硅酸鹽水泥的要求，使得所生產(chǎn)的緩凝水泥在現(xiàn)場施工、人身健康、環(huán)境保護方面具有優(yōu)勢。

3 工程應(yīng)用實例

試生產(chǎn)成功后，公司按照P8、P10的配方，依據(jù)訂單陸續(xù)生產(chǎn)緩凝水泥約14萬t，由于緩凝效果好、適應(yīng)性強、初凝時間大于250 min，滿足了施工要求，成功應(yīng)用于四川川交路橋有限責(zé)任公司省道S 212改造工程、云南華銳建材工貿(mào)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(yè)創(chuàng)造了良好的經(jīng)濟效益。

4 結(jié) 語

巧用工業(yè)廢渣生產(chǎn)的緩凝水泥，不僅滿足了道路施工緩凝的要求，其性能指標(biāo)達(dá)到32.5 R～42.5級通用硅酸鹽水泥或砌筑水泥的技術(shù)指標(biāo)要求，解決了緩凝水泥后期強度低的問題，生產(chǎn)出更優(yōu)質(zhì)的緩凝水泥。由于降低了熟料用量，加入了工業(yè)廢渣，減少了二次污染，從而為減少NOx、C O2排放做出了貢獻(xiàn)。經(jīng)過不斷研究實踐，將會在混凝土道路施工中得到廣泛應(yīng)用。使用微硅粉、磷渣兩種工業(yè)廢渣對資源綜合利用，保護環(huán)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(chǎn)的問題，與使用葡萄糖、白糖、檸檬酸鈉等外加劑生產(chǎn)的緩凝水泥相比，其與混凝土外加劑的適應(yīng)性更強。