礦渣水泥性能的試驗(yàn)研究

陳燦燦 葛振紅洛陽(yáng)市金鑒工程質(zhì)量檢測(cè)中心有限公司（310012）

0 引言

礦渣是煉鐵過(guò)程中產(chǎn)生的廢渣，是一種具有潛在的水硬性膠凝材料，在水泥行業(yè)被廣泛應(yīng)用于混合材料，礦渣水泥是我國(guó)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(yàn)和生產(chǎn)證明，礦渣的粉磨細(xì)度（比表面積）對(duì)水泥性能特別是強(qiáng)度影響很大。由于礦渣的易磨性較差（相對(duì)水泥熟料），在生產(chǎn)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(xì)到理想顆粒，對(duì)水泥的性能帶來(lái)負(fù)面影響，現(xiàn)在很多企業(yè)都采用單獨(dú)粉磨方式對(duì)礦渣進(jìn)行粉磨，達(dá)到S95標(biāo)準(zhǔn)要求，再按生產(chǎn)水泥品種要求進(jìn)行配比混合，從而達(dá)到預(yù)期效果。由于礦渣具有潛在活性，其活性需要堿和硫酸鹽進(jìn)行激發(fā)，所以礦渣水泥中SO3的含量對(duì)水泥性能也有較大影響。

1 試驗(yàn)材料

1.1 水泥

河南某廠生產(chǎn)的P·O42.5水泥，混合材料摻加量12%，主要性能指標(biāo)見(jiàn)表1。從表1可以看出，該水泥的早期 （7d）強(qiáng)度較高，達(dá)到28d齡期的86%。

1.2 礦渣微粉

來(lái)自河南濟(jì)源生產(chǎn)的S95礦渣微粉，主要性能指標(biāo)見(jiàn)表2。表2試驗(yàn)表明，7d、28d活性指數(shù)超過(guò)GB/T18046—2017規(guī)定的S95技術(shù)要求。而不同水泥檢測(cè)的礦渣微粉的活性指數(shù)不同，出廠活性指數(shù)采用我國(guó)基準(zhǔn)水泥檢測(cè)，其7d強(qiáng)度發(fā)展沒(méi)有試驗(yàn)水泥快。

表2 礦渣微粉性能指標(biāo)（%）

1.3 粉煤灰

來(lái)自洛陽(yáng)生產(chǎn)用于混凝土摻合料的粉煤灰，主要性能指標(biāo)見(jiàn)表3。該粉煤灰的細(xì)度較好，燒失量和28d抗壓比等指標(biāo)達(dá)到GB/T1569—2017規(guī)定的用于水泥中粉煤灰的技術(shù)要求。

表3 粉煤灰性能指標(biāo)（%）

1.4 脫硫石膏

采用首陽(yáng)山電廠的脫硫石膏，細(xì)度 （45um篩余）15%，SO342.38%。

2 試驗(yàn)方案與配合比

目前我國(guó)礦渣水泥有兩種——P·S·A和P·S·B，二者區(qū)別在礦渣摻加量不同，本試驗(yàn)采用P·S·A有關(guān)技術(shù)要求進(jìn)行，即礦渣微粉摻加量在20%～50%，同時(shí)在礦渣水泥中摻加10%的粉煤灰替代礦渣微粉進(jìn)行水泥性能對(duì)比。結(jié)合前期試驗(yàn)和試驗(yàn)對(duì)比水泥情況，水泥試樣的SO3含量控制3.0%以上。確定試驗(yàn)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(duì)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(yàn)配合比見(jiàn)表4。

表1 P·O42.5水泥性能指標(biāo)

表4 水泥試樣配合比（%）

3 試驗(yàn)方法與結(jié)果分析

3.1 試驗(yàn)方法

試驗(yàn)檢測(cè)不同配比水泥試樣的有關(guān)性能，采用GB/T176檢測(cè)SO3含量，采用GB/T1346—2011檢測(cè)標(biāo)準(zhǔn)稠度用水量、凝結(jié)時(shí)間和安定性等，采用GB/T 17671檢測(cè)的不同齡期強(qiáng)度（3d、28d和180d）。

3.2 試驗(yàn)結(jié)果

采用有關(guān)水泥標(biāo)準(zhǔn)，對(duì)水泥試樣進(jìn)行檢測(cè)，試樣試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表5。

表5 水泥試樣性能指標(biāo)

3.3 結(jié)果分析

1）從表5可以看出，所有配比水泥試樣檢測(cè)指標(biāo)均達(dá)到P·S·A42.5礦渣水泥技術(shù)要求，后期（28 d、180d）強(qiáng)度均高于對(duì)比樣（普通42.5水泥）。與對(duì)比樣1（P·O42.5）相比，在強(qiáng)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(shù)都超過(guò)，而180d則全部超過(guò)，說(shuō)明礦渣水泥后期強(qiáng)度增進(jìn)率高，這與礦渣的潛在活性及水化程度有關(guān)；在凝結(jié)時(shí)間上，表現(xiàn)為與試樣SO3含量大小的一致性關(guān)系；在標(biāo)準(zhǔn)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(méi)有摻加脫硫石膏）較對(duì)比試樣高很多，其他配比樣則隨著SO3含量增加標(biāo)準(zhǔn)稠度呈降低的趨勢(shì)，逐漸接近對(duì)比樣，這可能是與脫硫石膏粒徑大小和溶解度等有關(guān)，需要進(jìn)一步試驗(yàn)研究。

2）礦渣摻量對(duì)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(xiàn)為不一致性。強(qiáng)度方面：所有試樣3d抗壓強(qiáng)度表現(xiàn)為降低趨勢(shì)，而抗折強(qiáng)度表現(xiàn)為先增后降；其他則是呈馬鞍型變化，而抗折強(qiáng)度表現(xiàn)為增長(zhǎng)趨勢(shì)；28d抗壓強(qiáng)度，在SO3含量小于4.0%時(shí)，表現(xiàn)為增長(zhǎng)趨勢(shì)，在SO3含量4.0%時(shí)，表現(xiàn)為降低趨勢(shì)，抗折強(qiáng)度上變化不大；后期180d強(qiáng)度，抗壓強(qiáng)度總體表現(xiàn)為增長(zhǎng)，抗折強(qiáng)度差別不大。配比試樣的凝結(jié)時(shí)間逐漸延長(zhǎng)，標(biāo)準(zhǔn)稠度則是減小。

3）SO3含量對(duì)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(qiáng)度總體表現(xiàn)為降低趨勢(shì)，凝結(jié)時(shí)間延長(zhǎng)，標(biāo)準(zhǔn)稠度減小，對(duì)改善水泥的施工性能有利。此次試驗(yàn)SO3（石膏）含量較高，如果與沒(méi)有摻加脫硫石膏的配比樣（2、3）對(duì)比，可以看出SO3含量較低（小于2.0%）時(shí)，試樣的強(qiáng)度均較高，特別在水泥摻加量較高（大于50%）時(shí)，強(qiáng)度優(yōu)于SO3含量高的試樣，而隨礦渣摻加量增加，該情況發(fā)生變化，強(qiáng)度優(yōu)勢(shì)不明顯 （特別是180d齡期），這是硫酸鹽對(duì)礦渣激發(fā)的結(jié)果。說(shuō)明礦渣水泥SO3含量有最佳值，該值與礦渣摻加量有關(guān)，礦渣摻加量較高時(shí)，應(yīng)增加SO3（石膏）含量，但同時(shí)也要考慮水泥的其他性能指標(biāo)要求，需要進(jìn)行試驗(yàn)檢測(cè)。

4）摻加10%粉煤灰替代礦渣降低了早期強(qiáng)度，減小標(biāo)準(zhǔn)稠度，后期強(qiáng)度相差不大。

4 結(jié)論

1）采用勾兌方法配制的礦渣水泥完全可以達(dá)到其性能要求。

2）SO3（石膏）含量對(duì)礦渣水泥性能有一定影響，在礦渣摻加量不超過(guò)50%時(shí)，水泥的SO3含量不宜超過(guò)3.0%，否則對(duì)強(qiáng)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(biāo)準(zhǔn)稠度明顯增加，對(duì)水泥施工性能不利。

3）在實(shí)際生產(chǎn)中，礦渣水泥的SO3（石膏）含量應(yīng)根據(jù)普通水泥（熟料）情況以及礦渣擬摻加量等進(jìn)行有關(guān)試驗(yàn)，找出最佳摻量。