磨細礦粉活性激發的探討

孫立萍

與傳統的礦渣水泥生產技術相比，磨細礦渣水泥可大量減少熟料用量，節煤節電，降低成本。這需要最大限度提高礦渣微粉的活性指數，粉磨后的礦渣微粉具有很高的活性，可等量替代大量熟料，并提高水泥的綜合性能。如何通過助磨劑和激發劑技術研究試驗激發活性，更有效地提高礦渣的水化反應，提高磨細礦渣替代水泥熟料的質量與數量，是建材技術人員的一項重要任務。

一、試驗原料及方法

1、試驗原料

南京某粉磨站提供的水泥熟料、礦渣、石膏。

礦渣：采用南鋼活性成分較高的堿性礦渣。

助磨劑：主要成分三乙醇胺、丙三醇等。

活性激發：主要成分明礬石。

原料的主要化學成分見表1。

表1 主要的原料化學成分（%）

2、試驗方法

按熟料∶粉煤灰∶石膏＝95∶5∶5 配制3kg 水泥試樣，在Φ500mm×500mm 實驗室小磨中粉磨30min 水泥。3kg 礦渣試樣按一定濃度配入助磨劑和激發劑，助磨劑試驗礦渣研磨效果，激發劑試驗礦渣的激發效果及其對水泥性能的影響。助磨劑與激發劑與礦渣混合后在小磨中粉磨60min 制成礦粉。水泥和磨細礦渣按1∶1 在小磨中混磨10min 磨制成礦渣水泥。按照相關國家標準測定用80μm 篩余、比表面積、凝結時間、水泥膠砂強度。

二、結果與討論

1、助磨劑對礦渣細度的影響

通過助磨劑不同摻量試驗最佳摻量。表2 為試驗助磨劑摻量。

表2 粉磨礦渣時的助磨劑摻量

助磨劑摻量試驗結果見圖1。

圖1 摻入助磨劑后礦渣80μm 篩余和比表面積變化趨勢

圖1 可見助磨劑摻量的增加有效降低了篩余。隨著助磨劑摻量的增加，篩余降低斜率由大到小，最后降低速度變緩。圖線表明在助磨劑摻量為0.015%時助磨效果最佳。此摻量時礦渣80μm 篩余從2.0%降為0.7%，比表面積從320m2/kg 降至400m2/kg。

2、激發劑對礦渣水泥活性的影響

在助磨劑作用下，有時，雖然比表面積比較高，但磨細礦渣的活性卻不能完全發揮出來，需使用激發劑進一步提高磨細礦渣的活性指數。礦渣活性激發劑分為酸性、堿性、鹽類激發劑和復合激發劑等多種。本試驗采用空白對比樣、碳酸鈉激發劑、明礬石激發劑和氫氧化鈉、碳酸鉀、明礬石復合激發劑，在使用0.015%助磨劑的基礎上摻加激發劑進行試驗。通過激發劑的不同摻量，試驗各種激發劑的最佳摻量。表3 為不同激發劑的摻量。

表3 各種激發劑的摻量

高摻量磨細礦渣水泥的激發試驗結果見圖2、圖3、圖4（圖2、圖3、圖4 分別表示碳酸鈉激發劑、明礬石激發劑和氫氧化鈉、碳酸鉀、明礬石復合激發劑的曲線）。

圖2 激發劑摻量對凝結時間的影響(a- 初凝，b- 終凝)

圖3 激發劑摻量對3d 強度的影響(a-3d 抗折，b-3d 抗壓)

圖4 激發劑摻量對28d 強度的影響(a-28d 抗折，b-28d 抗壓)

從試驗結果圖2 可見，隨著激發劑摻量的增加，水泥凝結初凝和終凝保持下降走勢，磨細礦粉摻量一定的條件下，低于水泥。通過磨細和活性激發，礦粉的比表面積增加，反應活性增強，同時礦粉細度增加，比表面積就增加，參加反應的活性質點增多，凝結時間就快一些，水化反應活性得以改善，使凝結時間縮短。其中復合激發劑的效果最明顯。

由圖3、圖4 試驗結果可見，增加激發劑的摻量試樣的強度已不同程度提高，后期強度提高較為明顯。隨著激發劑摻量的增加，3 天強度影響不明顯，中后期強度有明顯增強作用。摻量1.5%時強度達到最大值，繼續增加激發劑強度反而有所回落。這是由于激發劑對磨細礦渣水泥的影響主要通過與水化產物Ca（OH）2發生反應生成鈣礬石，從而達到提高強度的目的。礦渣比例較大，早期強度主要通過水泥中的CaO 成分實現，礦粉水化較慢。試驗的激發劑提供了部分S042-與Ca2+和A13+反應，增加磨細礦渣水泥的反應活性和強度。復合激發劑有效成分更加均衡，所以激發效果最佳。單組分激發劑摻量為1.5%時綜合效果較優，復合激發劑摻量1.5%時達到最佳效果，此時28 天抗折強度和抗壓強度提高3MPa 和17MPa。

三、礦渣活性作用機理探討

礦渣活性決定于化學成分與結構。化學成分的活性可用質量系數K 的大小來衡量。質量系數K=（CaO+MgO+Al2O3）/（SiO2+MnO+TiO2）,K 值越大，礦渣的活性越高，由此可見堿性礦渣的水化反應活性優于中性和酸性礦渣。礦渣形成非晶質玻璃體，具有熱力學不穩定狀態，潛藏有較高的化學能，因而具有較高的水化反應活性。水淬粒化高爐礦渣磨成細粉，由于其玻璃體結構的破壞，其潛在的活性被激發出來，在與水泥接觸的堿環境中，礦渣細粉吸收水泥水化時形成的Ca(OH)2，促進水泥進一步水化生成更多有利于強度的CSH 凝膠，使接口區的Ca(OH)2晶粒變小，改善了混凝土微觀結構，有利于材料強度發展。

作為表面活性劑的助磨劑分子，在粉磨過程中吸附于礦渣固體顆粒表面上，降低了界面張力，使物料顆粒的表面自由能減小，可以得到更高的粉磨細度。

在礦渣粉磨過程中，助磨劑在粉磨時降低物料表面能，減少團聚，提高了粉磨效果。作為表面活性劑助磨劑的活性官能團越多起主要作用。

在礦渣粉磨過程中，激發劑的酸、堿性能夠破壞硅氧結構，使晶體和玻璃體表面發生解體，便于參與基材的水化反應。

結 論

采用助磨劑和激發劑可以有效激發磨細礦渣的水化活性。它們主要通過化學作用激發礦渣表面的活性，復合型激發劑具有多組分協同作用，激發效果好于單組分激發劑。助磨劑和激發劑共同使用，增強了礦渣表面激發效果。試驗表明，復合激發劑摻量1.5%時達到最佳效果，反應的后期抗折強度和抗壓強度得到很大的提高。

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