磨細(xì)礦粉活性激發(fā)的探討

孫立萍

與傳統(tǒng)的礦渣水泥生產(chǎn)技術(shù)相比，磨細(xì)礦渣水泥可大量減少熟料用量，節(jié)煤節(jié)電，降低成本。這需要最大限度提高礦渣微粉的活性指數(shù)，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(fā)劑技術(shù)研究試驗激發(fā)活性，更有效地提高礦渣的水化反應(yīng)，提高磨細(xì)礦渣替代水泥熟料的質(zhì)量與數(shù)量，是建材技術(shù)人員的一項重要任務(wù)。

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(fā)：主要成分明礬石。

原料的主要化學(xué)成分見表1。

表1 主要的原料化學(xué)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(fā)劑，助磨劑試驗礦渣研磨效果，激發(fā)劑試驗礦渣的激發(fā)效果及其對水泥性能的影響。助磨劑與激發(fā)劑與礦渣混合后在小磨中粉磨60min 制成礦粉。水泥和磨細(xì)礦渣按1∶1 在小磨中混磨10min 磨制成礦渣水泥。按照相關(guān)國家標(biāo)準(zhǔn)測定用80μm 篩余、比表面積、凝結(jié)時間、水泥膠砂強(qiáng)度。

二、結(jié)果與討論

1、助磨劑對礦渣細(xì)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(jié)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(fā)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(xì)礦渣的活性卻不能完全發(fā)揮出來，需使用激發(fā)劑進(jìn)一步提高磨細(xì)礦渣的活性指數(shù)。礦渣活性激發(fā)劑分為酸性、堿性、鹽類激發(fā)劑和復(fù)合激發(fā)劑等多種。本試驗采用空白對比樣、碳酸鈉激發(fā)劑、明礬石激發(fā)劑和氫氧化鈉、碳酸鉀、明礬石復(fù)合激發(fā)劑，在使用0.015%助磨劑的基礎(chǔ)上摻加激發(fā)劑進(jìn)行試驗。通過激發(fā)劑的不同摻量，試驗各種激發(fā)劑的最佳摻量。表3 為不同激發(fā)劑的摻量。

表3 各種激發(fā)劑的摻量

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

圖2 激發(fā)劑摻量對凝結(jié)時間的影響(a- 初凝，b- 終凝)

圖3 激發(fā)劑摻量對3d 強(qiáng)度的影響(a-3d 抗折，b-3d 抗壓)

圖4 激發(fā)劑摻量對28d 強(qiáng)度的影響(a-28d 抗折，b-28d 抗壓)

從試驗結(jié)果圖2 可見，隨著激發(fā)劑摻量的增加，水泥凝結(jié)初凝和終凝保持下降走勢，磨細(xì)礦粉摻量一定的條件下，低于水泥。通過磨細(xì)和活性激發(fā)，礦粉的比表面積增加，反應(yīng)活性增強(qiáng)，同時礦粉細(xì)度增加，比表面積就增加，參加反應(yīng)的活性質(zhì)點(diǎn)增多，凝結(jié)時間就快一些，水化反應(yīng)活性得以改善，使凝結(jié)時間縮短。其中復(fù)合激發(fā)劑的效果最明顯。

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

三、礦渣活性作用機(jī)理探討

礦渣活性決定于化學(xué)成分與結(jié)構(gòu)。化學(xué)成分的活性可用質(zhì)量系數(shù)K 的大小來衡量。質(zhì)量系數(shù)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(yīng)活性優(yōu)于中性和酸性礦渣。礦渣形成非晶質(zhì)玻璃體，具有熱力學(xué)不穩(wěn)定狀態(tài)，潛藏有較高的化學(xué)能，因而具有較高的水化反應(yīng)活性。水淬粒化高爐礦渣磨成細(xì)粉，由于其玻璃體結(jié)構(gòu)的破壞，其潛在的活性被激發(fā)出來，在與水泥接觸的堿環(huán)境中，礦渣細(xì)粉吸收水泥水化時形成的Ca(OH)2，促進(jìn)水泥進(jìn)一步水化生成更多有利于強(qiáng)度的CSH 凝膠，使接口區(qū)的Ca(OH)2晶粒變小，改善了混凝土微觀結(jié)構(gòu)，有利于材料強(qiáng)度發(fā)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(xì)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(tuán)聚，提高了粉磨效果。作為表面活性劑助磨劑的活性官能團(tuán)越多起主要作用。

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

結(jié) 論

采用助磨劑和激發(fā)劑可以有效激發(fā)磨細(xì)礦渣的水化活性。它們主要通過化學(xué)作用激發(fā)礦渣表面的活性，復(fù)合型激發(fā)劑具有多組分協(xié)同作用，激發(fā)效果好于單組分激發(fā)劑。助磨劑和激發(fā)劑共同使用，增強(qiáng)了礦渣表面激發(fā)效果。試驗表明，復(fù)合激發(fā)劑摻量1.5%時達(dá)到最佳效果，反應(yīng)的后期抗折強(qiáng)度和抗壓強(qiáng)度得到很大的提高。

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