水工混凝土低熱硅酸鹽水泥復摻磷渣粉配比設計

俞一波 唐林鋒（浙江省紹興山水回轉窯水泥粉磨有限公司，浙江 紹興312035）

隨著中國城鎮化和后工業時代的到來，水泥由于其低廉的生產成本和良好的膠凝性能，已成為目前最主要和不可替代的建筑材料[1]。而水泥工業“兩磨一燒”的生產工藝特點，實際生產需要消耗大量的礦物資源，在倡導節能減排、低碳環保的今天，水泥工業的發展面臨著資源、能源和環保的嚴峻挑戰，如何綜合利用各種廢棄資源，如本文下述磷渣資源，通過改善水泥物料配比，提升水泥性能，走可持續發展之路已成為當今水泥工業發展的迫切需要[2]。

本文以磷渣、爐渣、采礦碎屑、石灰石、粉煤灰等工業廢棄物為原料，設計不同的摻入比例，觀察不同摻量配比對水泥性能的影響，結合水化作用化學反應及水化作用機理，探討水泥性能發生改變的原因及不同類混合材在水泥中的合理摻加比例。

1 實驗

1.1 試驗原料

本試驗采用的水泥熟料為富陽南方水泥股份有限公司生產的52.5級硅酸鹽水泥熟料。公司傳統的混合材為產自周邊的石灰石、石灰石開采時剝離的采礦碎屑（采礦碎屑為非活性火山灰活性，28天抗壓強度比在60%左右），以及少量本地電廠粉煤灰、鍋爐爐渣。

熟料：來自富陽南方水泥的商品熟料；石膏：全部為工業副石膏，產自電廠煙氣脫硫石膏；礦渣：寧波鋼鐵廠水渣；礦粉：湖州拓翔礦粉廠S95級礦粉；磷渣為本地黃磷生產后廢棄物。試驗用水泥熟料的化學組成見表1、表2。

表1 試驗用水泥熟料化學組成

表2 試驗用混合材化學組成

1.2 摻量配比設計

混合材料中不同摻加比例對水泥的作用機理和水泥性能肯定是有影響的，根據水泥熟料的摻量范圍為50%～60%,脫硫石膏摻量固定為5%,設計出不同混合材料的摻量比例，從而探討不同的材料、不同材料的摻量比例對水泥作用機理及水泥性能的影響。不同類摻量配比見表3。統一由φ500mm×500mm試驗小磨粉磨相同時間。

表3 不同配比復合硅酸鹽水泥設計

根據GB/T1346-2001及GB/T 17671-1999(ISO法)規定,測定不同配合配比水泥的各種性能；在標準條件下養護至1d、3d及28d,分別進行相應強度的試驗。

2 試驗結果及分析

試驗結果及分析見表4。

表4 不同配合比的水泥樣品的性能

3 試驗結果分析

通過調整配方前后配比發現在石灰石、粉煤灰、爐渣比例基本固定的條件下，通過a-g配比發現在磷渣替代采礦碎屑作為水泥混合材過程中水泥強度略上升，同時標準稠度用水量能夠成線性下降。但即使磷渣全部替代采礦碎屑，在熟料下降4%時，水泥強度仍迅即下降。這說明在以火山灰質混合材為單一品種的復合水泥中，要達到熟料料耗50%及以下，比較困難。在h—k配比中摻加礦渣或礦粉（總量10%以內）同時摻加6%左右磷渣，能顯著降低熟料消耗，基本上能使水泥中熟料消耗降到50%，同時使水泥的使用得到較大提高，降低了水泥生產成本。在對h－k三項比較中，H、I項因全部為礦渣，眾所周知，因礦渣較難粉磨，即使水泥細度較a配方提高1.4%（0.045）。K項配方因全部為磨尾摻礦粉，但在水泥性能檢驗中，發現較A配方初凝時間延長了52Min，終凝時間延長41Min，雖然28d強度增加了0.9MPa，但3天強度下降了6.0MPa，主要原因是在保持28天強度基本不變的情況下，熟料降幅較大，對一些要求快硬早強的用戶可能不適應。j項配方，水泥成本能夠控制在較低水平，水泥各項性能亦無較大變化。在混凝土標準配比中達到要求塌落度時，A配比水泥用水量為225KG/m3,j配比水泥用水量為195KG/m3,A配比水泥要比I配比水泥高20L/m3。同時水泥各項性能均達到一等品的質量要求。通過對比，最終選擇J配方做為首選配方。

因此，水泥企業可以實現利用廢棄磷渣、礦渣及礦粉生產優質復合32.5水泥，可降低水泥生產成本25～30元/噸[3]。以一家60萬噸水泥企業為例，不但減少了生產水泥的成本1500萬元，同時提高了水泥綜合性能，節省了大量的資源，減少了環境的污染，具有顯著的經濟效益和較好的社會效益。

[1]毛玉如,方夢祥,馬國維.水泥工業的廢棄物利用與CO2排放控制探討[J].再生資源研究,2004(4):32-37.

[2]王復生。現代水泥生產基本知識[M],北京：中國建材工業出版社，2005。

[3]李遷,劉冬霞.礦粉對水泥及混凝土性能的影響與應用[J].遼寧建材,2008(12)