礦渣微粉生產及其在混凝土中的應用探究

劉惠章

（江門市嘉洋新型建材有限公司，廣東江門 529100）

目前，水泥行業在我國實現了對結構的整合，然而，鋼鐵行業在我國的發展日漸繁榮，所需處理的高爐礦渣量較多，所以需要對高爐礦渣的處理及其再加進行深入的研究，目前最為重要的問題，而所生產的礦渣微粉滿足了發展的需求，促進了工業廢渣在鋼鐵企業的有效處理，并實現對環境的保護。水泥行業最主要的混合材料就是高爐礦渣，尤其是企業在生產力較水泥階段，通過對其的應用，能夠加速游離鈣在水泥熟料中的消解，使水泥成本得到降低，使水泥產量得到增加。

1 礦渣微粉性能分析

高爐礦渣在經過加工后能夠形成礦渣微粉這一建筑材料，其物理特性就是易碎難磨，與水泥熟料相比，礦渣微粉具有較高含量的玻璃體，因此，在粉磨其與水泥熟料的過程中，對其的磨細具有一定的難度，并且會導致潛在活性無法得到良好的發揮。但是，如果單獨對高爐礦渣進行粉磨，就能夠發揮出其活性。所以，由于礦渣微粉有著較高的活性，在混凝土中實現了對水泥地取代，并且能夠從整體上使混凝土具備更高的性能。混凝土中加入礦渣微粉后，能夠使混凝土免于受到熱化反應，而出現膨脹開裂的現象，此外，由于礦渣微粉中的鈣礬石結晶較多，因此，可以減少孔隙在混凝土中的出現，減少所滲透的氯離子，并使鋼筋保護層能夠具有防腐性能。

2 礦渣微粉的實踐性應用

2.1 國外對礦渣微粉的實踐應用

礦渣微粉是粉體中極細的一種，高爐礦渣在經過烘干和粉磨后，能夠形成礦渣微粉，根據以上性能對礦渣微粉進行分析，能夠得知，其能夠作為混凝土的優質摻合料，并且能夠實現對水泥材料的良好混合。目前，國外已經對單獨粉磨礦渣這一生產工藝開了普遍的研究，尤其是近幾年，部分外國國家在混凝土中摻和了礦渣微粉這一基本材料，并且在各種類型的建筑工程中對其進行了廣泛的應用。對歐洲國家來說，也普遍在混凝土中摻和了礦渣微粉這一建筑原料，在水泥制品中摻和了20%歐洲總水泥量的礦渣微粉，各種結構的混凝土建筑中所使用的水泥，幾乎都對礦渣微粉進行了摻和；尤其是礦渣微粉在東南亞地區的新加坡得到了廣泛的普及，并摻和到了大量的混凝土商品中[1]。

2.2 我國對礦渣微粉的應用

我國在實施相關標準后，開始對礦渣微粉進行了大量的應用，該標準的頒布和實施于2000 年12 月，由于國家對此類政策的實施以及對相關法律規范的推動，礦渣微粉的地方標準也得到了修訂，上海和北京這兩座城市在對建筑工程進行建設的過程中，在混凝土中摻和了大量的礦渣微粉，由于礦渣微粉的性能良好，因此建材商和建筑商十分看重混凝土中是否摻和了礦渣微粉，并且我國通過“十二五”規劃對混凝土攪拌站的發展做出了明確，通過相關政策將超細粉磨在礦渣和粉煤灰中進行了推廣，因此，我國國內對礦渣微粉進行了廣泛的應用。

3 礦渣微粉的生產

如礦渣在不同的鋼鐵企業中，雖然有大致相同的化學成分，但是所含有的氧化物并不相同，因此，可以分為堿性礦渣，中性礦渣以及酸性礦渣，根據三星以及堿性這兩種氧化物在礦渣中的含量比值m，能夠實現對其大小的區分。

堿性礦渣、酸性礦渣以及中性礦渣的 m 值為：m＞1，m＜1，m＝1。膠凝性較差的是酸性礦渣，而膠黏性較好的是堿性礦渣。因此，堿性礦渣是礦渣微粉的首選，其m 值與其活性成正比關系。根據我國水泥國家標準（GB 203—2008）得知，如果對質量系數k 的采用，能夠對礦渣質量進行評定[2]。k 值應不小于1.2。k 值與礦渣質量及其活性成正比關系。

表1 礦渣微粉主要出磨技術

4 其他成分在礦渣微粉中的摻加

4.1 粉煤灰在礦渣微粉中的摻加

如果燃燒后的煤產生的煙氣中所含有的細灰就是粉煤灰，這一固體廢物主要來自于燃煤電廠。粉煤灰主要由二氧化硅、三氧化二鋁、氧化鐵等化物組成。我國工業所排放的大量廢渣之一就是粉煤灰，并且呈現出了逐年增加的趨勢。

由于粉煤灰中玻璃體為球狀，在進行礦渣粉磨時，通過對特定粉煤灰的摻入，能夠在粉磨階段作為潤滑劑和助磨劑，其能夠有效地提升磨機產量。此外，由于粉煤灰相比礦渣活性更低，因此，想要使礦渣微粉能夠保持活性，所摻入的粉煤灰量不應過大，需要在10%以內。將粉煤灰摻加到混凝土中，能夠減少對水泥和細骨料的使用；使水量得到節約；使拌和物混凝土的和易性得到改善；使混凝土具備更強的可泵性等[3]。

礦渣與粉煤灰在經過再次摻和后，可以使火山灰，形態以及微集料這三種效應在兩種材料中相互疊加，進而使兩者的工作性能和強度能夠得到互補，對混凝土的抗滲性和可控性得到提升的作用。通過對特定粉煤灰的摻入，可以使拌和料具備更強的流動性，并實現對泵送阻力的減小，使混凝土再摻入礦渣微粉后的粘性以及沁水性能夠保持不變，通過對混凝土的新拌，能夠使其流動性和粘滯性達到最佳狀態。采用復合的形式對兩者進行使用，還能夠為早期和后期的混凝土強度提供保證：在早期水化水泥時，由于粉煤灰需要在水化的水泥熟料中才能夠產生火山灰效應，此時礦渣微粉通過對火山效應的發揮，能夠為漿體和集料提供更加完善的界面結構，使早期的混凝土具備更強的強度；粉煤灰在后期通過對火山灰效應的發揮，能夠實現對孔徑的細化，使后期的混凝土能夠實現對自身強度的不斷提升。

4.2 石灰石在礦渣微粉中的摻和

建筑過程中最常使用的材料就是石灰和石灰石，在部分工業中是重要原料，酸鈣是其主要成分，各成分含量在經過煅燒后大致為：0.07%~1%的二氧化硅，0.02%~1%的三氧化鋁，0.03%~1%的三氧化二鐵，48%~55.22%的氧化鈣，0.08%~1%的氧化鎂等。石灰石通常用于對硅酸鹽水泥進行生產。通過對普通石灰石的破碎以及粉磨，厚實水泥原料達到相關要求。由于對外開放以及國民經濟的不斷建設，水泥工業得到了快速的發展，據估計到20年左右的時間內，水泥工業在國內對石灰石的需求量將達到290 億t。將部分石灰石摻入到礦渣中，不僅能夠獲得顯著的增產效果，同時能夠指礦渣微粉具備更強的7d 活性。特定量的石灰石微粉能夠使早期的混凝土到更快的水化，使其在早期具備較高的強度，同時能夠降低水泥對水的需求量[4]。

4.3 礦渣微粉的粉磨

通過礦渣粉磨不僅可以逐漸減少其細度，并且能夠這一過程中使礦渣得到機械活化，由于在粉磨礦渣的過程中，其表面積與晶格鍵能成反比關系，晶格會出現錯位，缺陷以及重結晶等問題，其表面所形成的非晶態結構易溶于水，能夠與水產生更大的反應。此外，由于框架這一物質的磨細具有一定的難度，其表面積與磨機臺時產量成反比關系，與電耗成正比關系。根據實踐得知，礦渣達到400~450kg/m2的細度時，其礦渣粉磨具備最適宜的綜合性能，如表1 所示。

水泥在國內的主要消費市場就是廣東省，例如梅州市來說，每年能夠達到1170 萬t 的水泥產量。以20%的摻入量計算礦渣微粉，每年所需的量大約為145 萬t。框架微粉能夠對部分混凝土中的水泥進行等量替代，但是其相比水泥有著更便宜的價格，針對混凝土供應商來，所獲取的經濟效益較為顯著，因此，礦渣微粉的市場前景十分廣闊[5]。

5 結語

工業廢渣主要來自于高爐礦渣，其能夠極大地危害到環境，但是，有效利用工業廢渣，能夠對目前的環境起到保護作用，因此，所生產的礦渣微粉能夠對大規模的高爐礦渣起到消有效的消化作用，減少環境所受到的危害，在混凝土中對礦渣微粉的應用，主要需要摻和粉煤灰和石灰石這兩種物質，且通過對這兩種物質的摻和，能夠使混凝土具備更高的性能，使水泥用量得到減少。因此，我們根據相關性能對礦渣微粉進行了分析，并分析了國內外對其的實踐應用，最后按照特定的比例，通過混合粉煤灰和石灰石，改善了所制作的混凝土的性能，并通過對廢物的利用，獲得了顯著的環境和經濟效益提升。