水工混凝土低热硅酸盐水泥复掺磷渣粉配比设计

俞一波 唐林锋（浙江省绍兴山水回转窑水泥粉磨有限公司，浙江 绍兴312035）

随着中国城镇化和后工业时代的到来，水泥由于其低廉的生产成本和良好的胶凝性能，已成为目前最主要和不可替代的建筑材料[1]。而水泥工业“两磨一烧”的生产工艺特点，实际生产需要消耗大量的矿物资源，在倡导节能减排、低碳环保的今天，水泥工业的发展面临着资源、能源和环保的严峻挑战，如何综合利用各种废弃资源，如本文下述磷渣资源，通过改善水泥物料配比，提升水泥性能，走可持续发展之路已成为当今水泥工业发展的迫切需要[2]。

本文以磷渣、炉渣、采矿碎屑、石灰石、粉煤灰等工业废弃物为原料，设计不同的掺入比例，观察不同掺量配比对水泥性能的影响，结合水化作用化学反应及水化作用机理，探讨水泥性能发生改变的原因及不同类混合材在水泥中的合理掺加比例。

1 实验

1.1 试验原料

本试验采用的水泥熟料为富阳南方水泥股份有限公司生产的52.5级硅酸盐水泥熟料。公司传统的混合材为产自周边的石灰石、石灰石开采时剥离的采矿碎屑（采矿碎屑为非活性火山灰活性，28天抗压强度比在60%左右），以及少量本地电厂粉煤灰、锅炉炉渣。

熟料：来自富阳南方水泥的商品熟料；石膏：全部为工业副石膏，产自电厂烟气脱硫石膏；矿渣：宁波钢铁厂水渣；矿粉：湖州拓翔矿粉厂S95级矿粉；磷渣为本地黄磷生产后废弃物。试验用水泥熟料的化学组成见表1、表2。

表1 试验用水泥熟料化学组成

表2 试验用混合材化学组成

1.2 掺量配比设计

混合材料中不同掺加比例对水泥的作用机理和水泥性能肯定是有影响的，根据水泥熟料的掺量范围为50%～60%,脱硫石膏掺量固定为5%,设计出不同混合材料的掺量比例，从而探讨不同的材料、不同材料的掺量比例对水泥作用机理及水泥性能的影响。不同类掺量配比见表3。统一由φ500mm×500mm试验小磨粉磨相同时间。

表3 不同配比复合硅酸盐水泥设计

根据GB/T1346-2001及GB/T 17671-1999(ISO法)规定,测定不同配合配比水泥的各种性能；在标准条件下养护至1d、3d及28d,分别进行相应强度的试验。

2 试验结果及分析

试验结果及分析见表4。

表4 不同配合比的水泥样品的性能

3 试验结果分析

通过调整配方前后配比发现在石灰石、粉煤灰、炉渣比例基本固定的条件下，通过a-g配比发现在磷渣替代采矿碎屑作为水泥混合材过程中水泥强度略上升，同时标准稠度用水量能够成线性下降。但即使磷渣全部替代采矿碎屑，在熟料下降4%时，水泥强度仍迅即下降。这说明在以火山灰质混合材为单一品种的复合水泥中，要达到熟料料耗50%及以下，比较困难。在h—k配比中掺加矿渣或矿粉（总量10%以内）同时掺加6%左右磷渣，能显著降低熟料消耗，基本上能使水泥中熟料消耗降到50%，同时使水泥的使用得到较大提高，降低了水泥生产成本。在对h－k三项比较中，H、I项因全部为矿渣，众所周知，因矿渣较难粉磨，即使水泥细度较a配方提高1.4%（0.045）。K项配方因全部为磨尾掺矿粉，但在水泥性能检验中，发现较A配方初凝时间延长了52Min，终凝时间延长41Min，虽然28d强度增加了0.9MPa，但3天强度下降了6.0MPa，主要原因是在保持28天强度基本不变的情况下，熟料降幅较大，对一些要求快硬早强的用户可能不适应。j项配方，水泥成本能够控制在较低水平，水泥各项性能亦无较大变化。在混凝土标准配比中达到要求塌落度时，A配比水泥用水量为225KG/m3,j配比水泥用水量为195KG/m3,A配比水泥要比I配比水泥高20L/m3。同时水泥各项性能均达到一等品的质量要求。通过对比，最终选择J配方做为首选配方。

因此，水泥企业可以实现利用废弃磷渣、矿渣及矿粉生产优质复合32.5水泥，可降低水泥生产成本25～30元/吨[3]。以一家60万吨水泥企业为例，不但减少了生产水泥的成本1500万元，同时提高了水泥综合性能，节省了大量的资源，减少了环境的污染，具有显著的经济效益和较好的社会效益。

[1]毛玉如,方梦祥,马国维.水泥工业的废弃物利用与CO2排放控制探讨[J].再生资源研究,2004(4):32-37.

[2]王复生。现代水泥生产基本知识[M],北京：中国建材工业出版社，2005。

[3]李迁,刘冬霞.矿粉对水泥及混凝土性能的影响与应用[J].辽宁建材,2008(12)