矿渣水泥性能的试验研究

陈灿灿 葛振红洛阳市金鉴工程质量检测中心有限公司（310012）

0 引言

矿渣是炼铁过程中产生的废渣，是一种具有潜在的水硬性胶凝材料，在水泥行业被广泛应用于混合材料，矿渣水泥是我国六大水泥品种之一，与普通水泥相比矿渣水泥，即可以降低水泥成本又能改善水泥性能。大量的试验和生产证明，矿渣的粉磨细度（比表面积）对水泥性能特别是强度影响很大。由于矿渣的易磨性较差（相对水泥熟料），在生产中矿渣掺加量较大的情况下，如果采用共同粉磨工艺，矿渣难以磨细到理想颗粒，对水泥的性能带来负面影响，现在很多企业都采用单独粉磨方式对矿渣进行粉磨，达到S95标准要求，再按生产水泥品种要求进行配比混合，从而达到预期效果。由于矿渣具有潜在活性，其活性需要碱和硫酸盐进行激发，所以矿渣水泥中SO3的含量对水泥性能也有较大影响。

1 试验材料

1.1 水泥

河南某厂生产的P·O42.5水泥，混合材料掺加量12%，主要性能指标见表1。从表1可以看出，该水泥的早期 （7d）强度较高，达到28d龄期的86%。

1.2 矿渣微粉

来自河南济源生产的S95矿渣微粉，主要性能指标见表2。表2试验表明，7d、28d活性指数超过GB/T18046—2017规定的S95技术要求。而不同水泥检测的矿渣微粉的活性指数不同，出厂活性指数采用我国基准水泥检测，其7d强度发展没有试验水泥快。

表2 矿渣微粉性能指标（%）

1.3 粉煤灰

来自洛阳生产用于混凝土掺合料的粉煤灰，主要性能指标见表3。该粉煤灰的细度较好，烧失量和28d抗压比等指标达到GB/T1569—2017规定的用于水泥中粉煤灰的技术要求。

表3 粉煤灰性能指标（%）

1.4 脱硫石膏

采用首阳山电厂的脱硫石膏，细度 （45um筛余）15%，SO342.38%。

2 试验方案与配合比

目前我国矿渣水泥有两种——P·S·A和P·S·B，二者区别在矿渣掺加量不同，本试验采用P·S·A有关技术要求进行，即矿渣微粉掺加量在20%～50%，同时在矿渣水泥中掺加10%的粉煤灰替代矿渣微粉进行水泥性能对比。结合前期试验和试验对比水泥情况，水泥试样的SO3含量控制3.0%以上。确定试验中普通水泥掺加量分别为60%、50%，矿渣微粉初始掺加量分别则为40%、50%，其中对比试样为普通水泥及普通水泥与矿渣微粉配合比试样，配合比试样逐步增加SO3含量（脱硫石膏），试样的水泥掺加量不变，减少矿渣微粉掺加量，试验配合比见表4。

表1 P·O42.5水泥性能指标

表4 水泥试样配合比（%）

3 试验方法与结果分析

3.1 试验方法

试验检测不同配比水泥试样的有关性能，采用GB/T176检测SO3含量，采用GB/T1346—2011检测标准稠度用水量、凝结时间和安定性等，采用GB/T 17671检测的不同龄期强度（3d、28d和180d）。

3.2 试验结果

采用有关水泥标准，对水泥试样进行检测，试样试验结果见表5。

表5 水泥试样性能指标

3.3 结果分析

1）从表5可以看出，所有配比水泥试样检测指标均达到P·S·A42.5矿渣水泥技术要求，后期（28 d、180d）强度均高于对比样（普通42.5水泥）。与对比样1（P·O42.5）相比，在强度方面，所有配比试样早期（3d抗压、抗折）均偏低，但后期28d多数都超过，而180d则全部超过，说明矿渣水泥后期强度增进率高，这与矿渣的潜在活性及水化程度有关；在凝结时间上，表现为与试样SO3含量大小的一致性关系；在标准稠度方面，所有配比试样均偏高，这是由于矿渣颗粒小于水泥的原因。配比样2、3（没有掺加脱硫石膏）较对比试样高很多，其他配比样则随着SO3含量增加标准稠度呈降低的趋势，逐渐接近对比样，这可能是与脱硫石膏粒径大小和溶解度等有关，需要进一步试验研究。

2）矿渣掺量对水泥性能影响。在配比试样SO3含量基本相同的条件下（如表5的2-1、3-1等），随着矿渣掺量的增加，水泥性能变化表现为不一致性。强度方面：所有试样3d抗压强度表现为降低趋势，而抗折强度表现为先增后降；其他则是呈马鞍型变化，而抗折强度表现为增长趋势；28d抗压强度，在SO3含量小于4.0%时，表现为增长趋势，在SO3含量4.0%时，表现为降低趋势，抗折强度上变化不大；后期180d强度，抗压强度总体表现为增长，抗折强度差别不大。配比试样的凝结时间逐渐延长，标准稠度则是减小。

3）SO3含量对水泥性能影响。在配比样水泥掺加量相同条件下（如表5的2、2-1等），随着SO3（石膏）含量的增加，配比试样的强度总体表现为降低趋势，凝结时间延长，标准稠度减小，对改善水泥的施工性能有利。此次试验SO3（石膏）含量较高，如果与没有掺加脱硫石膏的配比样（2、3）对比，可以看出SO3含量较低（小于2.0%）时，试样的强度均较高，特别在水泥掺加量较高（大于50%）时，强度优于SO3含量高的试样，而随矿渣掺加量增加，该情况发生变化，强度优势不明显 （特别是180d龄期），这是硫酸盐对矿渣激发的结果。说明矿渣水泥SO3含量有最佳值，该值与矿渣掺加量有关，矿渣掺加量较高时，应增加SO3（石膏）含量，但同时也要考虑水泥的其他性能指标要求，需要进行试验检测。

4）掺加10%粉煤灰替代矿渣降低了早期强度，减小标准稠度，后期强度相差不大。

4 结论

1）采用勾兑方法配制的矿渣水泥完全可以达到其性能要求。

2）SO3（石膏）含量对矿渣水泥性能有一定影响，在矿渣掺加量不超过50%时，水泥的SO3含量不宜超过3.0%，否则对强度有影响。随矿渣掺加量增加（50%以上），需要提高水泥的SO3（石膏）含量。SO3含量低于2.0%，水泥的标准稠度明显增加，对水泥施工性能不利。

3）在实际生产中，矿渣水泥的SO3（石膏）含量应根据普通水泥（熟料）情况以及矿渣拟掺加量等进行有关试验，找出最佳掺量。