矿渣微粉生产及其在混凝土中的应用探究

刘惠章

（江门市嘉洋新型建材有限公司，广东江门 529100）

目前，水泥行业在我国实现了对结构的整合，然而，钢铁行业在我国的发展日渐繁荣，所需处理的高炉矿渣量较多，所以需要对高炉矿渣的处理及其再加进行深入的研究，目前最为重要的问题，而所生产的矿渣微粉满足了发展的需求，促进了工业废渣在钢铁企业的有效处理，并实现对环境的保护。水泥行业最主要的混合材料就是高炉矿渣，尤其是企业在生产力较水泥阶段，通过对其的应用，能够加速游离钙在水泥熟料中的消解，使水泥成本得到降低，使水泥产量得到增加。

1 矿渣微粉性能分析

高炉矿渣在经过加工后能够形成矿渣微粉这一建筑材料，其物理特性就是易碎难磨，与水泥熟料相比，矿渣微粉具有较高含量的玻璃体，因此，在粉磨其与水泥熟料的过程中，对其的磨细具有一定的难度，并且会导致潜在活性无法得到良好的发挥。但是，如果单独对高炉矿渣进行粉磨，就能够发挥出其活性。所以，由于矿渣微粉有着较高的活性，在混凝土中实现了对水泥地取代，并且能够从整体上使混凝土具备更高的性能。混凝土中加入矿渣微粉后，能够使混凝土免于受到热化反应，而出现膨胀开裂的现象，此外，由于矿渣微粉中的钙矾石结晶较多，因此，可以减少孔隙在混凝土中的出现，减少所渗透的氯离子，并使钢筋保护层能够具有防腐性能。

2 矿渣微粉的实践性应用

2.1 国外对矿渣微粉的实践应用

矿渣微粉是粉体中极细的一种，高炉矿渣在经过烘干和粉磨后，能够形成矿渣微粉，根据以上性能对矿渣微粉进行分析，能够得知，其能够作为混凝土的优质掺合料，并且能够实现对水泥材料的良好混合。目前，国外已经对单独粉磨矿渣这一生产工艺开了普遍的研究，尤其是近几年，部分外国国家在混凝土中掺和了矿渣微粉这一基本材料，并且在各种类型的建筑工程中对其进行了广泛的应用。对欧洲国家来说，也普遍在混凝土中掺和了矿渣微粉这一建筑原料，在水泥制品中掺和了20%欧洲总水泥量的矿渣微粉，各种结构的混凝土建筑中所使用的水泥，几乎都对矿渣微粉进行了掺和；尤其是矿渣微粉在东南亚地区的新加坡得到了广泛的普及，并掺和到了大量的混凝土商品中[1]。

2.2 我国对矿渣微粉的应用

我国在实施相关标准后，开始对矿渣微粉进行了大量的应用，该标准的颁布和实施于2000 年12 月，由于国家对此类政策的实施以及对相关法律规范的推动，矿渣微粉的地方标准也得到了修订，上海和北京这两座城市在对建筑工程进行建设的过程中，在混凝土中掺和了大量的矿渣微粉，由于矿渣微粉的性能良好，因此建材商和建筑商十分看重混凝土中是否掺和了矿渣微粉，并且我国通过“十二五”规划对混凝土搅拌站的发展做出了明确，通过相关政策将超细粉磨在矿渣和粉煤灰中进行了推广，因此，我国国内对矿渣微粉进行了广泛的应用。

3 矿渣微粉的生产

如矿渣在不同的钢铁企业中，虽然有大致相同的化学成分，但是所含有的氧化物并不相同，因此，可以分为碱性矿渣，中性矿渣以及酸性矿渣，根据三星以及碱性这两种氧化物在矿渣中的含量比值m，能够实现对其大小的区分。

碱性矿渣、酸性矿渣以及中性矿渣的 m 值为：m＞1，m＜1，m＝1。胶凝性较差的是酸性矿渣，而胶黏性较好的是碱性矿渣。因此，碱性矿渣是矿渣微粉的首选，其m 值与其活性成正比关系。根据我国水泥国家标准（GB 203—2008）得知，如果对质量系数k 的采用，能够对矿渣质量进行评定[2]。k 值应不小于1.2。k 值与矿渣质量及其活性成正比关系。

表1 矿渣微粉主要出磨技术

4 其他成分在矿渣微粉中的掺加

4.1 粉煤灰在矿渣微粉中的掺加

如果燃烧后的煤产生的烟气中所含有的细灰就是粉煤灰，这一固体废物主要来自于燃煤电厂。粉煤灰主要由二氧化硅、三氧化二铝、氧化铁等化物组成。我国工业所排放的大量废渣之一就是粉煤灰，并且呈现出了逐年增加的趋势。

由于粉煤灰中玻璃体为球状，在进行矿渣粉磨时，通过对特定粉煤灰的掺入，能够在粉磨阶段作为润滑剂和助磨剂，其能够有效地提升磨机产量。此外，由于粉煤灰相比矿渣活性更低，因此，想要使矿渣微粉能够保持活性，所掺入的粉煤灰量不应过大，需要在10%以内。将粉煤灰掺加到混凝土中，能够减少对水泥和细骨料的使用；使水量得到节约；使拌和物混凝土的和易性得到改善；使混凝土具备更强的可泵性等[3]。

矿渣与粉煤灰在经过再次掺和后，可以使火山灰，形态以及微集料这三种效应在两种材料中相互叠加，进而使两者的工作性能和强度能够得到互补，对混凝土的抗渗性和可控性得到提升的作用。通过对特定粉煤灰的掺入，可以使拌和料具备更强的流动性，并实现对泵送阻力的减小，使混凝土再掺入矿渣微粉后的粘性以及沁水性能够保持不变，通过对混凝土的新拌，能够使其流动性和粘滞性达到最佳状态。采用复合的形式对两者进行使用，还能够为早期和后期的混凝土强度提供保证：在早期水化水泥时，由于粉煤灰需要在水化的水泥熟料中才能够产生火山灰效应，此时矿渣微粉通过对火山效应的发挥，能够为浆体和集料提供更加完善的界面结构，使早期的混凝土具备更强的强度；粉煤灰在后期通过对火山灰效应的发挥，能够实现对孔径的细化，使后期的混凝土能够实现对自身强度的不断提升。

4.2 石灰石在矿渣微粉中的掺和

建筑过程中最常使用的材料就是石灰和石灰石，在部分工业中是重要原料，酸钙是其主要成分，各成分含量在经过煅烧后大致为：0.07%~1%的二氧化硅，0.02%~1%的三氧化铝，0.03%~1%的三氧化二铁，48%~55.22%的氧化钙，0.08%~1%的氧化镁等。石灰石通常用于对硅酸盐水泥进行生产。通过对普通石灰石的破碎以及粉磨，厚实水泥原料达到相关要求。由于对外开放以及国民经济的不断建设，水泥工业得到了快速的发展，据估计到20年左右的时间内，水泥工业在国内对石灰石的需求量将达到290 亿t。将部分石灰石掺入到矿渣中，不仅能够获得显著的增产效果，同时能够指矿渣微粉具备更强的7d 活性。特定量的石灰石微粉能够使早期的混凝土到更快的水化，使其在早期具备较高的强度，同时能够降低水泥对水的需求量[4]。

4.3 矿渣微粉的粉磨

通过矿渣粉磨不仅可以逐渐减少其细度，并且能够这一过程中使矿渣得到机械活化，由于在粉磨矿渣的过程中，其表面积与晶格键能成反比关系，晶格会出现错位，缺陷以及重结晶等问题，其表面所形成的非晶态结构易溶于水，能够与水产生更大的反应。此外，由于框架这一物质的磨细具有一定的难度，其表面积与磨机台时产量成反比关系，与电耗成正比关系。根据实践得知，矿渣达到400~450kg/m2的细度时，其矿渣粉磨具备最适宜的综合性能，如表1 所示。

水泥在国内的主要消费市场就是广东省，例如梅州市来说，每年能够达到1170 万t 的水泥产量。以20%的掺入量计算矿渣微粉，每年所需的量大约为145 万t。框架微粉能够对部分混凝土中的水泥进行等量替代，但是其相比水泥有着更便宜的价格，针对混凝土供应商来，所获取的经济效益较为显著，因此，矿渣微粉的市场前景十分广阔[5]。

5 结语

工业废渣主要来自于高炉矿渣，其能够极大地危害到环境，但是，有效利用工业废渣，能够对目前的环境起到保护作用，因此，所生产的矿渣微粉能够对大规模的高炉矿渣起到消有效的消化作用，减少环境所受到的危害，在混凝土中对矿渣微粉的应用，主要需要掺和粉煤灰和石灰石这两种物质，且通过对这两种物质的掺和，能够使混凝土具备更高的性能，使水泥用量得到减少。因此，我们根据相关性能对矿渣微粉进行了分析，并分析了国内外对其的实践应用，最后按照特定的比例，通过混合粉煤灰和石灰石，改善了所制作的混凝土的性能，并通过对废物的利用，获得了显著的环境和经济效益提升。