利用錳渣、礦渣、石灰石制備復合水泥的相關研究

關 琳

（中國葛洲壩集團水泥有限公司， 湖北 荊門 448000）

0 引言

在工業產業運行及發展的過程中，出現了較多的大型鋼鐵產業以及有色金屬企業，這些企業每年都會出現大量的錳渣、礦渣、石灰石等廢渣產生，但是并沒有合理使用這些廢棄物，導致資源的嚴重浪費。伴隨技術的發展，通過錳渣、礦渣、石灰石廢渣的利用，可以實現復合水泥的制備，這種方法運用中可以減少水泥的摻量，并降低生產成本，避免廢渣污染現象的發生，為水泥企業的經濟發展提供支持。因此，在現階段水泥產業發展中，應該認識到錳渣、礦渣、石灰石等資源利用的優勢，結合水泥制備方法，進行設計方案的創新，以便滿足行業的發展需求。

1 實驗概況

1.1 材料選擇

選擇某水泥廠的熟料；錳渣，為某合金廠的排放錳渣；礦渣，為某鋼廠礦渣；石灰石，為該地區的石灰石。水泥，熟料與5%的石膏粉磨合，超過表面積360m2/kg；所使用的水資源為城市用水。

1.2 材料化學成分

原料化學成分如表一所示。

表一 主要原料化學成分

2 實驗方法

2.1 原材料選擇

在原材料制備的過程中，應該將礦渣以及錳渣放置在 105℃的狀況下進行烘烤，在材料含水量小于1%的狀態時分別取出5kg的材料進行粉磨，比表面積分別大于410m2/kg、450m2/kg。選擇5kg的石灰石小磨中粉，比表面積需要大于600m2/kg。這種微粉的比表面積測量方法與《水泥比表面積測定方法（勃氏法）》相同。

2.2 粒度測試

在粒度測試的過程中，采用了LS-POP（VI）激光粒度分析儀進行顆粒級配狀態的分析。

2.3 水泥膠砂實驗

水泥膠砂實驗的過程中，應該將粉磨完成之后的熟料、錳渣、礦渣、石灰石等，按照不同比例進行實驗。其中水泥膠砂實驗通常采用了40mm×40mm×160mm的長方體模型，將相關的材料試塊放在20±1℃的水中進行養護。并按照《水泥膠砂強度檢驗方法（ISO）》的檢定標準進行數據選擇。

3 實驗結果

3.1 無激發劑的三摻對水泥強度的影響

通過研究可以發現，在無外加劑的狀況下，對錳渣、礦渣、石灰石形成的水泥強度進行分析。結果如表二。研究中結果如下：第一，按照固定石灰石摻量10%的條件下，進行不同錳渣、礦渣比例的摻入調整。在混合材料的摻入量逐漸增加時，水泥強度呈現出下降的狀態，但是，當混合材料的總產量不會超過 50%的狀態時，研究結果達到了P·C32.5的水泥強度要求；在摻量為60%時，早期的水泥強度低于標準要求，但是，后期的強度會高于標準，出現了資源嚴重浪費的問題。第二，在相同水泥比例的狀況下，錳渣比例增加 3d的強度有所上升，而且，28d之后強度降低，這種現象的出現主要是由于錳渣早期強度好，但是后期強度弱所造成的。第三，水泥比例在60%的狀態下時，錳渣以及礦渣摻入比例對3d的強度影響并不是很大，抗壓能力較強，而且，對錳渣以及礦渣比例的抗折影響較小，存在著不規律的變化，各個階段水泥的抗折強度發生了一定變化。通過研究可以發現，摻入錳渣、礦渣、石灰石的水泥，早期強度相對較低，主要是由于該種類型的水泥在早期主要以水化以及熟料礦物形式為主，錳渣以及礦渣在潛在狀態下并沒有得到充分性的發揮，但是，隨著熟料礦物質水化的變化，會出現更多的堿性物質，該種物質激發錳渣、礦渣的活性，整個后期水泥的強度會逐漸增大。

表二 無外加劑是礦渣、錳渣以及石灰石三摻的強度實驗結果

3.2 早期激發劑對三摻水泥的強度影響

研究中，對自制有機物無機物復合早強激發劑的影響問題進行分析，結果如表三所示。對于自制的激發劑而言，通常由有無機鋁鹽以及兩種高分子單子所組成，在水泥早期配置中會產生活性鋁離子，在水泥水化活性較強的狀況下產生較強的水化產物，并逐漸形成高分子聚合物。在該種復合激發劑運用的狀況下，可以通過配置形成一定濃度的水溶液，通常狀況下，會將其中的水泥質量控制在1.5%的狀態。同時，在加入激發劑之后，不同水泥情況的水泥強度有所提升，例如，3d抗壓強度增加值為2-4MPa，抗折強度增加空間為0.1-0.7MPa。對于未加激發劑之前的水泥，早期存在著強度低、后期強度高的問題，這種制備方法無法滿足復合水泥的制備需求，降低復合水泥的整體強度。而通過復合激發劑的利用，可以更好的提高水泥強度，解決上述存在的問題，并充分滿足現代復合水泥的制備需求。

表三 自制有機物無機物復合早強激發劑實驗數據

3.3 經濟配比的項目研究

在研究中可以發現，錳渣以及石灰石的市場價格較低，是礦渣價格的一半，按照成本需求以及強度指標的分析，結果如下：第一，在混合材料摻量增加的狀況下，水泥的強度也會逐漸增加，這種現象主要是由于混合材料微粉比表面積相對較大，而且，需要較多的水潤顆粒進行表面處理，增加水泥水量，滿足水泥配置的基本需求。第二，在混合摻量增加的狀況下，水泥凝結時間會逐漸增加，主要是由于混合材料的活性相對較低，而且水化速度較慢，在大量混合材料摻入的狀況下，可以緩解水泥，提高水泥的強度。

4 發展前景

通過對錳渣、礦渣以及石灰石材料的分析，材料價格相對較低，而且，大量的錳渣、礦渣以及石灰石會逐漸代替高活性材料，降低水泥的生產成本，促進企業的經濟發展。對于小型水泥企業的粉磨站而言，通常是購買價格較高的熟料進行水泥生產，熟料價格逐漸上漲，這種現象會增加水泥廠的成本支出，無法滿足企業的經濟發展需求。而通過錳渣、礦渣以及石灰石等材料的運用，不僅可以實現水泥的低成本生產，而且可以保證水泥強度，促進行業經濟發展。

5 結束語

本次試驗中，具體結論如下：

5.1 試驗中，復合水泥的強度會隨著混合材料摻量增加逐漸減小，錳渣對水泥的強度影響相對較大。

5.2 在混合材料總量一定的狀況下，混合材料會在不同配比的狀況下對復合水泥強度帶來影響。

因此，在現代復合水泥配置的過程中，應該認識到復合水泥中存在的影響因素，結合這些問題構建針對性的制備方法，實現錳渣、礦渣以及石灰石的科學運用，為現代水泥行業的發展提供支持。