1  引言

按照GB1344—92规定,矿渣硅酸盐水泥中矿渣掺量的重量百分比为20%～70%,而一般立窑企业由于受熟料质量的制约,矿渣掺量一般为20%～30%,假若能采用一项新技术提高矿渣活性,这样便可加大矿渣的掺量,降低水泥成本,提高水泥产量,从而可以实现节能、高产、低成本的要求。

2  试验方法

2.1  水泥配制及性能测定

水泥按设计配比在Φ500mm×500mm试验磨中进行磨制,其细度按GB1345-91,水泥胶砂强度按GB177-85,标准稠度、凝结时间、安定性按GB1346-89标准进行测定。

3  实验结果与讨论

3.1  矿渣的激发工艺与改进

矿渣能在熟料水化产物Ca(OH)₂的激发下表现出良好的水硬性,但是随着矿渣掺量的增多,水泥中熟料活性矿物含量相对降低,熟料水化后产生的碱度也随着下降,此时矿渣表现出来的活性就变小,水泥的性能也随之受到影响。尤其熟料成分波动较大或活性矿物成分含量较低时尤为严重。故立窑水泥厂生产的矿渣水泥其掺量一般控制在25%～30%,我们所做的试验也证实了此点

3.1.1  矿渣激发的一般工艺及存在的问题

为了提高矿渣的掺量,就必须提高矿渣的活性,人们从碱能激发矿渣活性这一原理中得到启示,首先想到的是采用碱性激发剂来激发矿渣的活性,而工艺大都采用直接加入法即把矿渣与各种激发剂一起直接加入到熟料中去粉磨,但这种工艺存在如下问题,其一要增加料库、输送、计量等一系列设备,投资较大;其二难免在水泥中要引进碱金属离子与碱。国内外一些学者的研究表明,碱会阻碍水泥后期强度的发展,同时碱金属离子会增加混凝土发生碱集料反应的危险性。因此,有关专家提出在水泥与水泥制品中慎用碱性激发剂与早强剂。

3.1.2  激发工艺的改进

为了克服上述工艺所带来的问题,作者经探索对矿渣激发工艺作了如下的改进,碱性激发剂不是直接加入到系统中,而是配制成一定浓度的溶液,与矿渣在一定条件下作用,使矿渣在系统外先期得到激发,转变成活化矿渣后再按常规工艺进行烘干,入库待用。这种工艺与老工艺相比具有如下优点:①由于碱性激发剂不是直接加入到水泥中,所以可避免大量碱金属离子进入水泥,据测定,矿渣中碱金属氧化物含量仅提高0.08%;②投资少,工艺简单,只需在原工艺中增加一个活化槽,其它工艺、设备都无需变更就能进行生产;③激发效果稳定、可控,矿渣在系统外激发的条件可根据每批次矿渣的质量进行调整。因此,可保证矿渣活化的质量。

3.1.3  新工艺的激发效果

矿渣激发工艺的好坏可以用矿渣活性大小定量地表示出来。测定矿渣活性采用GB12957-91进行,试验结果表明未经激发的矿渣活性为80,活化后矿渣的活性为91,由此可见新工艺的激发效果是比较理想的。

3.2  活化矿渣对水泥性能的影响

活化矿渣对水泥性能影响的试验见表6,与表5中数据比较可以看出,在混合材掺量相同的情况下,如A2与B1,A 3与B2,A4与B3等,掺活化矿渣的水泥性能都有显著改善,3d抗压强度提高3～5MPa,28d抗压强度提高3～8MPa,初凝时间缩短50～70min,即使活化矿渣掺量高达50%的B4组,其水泥的各项性能也均合格,28d抗压强度达到48.5MPa。由此可见,活化矿渣的增强效果是非常明显的。

3.3  混凝土性能试验

混凝土设计标号为C25,水灰比0.54,砂率34%,每立方米混凝土中材料配比如下:水泥346kg,水187kg,中砂630kg,碎石1222kg。试验采用对比方法,即水泥采用425号普通矿渣水泥与425号系统外激发后的矿渣水泥作对比,两者矿渣掺量同为25%。普通矿渣水泥的混凝土为基准试样,系统外激发的矿渣水泥的混凝土为对比试样,分别测定了两者的力学性能、施工性能与耐久性能

试验结果表明,系统外激发的矿渣水泥其混凝土性能均优于普通矿渣水泥。

混凝土外加剂适应性分别进行了与减水剂(木钙系、萘系MF等)、早强剂(Na2SO4,AF,NC等)配合试验,试验结果表明,两者无明显差别。

4  经济效益分析

根据小磨试验与试生产的情况对经济效益作如下分析,采用活化矿渣后矿渣掺量从30%上升到50%,熟料用量由65%下降到45%,效益十分可观。为定量地说明问题,现以江南某乡镇立窑水泥厂的生产数据为例来计算经济效益。该厂年产矿渣水泥10万t,矿渣进厂价为80元/t,含水率平均为30%,经烘干后含水率控制在4%,这样干基矿渣的成本为115元/t,熟料生产成本为220元/t,由普通矿渣经活化处理变成活化矿渣的成本为15元/t,这样干基活化矿渣的成本为130元/t。原先矿渣掺量为30%,则生产10万t矿渣水泥需熟料6.5万t,现采用活化矿渣新技术,矿渣掺量提高到50%,那么6.5万t熟料就至少可以生产水泥14.4万t,增产44%。每吨水泥成本大约降低:220×65%+115×30%-(220×45%+130×50%)=13.5元。

5  结论

普通矿渣经活化工艺处理后活性由80上升到91。因此,采用活化矿渣作混合材有利于改善水泥性能,可克服普通矿渣掺量过多时造成水泥早期强度偏低、凝结硬化速度变慢等弊端。采用活化矿渣作混合材可使矿渣掺量由原来的25%～30%上升到45%～50%,吨水泥生产成本下降13.5元左右,产量提高40%以上,从而可以实现水泥生产节能、高产、低成本的要求。