矿渣粉在水泥厂和混凝土搅拌站使用中应注意的几个问题

    自国家标准《用于水泥和混凝土中的粒化高炉矿渣粉》（GB/T18046-2000）实施以来，粒化高炉矿渣粉在水泥厂及混凝土搅拌站得到了广泛的应用。我省批量应用于各项工程始于2000年，随着矿渣粉的成本优势及优越性能被人们逐步认识，现在我省的济南、青岛、莱芜等地已在大量生产和应用，市场前景明显看好。

 

    矿渣粉原料选用的是高炉炼铁的熔渣经水淬急冷形成的粒化矿渣（简称矿渣）。矿渣的化学成分主要是SiO₂、Al₂O₃、CaO、MgO、Fe₂O₃、TiO₂、MnO₂等；矿渣由95% 以上的玻璃体和硅酸二钙、钙黄长石、硅灰石等矿物组成。矿渣具有潜在的水硬活性（简称活性），矿渣的活性与玻璃体的含量和质量系数及细度有关。

 

    粒化高炉矿渣可以通过机械粉磨方法制成平均粒径在5～15 μ m 的矿渣粉。用于矿渣粉磨的工业化系统主要有球磨机系统、立磨系统和辊压机系统。球磨机系统能耗高、噪声大、单机能力小。但球磨机投资低，在中小型企业有所应用。立磨系统、辊压机系统投资高，但具有显著的产量高、节能和噪声低的特点。后两类系统可满足工厂大型化的要求，是国内外高炉矿渣粉磨的首选方案。

 

    矿渣粉作为微细粉体已明显不同于过去应用的普通细度的矿渣。由于粉体颗粒被充分细化，会显著增加其表面能，由此产生的表面作用会赋予水泥和混凝土以新的性能，同时也使混凝土强度和各种耐久性得以改善。混凝土中以矿渣粉等量代替硅酸盐水泥，表面物化作用显著；对流动性的影响主要依赖于粉体的表面吸水性，当与高效减水剂双掺时，矿渣粉能强烈吸附高效减水剂，对水泥和混凝土具有分散效应，可显著增大浆体的流动性，并降低其屈服应力和黏度值，适于配制低水灰比、大流动度的混凝土。在混凝土中掺入矿渣粉，显著提高了混凝土的强度和密实性，相应地降低了混凝土的吸水率和氯离子扩散系统，改善混凝土的抗渗性和对海水、酸及硫酸盐的抗化学侵蚀能力。另外，以合理的矿渣粉量置换水泥，能降低混凝土中水泥水化的早期放热速度，抑制混凝土的温度升高，减少大体积混凝土早期的温度拉应力。掺有矿渣粉的高性能混凝土作为优质结构建材，广泛用于大体积混凝土的水工工程和海工工程、高强度大跨度的桥梁和高层建筑中，在我国经济建设中发挥着积极的作用。

 

    随着磨细技术的不断发展，矿渣粉细度很容易达到400m²/kg 以上，并且消耗的能耗越来越低，这为矿渣粉的大量应用打下了良好的基础。在我国已投入运行和正在建设的立磨矿渣粉生产线有宝钢、首钢、鞍钢、济钢、长钢、唐钢、太钢、昆钢、武钢华新、莱钢等。2005 年初，我院引进德国技术和设备设计的济钢年产60万吨矿渣粉生产线顺利达产达标，结束了我省无立磨矿渣粉的历史，也使我省矿渣粉的应用提升到了一个新的高度。

 

    由于矿渣粉广阔的市场前景和明显的经济效益，近两年来采用球磨机工艺的矿渣粉生产线也纷纷上马，由于生产工艺，技术及管理的原因，整个矿渣粉市场已出现质量良莠不齐的现象，一般来说，采用引进立磨技术和设备生产的矿渣粉要明显优于球磨机工艺生产的矿渣粉， 大型球磨机（直径3m以上）工艺生产的矿渣粉要明显优于小型球磨机工艺生产的矿渣粉。

 

    本文基于近两年来我省水泥厂及混凝土搅拌站中出现的问题，提出水泥厂及混凝土搅拌站需要注意的几个问题。

 

 

    对于水泥厂来说，应选用质量好，符合国家标准要求的矿渣粉，水分要尽量低，以避免粘结和堵塞。水泥厂购买矿渣粉后，熟料，石膏及其它混合材即可实现单独粉磨，这样的工艺路线从节能等方面来讲是合理的，更有利于降低成本。

 

    根据研究和实践，在矿渣粉细度为400～450m²/kg，水泥中掺量40～60% 时，可配制425，425R 矿渣硅酸盐水泥；在水泥中掺加的矿渣粉细度为450～500m2/kg，掺量40%～50% 时，可配制525，525R 矿渣硅酸盐水泥。当然，最佳的矿渣粉掺量应根据熟料和矿渣粉的质量以及水泥的性能指标要求通过实验确定。

 

    为使矿渣粉的掺入计量准确，运行平稳，建议采用以下工艺装备：

    （1）新设矿渣粉钢板仓，储量可以适当加大，仓顶设除尘器，矿渣粉从仓底经过闸阀，螺旋秤，由斜槽（或链式输送机，螺旋输送机）送至入料点。

    （2）钢板仓底最好装设充气箱，以增加矿渣粉的流动性及防堵。

    （3）根据矿渣粉流动性好的特性，注意螺旋秤在结构上的适应性，使其保证良好的计量，锁风及喂料能力。

 

    （4）最好设置能将矿渣粉与熟料粉混合均匀的混料机， 混料机分为有动力及无动力两种，无动力混料机的结构应尽量结构合理。但绝大多数水泥厂未能这样做，而是直接掺入水泥磨机和水泥库之间的输送设备，在此建议，在利用水泥磨机和水泥库之间的输送设备时，应使矿渣粉入料点尽量靠近磨尾一侧，与水泥库距离尽量远一点，以延长混合时间，增大混合效果。

   （5）水泥库如果是气力均化库， 矿渣粉可以直接进入入库提升机，利用库内气力均化方式，实现较好的均化，省内某大型企业集团即采用这种方式，效果良好。

 

 

    研究和开发高性能混凝土是当今国际范围的热点。目前国际上通用的配制高性能混凝土的技术路 线是：通用水泥＋微粉掺合料＋超塑化剂。其中微粉掺合料多采用硅灰、细磨粉煤灰，沸石粉等。由于我国硅灰资源有限，沸石粉和粉煤灰的活性较低，近几年国内研究者将方向集中于矿渣粉掺合料的开发和应用。

 

    随着混凝土技术的发展，对混凝土的耐久性越来越重视，而配制耐久性混凝土的途径之一就是掺加包括矿渣粉在内的矿物掺合料。

 

    矿渣粉取代混凝土中的部分水泥，能够提高混凝土的强度，改善混凝土的工作性能，所以可用其作为替代产品来减少预拌混凝土中水泥的用量。矿渣粉作为预拌混凝土中重要的掺合料已得到普遍应用。但在应用过程中，我们还必须注意以下问题：

 

    （1）使用球磨矿渣粉时应加强检测，严格控制矿渣粉的细度大型立磨矿渣粉生产线的矿渣粉细度均控制在400m²/kg～500m²/kg 的范围内。由于其先进的生产工艺，矿渣粉的细度非常稳定。而球磨矿渣粉的细度较难达到400m²/kg 以上，也难以长期稳定。一旦矿渣粉细度大幅度降低，会给混凝土带来很多问题，如：粘聚性下降，出现离析和泌水；凝结时间延长；早期强度降低，甚至28d 强度也会不同程度的降低等。因此，在使用球磨矿渣粉时应加强检测，严格控制细度。

 

    （2）注意矿渣粉的掺量单掺矿渣粉时，以30%～40% 为宜，大体积混凝土可增至50% 以上，以达到明显降低水化热的目的。复掺时，总取代量不宜超过50%。粉煤灰控制在20% 以内，矿渣粉控制在30%。初期使用时，粉煤灰最好控制在10%以内，矿渣粉控制在20%以内，大体积混凝土可适当放宽。

 

    （3）复掺时，针对不同等级粉煤灰，选择合适的复合比例。

    矿渣粉在混凝土搅拌站使用时，常与粉煤灰复合使用，这是因为粉煤灰比矿渣粉更为价廉，单掺矿渣粉混凝土对混凝土成本不利。虽然单掺粉煤灰可以大幅度降低成本，但掺量受到较大限制。另外，矿渣粉和粉煤灰复配时能充分利用二者的“优势互补”，改善混凝土性能。矿渣粉与Ⅱ级粉煤灰复合使用时，粉煤灰的取代量宜控制在15% 以内，矿渣粉宜控制在30% 以内。由于Ⅱ级粉煤灰较Ⅰ级粉煤灰供应量充足，因此在混凝土搅拌站大量使用。但Ⅱ级粉煤灰的质量稳定性很差，给配制混凝土带来很多不便。矿渣粉的质量稳定性远好于Ⅱ级粉煤灰，给我们配制混凝土带来了很好的选择，只要通过试验找出合适的复配比例及合适的掺量，就可以配制出和易性好而成本又无明显增加的混凝土。在条件允许的情况下，应尽可能多用矿渣粉。矿渣粉与Ⅰ级粉煤灰复合使用应是最佳组合。粉煤灰可控制在20% 以内，矿渣粉可以控制在40% 以内。他们之间的比例可以根据不同强度等级，不同技术要求进行调整。

 

    （4）注意矿渣粉（或矿渣粉和粉煤灰复掺）混凝土的养护

    当养护温度适宜、湿度较大时，混凝土中水分蒸发少，水化充分，空隙率及孔隙尺寸减小 ，同时由于水化产物阻隔了水分子通道，使得开口孔隙数量减少，可发挥“储备”作用的闭合孔数量增加。因此，建立良好的养护制度有利于提高混凝土抗冻性能。

    矿渣粉（或矿渣粉和粉煤灰复掺）混凝土对养护条件要求更为苛刻。因此混凝土搅拌站技术人员应加强与施工方沟通，确保混凝土的养护条件。在矿渣粉或矿渣粉和粉煤灰复合掺加的情况下，更需要加强养护，只有充分养护才能发挥掺合料的作用。

 

    （5）注意调整混凝土的凝结时间磨细矿渣对混凝土的凝结时间与不掺磨细矿渣的普通混凝土相比，具有一定的缓凝效果。混凝土的初凝、终凝时间比基准混凝土推迟1～2.5h。因此，商品混凝土公司应注意调整混凝土的凝结时间，特别是冬季施工，应调整混凝土配合比，控制混凝土中矿渣粉掺量和使用早强型减水剂。而夏季施工时，可适当增加矿渣粉掺量来延缓混凝土的凝结时间。

 

    （6）注意混凝土用水量的调整磨细矿渣与高效减水剂复合使用时，具有辅助减水的功能，与只掺高效减水剂的普通水泥的混凝土相比，在保证混凝土初始坍落度相同的情况下，可以减少用水量。