對不同粉磨方式及比表面積的礦渣粉制備超細水泥的研究

超細硅酸鹽水泥是一種由硅酸鹽水泥熟料加入適量的石膏及規(guī)定混合材，磨細制成的具有較細粒徑的水硬性膠凝材料，強度等級為52.5。超細硅酸鹽水泥生產原料與普通硅酸鹽水泥大致相同，不同點在制備過程中對其粒度的要求變化，且在過程中加入一些性能調節(jié)劑。由于特有的粒徑顆粒，使其具備了與有機化學灌漿液相似的良好滲透性和可灌性，具有更高的強度和耐久性，與普通硅酸水泥相比，適用于各類建筑物地基加固工程、結構修補加固工程、防水堵漏灌漿工程、設備基礎加固工程等。特別是對于細微空間的灌漿、固化強度要求較高的灌漿加固處理更能體現其優(yōu)異的性能。本文將礦渣粉通過不同的粉磨方式及比表面積制備超細水泥，對其水泥性能進行檢測分析，尋求超細水泥中礦渣粉的最佳摻入方式及比表面積。

1、試驗方法1.1原材料水泥：試驗采用邯鄲金隅太行公司生產的P·Ⅰ級水泥，編號G-0，比表面積378m2/kg，主要成分見表1。礦渣粉：試驗采用邯鄲金隅建材公司生產的S95級礦渣粉，比表面積457m2/kg，7d活性指數76%，28d活性指數98%，主要成分見表2。石膏：試驗采用馬頭電廠產生的脫硫石膏。粉體助磨劑：北京源鑫同心科技有限公司粉體助磨劑，摻量0.8%。液體助磨劑：北京金隅科技生產的JY-GA-5E助磨劑，摻量0.05%。表1P·I水泥化學分析%表2礦渣粉化學分析%1.2試驗設計1.2.1共同粉磨配制超細水泥將物料按照設計超細水泥配比方案，放入試驗小磨粉磨至規(guī)定比表面積后取出。設計試驗超細水泥比表面積為450~650m2/kg，按50m2/kg為跨度，達到600m2/kg后以10m2/kg為跨度，編號G1-1~G1-6。設計超細水泥配比方案見表3。表3超細水泥配比方案%注：P·Ⅰ級水泥配比為95%熟料+5%石膏。1.2.2單獨粉磨礦渣粉配制超細水泥將礦渣粉放入試驗小磨并加入粉體助磨劑（0.8%）和液體助磨劑（0.05%）粉磨至規(guī)定比表面積后取出，再通過設計配比與P·Ⅰ水泥進行混合后制得樣品。設計試驗礦渣粉比表面積為480~780m2/kg，按100m2/kg為跨度，編號G2-0~G2-3。物料混合配比與表3相同，即85%P·Ⅰ水泥+15%礦渣粉。

2、試驗數據分析2.1共同粉磨配制超細水泥檢測數據及分析共同粉磨配制的超細水泥檢測結果見表4及圖1。圖1共同粉磨配制超細水泥抗壓強度由表4可以看出，隨著水泥比表面積的增加，其標準稠度用水量在1.6%的范圍內上下波動，但總體為增高趨勢，原因是在加入礦渣粉后由于礦渣粉本身需水量較小，更細的顆粒能填補P·Ⅰ水泥內的孔隙，所以G1-1的需水量較G-0會突然下降1.2%，隨著物料不斷被磨細，比表面積增大，其整體的需水量也就在上升；水泥初終凝時間均也隨著比表面積的增大而不斷減少。且在試樣成型過程中也發(fā)現G1-4以后，比表面積高的試樣在試塊削平過程中有干澀現象，說明共同粉磨的超細水泥需要對施工時間進行控制。由表4及圖1可以看出，隨著水泥表面積的增加，其3d與28d抗壓強度也在增加，從453~643m2/kg3d抗壓強度增加了6.1MPa，提升了近15%，28d抗壓強度增加了1.4MPa，僅提升2%左右。說明超細水泥的比表面積對早期強度的影響較大，但對后期強度的提升不大。主要是因為在水泥磨細的過程中，熟料的易磨性要優(yōu)于礦渣粉，礦渣粉較難磨至更細，產生的細顆粒多為熟料且在早期反應中被消耗，導致后期參與反應的熟料變少。而礦渣粉需要Ca（OH）2的激發(fā)，而Ca（OH）2是C3S水化反應后才得到的，從而導致隨著超細水泥表面積的增加，3d強度提升明顯，28d強度提升較小的情況。2.2單獨粉磨礦渣粉配制超細水泥檢測數據及分析單獨粉磨礦渣粉配制的超細水泥檢測結果見表5及圖2。表5單獨粉磨礦渣粉配制超細水泥檢測數據圖2單獨粉磨礦渣粉配制超細水泥抗壓強度由表5可以看出，隨著礦渣粉比表面積的增加，水泥的標準稠度用水量在0.6%范圍內有一定浮動，總體有一定上升但不明顯；水泥的凝結時間隨著礦渣粉比表面積的增加而延長，這與我們普遍水化理論相駁，一般認為礦渣粉比表面積越高，水化應該越快，凝結也應該越快。我們分析認為隨著礦渣粉比表面積不斷增大，其水化速率也在加快，當達到一定速率，所產生的水化產物包裹住了還未完成水化的水泥熟料，使熟料的水化減慢，從而延長了水泥的凝結時間，凝結時間增幅在450~580m2/kg之間最大，比表面積達到680m2/kg后，其初終凝時間增進幅度明顯減?。慌cG-0相比，說明加入不同比表面積的礦渣粉制得的超細水泥，其標準稠度用水量影響較小，但凝結時間隨著礦渣粉比表面積的增加而逐漸延長。由表5及圖2中可以看出，在比表面積450~770m2/kg之間，3d抗壓強度增加了5.4MPa，增幅14.8%，28d抗壓強度增加了4.9MPa，增幅7.8%，當礦渣粉比表面積達到580m2/kg后，其抗壓強度增長逐漸緩慢。與G-0相比，G2-1的3d、28d抗壓強度基本與其持平，G2-2之后均已超過G-0。說明礦渣粉單獨磨細后，有助于水泥的強度的提升，其對28d強度的提升已超過共同粉磨的水泥。2.3不同粉磨方式水化熱數據及分析分別將比表面積相近的共同粉磨水泥、單獨粉磨礦渣粉水泥及比表面積390m2/kg的P·Ⅰ水泥進行1d、3d、7d水化熱檢測，檢測結果見表6。表6水化熱檢測數據由表6可以看出，共同粉磨水泥各齡期水化熱均高于單獨粉磨礦渣粉水泥，說明了單獨粉磨雖然礦渣粉的比表面積增大，但其對于水泥的水化影響較小，水化放熱還是以熟料為主。在1d時，兩者相差38kJ/kg，隨著齡期增加其差值也在不斷增加，說明共同粉磨水泥較單獨粉磨礦渣粉水泥水化速率更快且速率還在不斷增加。兩種粉磨方式都是通過P·Ⅰ水泥加入15%礦渣粉為配比制備，通過三者水化熱數據可以看出，P·Ⅰ水泥與礦渣粉共同粉磨后水化熱較P·Ⅰ水泥增加，P·Ⅰ水泥與礦渣粉單獨粉磨后水化熱較P·Ⅰ水泥減少，說明單獨粉磨礦渣粉對抑制熟料早期水化熱效果更大。我們認為由于粉磨方式不同表6中共同粉磨的礦渣粉細度達不到單獨粉磨的680m2/kg比表面積，說明礦渣粉越細對熟料早期水化抑制越強，也間接佐證了表5中水泥凝結時間隨礦渣粉比表面積增大而變長的問題。2.4共同粉磨配制超細水泥顆粒級配數據及分析共同粉磨配制超細水泥采用激光粒度分析儀檢測顆粒級配，數據結果見表7。表7共同粉磨配制超細水泥顆粒級配數據由表7可以看出，當加入礦渣粉隨著水泥表面積的增大，G1-1~G1-6的均勻性系數n值均小于G-0，雖有一定的上下波動，但總體水泥粉體顆粒分布范圍與G-0相比越來越分散且不均勻；特征粒徑X'在降低，說明水化速率較慢的大顆粒相對減少。<3μm顆粒的不斷增加，而3~32μm顆粒不斷減少，說明提高了早期水化的速率與水化程度，但對于后期強度提升貢獻較小。G1-2至G1-6，即比表面積在526m2/kg以上，其D50與D90的粒徑已符合Ⅱ級超細硅酸鹽水泥粒徑要求。2.5單獨粉磨礦渣粉配制超細水泥顆粒級配數據及分析單獨粉磨礦渣粉配制的超細水泥采用激光粒度分析儀檢測顆粒級配，數據結果見表8。表8單獨粉磨礦渣粉配制超細水泥顆粒級配數據由表8可以看出，當加入P·Ⅰ級水泥的礦渣粉比表面積不斷增大，均勻性系數n值與G-0相比有明顯降低，特征粒徑X'降低，<3μm顆粒不斷增加，而3~32μm顆粒不斷減少，說明水泥的整體平均粒徑在變小，顆粒分布更分散，但由于粉磨方式不同，其中的細顆粒更多的是礦渣粉而非熟料，故早期強度低于G1系列。G2-2和G2-3，即比表面積在680m2/kg以上，其D50與D90的粒徑符合Ⅱ級超細硅酸鹽水泥粒徑要求。

3、結論（1）共同粉磨配制的超細水泥，隨著比表面積的增加，凝結時間變短，早期強度提升明顯，28d強度提升效果有限。（2）單獨粉磨礦渣粉配制的超細水泥，隨著比表面積的增加，凝結時間增加，早期強度提升效果有限，28d強度提升效果優(yōu)于共同粉磨。（3）共同粉磨配制超細水泥可在更低的比表面積滿足Ⅱ級超細硅酸鹽水泥的強度與粒徑要求，早期強度優(yōu)于單獨粉磨礦渣粉配制的超細水泥，磨制時按照粒徑等級指標控制D50與D90的粒徑大小，盡量增加0~32μm顆粒含量，提高水