對(duì)不同粉磨方式及比表面積的礦渣粉制備超細(xì)水泥的研究

超細(xì)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(xì)制成的具有較細(xì)粒徑的水硬性膠凝材料，強(qiáng)度等級(jí)為52.5。超細(xì)硅酸鹽水泥生產(chǎn)原料與普通硅酸鹽水泥大致相同，不同點(diǎn)在制備過程中對(duì)其粒度的要求變化，且在過程中加入一些性能調(diào)節(jié)劑。由于特有的粒徑顆粒，使其具備了與有機(jī)化學(xué)灌漿液相似的良好滲透性和可灌性，具有更高的強(qiáng)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(jié)構(gòu)修補(bǔ)加固工程、防水堵漏灌漿工程、設(shè)備基礎(chǔ)加固工程等。特別是對(duì)于細(xì)微空間的灌漿、固化強(qiáng)度要求較高的灌漿加固處理更能體現(xiàn)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(xì)水泥，對(duì)其水泥性能進(jìn)行檢測(cè)分析，尋求超細(xì)水泥中礦渣粉的最佳摻入方式及比表面積。

1、試驗(yàn)方法1.1原材料水泥：試驗(yàn)采用邯鄲金隅太行公司生產(chǎn)的P·Ⅰ級(jí)水泥，編號(hào)G-0，比表面積378m2/kg，主要成分見表1。礦渣粉：試驗(yàn)采用邯鄲金隅建材公司生產(chǎn)的S95級(jí)礦渣粉，比表面積457m2/kg，7d活性指數(shù)76%，28d活性指數(shù)98%，主要成分見表2。石膏：試驗(yàn)采用馬頭電廠產(chǎn)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(chǎn)的JY-GA-5E助磨劑，摻量0.05%。表1P·I水泥化學(xué)分析%表2礦渣粉化學(xué)分析%1.2試驗(yàn)設(shè)計(jì)1.2.1共同粉磨配制超細(xì)水泥將物料按照設(shè)計(jì)超細(xì)水泥配比方案，放入試驗(yàn)小磨粉磨至規(guī)定比表面積后取出。設(shè)計(jì)試驗(yàn)超細(xì)水泥比表面積為450~650m2/kg，按50m2/kg為跨度，達(dá)到600m2/kg后以10m2/kg為跨度，編號(hào)G1-1~G1-6。設(shè)計(jì)超細(xì)水泥配比方案見表3。表3超細(xì)水泥配比方案%注：P·Ⅰ級(jí)水泥配比為95%熟料+5%石膏。1.2.2單獨(dú)粉磨礦渣粉配制超細(xì)水泥將礦渣粉放入試驗(yàn)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(shè)計(jì)配比與P·Ⅰ水泥進(jìn)行混合后制得樣品。設(shè)計(jì)試驗(yàn)礦渣粉比表面積為480~780m2/kg，按100m2/kg為跨度，編號(hào)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(yàn)數(shù)據(jù)分析2.1共同粉磨配制超細(xì)水泥檢測(cè)數(shù)據(jù)及分析共同粉磨配制的超細(xì)水泥檢測(cè)結(jié)果見表4及圖1。圖1共同粉磨配制超細(xì)水泥抗壓強(qiáng)度由表4可以看出，隨著水泥比表面積的增加，其標(biāo)準(zhǔn)稠度用水量在1.6%的范圍內(nèi)上下波動(dòng)，但總體為增高趨勢(shì)，原因是在加入礦渣粉后由于礦渣粉本身需水量較小，更細(xì)的顆粒能填補(bǔ)P·Ⅰ水泥內(nèi)的孔隙，所以G1-1的需水量較G-0會(huì)突然下降1.2%，隨著物料不斷被磨細(xì)，比表面積增大，其整體的需水量也就在上升；水泥初終凝時(shí)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(xiàn)G1-4以后，比表面積高的試樣在試塊削平過程中有干澀現(xiàn)象，說明共同粉磨的超細(xì)水泥需要對(duì)施工時(shí)間進(jìn)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(qiáng)度也在增加，從453~643m2/kg3d抗壓強(qiáng)度增加了6.1MPa，提升了近15%，28d抗壓強(qiáng)度增加了1.4MPa，僅提升2%左右。說明超細(xì)水泥的比表面積對(duì)早期強(qiáng)度的影響較大，但對(duì)后期強(qiáng)度的提升不大。主要是因?yàn)樵谒嗄ゼ?xì)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(xì)，產(chǎn)生的細(xì)顆粒多為熟料且在早期反應(yīng)中被消耗，導(dǎo)致后期參與反應(yīng)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(yīng)后才得到的，從而導(dǎo)致隨著超細(xì)水泥表面積的增加，3d強(qiáng)度提升明顯，28d強(qiáng)度提升較小的情況。2.2單獨(dú)粉磨礦渣粉配制超細(xì)水泥檢測(cè)數(shù)據(jù)及分析單獨(dú)粉磨礦渣粉配制的超細(xì)水泥檢測(cè)結(jié)果見表5及圖2。表5單獨(dú)粉磨礦渣粉配制超細(xì)水泥檢測(cè)數(shù)據(jù)圖2單獨(dú)粉磨礦渣粉配制超細(xì)水泥抗壓強(qiáng)度由表5可以看出，隨著礦渣粉比表面積的增加，水泥的標(biāo)準(zhǔn)稠度用水量在0.6%范圍內(nèi)有一定浮動(dòng)，總體有一定上升但不明顯；水泥的凝結(jié)時(shí)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(rèn)為礦渣粉比表面積越高，水化應(yīng)該越快，凝結(jié)也應(yīng)該越快。我們分析認(rèn)為隨著礦渣粉比表面積不斷增大，其水化速率也在加快，當(dāng)達(dá)到一定速率，所產(chǎn)生的水化產(chǎn)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(jié)時(shí)間，凝結(jié)時(shí)間增幅在450~580m2/kg之間最大，比表面積達(dá)到680m2/kg后，其初終凝時(shí)間增進(jìn)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(xì)水泥，其標(biāo)準(zhǔn)稠度用水量影響較小，但凝結(jié)時(shí)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(qiáng)度增加了5.4MPa，增幅14.8%，28d抗壓強(qiáng)度增加了4.9MPa，增幅7.8%，當(dāng)?shù)V渣粉比表面積達(dá)到580m2/kg后，其抗壓強(qiáng)度增長逐漸緩慢。與G-0相比，G2-1的3d、28d抗壓強(qiáng)度基本與其持平，G2-2之后均已超過G-0。說明礦渣粉單獨(dú)磨細(xì)后，有助于水泥的強(qiáng)度的提升，其對(duì)28d強(qiáng)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(shù)據(jù)及分析分別將比表面積相近的共同粉磨水泥、單獨(dú)粉磨礦渣粉水泥及比表面積390m2/kg的P·Ⅰ水泥進(jìn)行1d、3d、7d水化熱檢測(cè)，檢測(cè)結(jié)果見表6。表6水化熱檢測(cè)數(shù)據(jù)由表6可以看出，共同粉磨水泥各齡期水化熱均高于單獨(dú)粉磨礦渣粉水泥，說明了單獨(dú)粉磨雖然礦渣粉的比表面積增大，但其對(duì)于水泥的水化影響較小，水化放熱還是以熟料為主。在1d時(shí)，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(dú)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(shù)據(jù)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(dú)粉磨后水化熱較P·Ⅰ水泥減少，說明單獨(dú)粉磨礦渣粉對(duì)抑制熟料早期水化熱效果更大。我們認(rèn)為由于粉磨方式不同表6中共同粉磨的礦渣粉細(xì)度達(dá)不到單獨(dú)粉磨的680m2/kg比表面積，說明礦渣粉越細(xì)對(duì)熟料早期水化抑制越強(qiáng)，也間接佐證了表5中水泥凝結(jié)時(shí)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(xì)水泥顆粒級(jí)配數(shù)據(jù)及分析共同粉磨配制超細(xì)水泥采用激光粒度分析儀檢測(cè)顆粒級(jí)配，數(shù)據(jù)結(jié)果見表7。表7共同粉磨配制超細(xì)水泥顆粒級(jí)配數(shù)據(jù)由表7可以看出，當(dāng)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(shù)n值均小于G-0，雖有一定的上下波動(dòng)，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(duì)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(duì)于后期強(qiáng)度提升貢獻(xiàn)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(jí)超細(xì)硅酸鹽水泥粒徑要求。2.5單獨(dú)粉磨礦渣粉配制超細(xì)水泥顆粒級(jí)配數(shù)據(jù)及分析單獨(dú)粉磨礦渣粉配制的超細(xì)水泥采用激光粒度分析儀檢測(cè)顆粒級(jí)配，數(shù)據(jù)結(jié)果見表8。表8單獨(dú)粉磨礦渣粉配制超細(xì)水泥顆粒級(jí)配數(shù)據(jù)由表8可以看出，當(dāng)加入P·Ⅰ級(jí)水泥的礦渣粉比表面積不斷增大，均勻性系數(shù)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(xì)顆粒更多的是礦渣粉而非熟料，故早期強(qiáng)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(jí)超細(xì)硅酸鹽水泥粒徑要求。

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