1、前言
針對(duì)超細(xì)礦渣在水泥及商品混凝土中的高效應(yīng)用，我們通過(guò)不斷的研究和實(shí)踐，開(kāi)發(fā)出一套達(dá)到國(guó)內(nèi)先進(jìn)水平，技術(shù)成熟的系列化、工業(yè)化超細(xì)礦渣粉磨系統(tǒng)。該系統(tǒng)應(yīng)用專利技術(shù)，通過(guò)改進(jìn)型球磨機(jī)+空氣噴射型選粉機(jī)為核心設(shè)備的專有系統(tǒng)對(duì)礦渣進(jìn)行合理的粉磨和分選，使之能夠在較低的能耗下完成顆粒的微細(xì)化。目前該系統(tǒng)生產(chǎn)比表面積400rrf/kg～450m2/kg的超細(xì)礦渣的單條線生產(chǎn)規(guī)模有年產(chǎn)2.5萬(wàn)噸、5萬(wàn)噸、10萬(wàn)噸以及15萬(wàn)噸，投產(chǎn)和在建的生產(chǎn)線已有8條，并且可根據(jù)用戶要求生產(chǎn)比表面積450～1000m2/Kg的特殊要求的超細(xì)礦渣。
從實(shí)際應(yīng)用的效果來(lái)看，其技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)均達(dá)到了國(guó)內(nèi)先進(jìn)水平，其中比表面積在400m2/kg以上的超細(xì)礦渣的單位生產(chǎn)電耗低于70Kwh/t，最低可以達(dá)到60 Kwh/t，比傳統(tǒng)生產(chǎn)方式節(jié)電50%以上。
2、超細(xì)礦渣在水泥和混凝土中的應(yīng)用性能
研究表明，在一定條件下超細(xì)礦渣對(duì)硅酸鹽水泥具有明顯的增強(qiáng)作用，可以顯著改善水泥石的孔結(jié)構(gòu)，降低總空隙率，提高強(qiáng)度。由于超細(xì)礦渣具有微珠潤(rùn)滑功能，因此對(duì)水泥有明顯的減水作用。作為水泥混合材可以吸收其中的f-Ca0．從而增強(qiáng)水泥的安定性；且加速水泥水化進(jìn)程，吸收水泥水化時(shí)形成的Ca(OH)2，形成水化硅酸鈣和水化鋁酸鈣，后者在SO的激發(fā)作用下反應(yīng)形成鈣礬石，從而增加水泥的強(qiáng)度，富通新能源銷售球磨機(jī)、雷蒙磨粉機(jī)等磨機(jī)機(jī)械設(shè)備。
實(shí)驗(yàn)室以及工程實(shí)踐均表明，在硅酸鹽類水泥中摻20%～50%的HPCA以及適量的復(fù)合劑，可以提高水泥的早期和后期強(qiáng)度，一般來(lái)說(shuō)可以普遍提高28天強(qiáng)度10MPa左右。特別需要指出的是，水泥熟料和混合材的分別粉磨是水泥粉磨的發(fā)展趨勢(shì)，這樣不僅可以解決由于熟料和混合材易磨性的差異導(dǎo)致的水泥質(zhì)量的差異的問(wèn)題，而且可以大幅度降低能耗，提高產(chǎn)品的競(jìng)爭(zhēng)力。
圖(1)和圖(2)顯示了HPCA的摻量與水泥抗壓和抗折強(qiáng)度的關(guān)系，從中可以看出，當(dāng)摻量在30%～40%左右時(shí)，各齡期的抗壓和抗折強(qiáng)度均達(dá)到一個(gè)相對(duì)的峰值。
將粒化高爐礦渣制成超細(xì)粉磨后，由于其玻璃體結(jié)構(gòu)的破壞，使其潛在的活性被激發(fā)出來(lái)，用作混凝土中的摻合料時(shí)，可使混凝土的泌水性減少、可塑性好、水化熱減少，這有利于防止混凝土內(nèi)部溫升引起的裂縫，而且能產(chǎn)生較多的鈣礬石微晶，使混凝土中的孔結(jié)構(gòu)得到改善，對(duì)混凝土因細(xì)粉過(guò)多而引起的收縮起補(bǔ)償作用。另外，它能夠吸收混凝土中的堿，有抗堿一集料反應(yīng)性能。降低總的孔隙率，增加混凝土的密實(shí)度，提高了強(qiáng)度，使硬化后的混凝土具有良好的抗硫酸鹽、抗氯鹽性能，并使其長(zhǎng)期強(qiáng)度得到大幅度提高，具有良好的耐久性。同時(shí)混凝土的塌落度損失減少，便于施工。
圖(3)是維持坍落度不變時(shí)混凝土中HPCA摻量與水膠比(w/c)的關(guān)系。從圖中可以看出隨著摻量的增加，水膠比減少，當(dāng)摻量大于45%時(shí)，減水率大于20%。圖(4)是摻與不摻HPCA的混凝土塌落度經(jīng)時(shí)損失曲線。由圖可見(jiàn)，摻加HPCA后混凝土塌落度經(jīng)時(shí)損失得到了明顯的改善，90分鐘后仍具有優(yōu)良的可泵送性，施工性能優(yōu)越。
圖(5)是一定條件下HPCA摻量與混凝土強(qiáng)度的關(guān)系。由圈中數(shù)據(jù)可以看出，隨著HPCA摻量的增加和混凝土齡期的延長(zhǎng)，混凝土的強(qiáng)度逐步增強(qiáng)。圖(6)是HPCA與抗折強(qiáng)度的關(guān)系。由圖可見(jiàn)隨著摻量的增加，抗折強(qiáng)度的提高非常明顯，從工程實(shí)踐的數(shù)據(jù)表明，比較經(jīng)濟(jì)合理并且使混凝土性能良好的HPCA摻量為30%～50%。
總之，通過(guò)大量的試驗(yàn)和研究表明，超細(xì)礦渣對(duì)水泥和混凝±的各種性能均有良好的促進(jìn)作用，因此超細(xì)礦渣是一種比較理想的水泥混凝土增強(qiáng)劑，具有廣闊的應(yīng)用前景。
3、超細(xì)礦渣的工業(yè)化生產(chǎn)線
由于粒化高爐礦渣具有致密度較高、相對(duì)易磨性較小的特點(diǎn)，因此將其粉磨至400m2/Kg比表面積以上有較大的難度。目前主要的超細(xì)礦渣粉磨技術(shù)的特點(diǎn)見(jiàn)表1。
由中國(guó)建筑材料科學(xué)研究院研制開(kāi)發(fā)的具有國(guó)內(nèi)領(lǐng)先水平的超細(xì)礦渣生產(chǎn)線，對(duì)礦渣以及其他物料的超細(xì)粉磨具有比較廣泛的適應(yīng)性。該系統(tǒng)采用改進(jìn)型球磨機(jī)+空氣噴射型選粉機(jī)的閉路粉磨原理，充分利用空氣噴射型選粉機(jī)對(duì)超細(xì)粉體分級(jí)過(guò)程中具備的高精度和寬范圍的特點(diǎn)．使粉磨系統(tǒng)在生產(chǎn)400～500m/kg比表面積的超細(xì)礦渣時(shí)，達(dá)到系統(tǒng)電耗低于70kwh/t，比傳統(tǒng)粉磨方式節(jié)能50%以上，并能夠?qū)崿F(xiàn)超細(xì)產(chǎn)品的多元化。由于采用球磨機(jī)閉路粉磨系統(tǒng)，因此該系統(tǒng)的投資較小，生產(chǎn)控制簡(jiǎn)單易行。具體配置見(jiàn)表2。
從實(shí)際應(yīng)用效果看，可以認(rèn)為改進(jìn)型球磨機(jī)+空氣噴射型選粉機(jī)超細(xì)礦渣粉磨系統(tǒng)的技術(shù)是經(jīng)濟(jì)高效的。由于該系統(tǒng)充分利用了球磨機(jī)這種在我國(guó)普遍應(yīng)用的設(shè)備，因此該系統(tǒng)無(wú)論是新建}印或技術(shù)改造都具有良好的應(yīng)用前景和應(yīng)用范圍。另外從性能價(jià)格比分析，由于球磨機(jī)閉路超細(xì)礦渣粉磨系統(tǒng)可以利用水泥生產(chǎn)企業(yè)原有設(shè)備和廠房，所以該系統(tǒng)是經(jīng)濟(jì)適用的。
4、社會(huì)經(jīng)濟(jì)效益
根據(jù)我國(guó)初步擬訂的發(fā)展規(guī)劃，按目前的生產(chǎn)水平估計(jì)，到2010年，我國(guó)水泥需求量將達(dá)到8億噸，這將對(duì)能源、材料消耗以及環(huán)境負(fù)荷造成很大的壓力。其中石灰石的消耗量將達(dá)到7億噸左右，而我國(guó)目前優(yōu)質(zhì)石灰石的探明儲(chǔ)量?jī)H夠使用幾十年。并且溫室氣體C02、NOX、S02與粉塵排放量將十分驚人。統(tǒng)計(jì)資料表明我國(guó)平均每生產(chǎn)1立方米混凝土所用水泥的能耗是1750MJ，同時(shí)排放0.25噸C02，產(chǎn)生的酸化氣體相當(dāng)于0,763Kg S02。因此我國(guó)建材行業(yè)的發(fā)展方向是充分利用其他工業(yè)廢棄物生產(chǎn)綠色生態(tài)建材，走離質(zhì)量、低消耗、高效率以及與環(huán)境相容的可持續(xù)發(fā)展道路。
超細(xì)礦渣可以在水泥中替代30%～50%的熟料或者在混凝土中替代3006---50%以上的硅酸鹽水泥，從而獲得高質(zhì)量的“綠色”水泥和“綠色”混凝土，并從根本上減少熟料的使用量，降低能耗、料耗，降低工程造價(jià)和環(huán)境代價(jià)。
超細(xì)礦渣球磨機(jī)閉路粉磨系統(tǒng)不僅可以獲得良好的社會(huì)效益，還能夠獲得良好的經(jīng)濟(jì)效益。由于主要設(shè)備的價(jià)格僅相當(dāng)于國(guó)外同類400mz/kg比表面積超細(xì)粉生產(chǎn)設(shè)備價(jià)格的1／5～1/6，因此生產(chǎn)系統(tǒng)的總體投資較小。與同規(guī)模水泥生產(chǎn)線相比，水泥生產(chǎn)的平均電耗為90kwh/t，標(biāo)煤消耗超過(guò)150Kg/t，而超細(xì)粉的生產(chǎn)電耗為60～70kwh/t，標(biāo)煤消耗僅為20Kg/t，可見(jiàn)節(jié)能效果非常明顯。超細(xì)粉應(yīng)用于混凝土中可以配制出其他材料無(wú)法配制的高強(qiáng)、高性能混凝土，適應(yīng)我國(guó)大規(guī)模經(jīng)濟(jì)建設(shè)和基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)的步伐，滿足日益增長(zhǎng)的高層建筑、超高層建筑、大跨度預(yù)應(yīng)力橋梁以及海工工程、航天工程、軍事工程等對(duì)高強(qiáng)、高性能混凝土的需求，并且可以大幅度降低混凝土的生產(chǎn)成本，降低工程造價(jià)，因此經(jīng)濟(jì)效益非常明顯。
5、結(jié)語(yǔ)
綜上所述，水泥及混凝土用超細(xì)礦渣制備新技術(shù)，具有極其廣闊的市場(chǎng)前景，良好的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益，并對(duì)建材行業(yè)生產(chǎn)技術(shù)的科技進(jìn)步產(chǎn)生重大的影響，為我國(guó)生產(chǎn)綠色生態(tài)新型建材奠定堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。
