对不同粉磨方式及比表面积的矿渣粉制备超细水泥的研究

超细硅酸盐水泥是一种由硅酸盐水泥熟料加入适量的石膏及规定混合材，磨细制成的具有较细粒径的水硬性胶凝材料，强度等级为52.5。超细硅酸盐水泥生产原料与普通硅酸盐水泥大致相同，不同点在制备过程中对其粒度的要求变化，且在过程中加入一些性能调节剂。由于特有的粒径颗粒，使其具备了与有机化学灌浆液相似的良好渗透性和可灌性，具有更高的强度和耐久性，与普通硅酸水泥相比，适用于各类建筑物地基加固工程、结构修补加固工程、防水堵漏灌浆工程、设备基础加固工程等。特别是对于细微空间的灌浆、固化强度要求较高的灌浆加固处理更能体现其优异的性能。本文将矿渣粉通过不同的粉磨方式及比表面积制备超细水泥，对其水泥性能进行检测分析，寻求超细水泥中矿渣粉的最佳掺入方式及比表面积。

1、试验方法1.1原材料水泥：试验采用邯郸金隅太行公司生产的P·Ⅰ级水泥，编号G-0，比表面积378m2/kg，主要成分见表1。矿渣粉：试验采用邯郸金隅建材公司生产的S95级矿渣粉，比表面积457m2/kg，7d活性指数76%，28d活性指数98%，主要成分见表2。石膏：试验采用马头电厂产生的脱硫石膏。粉体助磨剂：北京源鑫同心科技有限公司粉体助磨剂，掺量0.8%。液体助磨剂：北京金隅科技生产的JY-GA-5E助磨剂，掺量0.05%。表1P·I水泥化学分析%表2矿渣粉化学分析%1.2试验设计1.2.1共同粉磨配制超细水泥将物料按照设计超细水泥配比方案，放入试验小磨粉磨至规定比表面积后取出。设计试验超细水泥比表面积为450~650m2/kg，按50m2/kg为跨度，达到600m2/kg后以10m2/kg为跨度，编号G1-1~G1-6。设计超细水泥配比方案见表3。表3超细水泥配比方案%注：P·Ⅰ级水泥配比为95%熟料+5%石膏。1.2.2单独粉磨矿渣粉配制超细水泥将矿渣粉放入试验小磨并加入粉体助磨剂（0.8%）和液体助磨剂（0.05%）粉磨至规定比表面积后取出，再通过设计配比与P·Ⅰ水泥进行混合后制得样品。设计试验矿渣粉比表面积为480~780m2/kg，按100m2/kg为跨度，编号G2-0~G2-3。物料混合配比与表3相同，即85%P·Ⅰ水泥+15%矿渣粉。

2、试验数据分析2.1共同粉磨配制超细水泥检测数据及分析共同粉磨配制的超细水泥检测结果见表4及图1。图1共同粉磨配制超细水泥抗压强度由表4可以看出，随着水泥比表面积的增加，其标准稠度用水量在1.6%的范围内上下波动，但总体为增高趋势，原因是在加入矿渣粉后由于矿渣粉本身需水量较小，更细的颗粒能填补P·Ⅰ水泥内的孔隙，所以G1-1的需水量较G-0会突然下降1.2%，随着物料不断被磨细，比表面积增大，其整体的需水量也就在上升；水泥初终凝时间均也随着比表面积的增大而不断减少。且在试样成型过程中也发现G1-4以后，比表面积高的试样在试块削平过程中有干涩现象，说明共同粉磨的超细水泥需要对施工时间进行控制。由表4及图1可以看出，随着水泥表面积的增加，其3d与28d抗压强度也在增加，从453~643m2/kg3d抗压强度增加了6.1MPa，提升了近15%，28d抗压强度增加了1.4MPa，仅提升2%左右。说明超细水泥的比表面积对早期强度的影响较大，但对后期强度的提升不大。主要是因为在水泥磨细的过程中，熟料的易磨性要优于矿渣粉，矿渣粉较难磨至更细，产生的细颗粒多为熟料且在早期反应中被消耗，导致后期参与反应的熟料变少。而矿渣粉需要Ca（OH）2的激发，而Ca（OH）2是C3S水化反应后才得到的，从而导致随着超细水泥表面积的增加，3d强度提升明显，28d强度提升较小的情况。2.2单独粉磨矿渣粉配制超细水泥检测数据及分析单独粉磨矿渣粉配制的超细水泥检测结果见表5及图2。表5单独粉磨矿渣粉配制超细水泥检测数据图2单独粉磨矿渣粉配制超细水泥抗压强度由表5可以看出，随着矿渣粉比表面积的增加，水泥的标准稠度用水量在0.6%范围内有一定浮动，总体有一定上升但不明显；水泥的凝结时间随着矿渣粉比表面积的增加而延长，这与我们普遍水化理论相驳，一般认为矿渣粉比表面积越高，水化应该越快，凝结也应该越快。我们分析认为随着矿渣粉比表面积不断增大，其水化速率也在加快，当达到一定速率，所产生的水化产物包裹住了还未完成水化的水泥熟料，使熟料的水化减慢，从而延长了水泥的凝结时间，凝结时间增幅在450~580m2/kg之间最大，比表面积达到680m2/kg后，其初终凝时间增进幅度明显减小；与G-0相比，说明加入不同比表面积的矿渣粉制得的超细水泥，其标准稠度用水量影响较小，但凝结时间随着矿渣粉比表面积的增加而逐渐延长。由表5及图2中可以看出，在比表面积450~770m2/kg之间，3d抗压强度增加了5.4MPa，增幅14.8%，28d抗压强度增加了4.9MPa，增幅7.8%，当矿渣粉比表面积达到580m2/kg后，其抗压强度增长逐渐缓慢。与G-0相比，G2-1的3d、28d抗压强度基本与其持平，G2-2之后均已超过G-0。说明矿渣粉单独磨细后，有助于水泥的强度的提升，其对28d强度的提升已超过共同粉磨的水泥。2.3不同粉磨方式水化热数据及分析分别将比表面积相近的共同粉磨水泥、单独粉磨矿渣粉水泥及比表面积390m2/kg的P·Ⅰ水泥进行1d、3d、7d水化热检测，检测结果见表6。表6水化热检测数据由表6可以看出，共同粉磨水泥各龄期水化热均高于单独粉磨矿渣粉水泥，说明了单独粉磨虽然矿渣粉的比表面积增大，但其对于水泥的水化影响较小，水化放热还是以熟料为主。在1d时，两者相差38kJ/kg，随着龄期增加其差值也在不断增加，说明共同粉磨水泥较单独粉磨矿渣粉水泥水化速率更快且速率还在不断增加。两种粉磨方式都是通过P·Ⅰ水泥加入15%矿渣粉为配比制备，通过三者水化热数据可以看出，P·Ⅰ水泥与矿渣粉共同粉磨后水化热较P·Ⅰ水泥增加，P·Ⅰ水泥与矿渣粉单独粉磨后水化热较P·Ⅰ水泥减少，说明单独粉磨矿渣粉对抑制熟料早期水化热效果更大。我们认为由于粉磨方式不同表6中共同粉磨的矿渣粉细度达不到单独粉磨的680m2/kg比表面积，说明矿渣粉越细对熟料早期水化抑制越强，也间接佐证了表5中水泥凝结时间随矿渣粉比表面积增大而变长的问题。2.4共同粉磨配制超细水泥颗粒级配数据及分析共同粉磨配制超细水泥采用激光粒度分析仪检测颗粒级配，数据结果见表7。表7共同粉磨配制超细水泥颗粒级配数据由表7可以看出，当加入矿渣粉随着水泥表面积的增大，G1-1~G1-6的均匀性系数n值均小于G-0，虽有一定的上下波动，但总体水泥粉体颗粒分布范围与G-0相比越来越分散且不均匀；特征粒径X'在降低，说明水化速率较慢的大颗粒相对减少。<3μm颗粒的不断增加，而3~32μm颗粒不断减少，说明提高了早期水化的速率与水化程度，但对于后期强度提升贡献较小。G1-2至G1-6，即比表面积在526m2/kg以上，其D50与D90的粒径已符合Ⅱ级超细硅酸盐水泥粒径要求。2.5单独粉磨矿渣粉配制超细水泥颗粒级配数据及分析单独粉磨矿渣粉配制的超细水泥采用激光粒度分析仪检测颗粒级配，数据结果见表8。表8单独粉磨矿渣粉配制超细水泥颗粒级配数据由表8可以看出，当加入P·Ⅰ级水泥的矿渣粉比表面积不断增大，均匀性系数n值与G-0相比有明显降低，特征粒径X'降低，<3μm颗粒不断增加，而3~32μm颗粒不断减少，说明水泥的整体平均粒径在变小，颗粒分布更分散，但由于粉磨方式不同，其中的细颗粒更多的是矿渣粉而非熟料，故早期强度低于G1系列。G2-2和G2-3，即比表面积在680m2/kg以上，其D50与D90的粒径符合Ⅱ级超细硅酸盐水泥粒径要求。

3、结论（1）共同粉磨配制的超细水泥，随着比表面积的增加，凝结时间变短，早期强度提升明显，28d强度提升效果有限。（2）单独粉磨矿渣粉配制的超细水泥，随着比表面积的增加，凝结时间增加，早期强度提升效果有限，28d强度提升效果优于共同粉磨。（3）共同粉磨配制超细水泥可在更低的比表面积满足Ⅱ级超细硅酸盐水泥的强度与粒径要求，早期强度优于单独粉磨矿渣粉配制的超细水泥，磨制时按照粒径等级指标控制D50与D90的粒径大小，尽量增加0~32μm颗粒含量，提高水