中圖分類號: TQ172.63 文獻標識碼: B 文章編號: 1007- 6344( 2007) 01- 0017- 04
摘要: 通過介紹礦渣和礦渣粉的基本性能, 并運用大量的資料和實驗數(shù)據(jù), 說明了礦渣粉在水泥和混凝土中的應用效果。實踐證明: 球磨機開流、圈流以及立磨生產(chǎn)工藝皆可生產(chǎn)合格的礦渣粉; 通過磨細高爐礦渣, 激發(fā)其潛在活性, 可增加水泥和混凝土中的礦渣摻量, 減少熟料和水泥的用量, 降低生產(chǎn)成本, 提高經(jīng)濟效益, 對發(fā)展循環(huán)經(jīng)濟, 建設(shè)資源節(jié)約型、環(huán)境友好型社會具有重大意義。
關(guān)鍵詞: 礦渣粉開流圈流立磨應用
0 前言
粒化高爐礦渣是高爐煉鐵時的副產(chǎn)品, 其產(chǎn)量一般為生鐵產(chǎn)量的25%～50%左右, 按此估計我國礦渣的年產(chǎn)量在6000 萬噸以上, 通常用于筑路、回填、作水泥生產(chǎn)的原材料及混合材等, 利用量不到80%, 而且整體利用水平不高, 剩余的仍然繼續(xù)堆積, 不僅占用了大量的農(nóng)田, 阻礙交通、河流, 而且還對環(huán)境造成了污染, 危害了生態(tài)平衡。
目前, 礦渣粉的制備主要采用球磨機開流或圈流生產(chǎn)技術(shù), 一些實力雄厚的廠家則采用立磨技術(shù)生產(chǎn), 礦渣粉生產(chǎn)技術(shù)的開發(fā)和應用得到了快速發(fā)展。
礦渣在我國水泥工業(yè)得到了廣泛的應用, 但礦渣的應用大部分是與熟料一起混磨生產(chǎn)水泥。ISO標準實施以前, P·S 52.5 水泥中礦渣的摻入量在20%左右, P·S 42.5 水泥中礦渣摻量在30%左右, 不到國家標準中礦渣水泥允許最高摻量70%的一半。影響礦渣摻量的主要原因是: 礦渣的易磨性差, 混磨后水泥中的礦渣組分比熟料的組分粗, 礦渣的活性難以發(fā)揮, 從而影響水泥的強度。若將礦渣粉磨成比表面積為400～600m2/kg( 或更大) 的礦渣粉, 作為配制水泥或混凝土的摻合料使用, 其活性得到了很好的發(fā)揮, 且礦渣粉的摻量大大增加, 經(jīng)濟效益顯著。
本文主要介紹了礦渣粉的性能、礦渣粉的生產(chǎn)技術(shù)及其在水泥和混凝土中的應用情況, 以提高人們對礦渣粉的認識和利用, 充分發(fā)揮礦渣的潛在性能, 創(chuàng)造更高的經(jīng)濟效益和社會效益。為積極推進固體廢棄物的充分利用, 發(fā)展循環(huán)經(jīng)濟, 建設(shè)資源節(jié)約型、環(huán)境友好型社會做出貢獻。
1 礦渣的基本性質(zhì)
1.1 礦渣的化學成分
礦渣是熔融高爐渣經(jīng)水淬急冷后的一種粒狀物, 由于礦物質(zhì)來不及結(jié)晶, 因此大部分為玻璃質(zhì),具有較高的潛在活性。其主要化學成分為CaO、SiO2、Al2O3、MgO、Fe2O3, 含量達到礦渣成分的90%以上, 主要成分見表1。
表1 礦渣的化學組成%
礦渣堿度的計算: B=(CaO+MgO+Al2O3) /SiO2,B>1.60 的礦渣為堿性礦渣, 從表1 中可以看出萊鋼和濟鋼礦渣堿度>1.60, 屬于堿性礦渣, 具有潛在活性。
1.2 礦渣的礦物組成
從X 射線衍射圖譜分析發(fā)現(xiàn), 礦渣主要是由CaO、SiO2 和Al2O3 形成的C2AS( 黃長石) 、CAS2( 鈣長石) 、CS( 假硅灰石) 和C2S( 硅酸二鈣) 四種礦物組成, 其中C2AS 和C2S 活性較好, CAS2 和CS 的活性較差。
1.3 礦渣粉的性能
(1) 礦渣粉的細度較細。比表面積≥400m2/kg 的礦渣粉, 80μm 的篩子幾乎無篩余, 從顆粒分布情況看, <30μm 的顆粒占到80%以上。我公司比表面積為428m2/kg 的礦渣粉顆粒分布情況見表2。
(2) 礦渣粉的活性較高。含有大量的C2AS 和C2S。
(3)GB/T18046- 2000 國標中S95 級粒化高爐礦渣粉的主要性能指標要求及我公司生產(chǎn)的礦渣粉性能見表3。
表2 礦渣粉的顆粒分布%
表3 礦渣粉的性能指標
1.4 礦渣粉的作用
(1) 與磨制的熟料粉按照一定的比例配制各種等級的礦渣硅酸鹽水泥, 可提高礦渣粉的摻入量,增加水泥的強度, 進而降低水泥生產(chǎn)成本, 提高經(jīng)濟效益;
(2) 摻入礦渣粉能大幅度提高混凝土的強度,因此可配制高強度砼;
(3) 可替代10%~40%的水泥, 配制混凝土, 節(jié)約水泥用量, 降低混凝土的生產(chǎn)成本。同時, 可有效的抑制堿集料反應, 提高混凝土的耐久性;
(4) 摻入礦渣粉配制的混凝土, 可提高其抗海水的浸蝕性能, 故適用于海水工程;
(5) 摻入礦渣粉配制的混凝土, 可顯著降低水化熱, 故適用于建造大體積混凝土工程;
(6) 作為添加劑, 可制作墻體材料及壓力管道等;
(7) 摻加礦渣粉可顯著增加混凝土的致密度, 改善其抗?jié)B性, 故可用于噴補工程;
( 8) 摻加礦渣粉配制的混凝土, 可減少其泌水量, 提高和易性、可泵性, 因此是大型混凝土攪拌站的優(yōu)選材料。
2 礦渣粉的生產(chǎn)技術(shù)
目前, 國內(nèi)、外礦渣粉的制備主要采用球磨機開流系統(tǒng)、圈流磨系統(tǒng)及立磨系統(tǒng)生產(chǎn)工藝。不同粉磨系統(tǒng)技術(shù)性能對比見表4。
從表1 可以看出:
(1) 立磨系統(tǒng)單機產(chǎn)量高、電耗低、燃料消耗低,具有較高的投資價值, 但是立磨系統(tǒng)一次性投資較高, 在1 億元以上, 建設(shè)期長, 一般企業(yè)難以承受。
(2) 圈流系統(tǒng)單機產(chǎn)量較高, 而且產(chǎn)品質(zhì)量容易調(diào)節(jié), 但電耗較高, 建設(shè)期稍長, 一次性投資也較高。
(3) 開路系統(tǒng)單機產(chǎn)量稍低, 產(chǎn)品質(zhì)量不易調(diào)節(jié), 但電耗略低, 工藝簡單, 建設(shè)期短, 一次性投資低( 500 萬元) , 可實現(xiàn)當年施工、當年投產(chǎn)、當年見效, 該系統(tǒng)具有較大的優(yōu)越性。
3 礦渣粉在水泥和混凝土中的應用
3.1 用熟料粉和礦渣粉配制水泥
礦渣粉與熟料粉( 摻5%石膏) 按不同的比例經(jīng)雙軸攪拌機配制的礦渣硅酸鹽水泥, 經(jīng)檢驗其各種質(zhì)量指標完全超過32.5 級礦渣水泥要求, 其檢驗的結(jié)果見表5。
從表5 中可以看出, 礦渣粉摻量可高達60%( 以前混磨摻25%左右) 。目前我公司生產(chǎn)的32.5 級礦渣硅酸鹽水泥, 礦渣粉摻量保持在55%左右, 比混磨時多摻了30%左右, 節(jié)約了熟料的用量, 降低了生產(chǎn)成本。
3.2 在高標號水泥中摻加礦渣粉配制水泥對42.5 級普通硅酸鹽水泥( 摻礦渣6%) 配不同
比例礦渣粉的水泥進行了檢驗, 結(jié)果見表6。
表5 熟料粉與不同比例礦渣粉配制的水泥性能指標
從表6 中可以看出, 在普通硅酸鹽42.5 水泥摻入礦渣粉后, 隨著摻入量的增加, 初凝、終凝時間有所延長, 水泥的3 天抗折、抗壓強度有所下降, 而28天抗折、抗壓強度卻有所上升, 其中在摻入30%、40%時, 28 天抗壓強度較高, 達到了48MPa 以上, 超過原水泥4 MPa 以上, 在摻入60%時其28 天抗壓強度仍達到了43.2 MPa, 其它各項性能指標合格。
由此可見, 在硅酸鹽水泥中摻入30%~60%的礦渣粉生產(chǎn)礦渣水泥是可行的, 可大大降低水泥的生產(chǎn)成本, 提高經(jīng)濟效益。
3.3 用礦渣粉替代部分水泥配制混凝土委托山東建筑工程質(zhì)量監(jiān)督檢驗檢測中心做摻不同比例礦渣粉( 替代水泥) 的C30 混凝土實驗。
檢驗依據(jù): JGJ55- 2000; 坍落度: 30~50mm;
所用材料: 水泥為32.5 級礦渣硅酸鹽水泥( 礦渣摻量為25%) , 石1 粒度10~20mm, 石2 粒度5~10mm, 砂為萊蕪中沙, 水為飲用水。
混凝土配合比及性能指標見表7。
從表7 中可以看出, 隨著礦渣粉的摻量增加,混凝土的坍落度、3 天和7 天抗壓強度有所降低, 而在配入10%礦渣粉時, 混凝土28 天抗壓強度卻達到了48.3MPa, 比單用水泥提高2MPa, 其它皆合格。可見用10%~40%的礦渣粉替代水泥配制C30 混凝土是可以的。目前, 我公司生產(chǎn)的礦渣粉在濟南、泰安、淄博等地的大型攪拌站推廣使用。
3.4 其它方面的應用
另外, 我公司的礦渣粉又在制管廠及作為水下充填高水材料的主要原料等方面得到了廣泛的應用, 效果良好。
4 經(jīng)濟效益分析
從本公司的實際生產(chǎn)情況來看, 礦渣的綜合生產(chǎn)成本為90 元左右( 其中原材料20 元/噸, 電耗32元/噸, 煤耗15 元/噸, 人工及福利8 元/噸, 其他15元/噸) , 礦渣粉按市場價150 元/噸, 兩條線年產(chǎn)27萬噸礦渣粉計算, 則:
(1) 單獨銷售礦渣粉年經(jīng)濟效益為: ( 150- 90) ×27=1620 萬元。優(yōu)質(zhì)礦渣粉價格與水泥相差不大, 故礦渣粉的利潤要比水泥高得多。
(2) 配制水泥時, 熟料粉綜合成本為190 元/噸,按每噸水泥多摻30%的礦渣粉計算, 則每噸水泥可降成本( 190- 90) ×30%=30 元/噸。按每年配制55 萬噸礦渣水泥計算, 年可創(chuàng)經(jīng)濟效益: 30×55=1650 萬元。
(3) 配制C30 混凝土時, 每立方米混凝土中摻入30%礦渣粉可替代147kg 水泥, 水泥市場價格按240 元/噸計算, 則每立方米混凝土可節(jié)約成本:( 240- 160) ×147÷1000=11.76 元/m3。
可見, 礦渣粉無論是單獨銷售還是配制水泥及混凝土, 其經(jīng)濟效益都相當可觀。
參考文獻
[1] 柴星騰.礦渣粉的制備與應用.水泥技術(shù), 2003, ( 1) .
[2] 王彩英. 采用立磨生產(chǎn)高爐磨細礦渣微粉之初識. 水泥,2001 年增刊.
