巧用工业废渣生产缓凝水泥的试验研究和生产实践

孙小培，周正明，马 闯，吴 钰，葛家奎，胡景亮

（1.四川省宁南县白鹤滩水泥有限责任公司，四川 宁南 615408）（2.四川省建材产品质量监督检验中心，四川 成都 610081）

目前缓凝水泥生产一般有两种方法：一是加缓凝剂调节凝结时间，采用如葡萄糖、白糖、柠檬酸钠等外加剂。二是使用磷石膏调节水泥凝结时间。这两种方法均能使水泥的初凝时间控制在250 min以上，而终凝时间仍然不超过600 min。但缺点是解决缓凝的同时也降低了水泥的强度，特别是水泥的28 d强度出现大幅度下降。用这两种方法生产的水泥28 d抗压强度一般情况下仅能达到35.0 MPa左右，有的甚至更低。而32.5级通用硅酸盐水泥28 d抗压强度能达到38.0 MPa以上。因此，生产一种缓凝水泥，既能满足路基施工缓凝之需，同时又具有较高的后期强度，这是施工单位的期盼，也是本文试验研究和生产实践的宗旨。

1 原材料的选择

（1）硅酸盐水泥熟料：选用本公司生产的硅酸盐水泥熟料，理化指标见表1。

（2）天然二水石膏：采购，化学成分见表2。

（3）微硅粉（别名：硅粉、金属硅微硅粉）：工业硅的副产品，为环保收尘灰，化学成分见表2。

（4）磷渣：磷渣是磷化工厂生产黄（白）磷时产生的工业废渣，外观呈细颗粒状，略带白色，为水淬物，化学成分见表2。

表1 硅酸盐水泥熟料的理化指标

表2 天然石膏、微硅粉、磷渣的化学成分（%）

表3 小磨水泥物料配比及物理性能

2 试验与分析

2.1 小磨试验

小磨水泥物料配比及物理性能检验结果见表3，其中1号、2号样为不同物料配比的对比，3号、4号样物料配比分别与1号、2号样对应，其目的是检验相同物料配比小磨水泥物理性能的重现性和稳定性。通过表3数据可以看出，优选的两种不同物料配比的小磨水泥的凝结时间和后期强度均达到和超过开发计划指标要求，重现性和稳定性良好。

2.2 大磨试验

在前期小磨研究试验的基础上结合大磨生产的工艺技术特点，选择天然二水石膏作为调凝剂，掺量为5.0%～5.5%，控制T S O3：2.20%±0.20%，将熟料和混合材（微硅粉、磷渣）作为可变掺量，分别配置10组配方（P 1-P 10），进行大磨生产试验，大磨水泥物料配比及物理性能检验结果见表4、其它特性性能指标检测结果见表5。

2.3 结果分析

（1）水泥的强度。

从表4中P08、P10可以看出，水泥的凝结时间均符合要求。其3 d抗压/抗折强度分别达到23.0/9.0 MPa，17.0/8.2 MPa，28 d抗压/抗折强度分别达到50.3/9.0 MPa，42.1/8.2 MPa，力学性能远远超过32.5级通用硅酸盐水泥国家标准规定的指标要求。通过试验得出，微硅粉对水泥的28天强度有显著的增强作用，可以弥补因减少熟料用量而带来的水泥强度降低。

（2）水泥的标准稠度用水量。

水泥的标准稠度需水量的多少直接影响到水泥砼的施工性能，因此水泥的标准稠度也是一个重要的物理性能指标。表4中数据表明，磷渣及微硅粉的加入，对标准稠度需水量影响都不大，水泥砼性能实验也证实了对水泥砼的施工基本没有影响。

（3）水泥的凝结时间。

由表4分析可以看出，熟料含量越高，则初凝与终凝时间越短；当掺磷渣、微硅粉后，终凝与初凝时间延长，其中磷渣掺加量越高缓凝的效果越显著。

（4）微硅粉的效应。

微硅粉能产生两种基本效应：形态效应、活性效应。形态效应：微硅粉的主要组成是碳化硅玻璃微珠，表面光滑，颗粒细，质地致密，内比表面积小，对水的吸附力小，流动性好，在磨机中相当于“滚珠轴承”，起到了助磨作用，因熟料掺入量的减少，整体“易磨性”提高，台时产量大幅度提高。活性效应：微硅粉的活性效应在于它的高活性硅分子上。在水泥水化过程中与二次产物氢氧化钙结合促使形成更多的C-S-H胶凝材料增加了其水硬性。经粉磨后的微硅粉填充于水泥水化物的孔隙中，大大降低了水泥浆体的孔隙率，导致孔径微细化和粒径细小化，显著地改善了硬化体的孔结构和界面特性。

表4 大磨水泥物料配比及物理性能

表5 其它特性性能检测结果

（5）水泥的特性及安全性能。

目前，人身健康和环境保护越来越得到重视，因此，我们在生产缓凝水泥过程中始终遵循着低放射性、低碱、低铬、低氯的原则。表5中的特性性能检测结果表明：所生产的缓凝水泥的放射性、水溶性铬（VI）、三氧化硫、氧化镁、氯离子、碱含量等指标均优于GB175-2007《通用硅酸盐水泥》、GB31893-2015《水泥中水溶性铬（VI）的限量及测定方法》、GB6566-2010《建筑材料放射性核素限量》等强制性国家标准中的限量指标要求。3d和7d水化热达到了中热硅酸盐水泥的要求，使得所生产的缓凝水泥在现场施工、人身健康、环境保护方面具有优势。

3 工程应用实例

试生产成功后，公司按照P8、P10的配方，依据订单陆续生产缓凝水泥约14万t，由于缓凝效果好、适应性强、初凝时间大于250 min，满足了施工要求，成功应用于四川川交路桥有限责任公司省道S 212改造工程、云南华锐建材工贸有限公司道路施工，使用效果良好，不仅得到了用户的好评，同时也为企业创造了良好的经济效益。

4 结 语

巧用工业废渣生产的缓凝水泥，不仅满足了道路施工缓凝的要求，其性能指标达到32.5 R～42.5级通用硅酸盐水泥或砌筑水泥的技术指标要求，解决了缓凝水泥后期强度低的问题，生产出更优质的缓凝水泥。由于降低了熟料用量，加入了工业废渣，减少了二次污染，从而为减少NOx、C O2排放做出了贡献。经过不断研究实践，将会在混凝土道路施工中得到广泛应用。使用微硅粉、磷渣两种工业废渣对资源综合利用，保护环境具有积极的意义。同时也避免了使用磷石膏因水分过大难以组织生产的问题，与使用葡萄糖、白糖、柠檬酸钠等外加剂生产的缓凝水泥相比，其与混凝土外加剂的适应性更强。