辽宁省矿渣粉产品质量状况分析

摘要： 本文主要对辽宁省矿渣粉产品质量进行解读， 介绍了国内和省内矿渣粉产业现状， 对辽宁省矿渣粉近几年的质量状况、 不合格项目进行了分析， 阐述了质量问题产生的原因并提出建议， 旨在为完善矿渣粉抽查工作及合理利用资源提供方向和思路。

关键词： 矿渣粉； 产业现状； 质量现状

DOI：10.12433/zgkjtz.20240239

一、 矿渣粉的应用背景

水淬粒化高炉矿渣与我们的生活息息相关， 水渣是热熔状态高爐渣在水中急剧冷却后产生的废渣， 最初的处理方式都是废弃， 既污染了环境， 又给钢铁企业增加了一大笔费用支出。一些发达国家从1862年就开始使用矿渣粉， 我国则从90年代才开始研究矿渣的应用。随着粉磨技术的不断提高， 我国矿渣粉产品近年来得到了广泛应用。水淬矿渣粉在我国产量较大， 仅次于水泥， 在水泥或混凝土中可以大量掺入， 大部分矿渣粉具有较高的活性， 性能优于炉渣、 粉煤灰等其他非活性混合材料。在发达国家， 矿渣粉的掺加量可超过70%， 欧洲一些国家甚至允许掺加量达到85%～90%。

二、 矿渣粉的基本情况

（一）产品概述

矿渣粉是粒化高炉矿渣粉的简称， 是一种优质的混凝土掺和料， 由符合《用于水泥中的粒化高炉矿渣》（GB/T 203标准）的粒化高炉矿渣， 经烘干、 粉磨至一定细度以上且符合相当活性指数的粉体物料。矿渣是炼铁过程中产生的一种副产品， 钢铁生产的整个工艺都受到严格控制， 所以即使原材料来源有所波动， 其矿渣化学组分仍能保持相对稳定。矿渣粉颗粒表面光滑致密， 主要由CaO、 MgO、 SiO2和Al2O3组成， 共占矿渣粉总量的95％以上， 具有非常高的内在活性， 在一定量的激发剂的影响下， 会与水发生作用形成水硬性胶凝材料。

我国的矿渣粉产品主要分为S75、 S95和S105三个等级。矿渣粉具有潜在的水硬胶凝性能， 在水泥熟料、 石灰、 石膏等激发剂的作用下， 可以作为较好的原材料应用于水泥、 矿渣砖、 矿渣混凝土等建筑材料中。矿渣粉的广泛应用， 改变了以往以炉渣、 煤矸石及粉煤灰为掺和料的局面， 混凝土质量也因此得到改善， 在水泥和混凝土中加入矿渣粉， 可以降低水泥及混凝土的水化热， 增强其与钢筋的粘聚性能， 提高耐腐蚀性能。矿渣粉具有后期强度高、 防微缩等特点， 其被广泛应用于大型建筑、 城市道路、 水下、 海防、 油田、 防腐工程等领域， 具有广阔的市场前景。

（二）产业总体情况

1.国内产业分布情况

我国是钢铁大国， 矿渣资源十分丰富， 生产装备现已处于世界领先水平。矿渣是矿渣粉的原材料， 生铁产量直接决定着矿渣粉的产量， 我国矿渣产量随着中国生铁产量呈逐年增长的趋势。我国生铁产量每年约为7亿吨， 辽宁省生铁产量每年约为6000万吨。如果按照30%的比例计算水渣产量， 我国每年可产水淬矿渣约2.1亿吨。国内矿渣粉实际产量大约是生铁产量的14%～17%， 全国31个省、 市、 自治区均有分布， 主要集中在河北省、 江苏省、 辽宁省、 山东省、 山西省5个省， 产量大致占比57.8%， 主要分布见图1、 表1。

辽宁省是老工业基地， 矿渣资源丰富， 辽宁省水渣实际年产量约1800万吨， 可生产矿渣粉约1750万吨， 主要分布在鞍山、 营口、 本溪等地区。

图1 国内矿渣粉产品产量分布比例（%）

2.国外产业分布及发展情况

矿渣在国外的应用始于罗马帝国时期。英国将矿渣粉碎成矿渣石用于道路垫层和轨道路基， 美国和欧洲用矿渣浇筑成砌块铺路。后来， 随着钢铁产量逐年攀升， 废弃矿渣日益增多， 各国均在寻找更多的矿渣应用场景。1862年， 德国商人发现磨细的矿渣具有内在活性， 从此， 矿渣逐渐被用到水泥、 混凝土等原材料中。

矿渣作为钢铁产品的副产品， 与钢铁产业息息相关。有数据显示， 亚洲生铁产量占全世界的75%以上， 其次是欧盟、 美洲等。各国矿渣粉的使用也不相同， 我国和欧盟主要用于水泥和混凝土， 日本和巴西主要用于水泥， 美国则主要用于混凝土。

3.国内外产品在市场上的占有情况

从矿渣粉行业的情况来看， 因其具有良好的功能性和环保性， 在各国的应用均呈上升趋势， 但受一些因素影响， 对矿渣粉的需求也不一样。在日本、 美国、 欧洲等国家和地区， 矿渣粉供不应求。而我国是钢铁生产大国， 矿渣产量也居世界前列， 废弃矿渣产能严重过剩， 需要走出去， 通过产业转移、 协同等方式合理、 有效地开拓海外销售市场。因而， 近年来， 我国矿渣粉的国外占有率也在逐步提高。

4.产业现状

我国是钢铁大国， 生铁产量约占全世界的60%， 矿渣粉生产线总产能达2亿吨。根据我国国家标准及产品的性能特点， 我国的矿渣粉主要用于水泥生产企业作为水泥混合材料， 或在混凝土搅拌站作为混凝土掺和料使用。《用于水泥、 砂浆和混凝土中的粒化高炉矿渣粉》（GB/T 18046-2017）标准变更后， 加入了初凝时间比、 不溶物、 放射性等方面的要求， 各项指标均高于国际标准。因此， 也有一部分矿渣粉出口到国外。

5.产品的应用前景和发展趋势

矿渣粉具有活性指数高、 抗硫酸盐、 海水侵蚀性好等性能， 使用矿渣粉产品可有效减少二氧化碳的排放量， 对实现绿色可持续发展具有重要意义。随着我国经济新常态化的发展， 供给侧结构性改革的深入推进， 人们的环保意识逐渐提高， 各地都在大力推广绿色建筑， 使用绿色建材。矿渣粉作为优质的掺和料， 在建筑领域的应用已成为建筑行业绿色发展的一个方向。

三、 产品标准和重要指标分析

（一）产品标准情况分析

《用于水泥、 砂浆和混凝土中的粒化高炉矿渣粉》（GB/T 18046-2017）标准根据细度（比表面积）、 活性指数的不同划分为S75、 S95、 S105三个等级， 对密度、 含水量、 不溶物、 三氧化硫、 氯离子、 烧失量进行限制。与日本、 韩国相比， 其对氯离子含量的要求是不大于0.02%， 我国则为不大于0.06%； 其要求氧化镁含量不大于10.0%， 我国则没有相关要求。除此之外， 我国的其他指标均相当于或严于日本、 韩国的标准。

（二）产品質量重点指标分析

1.比表面积

矿渣粉比表面积对其活性有重要影响， 颗粒越细， 面积越大， 反应速度越快， 反应程度也越充分。一般矿渣粉磨得越细， 活性越高， 掺入混凝土后， 早期产生的水化热越大。矿渣粉的比表面积减小， 则会降低混凝土的粘聚性， 可能出现不同程度的泌水、 离析等现象， 影响混凝土强度， 导致初凝时间比高、 活性指数低等情况。

2.活性指数

活性指数是通过试验胶砂28d强度与对比胶砂28d强度之比计算得出的。矿渣粉活性指数与质量系数（化学成分）、 产渣工艺和细度密切相关。对于矿渣粉来说， 7d活性指数不容易达到要求， 7d活性指数越高， 混凝土中就可以掺加更多的矿渣粉， 从而为混凝土企业增加利润。而其活性降低， 则会造成早期强度降低， 甚至影响28d强度。因此， 在矿渣粉的使用过程中应重视矿渣粉活性指数检验。

3.初凝时间比

初凝时间比是通过试验净浆与对比净浆初凝时间之比计算得出的。初凝时间比与掺加的混合材、 助磨剂密切相关。一些企业如果使用低于矿渣粉活性的其他非活性混合材， 或在矿渣粉中违规加入不符合标准的助磨剂， 都会导致初凝时间比增大。因此， 企业在生产中应杜绝违规掺加混合材料， 将初凝时间比控制在合理范围内， 以满足水泥和混凝土工程的要求。

4.不溶物

不溶物是矿渣粉中不溶于盐酸也不溶于氢氧化钠的残渣。不溶物高可能使水泥和混凝土产生严重的裂缝。粉煤灰中的不熔渣较多， 一般超过20%， 钢渣粉中也存在较多的不熔渣， 可能会影响水泥和混凝土的稳定性。相对于粉煤灰和钢渣粉来说， 矿渣粉中的不溶物含量较低， 可有效控制不溶物对水泥和混凝土造成的负面影响。

四、 近年来辽宁省产品质量监督抽查情况

（一）辽宁省近三年的抽检情况

近三年， 矿渣粉产品的省级监督抽查情况见表2。

表2  近三年矿渣粉产品省级监督抽查情况表

[抽查

时间 抽查

企业数 抽查

总批次数 不合格

批次数 不合格

发现率 2020年 10 10 2 20.0 2021年 18 25 1 4.0 2022年 8 8 1 12.5 ]

（二）抽查结果分析

从抽查数据可以看出辽宁省质监部门对矿渣粉行业的监督力度， 省内的大部分矿渣粉企业都对其产品质量进行了严格控制， 生产工艺及设备先进， 厂方自身的检验设备完善， 产品质量稳定。但是也有个别企业在质量控制方面管理不严， 存在未严格按照质量管理要求执行， 出厂检验不规范或不检验就出厂的情况。

五、 质量现状分析

（一）总体分析

近年来， 辽宁省市场监督管理局开展的矿渣粉省级监督抽查结果， 基本可以反映出全省矿渣粉行业的实际情况， 抽检中涉及的不合格项目主要为初凝时间比、 不溶物和活性指数。辽宁省矿渣粉行业处于产能过剩的状态， 大型企业拥有一定的品牌和市场优势， 对矿渣粉的产品质量比较重视， 投入较大、 管理到位， 不合格率为0%。但是仍然存在部分小型企业， 用明显低于成本的价格冲击市场， 偷工减料、 使用不合格的混合材料， 出厂检验不严格， 不按照标准要求的出厂检验项目进行检验， 造成矿渣粉质量不稳定。

（二）质量问题原因分析

第一， 矿渣粉行业涉及范围广， 企业数量多， 但整体规模较小， 行业内缺少相应的管理规范及监督管理制度。矿渣粉的制备和生产与水泥行业一样， 需要一定的技术和生产工艺， 如果无法保证生产时的规范性， 在一定程度上会影响产品质量。

第二， 矿渣粉的生产过程中存在违规掺加混合材料的现象， 危害了建筑工程质量。这类行为主要包括： 第一， 用低等级矿渣粉代替高等级矿渣粉。部分企业为了增加台时产量， 比表面积达不到标准要求， 以低标准的矿渣粉冒充比表面积高的S95矿渣粉销售。第二， 违规掺加石粉。为降低成本， 用价格较低的石粉替代部分矿渣粉， 导致生产出的产品不符合要求。第三， 违规掺加炉渣或粉煤灰。这类混合材活性较低， 掺入后会严重影响水泥和混凝土的强度。第四， 违规掺加钢渣粉。钢渣粉会影响水泥和混凝土的稳定性， 严重影响混凝土质量。

第三， 《通用硅酸盐水泥》（GB175-2007）第3号修改单（国标委2018年7月10日）中明文规定： “全面取消P.C32.5等级”。这是继第2号修改单后， 再一次提出取消P.C32.5R等级水泥。我国P.C32.5水泥的市场占有率高达50%左右， 这意味着将会有大量的混合材料从水泥行业进入掺和料行业。部分企业生产管理混乱， 在粉磨过程中混入了粒化高炉矿渣之外的惰性材料， 导致产品质量降低。

第四， 生产企业对标准的执行力不足， 对生产工艺和产品质量控制不严。部分企业不具备检验能力， 出厂检验时仅对比表面积进行检测， 未对全部指标进行检验。

（三）其他相关情况

为了提高钢铁的特种性能， 在炼制过程中会添加多种金属、 非金属元素， 粒化高炉矿渣的成分和性能变化较大， 易导致矿渣粉质量不稳定。因此， 企业应加强进厂原料的检验。

六、 结语

本文介绍了国内和辽宁省内矿渣粉的生产现状， 对产品标准和重要项目指标进行了分析， 通过对近年来辽宁省的矿渣粉抽查情况进行分析， 根据主要不合格项目阐述了质量问题产生的原因。矿渣粉作为水泥、 砂浆和混凝土重要掺和物之一， 已成为现代建筑重要的组成部分， 是混凝土高性能化的一种不可或缺的原材料， 合理利用矿渣粉， 对水泥和混凝土行业向低碳、 绿色建材方向发展具有重要意义。

参考文献：

[1]姜大伟.矿渣粉对混凝土性能影响研究[J].商品与质量，2020（20）： 187.

[2]陈玉，曾庆东.国内外粒化高炉矿渣粉标准及产业发展概况（上）[J].混凝土世界，2018（04）： 16-25.