中國粉體網(wǎng)訊 2023年水泥行業(yè)總體呈現(xiàn)“需求持續(xù)萎縮、價格深度下跌、效益嚴(yán)重下滑”的運(yùn)行特征。目前水泥行業(yè)正致力于推動低碳化和超低排放，通過研發(fā)新型低碳材料、利用工業(yè)固廢資源，降低熟料消耗量和污染物排放，以實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品結(jié)構(gòu)優(yōu)化及綠色可持續(xù)發(fā)展。
1、國家認(rèn)可：粉體工業(yè)是水泥行業(yè)轉(zhuǎn)型重要的突破口之一
2022年由國家四部門聯(lián)合發(fā)布的《水泥行業(yè)節(jié)能改造升級實(shí)施指南》和《建材行業(yè)碳達(dá)峰實(shí)施方案》，2023年11月15日生態(tài)環(huán)境部常務(wù)會議審議并原則通過《關(guān)于推進(jìn)實(shí)施水泥行業(yè)超低排放的意見》，提出了加快發(fā)展新型低碳膠凝材料的研發(fā)，推動以高爐礦渣、粉煤灰等工業(yè)固廢為主要原料的超細(xì)粉的生成利用，提高混合材產(chǎn)品質(zhì)量，提高固廢資源替代熟料比重，降低水泥產(chǎn)品中熟料系數(shù)，減少水泥熟料消耗量，提升固廢利用水平。2024年6月1日，GB175-2023《通用硅酸鹽水泥》強(qiáng)制性國家標(biāo)準(zhǔn)正式實(shí)施。其中，石灰石粉可作為主要混合材和替代混合材用于水泥產(chǎn)品中。
2、超細(xì)礦物摻合料：礦粉、固廢、水泥、混凝土有共同的話題
礦物摻合料是高性能混凝土中的重要組成部分，作為輔助膠凝材料，其目的是為膠凝材料提供差異化的技術(shù)性能。在性能方面，礦物摻合料的使用可以大幅提高混凝土的性能，延長使用壽命。在滿足高性能要求的同時，減少用水量帶來的環(huán)境與經(jīng)濟(jì)效益不可忽視。
超細(xì)復(fù)合礦物摻合料的生產(chǎn)工藝流程圖
普通水泥的生產(chǎn)會釋放大量的CO2，造成環(huán)境負(fù)擔(dān)。礦物摻合料替代水泥不僅可以減少CO2排放，而且部分礦物摻合料作為廢棄材料可以循環(huán)利用，大幅降低經(jīng)濟(jì)成本。研究證明，礦物細(xì)粉摻量控制在膠凝材料的20%左右為宜。從化學(xué)的角度來看，礦物添加劑的使用范圍很廣，主要包括兩大類，第一類是富含鈣的材料，如爐渣、石灰石粉和F類粉煤灰，第二類是富含二氧化硅或鋁硅酸鹽的材料，如粉煤灰、硅灰和偏高嶺土等。
3、粉體視角：超細(xì)復(fù)合礦物摻合料在混凝土中扮演重要角色
研究表明，顆粒細(xì)度和形貌直接影響粉體的活性。以粉煤灰為例，超細(xì)粉磨后，有助于將其內(nèi)部的玻璃相（活性成分）與石英、莫來石等晶體相打散、剝離，表面粗糙化的同時產(chǎn)生大量的缺陷，從而有助于提升其反應(yīng)活性；同時超細(xì)化會提升比表面積，增加與水的接觸面積，也會提升其水化活性。
水泥常用礦物摻和料或常見工業(yè)固體廢棄物基本上都含有二氧化硅、氧化鋁、氧化鈣、氧化鐵等成分，經(jīng)過超細(xì)粉磨后均可使礦物晶體格產(chǎn)生錯位、鍵斷裂、重結(jié)晶，表面形成易溶于水的非晶態(tài)結(jié)構(gòu)，使得水分子更容易進(jìn)入其內(nèi)部，加速水化反應(yīng)，大幅度提高所含礦物的活性指數(shù)，再加上科學(xué)的配方即可制備出適合于生產(chǎn)水泥的超細(xì)復(fù)合礦物摻合料。
同時，對于水泥而言，粒徑分布愈接近最佳堆積密度FULLER曲線，水泥的性能愈好、強(qiáng)度愈高。但這在水泥的實(shí)際生產(chǎn)中是難以實(shí)現(xiàn)的粒徑模式，如果熟料粒度粉磨到如此級別的細(xì)度，水泥的需水量顯著增大，水泥砂漿易干縮，水泥混凝土易開裂。解決這個矛盾的有效措施就是“分別粉磨，配制水泥”，熟料粉磨到恰當(dāng)?shù)募?xì)度，混合材超細(xì)粉磨到微納米級別，按一定的比例混合均化。
超細(xì)復(fù)合礦物摻合料替代部分水泥熟料后填充粗顆粒之間的空隙，趨近最佳堆積密度，獲得粒徑分布更接近FULLER曲線的優(yōu)質(zhì)水泥，水泥漿體的結(jié)構(gòu)更致密，這就是超細(xì)無碳膠凝材料可以降低水泥中熟料比例、生產(chǎn)低碳水泥的原因所在。由此，在實(shí)現(xiàn)“雙碳”目標(biāo)的道路上，超細(xì)復(fù)合礦物摻和料以其獨(dú)特的性能和廣泛的應(yīng)用潛力，無疑將扮演重要角色，是打通產(chǎn)業(yè)堵點(diǎn)的力量之一。
4、超細(xì)復(fù)合礦物摻合料：具有取代水泥熟料的良好可行性
（1）碳酸鈣
張巧等對摻入大理石粉和石灰石粉的水泥基材料性能的研究，結(jié)果表明：基于適當(dāng)?shù)呐浜媳仍O(shè)計(jì)，石粉能夠起到加速水泥水化、細(xì)化孔隙結(jié)構(gòu)的作用，可表現(xiàn)出填充效應(yīng)、成核效應(yīng)、化學(xué)效應(yīng)作用機(jī)理，從而穩(wěn)定提升混凝土材料的流變、力學(xué)和耐久性能。
（2）粉煤灰、水渣礦粉、脫硫石
諸葛喜峰等采用粉煤灰、水渣礦粉、脫硫石膏及外加劑等組分材料經(jīng)科學(xué)配比、良好的質(zhì)量控制制備而成的超細(xì)復(fù)合礦物摻合料，通過部分取代熟料生產(chǎn)低碳水泥，分析超細(xì)復(fù)合礦物摻合料取代率對水泥性能的影響。
水泥外摻20%超細(xì)復(fù)合礦物摻和料后的強(qiáng)度提升率對比
結(jié)果表明：在三家水泥企業(yè)生產(chǎn)的P·O42.5水泥中，摻入20%超細(xì)復(fù)合礦物摻合料取代水泥熟料，28d抗壓強(qiáng)度分別提升4.7%、3.0%和3.6%，28d抗折強(qiáng)度分別提升6.67%、6.0%和7.1%。
結(jié)語
合理而科學(xué)地利用超細(xì)礦物摻合料對混凝土生產(chǎn)的質(zhì)量和經(jīng)濟(jì)效益會帶來積極影響。超細(xì)礦物摻合料在整體上表現(xiàn)出色，無論是強(qiáng)度還是工作性都有所改善，從而提高了水泥的使用性能和混凝土的質(zhì)量。
參考來源：
張巧，碳酸鈣類石粉在混凝土材料中的再利用研究綜述，華僑大學(xué)
王濤，高性能混凝土配合比設(shè)計(jì)研究，河北高速公路集團(tuán)有限公司廊坊分公司
諸葛喜峰，超細(xì)復(fù)合礦物摻合料的制備及其在水泥工業(yè)中的應(yīng)用，焦作百奧恒新材料有限公司
(中國粉體網(wǎng)編輯整理/昧光)
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