工业废渣做细磨掺合料生产高性能混凝土

工业废渣做细磨掺合料生产高性能混凝土工业废废渣的合理利利用是国民经经济可持续发发展的一项重重要内容。合合理利用废渣渣作水泥混合合材和配制混混凝土可以节节省大量水泥泥熟料和钢材材，减少水泥泥生产对环境境的污染，是是落实重质限限量的建材行行业跨世纪发发展战略的必必然选择。1.我国目目前的使用情情况我国是利用用工业废渣和和天然火山灰灰资源做水泥泥混合材最早早、使用量最最多的国家。解解放前就有一一些水泥厂利利用矿渣做混混合材生产矿矿渣硅酸盐水水泥。解放后后经济建设急急需大量水泥泥，使我国在在利用矿渣作作为水泥混合合材方面发展展迅速，特别别是立窑工业业的发展，利利用矿渣等活活性混合材改改善水泥安定定性已成为立立窑生产水泥泥的重要途径径。水泥厂利利用矿渣与活活性混合材生生产不同品种种和标号的水水泥，特别是是近年来一些些工厂还在水水泥中掺入少少量细磨石灰灰石，提高了了水泥的强度度。水泥工业业中节能利废废发挥了明显显的效益，取取得显著成就就。1995年年我国水泥产产量4.76亿吨，立窑窑水泥占81％。其中625号、525号、425号、325号水泥分别别占水泥总量量的0.17％、9.1％、51.7％和37.7％，525号及以上水泥占不到到总量的10％。在425号水泥中混混合材掺加量量若按20％计，混合合材应为4920万吨；在325号水泥中混合材掺加量量若按30％计，混合合材应为5370万吨；混合合材总量为1.03亿吨，其中中矿渣约5200万吨，。其其余为火山灰灰、粉煤灰及及石灰石等。由由此可见，目目前我国水泥工业用作作混合材的废废渣和天然资资源年约1亿吨左右。然而掺混合合材的水泥一一般都是早期期强度低，凝凝结时间长。随随着现代化工工程的发展，混混凝土朝着高高强、高耐久性，即即高性能方向向发展。在今今后工程标准准不断提高的的形势下，一一些掺混合材材的低标号水水泥已不能满满足工程的需需要，会愈来来愈不受欢迎迎。这些水泥泥大多数是以以降低熟料强强度与性能为为代价的，在在某种程度上上说掺混合材材的低标号水水泥不仅浪费费了资源也浪浪费了能源，还还污染了环境境，从长远看看是不可取的的，因此可持持续发展的环环保型混凝土土掺合料的研研究开发将是是一项十分迫迫切的任务。当当前世界一些些国家除了研研究利用工业业废渣做水泥泥混合材外又又有新的突破破——利用工业废废渣做细磨掺掺合料生产高高性能混凝土土，国内一些些科研部门也也已开始了这这方面的研究究和应用，使工业废渣渣的作用有了了很大升级，产产生了更高的的使用价值。2.国外发发展现状2.1研研制高性能混混凝土近年来，随随着现代化工工程的发展，混混凝土越来越越多地被用来来建造大桥、重重载和需要承承受恶劣环境境条件的构筑物，如如大跨度桥梁梁、高层建筑筑、海洋构筑筑物，污水处处理工程等。这这些工程要求求混凝土不仅仅有良好的物理力学性性能，而且还还应有卓越的的耐久性。这这是因为，其一，这些些构筑物工程程浩大，相应应维修、重建建费用高。据资料介绍绍，在工业发发达国家占建建筑工业总投投资40％以上的费用用用于现有结结构的修理和和维护。结构构的维修和更更换费用急剧剧上升。根据据美国1988年报导，美美国混凝土基基础工程（公公路、桥梁、大大坝、供水系系统等）估计计价值达6万亿美元。而而其后每年用用于维修和重重建费用将高高达3000亿美元。据据我国驻贝鲁鲁特记者报导导，许多海湾湾国家沿海地地区大批城市市建筑遭受破破坏，例如，巴巴林政府大厦厦和阿联酋的的沙加国际机机场的部分建建筑及迪拜的钟楼等等许多建筑物物停用或大修修。除建筑质质量差的原因因外，是这些些地区高温、潮潮湿、昼夜温温差大和海风风带来的高含含量硫酸盐和和氯化钠等，使使建筑物遭受受侵蚀的结果。其其二，混凝土土不耐久，水水泥及各种材材料需要量就就大，水泥生生产需消耗大大量燃料和能能量，以每吨吨水泥标准煤耗耗为0.2吨计，如世世界水泥产量量为14亿吨，耗煤2.8亿吨。同时时每生产一吨吨水泥大约将将产生1吨CO2，全世界水水泥产量14亿吨，即产产生14亿吨CO2，这对温室室效应的影响响十分明显。出出于节约能源源、资源、减减少对环境的污染染和减少维修修费用等的考考虑，重视混混凝土的耐久久性、提高其其使用寿命已已成为全世界界水泥[FS:PPAGE]和混凝土科技工作者的的共识。如美美国旧金山—奥克兰湾大大桥和金门桥桥已使用60年，科学家家们仍在设法法使其寿命再再延长50～100年，目前已已有较多的科科学家主张将将大混凝土工工程按使用寿寿命大于100年来设计。基基于此，必须须进一步提高混凝土土的耐久性。近年来出现现的高性能混混凝土拌合物物具有高流动动性、可泵性、不不离析，而且且保塑时间可可根据工程需需要来调整，便于浇浇注和密实；；混凝土凝结结硬化过程中中水化热低、内内部缺陷少、结结构密实、硬硬化后体积稳稳定、收缩变形小，抗抗冻、抗渗等等耐久性能好好，用于结构构工程可减小构件尺尺寸，使结构构简单轻巧。高高性能混凝土土的这些优良良性能为建造造现代化大型型建筑物提供供了可靠的技技术保证。发发展高性能混混凝土是提高高混凝土耐久久性的重要举措。当当然高性能混混凝土也不是是十全十美，还还存在一些问问题，正处在在发展中（如如脆性大）。加加速人们对高性能混凝凝土的认识，研研究、应用高高性能混凝土土必将产生不可估估量的经济效效益和社会效效益。2.2细细磨掺合料在在混凝土中的的作用及作用用机理混凝土是由由水泥、水、集集料三种原料料配制而成，根据工程需需要加入外加加剂改善混凝凝土的某些性性能。当今混凝土的的组分发展到到水泥、水、集集料、外加剂剂和细磨掺合合料5种，外加剂剂和掺合料不不是可有可无无的组分，两者在混凝凝土中起着相相当重要的作作用。这些掺掺合料大多是以工业业废渣经过超超细磨得来，在在混凝土中可可单掺还可同同时掺两种以以上的废渣，如如以矿渣加粉粉煤灰、矿渣加硅灰、粉粉煤灰加硅灰灰等来提高作作用。细磨掺掺合料不仅能够代代替较多的熟熟料，并且不不降低强度，还还能够改善混混凝土的某些些性能，尤其其90天以后强度度有明显增加。这样，既既利用了废渣渣，又大量减减少了熟料，对对于环保十分有有利。为此，世世界已举办了了五届“粉煤灰、硅硅灰、矿渣、天天然火山灰在在混凝土中的的应用”国际会议，第六届届将于1998年在泰国曼曼谷召开，可可见国际科技界对活性性细磨掺合料料在水泥与混混凝土中所起起重要作用的的高度重视。归归纳起来，活活性细磨矿物物掺合料在水水泥和混凝土土中主要有下下列几个方面面的作用：（1）提高高水泥的标号号或混凝土强强度例如，在制制备超高强混混凝土（抗压压强度≥100MPPa）时，在掺入入高效减水剂剂的同时，必必须掺入硅灰灰、细磨粉煤灰或细细磨矿渣等。（2）改善善混凝土的耐耐久性在混凝凝土中掺入细细磨活性掺合合料，可以提提高混凝土的的抗蚀性和其其他耐久性指标，并能能有效地防止止混凝土中的的碱骨料反应应。（3）促进进环境保护粉粉煤灰、矿渣渣及硅灰等都都是工业废料料，特别是粉粉煤灰，排放放量很大，造造成了环境污污染。在水泥泥和混凝土中中应用各种工工业废料、变变废料为资源源，对促进环环境保护意义义重大。（4）降低低成本、节约约能源粉煤灰灰、矿渣等的的成本都远低低于水泥熟料料，掺入这些些材料可以减减少熟料用量，也就减减少了煅烧熟熟料用的燃料料，减少CO2排放量。在水泥与混混凝土中掺入入活性细磨掺掺合料之后，混混凝土的强度度提高、耐久久性得到改善善，主要原因因是掺入足够够数量的活性性细磨掺合料料后，微细粉粉在水化过程程中能起晶核核作用，促进进硅酸盐矿物物的水化，提提高了水泥石石结构的密实实度。掺料中中的活性SiO2能逐步与水水泥石中的Ca（OH）2和高碱性水水化硅酸钙产产生二次反应应，生成低碱碱性水化硅酸酸钙，同时Ca（OH）2也与掺合料料中的活性Al2O3反应，生成成水化铝酸钙钙，或与SiO2及Al2O3生成水化硅硅铝酸钙。这这样，使水化化产物的数量量增多，又使使不稳定的高高碱性水化物物转向低碱性性的稳定的水水化物，使水泥泥石结构致密密、稳定，从从而使其强度度及其性能得到大幅度提提高和改善。2.3重重大工程使用用效果矿渣、粉煤煤灰、硅灰细细磨掺合料在在混凝土中的的应用引起世世界各国的高高度重视。最最近的资料表表明，硅灰虽虽然研究较多多，但产量有有限，全球硅硅灰产量也不不过100～200万吨。同时时硅灰容重太太小，运输不不方便，且价价格昂贵，在在实用上受到到很大限制。而而粉煤灰最值值得注意。从19855年开始，加加拿大矿物与与能源技术中中心在Malhhotra领导之下对大掺量粉煤煤灰混凝土进进行了长期系系统的研究。采采用高效减水水剂降低水灰灰比或超量取取代，即略为为增加每立方方米混凝土胶胶凝材料的总总量，但纯水水泥用量显著著降低，从而配制成成满足力学性性能要求的耐耐久性能优异异的混凝土。如水泥用量量仅152～153kg／m3，粉煤灰掺掺量为近60％时，混凝凝土28天抗压强度度达C30，1年强度达C50。特别重要的的是当水灰比比为0.33时，各项性性能均有很大大提高，1000次冻融之后后，物体仍十十分完好，氯氯离子透入数在91天湿养之后后小于650库仑，这些些数值与掺硅硅灰相当，而而抗渗系数达达10－14m／sec。因此具有有优异的抗蚀、抗冻冻性能。英国M.CChael的调查研究究证实，当粉粉煤灰含量占占水泥重量的的20～30％时，虽然然现场施工时时28天强度掺粉煤灰者略低低一些，但10～33年之后将同同时浇注的混混凝土的岩蕊取取出来比较，掺掺粉煤灰者要要高5～33％。这是因因为在现场使使用之后掺粉粉煤灰者强度度增长较多，为28天的146～240％（平均为193％），而未掺粉煤灰者强度虽然增大，但增长幅度要小，仅为116～156％（平均为138％）。这种对比包括水池、桥、坝、海堤和基础。而对氯离子的扩散和抗碱骨料反应显然粉煤灰水泥混凝土要好得多。目前国外力力求扩大粉煤煤灰的用途，采采取的措施主主要是调整混混凝土配合比比和采用高效效减水剂。在在混凝土中掺粉煤灰灰有多种形式式，如等量取取代、等强取取代和超量取取代。等量取取代，即混凝凝土中胶凝材材料掺量不变变，用粉煤灰取取代部分水泥泥。等强取代代，即取代后后胶凝材料掺量由28天强度决定定。超量取代代是混凝土中中胶凝材料的的总量增加，但但纯水泥的用用量可以减少少，这样，既既能保证各种种性能还能节节约资源能源源。混凝土的配配制方式有两两种，粉煤灰灰在施工现场场或混凝土搅搅拌站直接掺掺入是一种方方式，另一种种方式是在水泥厂中在在粉磨之前掺掺入磨中与水水泥熟料一起起粉磨。近来国外也也主张要发展展高掺量粉煤煤灰混合水泥泥。因为水泥泥厂掺粉煤灰灰有很多优点点，煤粉灰在在磨细过程中中得到机械活化化。特别是低低级粉煤灰和和粗粉煤灰，比比面积增加之后可可大大激发其其化学活性，同同时在水泥厂厂中可严格控控制配合比，对对于小型工程程可免去运送送，储存粉煤灰的流程程和设备。3.建议由于细磨掺掺合料可以改改善混凝土的的某些性能、提高混凝土的耐久性，它越来越受到人们的关注。1994年在维也纳由奥地利水泥研究所和RILEM3C委员会联合组织了有关高性能混凝土的耐久性问题研讨会，该会的一个主要信息是若想延长结构物的使用寿命，最大限度地发挥材料性能，需要结构工程师和材料工程师的通力合作。这一信息为我们水泥工作者提出了新的课题。分析我国工业废渣和水泥工业的生产现状，1995年我国粉煤灰排放量超过1亿吨，到2000年估计将达1.6亿吨。据统计1995年粉煤灰的综合利用率为47％，其中建材工业用量超过总用量的30％。全国约有5％的水泥生产企业在水泥粉磨时用粉煤灰做混合材，年生产粉煤灰水泥约2000万吨。粉煤灰掺入量按20％～40％计，粉煤灰用作水泥混合材的量仅为400～800万吨。目前我国水水泥实物质量量还不高，在在水泥总量中中只有15％左右的水水泥达到国际际先进和一般般实物质量水水平，325号水泥占水水泥总量的三三分之一，这这类水泥按国国际标准检验验都属不合格格产品，在我我国还占不少少的比例。在在水泥总量已已满足市场需需求并在某些些地区出现供供大于求的情况下，根根据我国当前前水泥工业的的生产条件、市市场需求的发发展趋势以及及现有的工业业废渣资源情情况，借鉴国际先进国国家水泥混凝凝土发展的经经验，对我国国如何发展细磨掺合合料及水泥产产品如何适应应混凝土的发发展提出以下几点建建议。3.1水水泥产品中要要提高高标号号水泥或高性性能水泥的比重用低标号水水泥配制相同同标号的混凝凝土水泥用量量要大得多，更更由于我国还还有一些立窑窑水泥厂生产产熟料中fCaO高，质量不不稳定，通过过掺入大量混混合材消解游游离氧化钙，从从而更降低了了水泥的标号号。而生产这这些低标号水泥能源源和资源消耗耗并不很低，鉴鉴于我国目前前325号水泥占水泥泥总量三分之之一的现实，建建议今后水泥泥产品结构中中应逐步淘汰汰325号水泥、适适当增加高标标号水泥的比比重或生产带带有细磨掺合合料的高性能能水泥。以满足日益益发展的现代代化工程的需需要。3.2在在水泥厂生产产高品质通用用水泥的同时时，配套生产产系列高性能能混凝土掺合合料建议今后后水泥厂或粉粉磨站在生产产高品质通用用水泥的同时时也可以生产产掺合料，将将掺合料供给给预拌混凝土土厂或工地，掺掺合料不分标标号，专供配配制不同要求求的高性能混凝土土。水泥厂还还可将水泥、细细磨掺合料、集集料、外加剂剂配制成干拌拌料，直接向向用户供货。用用户在工地加加水即可拌用用，使水泥的的生产、销售售与使用协调调起来。3.3成成立由科研院院校、企业、施施工单位组成成的三位一体的科科研攻关小组组根据国内外外混凝土的发发展趋势，胶胶结材料主要要是高掺量的粉粉煤灰水泥和和复合掺合料料水泥。这就就给水泥生产者提出出一系列新课课题，如这种种材料的化学学成分、配合合比、颗粒级级配等如何最最能适应混凝凝土工程的需需要，类似这样要要研究解决的的问题很多。为为满足混凝土土的性能要求求，提高其耐耐久性，若科科研、生产和和施工单位能能密切配合，共同同开发研制，共共享经济利益