摘 要：本文通过小磨试验，探讨了矿渣、石灰石、黑页岩作为水泥混合材对水泥性能的影响。

关键词：矿渣：石灰石;黑页岩(烧后); 水泥混合材随着国民基础建设的发展，建筑行业对水泥的需求量日益增多，然而矿产资源逐渐减少，粉煤灰作为主要的水泥混合材呈现出供应紧张的趋势，同时价格开始上涨，寻找新的水泥混合材对于水泥行业的发展来说迫在眉睫。

一、矿渣作为水泥混合材对水泥性能的影响

(一)矿渣

矿渣是水泥的一种重要混合材，它通常和熟料、石膏等共同组成矿渣硅酸盐水泥，也称为矿渣水泥。然而矿渣的易磨性较差，所以在生产水泥时，需要选择适当的工艺传统的水泥生产工艺是熟料、石膏、矿渣共同粉磨，虽然矿渣的活性较好，但是由于其易磨性较差，比表面积上不去;为了提高其比表面积，又必须大幅度压低磨机台产，磨机单位电耗明显上升，水泥生产成本明显升高。所以采用传统工艺生产水泥，矿渣的活性得不到有效的发挥。目前水泥粉磨工艺的发展趋势是熟料、矿渣分别粉磨，磨尾均化，形成水泥，这样，矿渣的比表面积既能得到保证，又提高了磨机的粉磨效率。矿渣微粉的比表面积控制在420—460 m²/kg，综合效益比较理想。矿渣的主要成分为：二氧化硅、氧化硅、氧化铝等。

(二)实验方法

为了研究矿渣作为水泥混合材对水泥性能的影响，选择比表面积每千克 460 平方米的矿渣微粉作为水泥混合材，和PI硅酸盐水泥按照 1：9，2：8，3：7，4：6，5：5，6：4，7：3的比例制成七种水泥对比水泥性能，主要内容包括水泥强度(抗折强度、抗压强度)、凝结时间、需水量等。

(三)水泥性能结果

具体结果如图1所示：          

①水泥抗折强度由图1可知,随着矿渣配比率的升高，水泥抗折强度在 3d 的时候总体呈现下降趋势，在 7d 的时候总体变化趋势不大，在28d 的时候总体呈现上升趋势，且上升幅度较大，其中矿渣配比率为 70%时，在28d 时的抗折强度比10%配比率的水泥抗折强度提高了约两成。

②水泥抗压强度由图1可知，随着矿渣配比率的升高水泥抗压强度在 3d的时候总体呈现下降趋势，且下降的幅度较大，其中矿渣配比率为 70%时，在3d 时的抗压强度比10%配比率的水泥抗压强度降低了四分之一左右;水泥抗压强度在 7d 的时候总体呈现下降趋势，70%配比率的水泥比起10%配比率的水泥下降幅度同样达到了四分之一左右;水泥抗压强度在 28d 的时候随着矿渣配比率的增高，呈现出先上升后下降的趋势，其中峰值约在 20- 40%之间，波峰与波谷的幅度值超过了14MPa。

③水泥凝结时间由图1可知随着矿渣配比率的升高水泥凝结时间(初凝时间、终凝时间)总体上现上升趋势，其中初凝时间上升幅度最高达到了 2.6 倍，终凝时间上升幅度最高达到了 2.2倍。

④水泥标准稠度用水量由图1可知,随着矿渣配比率的升高水泥标准稠度的用水量总体上呈现出增加趋势，这是因为矿渣与熟料混合时会形成一定的孔隙，随着矿渣配比率的增高，水泥孔隙率提升，用来填补孔隙的用水需求随之增加。

二、石灰石作为水泥混合材对水泥性能的影响

(一)石灰石

石灰石的主要成分是碳酸钙，当它与熟料中的硅酸三钙(3CaO·Si2) 混合时可以提高硅酸三钙的水化速率，同时石灰石也能够与熟料中的水化产物 (铝酸盐)发生化学反应，生成新的水化产物(碳铝酸盐)，碳铝酸盐的分子间粘结力更大，这就使得水泥的性能得到了提升。同时石灰石的易磨性也比较好，有助于提高磨机的台产。

(二)实验方法

为了研究石灰石作为水泥混合材对水泥性能的影响，选择石料厂的石屑作为混合材，进行小磨试验。熟料、石屑、石膏共同粉磨,石灰石的掺量按照0%、10%、13%、16%、19%的比例制成五种水泥(粉磨时间相同)，对比五种水泥的性能，主要内容包括水泥强度(抗折强度、抗压强度)、凝结时间、水泥细度 (为通过 80m 方孔筛的筛余百分数) 等。

(三)水泥性能结果

具体结果如图2所示：图2中应增加石膏掺量。

①水泥抗折强度由图2可知随着石屑配比率的升高水泥抗折强度在3d的时候总体呈现出先上升后下降的趋势，水泥抗折强度的峰值约在石屑13%配比率左右;在7d 和28d的时候总体变化趋势不明显，趋于稳定。

②水泥抗压强度由图2可知，随着石屑配比率的升高水泥抗压强度在3d的时候总体呈现出下降趋势;在7d的时候总体呈现出先上升后下降趋势，峰值约在石眉10%配比率左右，说明掺杂石屑能够提高水泥抗压强度，但是随着石屑配比率的升高，水泥抗压强度逐渐下降;在28d 的时候总体呈现下降趋势，且下降幅度较大。总的来看，随着石屑配比率的增加。水泥强度在早期变化程度不大，趋于稳定，说明碳酸钙与水化铝酸盐发生反应生成的新水化产物具有不错的早期强度。但是到了后期时，随着石屑配比率的增加，水泥强度下降较为明显，幅度约有9MPa但是到了 28d 的时候，水泥的抗压强度仍然保持在 50MPa 以上,说明石灰石作为水泥混合材的潜在活性较好。

③水泥结时间由图2可知，在水泥中添加石屑，水泥的初凝时间明显缩短，但是随着石屑配比率的增加，初凝时间变化幅度不大，稳定在80-120min之间，较为理想。而且终凝时间会随着石屑配比率的增加而减少说明石屑对于水泥来说拥有不错的促凝作用。

④水泥细度由图2可知,随着石屑配比率的增加水泥通过 80μm 方孔筛的筛余百分数逐渐降低，说明在水泥中掺杂石屑可以提高水泥的易磨性。

三、黑页岩作为水泥混合材对水泥性能的影响

(一)黑页岩

黑页岩是一种粘土质沉积岩，它的主要成本包括二氧化硅 (SiO₂)、氧化铝(A1₂O₃)等，黑页岩在经过烧后，可以促使铝硅酸盐中的硅氧键、铝氧键打开，从而产生活性，将其作为水泥混合材，可以改善水泥的某些性能，而且黑页岩价格较低，可以降低水泥生产的成本。

(二)实验方法

为了研究黑页岩作为水泥混合材对水泥性能的影响，进行小磨试验(粉磨时间相同)。将黑页岩的掺量按照 0%、10%、15%、20%、25%的比例制成五种水泥对比五种水泥的性能，主要内容包括水泥强度(抗折强度、抗压强度)、凝结时间、标准稠度用水量等。

(三)水泥性能结果

具体结果如图3所示：

从整体上来看，随着页岩配比率的增加，水泥的强度在总体上呈现下降趋势水泥的凝结时间总体上呈现增加趋势，标准稠度用水量同样有所增加，但是当配比率提高到 25%时，水泥在28d 时的抗压强度仍然保持有 33.7MPa，可以满足 PC32.5级的水泥需求，而且页岩的价格不高，远比粉煤灰要低得多，利用黑页岩作为水泥混合材来生产 PC32.5 级的水泥显然十分具有推广价值。

四 结束语

综上所述，矿渣、石灰石、黑页岩 (煅烧后)等作为水泥混合材会对水泥的性能产生不同的影响，其中矿渣配比率增加至70%时，水泥抗压强度达到 44.1MPa，石灰石配比率增加至 19%，水泥抗压强度达到52.2MPa，黑页岩配比率增加至 25%时，水泥抗压强度达到 33.7MPa。这些材质作为水泥混合材，不仅成本远比粉煤灰要低，而且水泥性能不差。

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作者：秦建军 

单位：临桂众阳水泥有限公司