1.概况

　　传统水泥的生产工艺是“两磨一烧”，需要耗费大量的能源，并排放大量的温室气体，生产成本高。本技术不需要高温煅烧，不排放二氧化碳，能耗低，可大幅度降低水泥生产成本，具有巨大的经济效益和社会效益。主要原料是：石灰石、矿渣、粉煤灰、煤渣、煤矸石、钢渣、磷渣、石膏、磷石膏、脱硫石膏、少量熟料及微量助磨剂等，不加碱，不含氯离子，绝大多数原材料为工业废渣。生产32.5等级水泥，熟料掺量仅30%左右;生产42.5等级水泥，熟料掺量仅45%左右;与传统水泥生产方法相比，生产32.5等级的水泥，水泥成本可下降40～60元/吨;生产42.5等级的水泥，水泥成本可下降80～150元/吨。是一种新型的绿色生态低能耗水泥，所产水泥的所有技术指标均符合国家标准，已在水泥厂生产成功，适应于一般工业与民用建筑、地下工程与防水工程、大体积混凝土工程、道路工程等。

　　2.基本原理

　　水泥加水后之所以能够硬化，产生强度，主要是由于水泥中的矿物(硅酸三钙、硅酸二钙、铝酸三钙、铁铝酸四钙)可以与水进行化学反应，产生了一系列的水化产物，如C-S-H、钙矾石、氢氧化钙、水化铝酸钙等。这些水化产物相互搭接，并不断占据水的空间，使水泥石不断致密，从而产生了强度，如图1所示。

　　因此，根据此原理，只要能够与水反应，产生稳定的水化产物，同时能够不断占据原来水的空间，并使体系达到一定致密度的物质，都可以用于制造水泥。

　　将石灰石、矿渣、粉煤灰、煤渣、煤矸石、钢渣、磷渣、石膏、磷石膏、脱硫石膏、少量熟料及微量助磨剂等原料，按一定比例磨成细粉，加水后即可发生一系列反应，生成一系列新的水化产物：水化碳铝酸钙、钙矾石、水化硅酸钙。这些水化产物也是稳定的矿物，与现有水泥水化后产生的水化产物一样，也能相互搭接，并不断占据水的空间，使水泥石不断致密，产生强度，见图2所示。其反应方程式如下：

　　CaO + Al2O3 + CaCO3 +H2O → C3A·3CaCO3·32H2O

　　CaO + Al2O3 + CaSO4 +H2O → C3A·3CaSO4·32H2O

　　CaO + SiO2 + H2O → C-S-H

　　3.水泥性能

　　(1) 高性能少熟料水泥的组成与物理性能

　　表1、高性能少熟料水泥的组成与物理性能

　　(1) 长期强度

　　按标准方法成型后在标准条件下，水中养护至各龄期测定强度。

　　表2、标准养护条件下水泥的长期强度

　　按标准方法成型后在标准条件下，水中养护28天后，放在屋顶露天自然空气中养护至一定龄期后测定强度。主要考察在空气中养护的条件下，水泥的长期强度，以及空气中二氧化碳的影响。

　　表3、露天自然养护条件下水泥的长期强度

　　注：养护90天是指标准养护28天后，再养护62天，实际是水中养护28天，露天养护62天，其余类推。

　　(1) 抗碳化性能

　　将本技术32.5等级的水泥及华新P.C 32.5复合硅酸盐水泥，成型脱模后于20℃水中养护26天，然后于60℃烘箱中烘干48小时。4×4×16试块六面全部不用蜡封，放在碳化箱中进行碳化实验，CO2浓度控制在20±3%，温度20±5℃，相对湿度70±5%。测定抗折强度后顺便测定碳化深度。测定完抗压强度后，将半个试块全部收集起来，粉碎均化后，取50g加70ml蒸馏水搅拌1小时，过滤后测定pH值。

　　表4、不同品种水泥不同龄期碳化深度及平均断面pH值

　　表5、不同品种水泥碳化不同龄期后的强度

　　本技术生产的水泥抗碳化性能与华新32.5复合水泥相差不大，碳化后各龄期的强度均可不断增加，而且，但两者碳化深度也相差不大。

　　(4) 水泥风化实验

　　将本技术生产的不同等级的水泥，按不同的存放条件存放规定的时间后，测定水泥的各龄期强度，结果见表6。

　　表6. 水泥风化实验结果

　　高性能少熟料水泥具有较好的抗风化性能，在三个月保质期内，水泥强度下降不多。

　　(5) 水泥水化热

　　表7、水泥水化热实验结果

　　高性能少熟料水泥的水化热很低。

　　(6) 水泥压蒸安定性

　　表8、水泥压蒸安定性实验结果

　　(7) 水泥干缩性能

　　按JC/T 603-1995标准进行水泥砂浆干缩实验。

　　表9、水泥干缩实验结果

　　高性能少熟料水泥在水中养护出现微膨胀，在空气中养护出现微收缩，但收缩量低于华新32.5复合水泥，所以高性能少熟料水泥的干缩性能优于同等级的复合水泥。

　　(8) 抗低温性能

　　表10、水泥在低温环境下的性能

　　高性能少熟料水泥的低温性能与复合水泥相当。

　　(9) 抗冻性能实验

　　成型一批4×4×16标准试体，标准养护28天后，分为两组，一组继续标准养护，另一组进行冻融实验。采用慢冻法，将养护了28天的试体从水中取出，用布擦去表面的水，称重。然后放入冰箱冷冻室中，试块之间要有间距，应架空。冷冻室温度控制在-15℃～-20℃，白天放入冰箱，傍晚取出放入20℃的温水中解冻，每天冻融循环1次，共冻融25次后取出称重并计算失重率，测定强度，对比试样一直标准养护至相同龄期一起破型测定，进行强度对比。

　　表11、水泥抗冻性对比实验结果

　　高性能少熟料水泥的抗冻性比复合水泥稍好。

　　(10) 水泥与减水剂相容性实验

　　按JC/T 1083-2008《水泥与减水剂相容性试验方法》标准进行试验。同时检验减水剂对水泥泌水量的影响。

　　不同水泥在不同减水剂及建议掺量下的静浆流动度经时损失率

　　注：基准水泥配比为：熟料95%，石膏5%。SLH-997为改进型聚羧酸减水剂;FDN-9000是以β-萘磺酸盐甲醛缩合物为主要成分并复合了缓凝、保塑及其它多种表面活性组份的缓凝减水剂。

　　以上实验结果可知：

　　钢渣水泥与SLH-997改进型聚羧酸减水剂的相容性较好，同基准水泥相差不大。

　　钢渣水泥与奈系减水剂的相容性，好于基准水泥。

　　钢渣水泥与FDN-9000萘磺酸盐甲醛缩合物缓凝减水剂的相容性不太好，不如基准水泥。

　　钢渣水泥与联合聚羧酸减水剂的相容性不太好，不如基准水泥。

　　(11) 耐高温性能

　　将试样养护至28天，然后在65℃下烘干1天并测定强度，在不同的温度下，煅烧1小时测其强度。

　　表14、不同温度下水泥的强度

　　高性能少熟料水泥的耐高温性能与复合水泥相当。

　　(12) 水泥砂浆表面起砂性能实验

　　将水泥与GB标准砂(老标准砂)按1：3的比例，水灰比0.5，在小搅拌机(做凝结时间用)中搅拌均匀，用做圆试模成型，表面用直尺水平略向上倾斜刮平，然后放在标准养护箱中，在20℃，相对湿度900%的条件下，养护7天后，于60℃温度下烘干2天，每个试样成4个试模，分成两组，每组2个，一组用于标准养护条件下的起砂性能检测，另一组用于碳化条件下的起砂性能。

　　标准养护条件下的起砂性能检测：将两个试块称重并记录，用塑料刷手工在试块表面刷100下(用力要均匀)，然后再称重，计算重量损失，以此判断起砂性能好坏。

　　碳化条件下的起砂性能检测：将两个试块放置在碳化箱中，进行碳化，CO2浓度控制在20±3%，温度20±5℃，相对湿度70±5%。碳化7天后，试块称重并记录，用塑料刷手工在试块表面刷100下(用力要均匀)，然后再称重，计算重量损失，以此判断碳化后起砂性能好坏。

　　表15、水泥表面起砂性能实验结果

　　本技术32.5水泥的起砂性能不及硅酸盐52.5水泥，但比复合32.5水泥好。

　　(13) 抗硫酸盐性能实验

　　采用40mm×40mm×160mm标准试块, 每个试样分两组，一组采用正常成型(水泥中不加Na2SO4)并在标准条件下(清水)养护。另一组水泥中外加1.5%Na2SO4成型，养护1天脱模后，直接放入质量浓度为3%的Na2SO4 溶液中养护至规定龄期取出测定强度，两个月更换一次浸泡溶液。

　　在实验龄期内，高性能少熟料水泥和复合水泥在硫酸盐环境中，强度基本上不下降，都具有较好的抗硫酸盐性能。

　　(14) 混凝土试配

　　实验原料：

　　钢渣粉：用宝钢钢渣破碎烘干后粉磨而得。

　　矿渣粉：直接使用上海宝钢送来的立磨矿渣粉，比重2.90，测定比表面积439.1 m2/kg。

　　粉煤灰：直接使用武汉阳罗电厂取来的粉煤灰，比重 2.29，测定比表面积405.0 m2/kg。

　　石子：武汉市场上购买，石子粒径5～25mm。

　　砂：武汉市场上购买，砂子细度模数2.0。

　　钢渣42.5水泥：采用宝钢原料实验室制备而得，其中熟料掺量45%左右。

　　普通42.5水泥：采用市购42.5普通水泥，其中熟料掺量80%。

　　钢渣32.5水泥：采用宝钢原料实验室制备而得，其中熟料掺量30%左右。

　　SLH-997：为一改进型聚羧酸减水剂，采用宝钢混凝土搅拌站送来的样品，液体。

　　表12、混凝土配合比及强度

　　(15) 水泥水化产物

　　将本技术生产的32.5水泥加24%水搅拌成净浆，在标准条件下养护3天，用电子显微镜和XRD检验其水化产物，见图3和图4所示。实验表明，在水泥的水化产物中，形成了大量针状的钙矾石、水化碳铝酸钙和无定型的水化硅酸钙矿物。

　　图3. 高性能少熟料水泥水化3天的SEM照片

　　图4 高性能少熟料水泥水化3天的XRD分析