鲁幼勤：超细无碳胶凝材料在建材行业的应用研究

2023年4月13日，由上海领建网络有限公司（百年建筑网）、上海钢联电子商务股份有限公司（我的钢铁网）主办；安徽省水泥协会、安徽省新型建材与水泥制品工业协会、合肥混凝土协会指导的第四届安徽省建筑材料市场论坛在合肥天鹅湖大酒店举办。

本次大会上，安徽省国矿环保科技有限责任公司总工程师鲁幼勤围绕研发的超细无碳胶凝材料的意义、定义、性能优势和生产与应用等对超细无碳胶凝材料进行了概述。

首先，超细无碳胶凝材料是实现双碳目标的重要举措，2020年9月习总书记在第75届联合国大会一般性辩论上宣布中国将力争于2030年前实现碳达峰、2060年前实现碳中和。中国建筑材料联合会于2021年1月发布《推进建筑材料行业碳达峰、碳中和行动倡议书》，提出研发新型胶凝材料技术、低碳混凝土技术，以及低碳水泥等低碳建材新产品。2022年2月国家四部门联合发布《水泥行业节能改造升级实施指南》，提出推动以高炉矿渣、粉煤灰等工业固废为主要原料的超细粉替代普通混合材，提高水泥粉磨过程中固废资源替代熟料比重，降低水泥产品中熟料系数，减少水泥熟料消耗量，提升固废利用水平。2022年11月国家四部门联合发布《建材行业碳达峰实施方案》，提出鼓励以高炉矿渣、粉煤灰等工业固废为主要原料的超细粉生产利用，提高混合材产品质量。加快发展新型低碳胶凝材料的研发。IEA（国际能源机构）和CSI（世界可持续发展工商理事会的水泥可持续发展倡议行动组织）提出水泥行业碳减排方法有四种：降低能耗、使用替代燃料、降低水泥中熟料比例和碳捕集。安徽省国矿环保科技有限责任公司研发的超细无碳胶凝材料就是一种应用于低碳水泥、低碳混凝土的新型低碳胶凝材料，是建材行业实现双碳目标的重要举措之一。

其次，对超细无碳胶凝材料的组分与定义进行了详细的介绍。在水泥的生产过程中掺入的混合材有五大类：高炉矿渣、粉煤灰、石灰石、砂岩、火山灰质混合材料。这些混合材与熟料、石膏配合粉磨后就成为胶凝材料的组分之一。在JGJ55-2011《普通混凝土配合比设计规程》中将水泥和矿物掺合料统称为胶凝材料。矿物掺合料已成为混凝土中必不可少的改性材料，在改善混凝土的力学性能和耐久性能方面起着至关重要的作用。在JGJ55-2011《普通混凝土配合比设计规程》中将水泥和矿物掺合料统称为胶凝材料。矿物掺合料已成为混凝土中必不可少的改性材料，在改善混凝土的力学性能和耐久性能方面起着至关重要的作用。GB/T 51003《矿物掺合料应用技术规范》、GB/T 18736《高强高性能混凝土用矿物外加剂》和JG/T 486《混凝土用复合矿物掺合料》三个标准中列出的制备矿物掺合料的9种组分：矿渣粉、粉煤灰、硅灰、石灰石粉、钢渣粉、磷渣粉、沸石粉、偏高岭土和磨细火山灰。中国建筑材料协会标准T/CBMF 194-2022《超细复合矿物掺合料》增加了炉底渣和其他废渣（铁尾矿、铜尾矿、铅锌尾矿、大理石、花岗石等钙质及硅质碎屑）。在上述各种矿物材料之外，安徽省国矿环保科技有限责任公司对长石尾矿、萤石尾矿、钼尾矿、锂冶炼渣、铜冶炼渣、煅烧煤矸石等工业固废也进行了大量的试验与研究。研究结果表明：几乎所有的工业固废经过机械活化（超细粉磨）和科学配伍，辅之以化学活化（碱激发），即可制备出能够降低水泥中熟料比例、降低混凝土中水泥比例的新型胶凝材料。由于粒度超细，制备过程无碳排放，因此称之为超细无碳胶凝材料。接着介绍了常规掺合料与超细复合矿物掺合料的性能差异，超细复合矿物掺合料的本质就是用S95矿粉搭配另外一种或多种矿物材料，通过超细粉磨获得远比常规掺合料细度更细的超细粉，32μm筛余≤ 2.0%，比表面积大约在700±50 m2/kg。通过机械活化极大地提升了所有矿物材料的活性，尤其是特级产品的活性远远高于任何一种矿物材料。

对于水泥而言，粒径分布愈接近最佳堆积密度FULLER 曲线，水泥的强度愈高。但是在水泥的实际生产中这是根本无法实现的粒径，如果熟料粒度粉磨到这么细，水泥的需水量显著增大，砂浆干缩，混凝土易开裂。解决这个矛盾的有效措施就是“分别粉磨，配制水泥”，熟料粉磨到恰当的细度，混合材超细粉磨到微纳米级别，按一定的比例勾兑、混合均化，获得粒径分布更接近FULLER曲线的优质水泥。这就是超细无碳胶凝材料可以降低水泥中熟料比例、生产低碳水泥的原因所在。

对于混凝土而言，由于超细无碳胶凝材料具有火山灰活性效应和微集料填充效应，其中<3μm的粒径比例在20%左右，填充水泥颗粒之间的空隙，细化水泥石的孔隙，充填毛细孔，阻断连通孔，减少混凝土用水量，提高混凝土的强度，改善混凝土的耐久性、抗渗性以及和易性。除此之外，还可以显著降低水化热，这对大体积混凝土温度裂缝的控制十分有利，这就是超细无碳胶凝材料可以降低混凝土中水泥比例、生产低碳混凝土的原因所在。

安徽省国矿环保科技有限责任公司在实验室的研究成果基础上，在铜陵国矿新材料有限责任公司成功地付诸实践。生产原料为S95矿粉+粉煤灰+铜尾矿+国矿活化剂。对原来生产水泥的Ф3.2×13m磨机进行脱胎换骨的改造，在开路工艺条件下，台时产量≥40t/h，系统电耗≤40kWh/t，产品细度为30μm筛余<0.5%，比表面积>650m2/kg。产品经安徽省建筑工程质量第二监督检测站检验结果：7d活性指数82%，28d活性指数101%，流动度比106%，胶砂抗压强度增长比0.97，三氧化硫0.31%，氯离子0.03%，安定性和放射性皆合格。产品经安徽省水泥质量监督检验站检验结果：7d活性指数94%，28d活性指数112%，烧失量0.56%，三氧化硫0.73%，氯离子0.031%，放射性合格。

超细无碳胶凝材料在合肥等地多个混凝土企业使用，可完全替代S95矿粉，同时可替代~25%水泥，抗压强度提高2~10MPa，并改善混凝土的和易性。超细无碳胶凝材料在合肥等地多个水泥企业中使用，在PO42.5水泥中掺入8~20%， 3天强度略有下降，28天强度提高2~6MPa，流动度比大多有所提高，标准稠度用水量和凝结时间基本不变。本研究结果表明，几乎所有的工业固废经过超细粉磨和科学配伍，即可制备出能够降低水泥中熟料比例、降低混凝土中水泥比例的超细无碳胶凝材料。此项技术符合国家的双碳政策，具有理论支持和生产实践的验证。这将大大提高工业固废的综合利用水平，产生良好的环境效益、社会效益和经济效益，同时也是建材行业早日实现双碳目标的一条重要途径。

免责声明：Mysteel发布的原创及转载内容，仅供客户参考，不作为决策建议。原创内容版权归Mysteel所有，转载需取得Mysteel书面授权，且Mysteel保留对任何侵权行为和有悖原创内容原意的引用行为进行追究的权利。转载内容来源于网络，目的在于传递更多信息，方便学习与交流，并不代表Mysteel赞同其观点及对其真实性、完整性负责。申请授权及投诉，请联系Mysteel（021-26093397）处理。