中國粉體網訊 2023年水泥行業總體呈現“需求持續萎縮、價格深度下跌、效益嚴重下滑”的運行特征。目前水泥行業正致力于推動低碳化和超低排放，通過研發新型低碳材料、利用工業固廢資源，降低熟料消耗量和污染物排放，以實現產品結構優化及綠色可持續發展。
1、國家認可：粉體工業是水泥行業轉型重要的突破口之一
2022年由國家四部門聯合發布的《水泥行業節能改造升級實施指南》和《建材行業碳達峰實施方案》，2023年11月15日生態環境部常務會議審議并原則通過《關于推進實施水泥行業超低排放的意見》，提出了加快發展新型低碳膠凝材料的研發，推動以高爐礦渣、粉煤灰等工業固廢為主要原料的超細粉的生成利用，提高混合材產品質量，提高固廢資源替代熟料比重，降低水泥產品中熟料系數，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》強制性國家標準正式實施。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品中。
2、超細礦物摻合料：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境與經濟效益不可忽視。
超細復合礦物摻合料的生產工藝流程圖
普通水泥的生產會釋放大量的CO2，造成環境負擔。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利用，大幅降低經濟成本。研究證明，礦物細粉摻量控制在膠凝材料的20%左右為宜。從化學的角度來看，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：超細復合礦物摻合料在混凝土中扮演重要角色
研究表明，顆粒細度和形貌直接影響粉體的活性。以粉煤灰為例，超細粉磨后，有助于將其內部的玻璃相（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生大量的缺陷，從而有助于提升其反應活性；同時超細化會提升比表面積，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，經過超細粉磨后均可使礦物晶體格產生錯位、鍵斷裂、重結晶，表面形成易溶于水的非晶態結構，使得水分子更容易進入其內部，加速水化反應，大幅度提高所含礦物的活性指數，再加上科學的配方即可制備出適合于生產水泥的超細復合礦物摻合料。
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、強度愈高。但這在水泥的實際生產中是難以實現的粒徑模式，如果熟料粒度粉磨到如此級別的細度，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”，熟料粉磨到恰當的細度，混合材超細粉磨到微納米級別，按一定的比例混合均化。
超細復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曲線的優質水泥，水泥漿體的結構更致密，這就是超細無碳膠凝材料可以降低水泥中熟料比例、生產低碳水泥的原因所在。由此，在實現“雙碳”目標的道路上，超細復合礦物摻和料以其獨特的性能和廣泛的應用潛力，無疑將扮演重要角色，是打通產業堵點的力量之一。
4、超細復合礦物摻合料：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，結果表明：基于適當的配合比設計，石粉能夠起到加速水泥水化、細化孔隙結構的作用，可表現出填充效應、成核效應、化學效應作用機理，從而穩定提升混凝土材料的流變、力學和耐久性能。
（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科學配比、良好的質量控制制備而成的超細復合礦物摻合料，通過部分取代熟料生產低碳水泥，分析超細復合礦物摻合料取代率對水泥性能的影響。
水泥外摻20%超細復合礦物摻和料后的強度提升率對比
結果表明：在三家水泥企業生產的P·O42.5水泥中，摻入20%超細復合礦物摻合料取代水泥熟料，28d抗壓強度分別提升4.7%、3.0%和3.6%，28d抗折強度分別提升6.67%、6.0%和7.1%。
結語
合理而科學地利用超細礦物摻合料對混凝土生產的質量和經濟效益會帶來積極影響。超細礦物摻合料在整體上表現出色，無論是強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
王濤，高性能混凝土配合比設計研究，河北高速公路集團有限公司廊坊分公司
諸葛喜峰，超細復合礦物摻合料的制備及其在水泥工業中的應用，焦作百奧恒新材料有限公司
(中國粉體網編輯整理/昧光)
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