水泥工业利用工业废渣作混合材料,具有巨大的经济、环保、技术效益。
硅酸盐水泥主要由硅酸盐水泥熟料组成。而硅酸盐水泥熟料的生产是一个高资源、能源消耗,同时又产生大量有害气体的工艺过程。
在水泥熟料生产过程中,每生产1t水泥熟料,约消耗标准煤120kg,约消耗石灰石1t,约消耗黏土0.3t;而同时排出二氧化碳1t、二氧化硫2kg、氮氧化合物4kg。按我国目前的水泥熟料产量8.9亿t计,需要消耗标准煤1.07亿t,约消耗石灰石8.9亿t,约消耗黏土2.67亿t,排出二氧化碳8.9亿t、二氧化硫178万t、氮氧化合物O.356万t,对资源、能源和环境造成巨大压力。二氧化碳过多,将使地球产生温室效应,二氧化硫、氮氧化合物是有害人体健康的气体,也是酸雨形成的重要原因。
水泥生产过程就是通过高温煅烧,使惰性的CaO、SiO2、Al2O3、Fe2O3变为活性物质,能够进行水化,形成具有胶结能力的水化产物。而多数的工业废渣经过高温处理,经历了脱水过程,其中的高岭土脱水转变为高活性的无定形偏高岭土(如人工火山灰质材料中的烧煤矸石、烧黏土、流化床煤灰等);经历1200~C以上的高温作用,在工业废渣中形成了与水泥熟料矿物相似的铝硅酸盐相(如粉煤灰、大部分冶金渣),甚至有的出现了C2S矿相(如矿渣、赤泥、镁渣等),而钢渣中甚至有少量的C3S存在。工业废渣的这些性质,决定了其在水泥中利用的可能和巨大潜力。
硅酸盐水泥作为传统材料存在了100多年还方兴未艾,是由于硅酸盐水化产物的稳定性。但由于Ca(OH)2、钙矾石等水化产物的存在,硅酸盐水泥的抗侵蚀性能、干缩性能等都需要采取措施进行调节或改善。同时在商品混凝土发展的今天,由于对施工性能要求的提高,还需要对水泥施工性能进行调节。根据历来的研究表明,在水泥性能调节措施中最经济、最有效的方法就是使用混合材来调节水泥的性能,如使用火山灰质混合材可提高水泥的抗渗性和抗淡水溶析性能,使用矿渣可提高水泥的耐热性、抗冻性、与减水剂的适应性等,利用材料的易磨性不同调节水泥的颗粒组成,改善水泥的工作性。
根据现代的高性能混凝土的研究结果表明,细磨混合材料(矿物掺合料)是制备、生产高性能混凝土的最有效措施之一。
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