中国粉体网讯 2023年水泥行业总体呈现“需求持续萎缩、价格深度下跌、效益严重下滑”的运行特征。目前水泥行业正致力于推动低碳化和超低排放，通过研发新型低碳材料、利用工业固废资源，降低熟料消耗量和污染物排放，以实现产品结构优化及绿色可持续发展。
1、国家认可：粉体工业是水泥行业转型重要的突破口之一
2022年由国家四部门联合发布的《水泥行业节能改造升级实施指南》和《建材行业碳达峰实施方案》，2023年11月15日生态环境部常务会议审议并原则通过《关于推进实施水泥行业超低排放的意见》，提出了加快发展新型低碳胶凝材料的研发，推动以高炉矿渣、粉煤灰等工业固废为主要原料的超细粉的生成利用，提高混合材产品质量，提高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。2024年6月1日，GB175-2023《通用硅酸盐水泥》强制性国家标准正式实施。其中，石灰石粉可作为主要混合材和替代混合材用于水泥产品中。
2、超细矿物掺合料：矿粉、固废、水泥、混凝土有共同的话题
矿物掺合料是高性能混凝土中的重要组成部分，作为辅助胶凝材料，其目的是为胶凝材料提供差异化的技术性能。在性能方面，矿物掺合料的使用可以大幅提高混凝土的性能，延长使用寿命。在满足高性能要求的同时，减少用水量带来的环境与经济效益不可忽视。
超细复合矿物掺合料的生产工艺流程图
普通水泥的生产会释放大量的CO2，造成环境负担。矿物掺合料替代水泥不仅可以减少CO2排放，而且部分矿物掺合料作为废弃材料可以循环利用，大幅降低经济成本。研究证明，矿物细粉掺量控制在胶凝材料的20%左右为宜。从化学的角度来看，矿物添加剂的使用范围很广，主要包括两大类，第一类是富含钙的材料，如炉渣、石灰石粉和F类粉煤灰，第二类是富含二氧化硅或铝硅酸盐的材料，如粉煤灰、硅灰和偏高岭土等。
3、粉体视角：超细复合矿物掺合料在混凝土中扮演重要角色
研究表明，颗粒细度和形貌直接影响粉体的活性。以粉煤灰为例，超细粉磨后，有助于将其内部的玻璃相（活性成分）与石英、莫来石等晶体相打散、剥离，表面粗糙化的同时产生大量的缺陷，从而有助于提升其反应活性；同时超细化会提升比表面积，增加与水的接触面积，也会提升其水化活性。
水泥常用矿物掺和料或常见工业固体废弃物基本上都含有二氧化硅、氧化铝、氧化钙、氧化铁等成分，经过超细粉磨后均可使矿物晶体格产生错位、键断裂、重结晶，表面形成易溶于水的非晶态结构，使得水分子更容易进入其内部，加速水化反应，大幅度提高所含矿物的活性指数，再加上科学的配方即可制备出适合于生产水泥的超细复合矿物掺合料。
同时，对于水泥而言，粒径分布愈接近最佳堆积密度FULLER曲线，水泥的性能愈好、强度愈高。但这在水泥的实际生产中是难以实现的粒径模式，如果熟料粒度粉磨到如此级别的细度，水泥的需水量显著增大，水泥砂浆易干缩，水泥混凝土易开裂。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，按一定的比例混合均化。
超细复合矿物掺合料替代部分水泥熟料后填充粗颗粒之间的空隙，趋近最佳堆积密度，获得粒径分布更接近FULLER曲线的优质水泥，水泥浆体的结构更致密，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。由此，在实现“双碳”目标的道路上，超细复合矿物掺和料以其独特的性能和广泛的应用潜力，无疑将扮演重要角色，是打通产业堵点的力量之一。
4、超细复合矿物掺合料：具有取代水泥熟料的良好可行性
（1）碳酸钙
张巧等对掺入大理石粉和石灰石粉的水泥基材料性能的研究，结果表明：基于适当的配合比设计，石粉能够起到加速水泥水化、细化孔隙结构的作用，可表现出填充效应、成核效应、化学效应作用机理，从而稳定提升混凝土材料的流变、力学和耐久性能。
（2）粉煤灰、水渣矿粉、脱硫石
诸葛喜峰等采用粉煤灰、水渣矿粉、脱硫石膏及外加剂等组分材料经科学配比、良好的质量控制制备而成的超细复合矿物掺合料，通过部分取代熟料生产低碳水泥，分析超细复合矿物掺合料取代率对水泥性能的影响。
水泥外掺20%超细复合矿物掺和料后的强度提升率对比
结果表明：在三家水泥企业生产的P·O42.5水泥中，掺入20%超细复合矿物掺合料取代水泥熟料，28d抗压强度分别提升4.7%、3.0%和3.6%，28d抗折强度分别提升6.67%、6.0%和7.1%。
结语
合理而科学地利用超细矿物掺合料对混凝土生产的质量和经济效益会带来积极影响。超细矿物掺合料在整体上表现出色，无论是强度还是工作性都有所改善，从而提高了水泥的使用性能和混凝土的质量。
参考来源：
张巧，碳酸钙类石粉在混凝土材料中的再利用研究综述，华侨大学
王涛，高性能混凝土配合比设计研究，河北高速公路集团有限公司廊坊分公司
诸葛喜峰，超细复合矿物掺合料的制备及其在水泥工业中的应用，焦作百奥恒新材料有限公司
(中国粉体网编辑整理/昧光)
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