摘要：石膏矿渣水泥，一直存在凝结时间长、早期强度低、表面易碳化起砂等问题，通过小磨以及大磨试验，加入自研非碱性无氯外加剂1.2%，研究新配比下石膏矿渣水泥凝结时间和强度的变化；分别添加0熟料、3%熟料、6%熟料、9%熟料进行小磨试验，经过试验验证3%熟料用量效果最佳。石膏矿渣水泥标准稠度用水量27%左右；初凝时间2.5小时左右，终凝时间5小时左右；一天强度10Mpa以上，三天强度30Mpa 以上，28天60Mpa以上；砂浆表面凝结快强度高，不易起砂；低标号混凝土可以完全代替水泥，高标号混凝土部分代替；具有微膨胀性；抗硫酸盐性能优异。该激发剂在1.2%掺加量下，石膏矿渣水泥具有快硬早强的效果，且后期强度发展稳定，具有良好的使用性能。

关键词：3%熟料；快硬早强；代替水泥；微膨胀；抗硫酸盐；强度稳定

0 引言

近来市场不乏出现低熟料或无熟料胶凝材料的产品，原理基本以硫酸盐激发为主，其本质就是石膏矿渣水泥。石膏矿渣水泥以粒化高炉矿渣为主要原料，掺入石膏和少量熟料，无需高温煅烧，具有显著的低碳优势。但该材料长期存在凝结时间长、早期强度低、表面易碳化起砂等问题，制约了其工程应用。2023年发布的行业标准JC/T2745-2023《石膏矿渣水泥》为该材料的规范化生产提供了依据。为此，本文在标准框架下，通过掺加自研外加剂，开展不同熟料用量(0、3%、6%、9%)的配比试验，研究其对石膏矿渣水泥凝结时间和强度的影响。经过我们试验验证脱硫石膏和氟石膏都可以生产石膏矿渣水泥，但是用脱硫石膏早后期都要比氟石膏强度低一些，这里我们不再赘述，可根据试验自行比较，后面我们以氟石膏为试验原料进行试验。经小磨及大磨试验验证，3%熟料掺量效果最佳，可实现快硬早强且后期强度稳定，为石膏矿渣水泥的性能提升与推广应用提供参考。

1 研究不同熟料用量对

石膏矿渣水泥凝结时间和强度的影响

1.1 试验原料及小磨试验

熟料：淄博某水泥厂熟料，氧化钙＞64%；氟石膏：山东氟文新材料科技有限公司，三氧化硫＞52%；矿渣粉：山东某厂矿粉，S95级；小磨试验按照28分钟粉磨。

1.2 实验结果及分析

添加自研外加剂后，各试验组石膏矿渣水泥的凝结时间和强度均较空白组显著改善。综合对比不同熟料掺量(0、3%、6%、9%)的性能数据：强度方面：0熟料组3d抗压达37.4 Mpa，28d达70.2 Mpa，但终凝时间仍偏长(375 min)，1d强度仅7.7 Mpa；3%熟料组1d强度升至13.9 Mpa，终缩至275 min，28d强度67.5 Mpa，早期与后期性能均衡；6%熟料组1d强度最高(15.8 Mpa)，但后期增长放缓，28d仅62.0 Mpa；9%熟料组各龄期强度均下降，表明熟料过量反而抑制石膏对矿渣的激发。凝结时间：3%熟料组初凝147min、终凝275min，施工窗口合理，较空白组(终凝780min)缩短64.7%。

综合性能：3%熟料配比在最低熟料用量下实现快硬早强(1d210 Mpa，3d≥35Mpa)且后期稳定(28d≥67 Mpa)，氯离子含量低(0.0388%)。

1.3 大磨实验

设备情况：采用CLM120×30型辊压机，V型选粉机；采用3.2m×13m开路球磨机，研磨体装载量110t，台时设计50t/h。钢渣12%，石子5.8%，激发剂1.2%选用小磨试验2配比：熟料3%，石膏15%，矿渣粉50%，粉煤灰13%，粉磨后成品比表面积443m2/kg，45um筛余5.6%，特征粒径13.5 1m，Hm含量26.0%。

大磨产品性能与小磨样偏差均在5%以内，凝结时间及强度满足设计目标(初≤2.7 h，终≤5h，1d≥10 MPa，3d≥30 MPa，28d≥65 MPa)。综合来看，3%熟料配比在生产粉磨装备下均展现出良好的性能重现性，具备规模化推广条件。现在取大磨生产产品进行各项混凝土试验检测。

2 混凝土配试验

(1)C30混凝土试配(15L)：

结论：石膏矿渣水泥28天抗硫酸盐侵蚀系数1.53；60天抗硫酸盐侵蚀系数1.60，符合标准所规定＞0.99，完全达到抗硫酸盐侵蚀标准，具有很好的抗硫酸盐侵蚀性能。

6 砂浆表面问题

过去石膏矿渣水泥起砂的根本原因在于体系水化活性低，早期水化产物生成量不足，表层结构疏松；同时砂浆使用时表面风干快，矿渣粉没来得及水化就失去了水性环境，造成表面强度低。本试验通过掺加自研外加剂与3%熟料协同激发，显著提升了矿渣水化速率，早期快速生成足量C-S-H凝胶与钙矾石，填充孔隙、密实表层结构；同时熟料提供的适度碱性环境增强了体系抗碳化能力，强度大幅提升后表面致密，起砂问题得以根本解决。

7 结语

(1)自研外加剂可有效改善石膏矿渣水泥的凝结与强度性能。3%熟料掺量为最佳配比，标准稠度27%，初凝158 min、终284 min，1d、3d、7d、28d抗压强度分别达13.93MPa、34.7MPa、50.5MPa、68.4 MPa，实现了快硬早强与后期稳定的协同。

(2)熟料掺量并非越多越好，超过6%后强度出现下降，9%熟料各龄期强度均明显回落，过量熟料可能抑制石膏对矿渣的硫酸盐激发作用。

(3)3.2m×13m球磨机大磨产品达68.4MPa，与小磨结果(67.5 MPa)高度一致，该配比在不同粉磨装备下均具有良好的重现性，具备工业化推广条件。

(4)3%熟料配比石膏矿渣水泥氯离子含量低(≤0.04%)，抗硫酸盐性能优异，且具有微膨胀性，可完全或部分替代普通硅酸盐水泥用于混凝土工程。

(5)矿渣水化速率加快，早期快速生成足量C-S-H凝胶与钙矾石，填充孔隙、密实表层结构，使得砂浆表面不易起砂。

早强石膏矿渣水泥通过我们的技术改进，性能有了极大地改变，试验验证在混凝土中应用效果优异。石膏矿渣水泥是一种性能独特、环境友好的特种水泥，它以极高的抗压强度和突出的抗折强度、极低的水化热、卓越的耐腐蚀性和优异的抗渗性，在特定应用领域(大体积、耐腐蚀、水下工程)具有不可替代的优势，同时也是实现建材行业“双碳”目标的重要技术路径之一。