1.概述
1.1 优化粉磨
所谓“优化粉磨”就是根据水泥原料的特性，采取各组分单独及部分混合粉磨的措施，控制水泥各组分的粒径范围，在满足水泥颗粒级配，能形成最紧密堆积的基础上，又能充分发挥水泥各组分活性的粉磨技术。
1.2 矿渣少熟料水泥
所谓少熟料水泥，就是水泥组分中熟料含量相对较少的水泥。矿渣少熟料水泥就是以矿渣为主要组分的少熟料水泥。
矿渣少熟料水泥，因其组分超出矿渣硅酸盐水泥国家标准规定范围，因此有别于矿渣硅酸盐水泥。
生产32.5等级水泥，熟料掺量仅15%左右；生产42.5等级水泥，熟料掺量仅25%左右；生产52.5等级水泥，熟料掺量仅35%左右。
矿渣少熟料水泥的性能与矿渣硅酸盐水泥相似。
通常，少熟料水泥强度都比较低，一般不能用于结构工程。但，矿渣少熟料水泥采取特殊粉磨工艺，强度达到了32.5、42.5或52.5等级，而且其他性能也能满足通用硅酸盐水泥的标准，因此矿渣少熟料水泥有望用于结构工程。
与传统水泥生产方法相比，生产32.5等级的水泥，成本可下降40～60元/吨；生产42.5、52.5等级的水泥，成本可下降80～150元/吨。
2.不同粉磨工艺对比试验
表4.2 优化粉磨矿渣少熟料水泥的配比与性能
表4.3 分别粉磨矿渣少熟料水泥的配比与性能
表4.4 混合粉磨矿渣少熟料水泥的配比与性能
由此可见，在水泥比表面积基本相同的条件下，采用优化粉磨工艺的矿渣少熟料水泥强度最高，其次是采用分别粉磨工艺的水泥，强度最低的是采用混合粉磨工艺的水泥。同样，在水泥粉磨电耗基本相同的条件下，采用优化粉磨水泥的强度也高于采用分别粉磨和混合粉磨的水泥。
3.矿渣少熟料水泥的生产
4. 矿渣少熟料水泥的水化
图4.17 矿渣少熟料水泥水化28天XRD图谱
图4.18 矿渣少熟料水泥水化产物的SEM照片
矿渣少熟料水泥加水拌和后，首先是熟料的水化。熟料中的矿物C3A迅速与石膏作用，生成针状晶体钙矾石(AFt)，C3S水化成C-S-H、Ca(OH)2，同时还有水化硫铁酸钙等产物，这些水化物的性质与纯硅酸盐水泥水化时的产物是相同的。
由于矿渣少熟料水泥中熟料的相对含量减小，并且有相当多的Ca(OH)2又与矿渣活性组分作用，所以与硅酸盐水泥相比，水化产物的碱度一般较低，Ca(OH)2含量较少，而钙矾石含量则较多。
5. 矿渣少熟料水泥的性能
5.1 常规性能
5.2 长期强度
图4.19 矿渣少熟料水泥长期强度
5.3 抗风化性能
图4.20 水泥室内敞开放置时间对水泥强度的影响
5.4水化热
5.5 抗冻性能
5.6 抗硫酸盐性能
图4.21 水泥抗蚀系数对比试验
（浸硫酸盐与标准养护抗折强度比）
5.7 抗碳化性能
5.7.1熟料和钢渣掺量对水泥抗碳化性能影响
图4.33 不同熟料掺量矿渣少熟料水泥碳化后强度
钢渣0%，石膏3.5%，石灰石3.5%
图4.34 不同钢渣掺量矿渣少熟料水泥碳化后强度
熟料21.22%，石膏3.5%，石灰石3.5%
矿渣少熟料水泥由于熟料掺量少，抗碳化性能相对较差，使用时应引起足够的重视，在混凝土配合比及施工操作上应采用适当措施，提高混凝土的抗碳化能力，如采用高效减少剂提高混凝土的致密度、表面覆盖、加深钢筋埋藏深度等。
5.8 体积变化性能
图4.22 水泥砂浆试样干湿长度变化率
5.9 抗裂性能
5.9.1 水泥抗裂性能检测方法
图4 水泥抗裂实验用试模
5.9.2 粉磨工艺和细度对水泥开裂度影响
表4.42 不同粉磨工艺的矿渣少熟料水泥开裂度对比试验结果
表4.42中的所有水泥试样的实际组成均为：熟料15%，矿渣74%，石灰石8%，石膏3%，水泥中SO3含量均为3.62%。对比D1～D9试样的开裂度检测结果可见：无论是优化粉磨、分别粉磨还是混合粉磨，水泥比表面积越高，水泥的强度也越高，而水泥的开裂度却越小。说明，水泥粉磨比表面积增大，并不一定会使水泥开裂度增大。就粉磨工艺而言，在水泥比表面积相同的条件下，分别粉磨试样的开裂度最小，其次的优化粉磨的试样，混合粉磨试样的开裂度最大。因此，可以认为采用优化粉磨的矿渣少熟料水泥的开裂度不会比采用混合粉磨工艺的水泥差。
5.9.3 矿渣石灰石混磨对水泥开裂度的影响
表4.44 矿渣与石灰石混磨对矿渣少熟料水泥开裂度的影响
注：表中所有试样的实际组成均为：熟料16%，矿渣43%，钢渣25%，石膏8%，石灰石8%。
矿渣熟料粉在粉磨时，如果掺入石灰石或石膏之类的原料一起粉磨，会造成矿渣少熟料水泥开裂度的提高，使水泥抗裂性能变差。
5.9.4 矿渣少熟料水泥配比对开裂度的影响
5.10 抗起砂性能
水泥抗起砂测定仪
5.10.1 粉磨工艺和细度对水泥抗起砂性能的影响
粉磨越细，起砂量越小。优化粉磨，脱水起砂量最小；混合粉磨，浸水起砂量最小。
5.10.2 熟料和钢渣掺量对水泥抗起砂性能影响
由图4.31可见，在石膏和石灰石掺量不变的条件下，增加矿渣少熟料水泥中的熟料掺量，相应减少矿渣的掺量，可显著降低水泥的脱水起砂量，而水泥的浸水起砂量几乎不变。
由图4.32可见，在熟料、石膏和石灰石掺量不变的条件下，增加矿渣少熟料水泥中的钢渣掺量，相应减少矿渣的掺量，水泥的脱水起砂量和浸水起砂量均变化不大。
6. 矿渣少熟料水泥混凝土
6.1 各种水泥配比
表4.52水泥配比与性能
表4.53 水泥的实际组成（%）
6.2 混凝土配合比和性能
表4.56 原料单价（元/吨）
表4.57 混凝土配合比和强度（Kg/m3）
综上所述，用32.5钢渣水泥（X38试样）可以单独配制出C30和C40混凝土；用42.5矿渣水泥（X39试样），可以与矿渣粉和粉煤灰组合，配制出C40和C50的混凝土。42.5矿渣水泥（矿渣少熟料水泥）与42.5普通水泥相比，所配制的混凝土，不仅强度高，而且成本低。
7. 矿渣少熟料水泥原料与要求
矿渣少熟料水泥是在分别粉磨矿渣水泥生产技术基础上，发展起来的一种水泥生产新技术。是以优化水泥粉磨工艺、选择高活性矿渣、合理调整水泥配合比、充分利用混合材之间性能互补为技术手段，达到大幅度降低水泥中熟料掺量的目的，使生产高强度的矿渣少熟料水泥成为可能。
矿渣少熟料水泥的生产工艺虽然与分别粉磨矿渣水泥的生产工艺相似，但矿渣少熟料水泥对粉磨比表面积的要求更为严格，对原料品质的要求更高，生产中必须加强对进厂原料品质的控制和生产过程的管理，以免造成质量事故。
7.1矿渣活性
与分别粉磨矿渣水泥不同，矿渣少熟料水泥对矿渣活性要求更高。通常凡是符合GB/T 203-2008《用于水泥中的粒化高炉矿渣》标准要求的矿渣，都可以用于分别粉磨矿渣水泥的生产。但矿渣少熟料水泥却不一样，根据作者的试验，有相当一部分能满足GB/T 203-2008《用于水泥中的粒化高炉矿渣》标准要求的矿渣，不能用于生产矿渣少熟料水泥。
从全国各地收集一批矿渣样品，按优化粉磨工艺的要求，配制成几种不同配比的矿渣少熟料水泥，进行水泥物理力学性能检验。
表4.59 各地矿渣能否用于生产矿渣少熟料水泥试验
注：所有试样沸煮安定性检验均合格。
从表4.59的试验结果看，上海、山东、山西、湖北、湖南、江苏、河北、河南等地的矿渣活性较好，一般都能满足生产矿渣少熟料水泥的要求，而四川的矿渣活性很差，很难找到能满足生产矿渣少熟料水泥要求的矿渣。云南、贵州、山西、甘肃、新疆等地的矿渣活性有好有坏，有部分矿渣可以满足生产矿渣少熟料水泥的要求，也有一部分不能满足。
从矿渣的活性试验结果看，矿渣活性不但与矿渣的成分有关，如矿渣质量系数大，通常活性好；还与矿渣的水淬质量有关，矿渣中玻璃体含量越多，矿渣活性越好。判断一种矿渣是否能用于生产矿渣少熟料水泥，务必要通过试验确定。必须要按优化粉磨工艺要求，将矿渣样品配制成矿渣少熟料水泥，进行强度等性能试验，然后根据性能检测结果确定。
7.2 高铝矿渣与水泥质量问题
矿渣少熟料水泥的主要原料是矿渣，其次是钢渣和熟料，辅助原料为石膏和石灰石。GB175-2007《通用硅酸盐水泥》对组成通用硅酸盐水泥的各原料品质有严格的要求，而矿渣少熟料水泥除要求各原料品质满足GB175-2007《通用硅酸盐水泥》规定外，对矿渣的活性和化学成分还有特别的要求。
通常矿渣中的Al2O3含量低于17%，而作者在推广矿渣少熟料水泥的过程中，曾发现一种极其罕见的高铝矿渣，其Al2O3含量高达30%，活性很高，用其生产的矿渣少熟料水泥的各项性能均可符合GB175-2007《通用硅酸盐水泥》的国家标准，但在使用中却出现了水泥的质量问题。
表4.61 原料化学成分（%）
表4.62 水泥组成和物理力学性能检测结果
高铝矿渣少熟料水泥出厂后，不久收到一家用户的反映，投诉水泥质量有问题。到事故现场观察，发现水泥砂浆墙面强度确实很低，可以用木头刮起，用脚摩擦表面，砂子越磨越多。墙体的砂浆表面看似还有强度，但木头用力刮开表面后，越刮越多，显然是砂浆强度不够。根据用户介绍，采用的是1:4水泥砂浆，刚施工完几天砂浆表面强度还较高，但过一段时间后，感觉强度反而下降。
图4.40 高铝矿渣少熟料水泥出现的质量问题
虽然高铝矿渣少熟料水泥所有技术指标均符合国家标准，但该水泥在干燥环境下施工并没有充分淋水养护时，水泥的水化不充分，强度不能正常发挥，而且该水泥容易被碳化，碳化后水泥石强度不是象普通硅酸盐水泥哪样上升，而是下降，从而造成高铝矿渣少熟料水泥出现质量问题。
高铝矿渣的活性虽高，易磨性虽好，但由于用高铝矿渣配制的矿渣少熟料水泥，干燥环境下不能充分水化，而且水泥石抗碳化性能差，碳化后水泥强度会大幅度下降，因此高铝矿渣不适宜用于生产矿渣少熟料水泥。但，可以在正常矿渣中掺入少量高铝矿渣混合均匀后使用，两种矿渣混合后的Al2O3含量应不大于17%。
7.3 钢渣
目前，我国钢渣主要是采用热闷法和热泼法进行处理，不同处理工艺的钢渣所制备的矿渣少熟料水泥，其物理力学性能有所差别，但差别不是很大。热泼法处理的钢渣和陈年钢渣所配制的矿渣少熟料水泥强度较高，凝结时间较快；而热闷法处理的钢渣所配制的矿渣少熟料水泥强度稍低，凝结时间稍长些；水泥的安定性均合格。
钢渣在堆场露天堆放时间越长，所配制的矿渣少熟料水泥的强度越高，凝结时间越短。因此，建议钢渣出厂后应在堆场堆放一定时间后再使用，这样有利于改善钢渣的易磨性，并提高矿渣少熟料水泥的性能。
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