水磨石生产原料的制备（二）

3.2偏高岭土

偏高岭土是以高岭土（A12O3•2SiO2•2H2O,AS2H2）为原料，在适当温度下（600~900乞）经脱水形成的无水硅酸铝（A12O3-2SiO2•AS2）o高岭土属于层状硅酸盐结构，层与层之间由范德华键结合，OIF离子在其中结合得比较牢固。高岭土在空气中受热时，会发生几次结构变化，加热到大约600度时，高岭土的层状结构因脱水而破坏，形成结晶度很差的过渡相一高岭土。由于偏高岭土的分子排列是不规则的，呈现热力学介稳状态，在适当激发下具有胶凝性。偏高岭土是一种高活性矿物掺合料，是超细高岭土经过低温嫌烧而形成的无定型硅酸铝，具有很高的火山灰活性，主要用作混凝土外加剂，也可制作高性能的地质聚合物。

偏高岭土是一种高活性的人工火山灰材料，可与Ca（OH）•（CH）和水发生火山灰反应，生成与水泥类似的水化产物。利用这一特点，在用作水泥的掺合料时，与水泥水化过程中产生的CH反应，可改善水泥的某些性能。偏高岭土用作混凝土矿物掺合料时，主要是AS、CH与水的反应，随AS/CH的比率及反应温度的不同，会生成不同的水化产物，包括托勃莫来石（CSH-I）、水化钙铝黄长石（CASH）、水化铝酸四钙（CAH）和水化铝酸三钙（CAH）。不同AS/CH比率下的反应式如下：

AS/CH=0.5,AS+6CH+9HTCAH+2CSH AS/CH=0.6,AS+5CH+3H->CAH+2CSH AS/CH=1.0,AS+3CH+6HtCAH+CSH

处于介稳状态的偏高岭土无定形硅铝化合物，经碱性或硫酸盐等激活剂及促硬剂的作用，硅铝化合物由解聚到再聚合后，会形成类似于地壳中一些天然矿物的铝硅酸盐网络状结构。其在成型反应过程中由水作传质介质及反应媒介，最终产物不像传统的水泥那样以范德华键和氢键为主，而是以离子键和共价键为主、范德华键为辅因而具有更优越的性能。所以，偏高岭土能够显著提高抗折抗压强度，尤其是早期强度；能够减少或消除泛碱现象；能够提高抗渗透能力；提高混凝土的耐久性，增强抗化学侵蚀能力。

3.3粉煤灰

粉煤灰的主要来源是火电厂煤燃烧后尾气收集物，主要成分以二氧化硅为主，其中氧化硅、氧化钛来自黏土、岩石；氧化铁主要来自黄铁矿；氧化镁和氧化钙来自与其相应的碳酸盐和硫酸盐。

由于煤的灰量变化范围很广，而且这一变化不仅发生在来自世界各地或同一地区不同煤层的煤中，甚至也发生在同一煤矿不同的部分的煤中。因此，构成粉煤灰的具体化学成分、含量，也就因煤的产地、煤的燃烧方式和程度等不同而有所不同。GQ-3B粉煤灰分析仪主要检测粉煤灰中二氧化硅、三氧化二铝、三氧化二铁、氧化钙、氧化铁、二氧化钛等元素。粉煤灰的活性主要来自活SiO2（玻璃体SiO2）和活性AI2O3（玻璃体用AI2O3）在一定碱性条件下的水化作用。因此，粉煤灰中活性SiO2、活性AI2O3和f-CaO（游离氧化钙）都是活性的有利成分，硫在粉煤灰中一部分以可溶性石膏CaSO4的形式存在，它对粉煤灰早期强度地发挥有一定作用。

因此，粉煤灰中的硫对粉煤灰活性也是有利组成。粉煤灰中的钙含量在3%左右，它对胶凝体的形成是有利的。国外把CaO含量超过10%的粉煤灰称为C类灰，而低于10%的粉煤灰称为F类灰。C类灰其本身具有一定的水硬性，可作水泥混合材，F类灰常作混凝土掺和料，它比C类灰使用时的水化热要低。

粉煤灰中少量的MgO、Na2O.电0等生成较多玻璃体，在水化反应中会促进碱硅反应。但MgO含量过高时，对安定性带来不利影响。

粉煤灰中的未燃炭粒疏松多孔，是一种惰性物质，不仅对粉煤灰的活性有害，而且对粉煤灰的压实也不利。过量的Fe2（）3对粉煤灰的活性也不利。

粉煤灰的物理性质包括密度、堆积密度、细度、比表面积、需水量等，这些性质是化学成分及矿物组成的宏观反映。由于粉煤灰的组成波动范围很大，这就决定了其化学、物理性质的差异也很大，见表7。

表7粉煤灰的基本物理性质

粉煤灰的物理性质中，细度和粒度是比较重要的项目。它直接影响着粉煤灰的其他性质，粉煤灰越细，细粉占的比重越大，其活性也越大。粉煤灰的细度影响早期水化反应，而化学成分影响后期的反应。

粉煤灰是一种人工火山灰质混合材料，它本身略有或没有水硬胶凝性能，但当以粉状及水存在时，能在常温，特别是在水热处理（蒸汽养护）条件下，与氢氧化钙或其他碱土金属氢氧化物发生化学反应，生成具有水硬胶凝性能的化合物，成为一种增加强度和耐久性的材料。

3.4硅灰

硅灰是一种外观为灰色或灰白色粉末、耐火度＞1600乞。容重为200-250kg/m3o硅灰中细度小于l|xm的占80%以上，平均粒径在0.1~0.3mm，比表面积为：20-28m2/go其细度和比表面积约为水泥的80-100倍，粉煤灰的50~7佣。硅灰在形成过程中，因相变的过程中受表面张力的作用，形成了非结晶相无定形圆球状颗粒，且表面较为光滑，有些则是多个圆球颗粒粘在一起的团聚体。它是一种比表面积很大，活性很高的火山灰物质。掺有硅灰的物料，微小的球状体可以起到润滑的作用。

3.4.1硅灰在无机水磨石中的作用

硅灰能够填充水泥颗粒间的孔隙，同时与水化产物生成凝胶体，与碱性材料氧化镁反应生成凝胶体。在水泥基的砼、砂浆与耐火材料浇注料中，掺入适量的硅灰，可起到如下作用：

显著提高抗压、抗折、抗渗、防腐、抗冲击及耐磨性能；具有保水、防止离析、泌水、有效防止发生碱骨料反应的作用；显著延长水磨石的使用寿命。特别是在氯盐污染侵蚀、硫酸盐侵蚀、高湿度等恶劣环境下，可使水磨石的耐久性提高。且可以降低成本。3.4.2硅灰在无机水磨石中使用方法及注意事项

硅灰在水磨石中一般为胶凝材料量的5%~10%0硅灰的使用方法有两种，其一，在加水量不变的前提下，1份硅粉可取代3~5份水泥（重量）并保持混凝土抗压强度不变而提高混凝土其他性能；其二，水泥用量不变，掺加硅灰则显著提高混凝土强度和其他性能。水磨石混合料掺入硅灰时有一定工作度损失。这点需在配合比试验时加以注意。建议硅灰须与减水剂和磨细矿渣合用以改善其操作性。水磨石中矿物外加剂的质量要求见表8。

3.5水溶性硅酸盐及硅溶胶

硅溶胶是由大小不等的二氧化硅粒子在水中存在的胶体溶液，其pH值在9~10的范围内，称之为碱性硅溶胶。其分子式为mSiO2•nH2。二氧化硅（SiO2）含量15%-40%；氧化钠（NaO）含量0.2%~0.4%;pH值9~10；黏性（25℃）mPaS2~2.5；密度（25g/cm）1.1-1.3；平均粒径（nm）8~20。硅溶胶因其胶体粒子直径为纳米级（10~20nm）。所以，具有较大的表面积，粒子本身无色透明，不影响被覆盖物的本色，有较大的吸附性。粘度低，分散性和渗透性好。当硅溶胶水分蒸发时，胶体粒子可以牢固地附着在物体表面，粒子间形成硅氧键结合，是很好的粘合剂和添加剂。

表8水磨石中矿物外加剂的质量要求

硅溶胶能与硅酸盐水泥水化时产生的副产物氢氧化钙快速反应，生成新的胶凝材料，从而提高混凝土的强度。尤其是早期强度；减少或消除泛碱现象；提高抗渗透能力；提高水磨石的耐久性；增强抗化学侵蚀能力。

在水泥水化的过程中，水与硅酸盐水泥反应生成水合硅酸钙，同时会生成副产物，氢氧化钙、氢氧化钙生成量可以占到水化后水泥重量的改为汉字数字20%~25%。氢氧化钙对混凝土砂浆性能不但没有贡献，反而有害，当硅溶胶加入混凝土砂浆时，它能与游离氢氧化钙反应，生成新的胶凝材料，是混凝土砂浆强度更高，同时减轻或消除氢氧化钙带来的一系列诸如泛碱渗透等问题.

3.6胶粘材料

3.6.1水泥

水泥是一种胶凝材料，他在水磨石中起着胶结作用。水泥加水后形成水泥浆，具有较高的胶结力，它能将骨料、细骨料、粉料等胶结成一个坚硬的整体。水泥加水后不但能在空气中变硬，而且还会在蒸汽或水中继续增进和保持它的强度。水泥的这种水硬性在相当程度上影响水磨石的性质。

3.6.1.1水泥的品种

水泥的品种繁多，已达100余种。目前，水磨石生产中使用的有青水泥、白水泥。青水泥指硅酸盐水泥，普通硅酸盐水泥和矿渣硅酸盐水泥等。水磨石主要使用白水泥。

硅酸盐水泥是以适当成分的生料烧至部分熔融，所得以硅酸钙为主要成分的硅酸盐水泥熟料，加入适量的石膏，磨细制成的。硅酸盐水泥的优点是早期强度高，凝结、硬化速度较快、抗冻性较好；缺点是抗腐蚀性和抗水性较差。它是水磨石常用的水泥。

白水泥即白色硅酸盐水泥，它是以适当成分的生料，烧至部分熔融所得到的以硅酸钙为主要成分，铁化合物含量极小的熟料，加入适量的石膏及不超过水泥重量15%的白色水硬性混合材料，共同粉磨而成。普通水泥熟料的颜色，主要是由氧化铁引起的。随着氧化铁含量的不同，熟料的颜色就不同。因此，白水泥的生产一般都是通过降低氧化铁含量来实现的。白水泥的氧化铁含量控制在0.25%到0.35%，氧化镒含量控制在0.005%-0.015%o白水泥的百度，通常用白水泥和纯净氧化镁的反射率的比值来表示，以氧化镁的百度为100，用百度计测定。百度一般应在77度以上。白水泥的优点是颜色洁白，早期强度较高，凝结硬化速度较快，抗冻性较好，缺点是抗腐蚀性和抗水性较差。它是水磨石生产的主要原料。

3.6.1.2水泥的性能

水泥之所以具有水硬性，是因为在嫉烧熟料的过程中，由生料引入的某些成分，在高温下相互间发生了化学反应，生成了一些新的矿物。这些矿物在磨细的条件下，加水后不但能在空气中变硬，而且还会在蒸汽或水中继续增进和保持它的强度。

水泥熟料的主要化学成分有；氧化钙、二氧化硅、三氧化二铝及三氧化二铁。他们在高温下发生化学反应，生成的新矿物有硅酸三钙、硅酸二钙、铝酸三钙和铁铝酸四钙。

在水泥品质标准中，需要按照物理检验标准方法检验，以控制水磨石质量的有以下几项。

(1) 比重和容重

比重是材料在没有空隙的状态下，单位体积的重量，以克每立方厘米表示。硅酸盐水泥的比重为3.0~3.2，普通水泥的为3.1~3.2，容重是材料在自然状态下（包括空隙），单位体积的重量。可分为松散容重和紧密容重。硅酸盐水泥的松散容重一般为1000~1300kg/m3，紧密容重一般为1500~2而3。水泥愈细，容重也愈小。

(2) 细度

细度是表示水泥磨细程度或水泥分散度的指标。它对水泥的水化、硬化速度、需水量、和易性、放热速度以及强度都有影响。它对水磨石制品机械制坯影响更大。过细的水泥，主要是白水泥，常在振捣摊平时发粘，混凝土摊不开，骨料分布不均匀，边角不齐全，严重时返浆，从而降低制品质量。百度是白水泥的特有技术指标，而白水泥的百度是随着细度的提高而增加的。因此，细度要符合标准规定。测定水泥细度的方法采用测定比表面积法。水泥的比表面积一般在2500~3500cm3/go

(3) 需水量

水泥的需水量是水泥为获得一定稠度时所需的水量。硅酸盐水泥的标准稠度需水量一般为25%~28%（占水泥重量）。水泥愈细，需水量就愈大。在检验凝结时间和体积安定性时，都需要先测定标准稠度需水量，然后按这种需水量做成净浆试饼进行检验。在检验水泥胶砂强度时，需水量亦可按标准稠度需水量进行换算。

(4) 凝结时间

凝结时间是从水泥拌水后，水泥浆逐渐失去其流动性，以流体状态发展到较紧密的固体状态的一段时间来测定的。凝结时间对水磨石的成型有较大的影响。凝结时间过短，来不及均匀拌和，就失去流动性，会使工艺操作难以进行，凝结时间过长，增加了成型周期，对于水磨石的生产也是不利的。为了检验方便，把凝结时间分为初凝时间和终凝时间两个阶段。初凝时间水泥浆温度升高，但不具有机械强度；按国家标准规定，硅酸盐水泥的初凝时间不得早于45min。终凝时间水泥浆失去流动性，温度升至最高，产生了机械强度，并能抵抗一定的外来压力，按国家标准规定，硅酸盐水泥的终凝时间不得迟于12h。

（5）体积安定性

体积安定性是指水泥拌水后体积变化的均匀性。水泥拌水后，在凝结硬化过程中，体积发生膨胀，并在内部产生一定的内应力，如果这种内应力超过了本身的强度（特别是抗拉强度），就会出现松脆，弯曲，皲裂，甚至崩溃。这就叫安定性不合格。安定性不合格的主要原因是水泥中含有较多的氧化镁，三氧化硫，尤其是游离石灰。在使用水泥前，必须按标准规定进行检验。倘若安定性不合格，在任何情况下都不能使用，否则，将根本毁坏混凝土结构，使水磨石变为废品。测定水泥体积安定性的方法，一般采用国家标准规定的蒸煮试饼法或雷霞特里法。

(6) 标号和强度

标号是水泥质量的规格，它是用来表示水泥强度大小的。测定水泥强度的方法有两种，一种是硬练法，另一种是软练法。硬练法是干性成型，软练法是塑性成型。两者的标准沙参入量，加水量，试件尺寸，成型方法，养护条件和破型方法都不相同。我国过去采用硬练法确定的水泥标号，同干硬性混凝土的相关性较好，但同塑性混凝土的相关性都较差。

(7) 颜色

白水泥呈白色，青水泥（包括硅酸盐水泥，普通水泥和矿渣水泥等）呈青色，但在色度上有差异。白水泥的百度分为一，二，三，四级。一级百度为84，二级百度为80，三级百度为75，四级百度为70。水泥与水拌和后，各种熟料矿物与水发生水化作用，生成各种水化物，这种互相平列，互相交叉进行的水化作用称为一次水化反应。同时，各种水化物之间也互相发生作用，这种作用称为二次水化反应，水泥的水化过程是一个极为复杂的化学反应。根据水化反应速度的变化和组织结构的形成特点，硅酸盐水泥的水化过程可分为初始反应期、休止期、凝结期和硬化期四个阶段。

3.6.1.3水泥的保管

水泥应按不同的水泥厂别、品种、标号、出厂日期定量储存，分别保管。水磨石厂使用的水泥分袋装和散装两种。袋装水泥应存放在干燥的仓库内。库房不得漏雨渗水，以免受潮。堆垛一般以10袋为宜，太高会使底层水泥硬结或纸袋破裂。应根据仓库出入位置，按照袋装水泥到货先后，依次排列、先进先发。散装水泥应储存在密封的料仓内或罐体内，并有严格的防潮措施。无论袋装水泥，还是散装水泥，都要尽快使用。水泥存放时间长了，由于同空气中的水分和二氧化碳起化学作用，会日渐降低强度。水泥的储存期按出厂日期算起，一般水泥和白水泥为三个月，高铝水泥为两个月。超过这个期限的水泥叫过期水泥。过期水泥使用时，要重新进行检验，根据实际标号使用。

水泥受潮程度的简易鉴别方法，有肉眼观察和手感两种。水泥按受潮程度分为五类。第一类轻微受潮，肉眼观察比较新鲜，有流动性，完全成细粉状。用手捏碾无硬粒。强度降低在5%以下。第二类开始受潮，肉眼观察凝有小球粒，但易散成粉末。用手捏碾无硬粒。强度降低在15%以下。第三类受潮加重，肉眼观察颗粒变大，有大量小球粒或松块。用手捏碾球粒仍成粉末，无硬粒。强度降低在15%~20%0第四类受潮较重，肉眼观察结成粒状，有少量硬块，但硬块较松，容易击碎。你手捏碾，不能变成粉末，有硬粒。强度降低30%-50%o第五类受潮严重，肉眼观察有许多硬粒、硬块，而且难以压碎。你手捏碾不动。强度降低50%以上。目前，第一类水泥可按原标号使用。第二类，第三类水泥，应将小球粒和松块压成粉末，降低标号使用。第四类水泥需用筛子筛去硬粒，硬块降低标号一般使用。第五类水泥要采用再粉碎的办法进行恢复强度的处理。

充分发挥公司体制、资金、技术、规模等优势，实现矿山生产工艺、技术装备的先进性，达到国内同行业领先水平。

4、矿产资源综合利用情况

正兴汉白玉股份有限公司十分重视矿产资源的价值挖掘，通过对大理石的加工工艺不断改进和精深加工，将产品发展成为高端产品。借助品牌效益，将产品销往世界各地，实现了很好的经济、文化效益。企业一直坚持科学加工和科学管理的模式进行产品化作业，根据石材的不同类型，加工成不同层次的产品，在走高端路线的同时对资源达到最大化利用。对工业废渣进行二次加工处理利用，从而达到废渣的“零排放”。

在采矿厂采集完赧，石材用专用车辆运输至加工厂进行专业切割和深加工，形成半成品和成品商品。

作为固体矿产在开采、生产加工、二次深加工过程中难免产生一定的固废堆积物。企业一直注重环境保护和资源最大化有效利用，最初的固废有用于水泥加工的骨料和灾后重建砖石加工的骨料，在支持政府建设的同时有效地解决了固废堆积对环境造成的压力。

作为自然资源型企业深知自然资源的不可再生性。所以，企业在转型高科技企业上做了大量工作，2019年4月与成都理工博大工程科技有限公司、绵筑绿色建材有限公司中心实验室（与清华大学土木工程系合建）成立联合研发团队，致力于将矿山固废应用于绿色建筑行业，推动企业的高科技路线建设，并促进宝兴地区汉白玉矿山经济循环利用发展新模式。

未完待续。

原文首发在《石材》杂志2020年8期，经原创作者授权“石材范儿”转载。

汝宗林：高级工程师、宿州典跃新型建筑材料有限公司技术总监