我國(guó)水泥標(biāo)準(zhǔn)同國(guó)際接軌后改進(jìn)產(chǎn)品質(zhì)量的分析
水泥新標(biāo)準(zhǔn)實(shí)施已有2年時(shí)間,實(shí)施效果逐步顯現(xiàn)出來(lái),水泥生產(chǎn)工藝進(jìn)行了和正在進(jìn)行大的調(diào)整,水泥產(chǎn)品質(zhì)量已明顯提高。但是我們必須清醒的認(rèn)識(shí)到,提高水泥產(chǎn)品質(zhì)量的工作任重道遠(yuǎn),特別是根據(jù)用戶的要求改進(jìn)產(chǎn)品質(zhì)量,以至修訂標(biāo)準(zhǔn)中不適應(yīng)的規(guī)定等工作更是長(zhǎng)期任務(wù)。這里根據(jù)我國(guó)水泥生產(chǎn)、使用實(shí)施新標(biāo)準(zhǔn)的經(jīng)驗(yàn)教訓(xùn),反映出來(lái)的新問(wèn)題,就改進(jìn)水泥產(chǎn)品質(zhì)量的途徑進(jìn)行簡(jiǎn)要分析。
1 提高水泥熟料活性
實(shí)施新標(biāo)準(zhǔn)前,同國(guó)外水泥熟料相比,我國(guó)水泥熟料普遍存在著硅酸鹽礦物含量偏低,鐵含量偏高的問(wèn)題,它是熟料活性偏低的重要原因。2002年6月全國(guó)抽樣調(diào)查表明,實(shí)施新標(biāo)準(zhǔn)后,有75.1%的企業(yè)調(diào)整了熟料配料方案,提高了熟料活性,這對(duì)于我國(guó)順利實(shí)施水泥新標(biāo)準(zhǔn)起到了重要作用。但目前仍有許多中小型企業(yè)的熟料質(zhì)量太差,在350m2/kg比表面積下熟料28d抗壓強(qiáng)度不足48MPa。如何提高熟料的活性,應(yīng)從影響熟料燒成的各個(gè)環(huán)節(jié)進(jìn)行全面分析,找出主要影響因素適時(shí)解決。根據(jù)國(guó)內(nèi)外的試驗(yàn)研究[1]和實(shí)施新標(biāo)準(zhǔn)的經(jīng)驗(yàn),歸納如下2個(gè)方面。
1.1 選擇最佳熟料率值
熟料配料的三率值決定了熟料的礦物組成和熟料的活性狀況。企業(yè)應(yīng)根據(jù)原燃材料實(shí)際、易燒性和窯爐的熱工狀況,選擇最佳的熟料率值。
在熟料率值選擇和確定中應(yīng)努力提高硅酸鹽礦物(C3S+C2S)含量,回轉(zhuǎn)窯可在75%以上,立窯可在72%以上。在這個(gè)基礎(chǔ)上適當(dāng)提高C3S含量,適當(dāng)調(diào)整C3A含量,適當(dāng)降低C4AF含量。我國(guó)不同窯型的典型率值見(jiàn)表1。
窯型 | 廠家 | KH | n | P | C3S | C2S | C3A | C4AF |
---|---|---|---|---|---|---|---|---|
新型干法窯 | 北京水泥廠 | 0.90 | 2.7 | 1.6 | 59 | 19 | 8 | 10 |
濕法窯 | 安陽(yáng)水泥廠 | 0.92 | 2.4 | 1.3 | 62 | 15 | 7 | 12 |
立窯 | 齊銀水泥廠 | 0.96 | 2.0 | 1.4 | 67 | 7 | 8 | 13 |
1.2 強(qiáng)化燒成快速冷卻
迅速升高燒成溫度,使熟料礦物迅速形成,A礦和B礦晶體尺寸較小,約為10~30μm,且分布均勻時(shí),熟料活性最高。相反,如果熟料易燒性差,如生料細(xì)度粗,有難燒的石灰石,或緩慢升高燒成溫度,會(huì)使A礦尺寸增大到50~100μm,B礦尺寸增大到30~50μm,此時(shí),熟料活性會(huì)降低,表2是我院部分研究結(jié)果[2]。
窯型 | A礦結(jié)晶狀況 | 熟料28d抗壓強(qiáng)度差值(RGB-RISO)/MPa |
---|---|---|
立窯 | 20~40μm,大小均齊 | 3.2 |
立窯 | 20~70μm,大小欠均齊 | 10.3 |
回轉(zhuǎn)窯 | 20~50μm,大小均齊 | 3.6 |
回轉(zhuǎn)窯 | 40~70μm,粗大 | 11.0 |
熟料礦物都有不同的溫度變體,各種變體的水化速度和強(qiáng)度是不同的。快速冷卻可使A礦、B礦的高溫變體在常溫下穩(wěn)定下來(lái),對(duì)熟料活性有利。一般認(rèn)為,熟料從1250~1150℃開(kāi)始快速冷卻可以獲得最高的強(qiáng)度??焖倮鋮s還可以形成一定的玻璃體,它對(duì)熟料活性有利。
重視微量組分對(duì)熟料活性的影響。K2O、Na2O、SO3、Cl-等微量組分在數(shù)量較少時(shí)對(duì)熟料活性影響不明顯,但超過(guò)一定數(shù)量后對(duì)熟料煅燒工藝和活性會(huì)造成很大影響?!?/P>
欠燒的熟料活性低是眾所周知的。過(guò)燒的熟料,如熔融的熟料,其活性低于燒結(jié)的熟料。
在還原氣氛中,被還原的Fe2+進(jìn)入C3S固溶體中取代Ca2+,并促使C3S在冷卻時(shí)分解。Fe2+進(jìn)入β-C2S固溶體中,能促使它向γ-C2S轉(zhuǎn)變。
2 控制水泥的細(xì)度狀態(tài)
提高水泥粉磨細(xì)度是提高ISO強(qiáng)度的有效途徑,在我國(guó)實(shí)施水泥新標(biāo)準(zhǔn)過(guò)程中,有近60%的企業(yè)調(diào)整了粉磨工藝,提高了水泥細(xì)度,明顯提高了ISO強(qiáng)度。但是,不少建筑施工單位反映,水泥太細(xì),需水性大,混凝土開(kāi)裂嚴(yán)重等。
目前我國(guó)水泥企業(yè)幾乎都采用80μm篩余和比表面積控制水泥的粉磨細(xì)度,它對(duì)于控制水泥性能和充分發(fā)揮水泥各組分的作用是遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠的。相同篩余或比表面積的水泥性能會(huì)有很大差別,為此應(yīng)全面考慮磨制水泥的細(xì)度狀態(tài),包括:細(xì)度(篩余和比表面積)、顆粒分布、顆粒形貌和堆積密度。
2.1 水泥顆粒分布對(duì)水泥性能的影響
對(duì)于相同組分(熟料、混合材和石膏)水泥而言,水泥的顆粒分布決定水泥的性能,如水化速度、水化熱、強(qiáng)度、需水量等,表3是80年代我院施娟英的試驗(yàn)結(jié)果。
編號(hào) | 顆粒級(jí)配/% | 平均粒徑 /μm | 比表面積 /(m2/kg) | 標(biāo)準(zhǔn)稠度 用水量/% | C3S /% | 小試體膠砂強(qiáng)度①/MPa | ||||||
<10μm | 10~30μm | 30~60μm | >60μm | 1d | 3d | 28d | 1a | |||||
d1 | 98.5 | 1.5 | 0 | 0 | 4.76 | 920 | 43.0 | 56.7 | 27.3 | 29.8 | 38.6 | 42.0 |
e1 | 13.2 | 86.8 | 0 | 0 | 16.56 | 200 | 28.5 | 54.9 | 3.5 | 7.1 | 17.6 | 34.1 |
F1 | 1.4 | 23.6 | 75.0 | 0 | 39.49 | 74 | 28.0 | 51.5 | 2.5 | 5.1 | 7.5 | 14.3 |
H1 | 2.7 | 3.0 | 5.3 | 89.0 | 74.05 | 40 | 28.0 | 46.8 | 1.4 | 2.7 | 3.9 | 7.6 |
原水泥 | 27.7 | 42.0 | 25.1 | 5.1 | - | 300 | 28.0 | 52.7 | 6.4 | 11.9 | 16.4 | 26.5 |
注:①試體為Φ1.6cm×1.6cm小試體,數(shù)據(jù)只作參考。
由表3看出,<10μm為主的水泥,比表面積達(dá)920m2/kg,水泥標(biāo)準(zhǔn)稠用水量高達(dá)43.0%,水泥早期強(qiáng)度很高。10~30μm為主的水泥,比表面積降至200m2/kg,水泥標(biāo)準(zhǔn)稠度用水量正常,早期強(qiáng)度下降。
水泥顆粒級(jí)配對(duì)水泥性能產(chǎn)生的各種影響,主要是因?yàn)椴煌笮☆w粒的水化速度不同,施娟英的測(cè)定結(jié)果是:
0~10μm顆粒,1d水化達(dá)75%,28d接近完全;
10~30μm顆粒,7d水化接近一半;
30~60μm顆粒,28d水化接近一半;
>60μm顆粒,3個(gè)月后水化還不到一半。
學(xué)者M(jìn)eric認(rèn)為,粒徑<1μm的小顆粒,在加水拌和中很快水化了,對(duì)混凝土強(qiáng)度作用很小,反而造成混凝土體積較大收縮。一個(gè)20μm顆粒硬化1個(gè)月只水化了54%,水化進(jìn)入深度才5.48μm,剩留的熟料核只能起骨架作用,潛在活性沒(méi)有發(fā)揮。
國(guó)內(nèi)外試驗(yàn)研究證明,水泥顆粒級(jí)配對(duì)水泥性能有直接影響,目前比較公認(rèn)的水泥最佳顆粒級(jí)配為:
3~32μm顆粒對(duì)強(qiáng)度增長(zhǎng)起主要作用,其間粒度分布是連續(xù)的,總量不低于65%。16~24μm的顆粒對(duì)水泥性能尤為重要,含量愈多愈好。<3μm的細(xì)顆粒,易結(jié)團(tuán),不要超過(guò)10%。>65μm的顆粒活性很小,最好沒(méi)有。
1998~2001年在世界水泥檢測(cè)大對(duì)比中選用了不同強(qiáng)度等級(jí)的法國(guó)水泥,國(guó)際試驗(yàn)室的檢測(cè)結(jié)果列于表4中。
時(shí)間 | 強(qiáng)度 等級(jí) | 水泥品種 | 顆粒級(jí)配(累計(jì)通過(guò)量)/% | 抗壓強(qiáng)度/MPa | 密度/(g/cm3) | 比表面積/(m2/kg) | 標(biāo)準(zhǔn)稠度用水量/% | |||||||||
2μm | 4μm | 8μm | 16μm | 32μm | 40μm | 50μm | 63μm | 80μm | 2d | 28d | ||||||
1998 | 52.5R | 波特蘭 | 13.6 | 24.3 | 39.6 | 59.0 | 85.1 | 90.9 | 95.7 | 98.6 | 99.3 | 38.0 | 68.1 | 3.10 | 408 | 26.0 |
2000 | 52.5 | 波特蘭 | 17.0 | 26.2 | 35.0 | 46.9 | 63.3 | 65.6 | 74.5 | 80.1 | 86.3 | 29.9 | 58.1 | 3.16 | 348 | 25.6 |
2001 | 42.5 | 波特蘭礦渣(36%~64%) | 9.5 | 17.0 | 29.3 | 48.5 | 73.0 | 85.2 | 90.8 | 94.7 | 99.7 | 17.0 | 52.8 | 3.00 | 334 | 29.0 |
1997 | 32.5R | 波特蘭復(fù)合(6%~20%) | 10.0 | 18.0 | 30.4 | 49.2 | 74.8 | 85.1 | 90.7 | 95.3 | 97.7 | 21.4 | 41.1 | 3.09 | 374 | 23.0 |
表5為2001年我院對(duì)我國(guó)部分水泥企業(yè)不同粉磨工藝下的實(shí)物水泥進(jìn)行的顆粒級(jí)配測(cè)定結(jié)果。
表5 我國(guó)部分水泥企業(yè)的水泥顆粒級(jí)配(平均值)
序號(hào) | 企業(yè)類型 | 粉磨工藝 | 水泥品種 | 顆粒級(jí)配(累計(jì)通過(guò)量)/% | 統(tǒng)計(jì)個(gè)數(shù) | ||||||
---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
3μm | 8μm | 16μm | 24μm | 32μm | 45μm | 60μm | |||||
1 | 大中型 | 一般閉路磨 | P·O 42.5 | 16 | 31 | 43 | 52 | 65 | 82 | 91 | 9 |
2 | 大中型 | 高效選粉機(jī)閉路磨 | P·O 42.5 | 17 | 29 | 43 | 51 | 61 | 83 | 92 | 6 |
3 | 大中型 | 帶輥壓機(jī)閉路磨 | P·O 42.5 | 18 | 34 | 49 | 56 | 71 | 92 | 96 | 6 |
4 | 大中型 | 開(kāi)路磨 | P·O 42.5 | 21 | 35 | 47 | 56 | 69 | 83 | 90 | 6 |
5 | 大中型 | 高細(xì)磨 | P·O 42.5 | 19 | 34 | 36 | 50 | 64 | 90 | 94 | 1 |
6 | 小型 | 一般閉路磨 | P·O 32.5 | 12 | 28 | 44 | 56 | 66 | 81 | 89 | 8 |
在通常細(xì)度的水泥中,可能有20%~40%的熟料對(duì)混凝土強(qiáng)度增長(zhǎng)沒(méi)有發(fā)揮作用。如何挖掘熟料活性潛力,改善水泥性能,應(yīng)根據(jù)水泥強(qiáng)度等級(jí)、混合材狀況和具體粉磨工藝,確定合理顆粒級(jí)配。這里從顆粒分布對(duì)水泥和混凝土性能的影響上提出表6的大致關(guān)系。
2.2 水泥顆粒形貌對(duì)水泥性能的影響
粒徑 | 參考指標(biāo) | 水泥性能 | 粉磨工藝 | 混凝土性能 | ||
---|---|---|---|---|---|---|
比表面積 | 需水性 | 強(qiáng)度 | ||||
<3μm(熟料) | <10% | 正常 | 正常 | 正常 | 正常 | 正常 |
增加 | 增大 | 增大 | 早強(qiáng) | 過(guò)粉磨現(xiàn)象 | 施工性變差 | |
<3μm(礦渣) | 適當(dāng) | 正常 | 正常 | 強(qiáng)度高 | 分別粉磨 | 混凝土性能優(yōu) |
3~32μm | >65% | 正常 | 正常 | 強(qiáng)度高 | 研磨能力好 | 混凝土性能優(yōu) |
32~64μm | 增加 | 變小 | 正常 | 強(qiáng)度低 | 研磨能力差 | 正常 |
>64μm | 增加 | 變小 | 易泌水 | 強(qiáng)度低 | 粉磨能力差 | 混凝土保水性差 |
連續(xù)分布 | 一個(gè)凸型 | 正常 | 正常 | 正常 | 正常 | 正常 |
兩個(gè)凸型 | - | - | - | 研磨能力差 | - | |
一個(gè) 型 | - | - | - | 粉磨能力差 | - |
水泥顆粒形貌通常用圓度系數(shù)表示,正圓形顆粒圓度系數(shù)等于1,其他形狀都小于1。國(guó)外水泥的圓度系數(shù)大多在0.67左右,我院測(cè)定的我國(guó)部分大中型水泥企業(yè)水泥的圓度系數(shù)波動(dòng)在0.51~0.73之間[3],平均值為0.63。
日本一家惟俊等試驗(yàn)研究表明,將水泥顆粒的圓度系數(shù)由0.67提高0.85時(shí),水泥砂漿28d抗壓強(qiáng)度可提高20%~30%,配制混凝土的水灰比可降低6%~8%,達(dá)到相同坍落度時(shí)的單位體積用水量可減少14%~30%,減水劑摻量可減少1/3,水泥早期水化熱可降低25%。
近2年我院就水泥顆粒形貌對(duì)水泥性能的影響研究表明,在水泥顆粒圓度系數(shù)由0.65提高到0.73時(shí),水泥用水量減少,水泥膠砂流動(dòng)度增大25%;相同流動(dòng)度下,W/C可減少8%,水泥28d和60d抗壓強(qiáng)度可提高20%以上;水泥粉體的堆積密度明顯提高;水化水泥石中的微孔增多,大孔減少;在相同W/C下,水泥抗壓強(qiáng)度28d約提高6MPa,60d約提高10MPa。
2.3 最佳堆積密度理論[4]
水泥顆粒的堆積密度對(duì)配制出的混凝土施工性、強(qiáng)度和耐久性有很大影響,水泥顆粒的堆積密度最佳時(shí),混凝土性能最好。
2.4 改進(jìn)粉磨工藝
1)磨機(jī)改造
我國(guó)大部分水泥企業(yè)目前使用的小規(guī)格磨機(jī)大多內(nèi)部結(jié)構(gòu)不合理,技術(shù)落后,效率低。在磨機(jī)改造中可使用史密斯公司的康必丹磨技術(shù)及其它各種新型襯板、隔倉(cāng)板和研磨體技術(shù)。研磨體級(jí)配和尾倉(cāng)的小型研磨體對(duì)于改善水泥顆粒分布和顆粒形貌具有重要作用。如合肥院高細(xì)磨水泥顆粒圓度系數(shù)可達(dá)0.70以上;沈陽(yáng)水泥機(jī)械研究所的磨機(jī)改造技術(shù),可明顯改善水泥的顆粒分布,提高圓度系數(shù)。
2)輥壓機(jī)(或立磨)與球磨機(jī)組合
采用輥壓機(jī)(或立磨)與球磨機(jī)聯(lián)合的粉磨工藝,可明顯改善水泥顆粒形貌,圓度系數(shù)可達(dá)0.58~0.73,水泥顆粒分布也很好。
3)采用高效選粉機(jī)的閉路磨
帶高效選粉機(jī)的閉路磨工藝,通過(guò)改變選粉機(jī)轉(zhuǎn)速、風(fēng)量等可按需要調(diào)整水泥的顆粒分布,而開(kāi)路磨及帶離心選粉機(jī)、旋風(fēng)選粉機(jī)的閉路磨要進(jìn)行這種調(diào)整就比較困難。
4)采用分別粉磨工藝
目前水泥企業(yè)大都是熟料與混合材一起混合粉磨,由于不同物料的易磨性差別很大,造成混合粉磨的許多問(wèn)題。而采用分別粉磨不但可以解決這些問(wèn)題,還可以根據(jù)熟料和混合材料細(xì)度的不同要求,制備出不同性能的水泥產(chǎn)品。
3 發(fā)揮混合材的作用
混合材料在水泥中主要起3個(gè)作用:一是活化效應(yīng),它與混合材料活性和細(xì)度有關(guān)。二是填料作用,它同水泥水化產(chǎn)物結(jié)合在一起,起骨架作用。三是最佳堆積密度效應(yīng),當(dāng)混合材料的粒徑很小時(shí),如<3μm,可以明顯提高水泥石的密實(shí)度,改善水泥混凝土性能,提高水泥混凝土的強(qiáng)度。
高性能混凝土的迅速發(fā)展,需要礦渣等細(xì)磨混合材料替代部分水泥,替代量可達(dá)水泥質(zhì)量的30%以上,細(xì)磨混合材料應(yīng)符合高強(qiáng)高性能混凝土用礦物外加劑國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)(GB/T 18736-2002)。
在水泥中多摻加一些混合材料生產(chǎn)出高質(zhì)量的水泥主要有如下途徑。
3.1 提高熟料粉磨細(xì)度
早在60年代,我院為了提高礦渣水泥的強(qiáng)度,將熟料比表面積磨制到450~550m2/kg,熟料顆粒<30μm含量達(dá)到80%以上,在礦渣摻加量為35%和45%的條件下,可以生產(chǎn)出早期和后期強(qiáng)度都很高的礦渣水泥。70~80年代,我院在研究沸石-石灰石水泥和粉煤灰-石灰石水泥中,將熟料比表面積磨制400m2/kg,<20μm含量達(dá)60%~70%時(shí),混合材摻量30%后,仍能生產(chǎn)出早期和后期強(qiáng)度都較高的優(yōu)質(zhì)水泥,并具有節(jié)能10%,增產(chǎn)水泥20%的效果。
3.2 提高礦渣的細(xì)度
1999年我院在制訂GB/T 18046-2000<用于水泥和混凝土中的?;郀t礦渣粉>的試驗(yàn)研究中發(fā)現(xiàn),將礦渣磨細(xì)到400~600m2/kg比表面積后,大量摻入到水泥中時(shí),不但不降低水泥強(qiáng)度,反而能大幅度提高水泥強(qiáng)度,見(jiàn)表7。
水泥樣品 | 礦渣微粉 | 28d抗壓強(qiáng)度/MPa | RISO/RGB | ||
---|---|---|---|---|---|
摻加量/% | 比表面積/(m2/kg) | RGB | RISO | ||
P·I | 0 | 54.3 | 53.5 | 0.99 | |
50 | 536 | 72.3 | 69.1 | 0.96 | |
P·O | 0 | 67.2 | 59.6 | 0.87 | |
50 | 536 | 69.6 | 66.1 | 0.95 |
3.3 提高粉煤灰細(xì)度
粉煤灰活性的特點(diǎn)是早期強(qiáng)度很低,后期強(qiáng)度很高,因此在通常細(xì)度的情況下,限制了粉煤灰混合材料的摻入量。如果將粉煤灰細(xì)磨,可明顯提高粉煤灰的早期活性,表8是江西同濟(jì)豐宇公司采用振動(dòng)磨細(xì)磨粉煤灰后的試驗(yàn)結(jié)果。
序號(hào) | 比表面積/(m2/kg) | 膠凝材料/% | 抗折強(qiáng)度/MPa | 抗壓強(qiáng)度/MPa | |||
---|---|---|---|---|---|---|---|
P·I | 粉煤灰 | 3d | 28d | 3d | 28d | ||
F0 | 100 | 0 | 6.3 | 9.0 | 33.0 | 57.0 | |
F1 | 466 | 70 | 30 | 5.2 | 8.1 | 25.5 | 54.2 |
F2 | 646 | 70 | 30 | 5.2 | 8.6 | 27.4 | 59.4 |
F3 | 700 | 70 | 30 | 5.6 | 9.5 | 29.0 | 63.6 |
4 提高水泥質(zhì)量的均勻性
水泥質(zhì)量的均勻性對(duì)于水泥的使用具有重要意義。我國(guó)預(yù)拌混凝土和集中攪拌的混凝土28d抗壓強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)偏差要求≤3.0~4.0MPa。水泥質(zhì)量的均勻性成為施工單位普遍關(guān)注的大問(wèn)題。當(dāng)前施工單位對(duì)水泥質(zhì)量均勻性不滿意主要集中在強(qiáng)度、用水量和凝結(jié)時(shí)間波動(dòng)太大上。我國(guó)實(shí)施水泥新標(biāo)準(zhǔn)后水泥質(zhì)量均勻性仍未得到解決。表9為北京市某工地現(xiàn)場(chǎng)使用的水泥28d抗壓強(qiáng)度的波動(dòng)情況。
類別 | P·O 32.5 | P·O 32.5R | P·O 42.5R |
---|---|---|---|
樣品數(shù) | 55 | 5 | 6 |
生產(chǎn)廠家 | 22 | 3 | 3 |
平均值/MPa | 48.6 | 51.4 | 56.2 |
標(biāo)準(zhǔn)偏差/MPa | 6.4 | 4.34 | 3.73 |
最大值/MPa | 61.2 | 55.8 | 61.8 |
最小值/MPa | 34.5 | 44.0 | 51.6 |
表10為北京市某預(yù)拌混凝土攪拌站使用同一個(gè)水泥廠同一品種(32.5等級(jí))的水泥標(biāo)準(zhǔn)稠度用水量和初凝時(shí)間的波動(dòng)情況。
水泥編號(hào) | 1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 |
---|---|---|---|---|---|---|
標(biāo)準(zhǔn)稠度用水量/% | 27 | 26 | 29 | 30 | 27 | 28 |
初凝時(shí)間/(h:min) | 2:00 | 1:20 | 1:10 | 2:55 | 1:30 | 2:40 |
施工單位對(duì)水泥質(zhì)量這么大的波動(dòng)意見(jiàn)很大,但很無(wú)奈,因?yàn)樗噘|(zhì)量都符合水泥標(biāo)準(zhǔn)要求。
水泥質(zhì)量的均勻性在水泥標(biāo)準(zhǔn)中并沒(méi)有規(guī)定,只在“水泥企業(yè)質(zhì)量管理規(guī)程”中對(duì)出廠水泥強(qiáng)度的均勻性提出了要求,即28d抗壓強(qiáng)度變異系數(shù)(Cv)目標(biāo)值不大于3.0%。
大型水泥企業(yè)都有完備的工藝設(shè)施和嚴(yán)格的內(nèi)部管理規(guī)程,而中小水泥企業(yè)無(wú)論在工藝設(shè)施和管理上都需大力加強(qiáng)。對(duì)后者提出如下途徑供參考:
1)建立大型的原燃材料堆場(chǎng),將足夠多的原燃材料進(jìn)行簡(jiǎn)易預(yù)均化處理。
2)建立大型熟料均化庫(kù)(場(chǎng)),特別是立窯生產(chǎn)廠,窯的單機(jī)產(chǎn)量低,質(zhì)量波動(dòng)大,尤為重要。
3)建立水泥聯(lián)合粉磨車間,將數(shù)個(gè)小型磨機(jī)的產(chǎn)品混合在一起進(jìn)行均化。
4)用Φ3.5m或Φ3.8m大磨機(jī)替代小磨機(jī)。
5 改善水泥與混凝土外加劑的適應(yīng)性
混凝土外加劑已經(jīng)成為混凝土中必不可少的第5組分,因此水泥與外加劑的適應(yīng)性就顯得十分重要。適應(yīng)性也稱為相容性,即將某種外加劑摻入某種水泥所配制的混凝土中,若能產(chǎn)生應(yīng)有的效果,認(rèn)為該水泥與這種外加劑適應(yīng)性好,否則認(rèn)為適應(yīng)性差。為判別水泥與外加劑適應(yīng)性好壞,Aitein等提出可用3個(gè)指標(biāo)來(lái)衡量:初始流動(dòng)性、飽和點(diǎn)和流動(dòng)性損失。初始流動(dòng)性是指水泥混凝土的流動(dòng)性能;飽和點(diǎn)是指流動(dòng)性不再明顯增大時(shí)的外加劑摻量值;流動(dòng)性損失是指在60~90min內(nèi)水泥混凝土流動(dòng)性保持狀況。水泥與外加劑適應(yīng)性好應(yīng)體現(xiàn)在初始流動(dòng)性大、有明確的飽和點(diǎn)和流動(dòng)性損失小。
適應(yīng)性檢測(cè)方法有多種,如混凝土坍落度法、砂漿流動(dòng)度法、漏斗法、水泥稠度法及凈漿流動(dòng)度法等。經(jīng)我院大量試驗(yàn)驗(yàn)證,認(rèn)為凈漿流動(dòng)度法簡(jiǎn)便易行,并能較好地反映適應(yīng)性狀況,因此建議水泥企業(yè)采用此方法。凈漿流動(dòng)度法是采用現(xiàn)行水泥凈漿攪拌機(jī)拌制水泥凈漿,W/C一般采用0.29,拌制時(shí)按需要加入一定量外加劑。拌制好的凈漿裝入錐模(上口Φ36mm下口Φ60mm,高60mm)中,錐模下放一塊足夠大的玻璃板,將模中凈漿用餐刀插動(dòng)后刮平,提取錐模,漿體流開(kāi),用直尺測(cè)量初始流動(dòng)度值。又根據(jù)不同外加劑摻量和不同時(shí)間間隔進(jìn)行多數(shù)檢測(cè),即得知是否有明確的飽和點(diǎn)和流動(dòng)度損失大小。
水泥與外加劑的適應(yīng)性既取決于外加劑品種和質(zhì)量,也取決于水泥品種和質(zhì)量。實(shí)施水泥新標(biāo)準(zhǔn)后,由于水泥生產(chǎn)工藝調(diào)整,水泥性能的變化,不少建筑施工單位對(duì)水泥與外加劑適應(yīng)性變差了提出意見(jiàn)。就水泥而言,影響適應(yīng)性的因素歸納起來(lái)有如下幾方面:
5.1 水泥熟料礦物組成
水泥熟料中C3S、C2S、C3A、C4AF對(duì)高效減水劑的吸附能力是不一樣的,其吸附順序?yàn)镃3A>C4AF>C3S>C2S,即鋁酸鹽礦物對(duì)高效減水劑的吸附能力大于硅酸鹽礦物。這是因?yàn)殇X酸鹽礦物在水泥水化初期其動(dòng)電電位是正值,能吸附較多的陰離子型高效減水劑,而硅酸鹽礦物在水泥水化初期其動(dòng)電電位是負(fù)值,吸附高效減水劑的能力較弱。因此,為了提高水泥與外加劑適應(yīng)性,應(yīng)提高熟料中的硅酸鹽礦物(C3S+C2S)含量,降低鋁酸鹽礦物,特別是C3A的含量。
5.2 石膏的形態(tài)和摻量
石膏是水泥的緩凝劑,石膏遇水后溶解為Ca2+,如果在水泥水化初期能抑制C3A水化速度,水泥和混凝土就可以得到所需的工作性能,因此水泥中硫酸鹽的數(shù)量和溶解度至關(guān)重要。不同形態(tài)石膏的溶解度不同:二水石膏為2.08g/L,α-半水石膏為6.20g/L,β-半水石膏為8.15g/L,可溶性無(wú)水石膏為6.30g/L,天然無(wú)水石膏為2.70g/L。
二水石膏應(yīng)用的最多,但它的溶解度不是最大的,因此控制好磨機(jī)溫度很重要:磨內(nèi)溫度適當(dāng)高,使部分二水石膏脫水為溶解度大的半水石膏適應(yīng)性好;磨內(nèi)溫度過(guò)高會(huì)形成大量半水石膏,導(dǎo)致假凝;磨內(nèi)溫度過(guò)低,半水石膏量少,會(huì)導(dǎo)致急凝。
5.3 水泥細(xì)度狀態(tài)
高效減水劑一般都是陰離子型高分子表面活性劑,而水泥顆粒表面一般帶正電,對(duì)陰離子表現(xiàn)出較強(qiáng)的親合力。在水泥和水后,減水劑迅速吸附在水泥顆粒表面,增大了水泥漿體的流動(dòng)性。因此水泥細(xì)度狀態(tài),如比表面積、顆粒分布、顆粒形貌等對(duì)減水劑與水泥適應(yīng)性影響很大。實(shí)施水泥新標(biāo)準(zhǔn)后,我國(guó)水泥細(xì)度普遍變細(xì),是造成適應(yīng)性變差的重要原因。在這種情況下如何提高適應(yīng)性,我院作了大量試驗(yàn)研究工作。
1)水泥比表面積適當(dāng)提高(如446m2/kg),外加劑飽和摻量增大,新拌混凝土的初始坍落度仍較大。水泥比表面積過(guò)高(如550m2/kg),即使加大外加劑摻量,混凝土的初始坍落度仍較小。隨水泥比面積的提高,混凝土lh后的坍落度損失增大。
2)在水泥比表面積相近(約300m2/kg)時(shí),水泥顆粒中<3μm含量對(duì)外加劑飽和摻量影響不大,但<3μm含量增多會(huì)加劇水泥漿體的流動(dòng)度損失。
3)水泥顆粒圓度系數(shù)由0.67提高到0.74時(shí),對(duì)減水劑飽和摻量影響不大,但可以提高水泥漿的流動(dòng)度和混凝土坍落度,坍落度損失減小。
5.4 混合材料
水泥中混合材料的種類、細(xì)度、顆粒形貌及摻量等對(duì)外加劑的吸附作用是有影響的。根據(jù)試驗(yàn)和實(shí)踐表明,減水劑對(duì)礦渣水泥和粉煤灰水泥的適應(yīng)性較好,而對(duì)火山灰、煤矸石、窯灰為混合材料的水泥適應(yīng)性較差。
5.5 水泥中的堿含量
隨著水泥中堿含量的增大,減水劑對(duì)水泥的塑化效果變差。堿含量的增大,還會(huì)導(dǎo)致混凝土的凝結(jié)時(shí)間縮短和坍落度損失變大。
5.6 水泥的陳放時(shí)間
水泥陳放時(shí)間越短,出磨溫度愈高,減水劑對(duì)水泥的塑化效果越差,減水率低,坍落度損失快。因此使用陳放時(shí)間稍長(zhǎng)的水泥有利于提高適應(yīng)性。
6 調(diào)整通用水泥品種
根據(jù)2002年6月全國(guó)抽樣調(diào)查,目前我國(guó)六大通用水泥產(chǎn)量的分布見(jiàn)表11。
硅酸鹽水泥(P·Ⅰ、 P·Ⅱ) | 普通水泥(P·O) | 礦渣水泥(P·S) | 粉煤灰水泥(P·F) | 火山灰水泥(P·P) | 復(fù)合水泥(P·C) |
4.4 | 78.4 | 14.9 | 0.5 | 0.2 | 1.4 |
由表11可以看出:
1)我國(guó)六大通用水泥產(chǎn)品結(jié)構(gòu)同90年代初期相比發(fā)生了很大變化,那時(shí)普通水泥約占50%,礦渣水泥約占35%,而目前普通水泥產(chǎn)量急增達(dá)78.4%,這種變化有市場(chǎng)需求驅(qū)動(dòng)的結(jié)果,也有一些企業(yè)把混合材摻量超過(guò)15%的水泥作為普通水泥銷售的結(jié)果。
2)國(guó)外發(fā)達(dá)國(guó)家通用水泥產(chǎn)量以波特蘭水泥(我國(guó)的硅酸鹽水泥)為主,而我國(guó)以普通水泥為主,硅酸鹽水泥產(chǎn)量太少,只有4.4%,這說(shuō)明我國(guó)六大通用水泥產(chǎn)品結(jié)構(gòu)不合理,有待調(diào)整。
如何調(diào)整我國(guó)六大通用水泥產(chǎn)品結(jié)構(gòu),我們提出如下建議:
?、俅罅Πl(fā)展硅酸鹽水泥,適應(yīng)重點(diǎn)工程和高強(qiáng)度高性能混凝土發(fā)展的需要。
?、谔岣咂胀ㄋ噘|(zhì)量檔次。各級(jí)水泥質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)機(jī)構(gòu)應(yīng)按GB/T 12960-1996<水泥組分的定量測(cè)定>方法,加大監(jiān)督檢驗(yàn)力度;建議取消普通水泥中32.5強(qiáng)度等級(jí)水泥。
?、坌麄?、發(fā)展粉煤灰水泥、復(fù)合水泥以及砌筑水泥等大量摻加混合材料水泥品種,為不同建筑工程提供廣泛選擇水泥品種的余地。
編輯:
監(jiān)督:0571-85871667
投稿:news@ccement.com