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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

2007-04-09 00:00

 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。

表1 不同窯型熟料典型率值
窯型 廠家 KH n P C3S C2S C3A C4AF
新型干法窯 北京水泥0.90 2.7 1.6 59 19 8 10
濕法窯 安陽(yáng)水泥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]。

表2 A礦尺寸大小對(duì)熟料活性的影響
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。

表3 水泥顆粒級(jí)配與水泥性能關(guān)系
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/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。

表4 法國(guó)水泥顆粒級(jí)配與性能
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

表6 水泥顆粒分布與水泥混凝土性能、粉磨工藝的大致關(guān)系
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。

表7 水泥中摻礦渣微粉對(duì)RISO與RGB的影響
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。

表8 細(xì)磨粉煤灰活性試驗(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。

表9 北京市某工地使用的普通水泥28d抗壓強(qiáng)度統(tǒng)計(jì)結(jié)果
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。

表10 某水泥廠32.5水泥用水量和初凝時(shí)間
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。

表11 我國(guó)六大通用水泥產(chǎn)量分布 %
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。

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2024-11-23 22:34:25