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影响水泥标准稠度用水量的因素探讨

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2018-03-28 11:29:41 保护色:默认白 牵牛紫 苹果绿 沙漠黄 玫瑰红 字体:小字 中字 大字 点击数:0

摘要:0 引言
  水泥标准稠度用水量的高低对混凝土的性能影响很大。如果水泥的标准稠度用水量大,为确保混凝土的施工性能而加大用水量,则会降低混凝土强度,增加混凝土干缩产生裂纹的可能性,降低混凝土的抗渗性和耐久性。因此,

0 引言
  水泥标准稠度用水量的高低对混凝土的性能影响很大。如果水泥的标准稠度用水量大,为确保混凝土的施工性能而加大用水量,则会降低混凝土强度,增加混凝土干缩产生裂纹的可能性,降低混凝土的抗渗性和耐久性。因此,要配制高性能混凝土,不仅要求水泥的强度要高,同时也要求水泥的标准稠度用水量要低,水泥与减水剂的相容性要好。本文就影响水泥标准稠度用水量的因素和降低标准稠度用水量的措施进行探讨。
1 熟料的影响
  
1.1 熟料率值及矿物组成的影响
根据资料介绍,熟料中4种主要矿物的标准稠度用水量由大到小的顺序是:C3A、C4AF、C3S、C2S。笔者就同一立窑厂熟料的率值及矿物组成与熟料的标准稠度用水量进行统计,见表1。
表1 熟料的化学成分、率值、矿物组成及标准稠度用水量统计
编号 样品数/个 化学成分/% 率值 矿物组成/% 标准稠度用水量/%
SiO2 Al2O3 Fe2O3 CaO MgO SO3 fCaO KH KH n P C3S C2S C3A C4AF
A 39 20.83 5.64 4.66 64.96 0.96 0.98 2.08 0.914 0.879 2.02 1.21 50.3 22.1 7.1 14.2 23.6
B 50 20.90 6.45 4.00 65.47 0.86 0.89 1.82 0.902 0.871 2.00 1.61 48.6 23.5 10.3 12.2 25.2
C 185 20.76 5.96 4.98 65.03 0.92 1.03 2.06 0.907 0.869 1.90 1.20 48.4 23.3 7.4 15.1 23.8
D 126 20.50 6.15 5.23 64.88 1.02 0.92 1.76 0.910 0.880 1.80 1.18 49.7 21.6 7.5 15.9 23.8
E 56 20.15 6.30 4.36 64.66 1.00 0.80 1.90 0.925 0.891 1.89 1.44 51.5 19.2 9.3 13.3 24.6
F 62 19.66 6.95 4.56 64.53 0.88 0.95 1.80 0.923 0.890 1.71 1.52 50.0 18.9 10.7 13.9 25.8
  从表1可以看出,编号A的熟料的标准稠度用水量最低,最理想。其矿物组成的特点是硅酸盐矿物(C3S+C2S)含量高,C3A含量低。
编号A和B的熟料的KH及n基本相同,其硅酸盐矿物(C3S+C2S)基本一样,而且编号B的C2S比编号A略高,但由于B的P比A高,其C3A的含量也高(超过10%),导致B的标准稠度用水量比A高1.6%。
C、D编号的熟料的标准稠度用水量较低。其硅酸盐矿物的含量虽不及A、B编号的熟料高,但因其C3A的含量较低,故其标准稠度用水量比A略高,但比B却低1.4%。
编号E的熟料,其n与C基本相同,但其P较高,C3A的含量比C高1.9%,标准稠度用水量高0.8%。
编号F的熟料n低、P高,硅酸盐矿物含量较低,而C3A的含量高,故其标准稠度用水量最高。
据用户反映:用A、C、D熟料磨制的水泥各方面的性能较好,用B、F熟料磨制的水泥的施工性能不理想。配制相同强度的混凝土,要达到相同的塌落度,每立方米混凝土的用水量比较,用B熟料磨制的水泥比用A、C、D熟料磨制的水泥(水泥的品种和强度等级相同)要多用约6kg水,而F熟料磨制的水泥要多用约10kg水,由于用水量增加,为确保混凝土的强度,水泥的用量也要相应增加,加重了混凝土的生产成本。B、F熟料磨制的水泥配制的混凝土的塌落度经时损失大,与减水剂的相容性差,水泥和水的用量大,混凝土的干缩现象增加,抗渗性和耐久性降低,养护条件要求高。
表2是3家不同窑型水泥厂的熟料的矿物组成及标准稠度用水量的结果。从表2可以看出,3个厂中Z厂的熟料的标准稠度用水量最低,其次是X厂的,Y厂最高,这除了生产工艺(窑型)的影响外,与熟料矿物组成(主要是C3A含量)有很大关系。
表2 不同窑型熟料的化学成分、率值、矿物组成及标准稠度用水量比较
厂家 窑型 化学成分/% 率值 矿物组成/% 标准稠度用水量/%
SiO2 Al2O3 Fe2O3 CaO MgO SO3 fCaO KH KH n P C3S C2S C3A C4AF
X厂 预热器窑 21.91 5.17 3.47 66.03 0.89 1.41 0.35 0.901 0.896 2.54 1.49 57.08 20.07 7.84 10.55 23.8
Y厂 机立窑 20.55 5.82 4.73 64.72 0.96 1.10 1.96 0.916 0.882 1.95 1.23 50.24 21.30 7.43 14.38 24.0
Z厂 窑外分解窑 20.88 5.06 5.12 64.83 1.23 0.92 0.81 0.924 0.911 2.05 0.99 57.93 16.48 4.76 15.56 23.0
  Z厂的熟料与X厂比较,X厂熟料的n高,其硅酸盐矿物的总量高达77.15%,比Z厂高2.74%,但X厂的熟料的P也高,其C3A的含量比Z厂高3.08%,其标准稠度用水量比Z厂高0.8%。
X厂的熟料与Y厂的熟料比较,虽然硅酸盐矿物高5.61%,但C3A的含量也比Y厂高0.41%,其标准稠度用水量仅比Y厂低0.2%。
由此可见:熟料中的硅酸盐矿物总量越高,标准稠度用水量越低;熟料中的C3A含量越高,标准稠度用水量越高。就矿物组成对熟料的标准稠度用水量的影响而言,C3A的含量是影响标准稠度用水量的主要因素。
要适当提高熟料的n,提高硅酸盐矿物的总量,特别是要降低熟料的P,以减少熟料中水化快、水化热大的C3A含量,控制熟料中C3A含量不超过8%为宜,最好<7%,SO3的含量1%以下(如Z厂),以达到降低水泥标准稠度用水量,提高水泥与减水剂的相容性的目的。
1.2 熟料烧成质量的影响
表3是2种不同烧结情况的立窑熟料的标准稠度用水量的对比。虽然2种熟料的各率值很接近,但由于烧成质量不同,其标准稠度用水量相差很大。
表3 不同煤烧成质量的熟料的化学成分、率值、矿物组成及标准稠度用水量比较
熟料外观 化学成分/% 率值 矿物组成/% 标准稠度用水量/%
Loss SiO2 Al2O3 Fe2O3 CaO MgO SO3 fCaO KH KH n P C3S C2S C3A C4AF
黑色葡萄串状料 0.25 20.78 5.88 4.85 65.22 0.96 0.98 1.36 0.913 0.890 1.94 1.21 52.75 20.08 7.38 14.74 23.8
散粒黄心轻烧料 3.22 20.06 5.73 4.82 62.93 1.03 0.95 3.82 0.910 0.842 1.90 1.19 40.02 27.55 7.04 14.65 26.6
  散粒黄心的轻烧料由于烧失量高,生烧料中仍有部分碳没有燃尽,碳对水的吸附作用显著,造成熟料的标准稠度用水量增大;轻烧料中的fCaO高,而且这种fCaO是轻烧的,与水的反应速度快,造成熟料的标准稠度用水量明显增大。
烧成温度高、烧结好、冷却快的葡萄串状熟料,其烧失量和fCaO低,所以其标准稠度用水量也低。
因此,一定要有较高的烧成温度,而且要让物料在烧成带停留足够时间,使燃料燃烧完全,物料反应充分,矿物晶体发育完整,提高熟料烧成率,降低熟料的烧失量和fCaO。通过高温煅烧、熟料急冷的途径,使C3S固溶部分Al2O3、Fe2O3,减少熟料中C3A的形成,或使C3A以玻璃体的形态存在,减少二次fCaO的产生,以达到降低熟料标准稠度用水量的目的。
2 水泥比表面积的影响
  表4是通过小磨试验测得比表面积对水泥物理性能的影响结果。从A1、A2、A3和A4的情况可以看出,水泥的配比相同,随着比表面积的增加,水泥的标准稠度用水量增加,凝结时间缩短,强度增加。但如果比表面积过大而引起水泥的标准稠度用水量过大,则对混凝土的性能不利。提高水泥的比表面积不仅使水泥的标准稠度用水量增加,而且使粉磨电耗增加。因此,在实际生产中,要合理控制水泥的比表面积,既要考虑水泥的强度,又要考虑水泥的标准稠度用水量和生产成本,比表面积控制在350~400m2/kg比较理想。有条件的厂家,最好能定期做水泥颗粒级配的检测,选择合适的水泥颗粒级配,不要满足于以水泥的细度来控制指导生产,因为细度(80μm方孔筛筛余量)相同的情况下,有时水泥的比表面积和颗粒级配相差却很远。
表4 混合材掺入量与标准稠度用水量的关系
编号 配方/% 粉磨
时间
/min
80μm方孔
筛筛余/%
比表面积
/(m2/kg)
标准稠度
用水量/%
凝结时间
/(h:min)
抗折强度
/MPa
抗压强度
/MPa
熟料 混合材 石膏 初凝 终凝 3d 28d 3d 28d
A1 83.0 12.5 4.5 20 2.7 345 26.0 3:30 4:35 4.3 7.6 20.2 39.4
A2 83.0 12.5 4.5 23 2.6 428 26.2 3:20 4:28 5.3 7.7 25.0 44.8
A3 83.0 12.5 4.5 25 2.4 457 26.4 3:18 4:16 5.7 7.8 27.3 46.7
A4 83.0 12.5 4.5 30 2.2 532 26.6 2:55 3:45 5.7 7.9 28.1 48.2
A5 73.0 22.5 4.5 30 2.0 559 27.8 2:59 4:14 5.2 7.8 24.7 46.4
3 混合材的种类及掺入量的影响
  1)使用优质的混合材,如矿渣、优质粉煤灰等磨制的水泥的标准稠度用水量较低;掺烧煤矸石、烧粘土或烧失量较高的粉煤灰磨制的水泥的标准稠度用水量较高;用适量的石灰石作混合材对降低标准稠度用水量和改善混凝土的施工性能有利。
2)在混合材品质相同的情况下,混合材的掺入量越大,水泥的标准稠度用水量越高。从表4中的A4和A5可以看出,A5比A4多掺10%的混合材,其标准稠度用水量升高了1.2%。
有的企业采用多掺混合材和提高水泥比表面积的方式生产水泥,虽然水泥达到了相应的强度等级,甚至强度较高,如A5比A1多掺10%的混合材,但A5的比表面积比A1高214m2/kg,其抗压强度比A1高得多,然而,由于A5这种水泥的标准稠度用水量高(比A1高1.8%),用其配制的混凝土的性能却不理想。
4 石膏的影响
  石膏作为水泥中不可缺少的组分之一,其主要作用是缓凝和激发水泥的强度。石膏的形态、品位等级不仅对水泥的凝结时间和强度有较大的影响,而且对水泥的标准稠度用水量也有较大的影响。
2种不同的石膏(S和H)的化学成分见表5。用相同的熟料和混合材,S1用S石膏,H1和H2用H石膏,用试验小磨在粉磨条件相同的情况下磨制的水泥的试验结果见表6。
表5 2种石膏的化学成分对比
项目 结晶水 SO3 CaSO4 CaSO4·2H2O 品位等级
S石膏 12.75 33.34 8.51 60.93 三级
H石膏 16.35 40.85 7.69 78.13 一级
表6 不同石膏磨制的水泥性能对比
编号 配方/% SO3
/%
80μm方孔
筛筛余/%
比表面积
/(m2/kg)
标准稠度
用水量/%
凝结时间
/(h:min)
抗折强度
/MPa
抗压强度
/MPa
熟料 混合材 石膏 初凝 终凝 3d 28d 3d 28d
S1 82.5 13.5 4.0 2.24 3.2 438 26.6 2:57 4:18 4.8 7.7 24.4 45.5
H1 82.5 13.5 4.0 2.45 3.0 442 26.0 4:04 5:50 5.0 7.8 25.9 47.9
H2 82.5 14.0 3.5 2.25 3.0 440 26.0 3:35 4:46 5.2 7.8 25.5 47.3
  由表5可以看出,H石膏比S石膏的品位高,特别是CaSO4·2H2O的相对含量高。
由表6可以看出,H石膏对水泥的缓凝作用和强度激发作用比S石膏明显,相同配比的水泥H1比S1的凝结时间慢1h多,但3d和28d强度都是H1比S1高;相同SO3含量的水泥H2比S1的凝结时间约慢0.5h,H2的强度也比S1高。
H石膏配制的水泥的标准稠度用水量比S石膏配制的水泥的标准稠度用水量低。无论是配比相同的H1,还是SO3含量相同的H2的标准稠度用水量均比S1低0.6%。
石膏的形态、品位、掺量对水泥的标准稠度用水量、流变性能、强度、收缩性能以及与减水剂的相容性有较大的影响。
5 其它因素的影响
  
5.1 水泥颗粒形貌的影响
水泥颗粒越近似球形,颗粒间的摩擦越小,水泥的标准稠度用水量越低,而强度越高。水泥颗粒的球形度越大,拌制的混凝土产生“滚珠效应”,使混凝土的流动性提高,而用水量减少,从而可提高混凝土的强度和耐久性。
水泥颗粒的球形度与研磨体的形状有较大关系,细磨仓用钢段做研磨体,粉磨时物料和研磨体间线接触较明显,其粉磨出来的水泥颗粒呈条状和柱状的较多,水泥的标准稠度用水量较高;而细磨仓用小钢球作研磨体,粉磨时物料和研磨体间的点接触较为明显,其粉磨出来的水泥颗粒呈球形或椭球形的较多,其水泥的标准稠度用水量较低。我们将Φ2.2m×6.5m水泥磨的二仓由过去用钢段改为用小钢球作研磨体后,其它条件不变,而粉磨出来的水泥的标准稠度用水量约下降0.4%,28d抗压强度约提高2MPa。
5.2 水泥温度的影响
水泥的温度过高,可能会引起石膏的脱水,使水泥的标准稠度用水量升高。因此,要加强对熟料的冷却,降低入磨熟料的温度,也可以用一些含有适量水分的湿粉煤灰或湿矿渣作混合材,其带入的水分在粉磨过程中吸收热量而蒸发,能起到磨内喷水的作用,有利于降低出磨水泥的温度。所以,水泥厂应有足够的水泥库容,使水泥(特别是散装水泥)出厂前能得到充分降温,以免影响其使用性能。
6 结论
  1)熟料中的硅酸盐矿物总量越高,标准稠度用水量越低;熟料中的C3A等水化快的速凝矿物越高,标准稠度用水量越高,而其含量是影响标准稠度用水量的主要因素。烧成温度高、冷却速度快、烧失量低、fCaO低的熟料的标准稠度用水量低。
2)水泥的筛余值愈小、比表面积越大,则水泥的标准稠度用水量越大,实际生产中控制水泥的比表面积在350~400m2/kg比较合适。用小钢球作细磨仓研磨体粉磨的水泥颗粒球形度较好,水泥的标准稠度用水量较低。
3)用高温淬冷、玻璃体含量多的矿渣、粉煤灰等优质混合材或石灰石作混合材,水泥的标准稠度用水量低,而用烧煤矸石、烧粘土作混合材,水泥的标准稠度用水量高;混合材的掺入量越大,水泥的标准稠度用水量越高。

  4)用高品位的石膏配制的水泥的标准稠度用水量低。 

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