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水泥高品质化的十项技术措施

分类:
行业动态
作者:
来源:
广东省硅酸盐学会
2016/02/25 10:33
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   1、调整熟料的矿物组成
 
    水泥熟料是生产水泥的基础材料。从不同的要求出发啊,水泥熟料应具有不同的矿物组成。
 
    从与减水剂形容性来看,C3A吸附减水剂的能力最强,其次是C4AF,C3S与C2S对减水剂的吸附较少,应减少C3A和C4AF的含量。从开裂性来看,随着C3S含量增加,水泥的抗压强度比抗折强度更快地增大,抗裂性变差。从水化热来看,C3A、C4AF水化热最高。从干燥收缩性来看,C3A的收缩是其他矿物的3~6倍。而对于这些性能影响最小的C2S。
 
    因此,为改善水泥的性能,应减少C3A和C3S的量,提高C2S的量。但如此一来,水泥的强度无法发挥,同时也造成熟料的烧成困难等问题。而根据研究和实践,降低熟料中的C3A含量,对改善水泥和减水剂的相容性作用有限。文柏贞利用高温煅烧、快烧以及快冷等手段,制备了C3A含量在1.95%~9.85%之间波动、C3A+C4AF含量在16.08%~19.98%之间波动的熟料,而用此熟料制成水泥的净浆流动度并没有大的变化。
 
    根据笔者的试验研究并结合文献资料,建议在熟料煅烧装备、工艺、原材料确定下来后,不要轻易改变熟料的率值去满足某些性能的需求,这样做的成本极高、且效果不一定能达到。同时,改变熟料的矿物组成只是改变水泥性能的途径之一,还有其他更为经济有效的方法,及硫酸盐饱和程度的控制。控制此参数不应改变熟料的配料、烧成制度、只需控制进厂原燃料的成分即可,简便易行。
 
    硫酸盐饱和程度SD=SO3/(1.292Na2O+0.85K20),在熟料煅烧过程中,碱首先与氯化合成氯化碱,氯化碱大部分在窑的高温带挥发进入气相,少量随熟料一起出窑。其次碱SO3与化合成硫酸碱。当SO3数量相对于碱不足时,有部分碱固溶于熟料矿物中,主要是进入C3A;当有足够的SO3时碱很少存在于C3A中。含有碱的C3A具有更高的活性,对水泥与减水剂相容性更加不利。因此控制熟料的硫碱比可以控制碱在熟料中的存在形式,从而影响水泥与减水剂的相容性。因此,有资料建议SD的最佳值为0.4~0.6。
 
    2、控制熟料的烧成温度及烧成速度
 
    根据研究,高温烧成的熟料与低温烧成的熟料表现出的性能不同,高温快烧的熟料硅酸盐矿物固溶较多其他组分,如C3S固溶AI2O3、Fe2O3、MgO等形成A矿,这增加了A矿的含量及内能,提高了水化活性,并使C3A和C4AF含量较少,其固溶量随温度的升高及烧成速度的加快而增大,故高温快烧的熟料A矿发育良好、尺寸适中、边棱清晰,水泥强度较高,与外加剂相容性好。
 
    3、加强熟料的冷却
 
    熟料在较高温度阶段的快速冷却有利于A矿保持细小并发育完整晶型,减少C2S粉化,硅酸盐矿物活性较高,溶剂矿物多以玻璃体存在,大量较少C3A和C4AF的析晶。因而对于快冷熟料,即使C3A含量较高,由于大部分以玻璃体存在,所磨制的仍水泥与外加剂相容性好、凝结时间正常、强度较高。
 
    4、选择适宜的石膏种类
 
    在水泥用缓凝剂石膏中,我国在1999版的六大水泥标准中规定石膏为二水石膏或硬石膏。在减水剂大量使用之后,由于硬石膏在使用木钙、糖钙减水剂时强烈吸附磺酸盐,降低了硬石膏的SO42-溶出,极易造成急凝现象。因此,在GB175-2007《通用硅酸盐水泥》标准中,将其取消,代之以混合石膏,不鼓励单独使用硬石膏。
 
    5、适当提高水泥的石膏掺量
 
    普遍来说,目前我国水泥中的含SO3量偏低,基本在2%左右。而适当提高水泥中SO3含量有利于提高水泥与减水剂相容性。张大康曾将某厂水泥中SO3控制目标值从2.0%提高到2.8%,按GB/T 8077-2000检验的水泥净浆流动度由165mm增加到187mm,水泥与减水剂相容性明显改善。
 
    6、控制出磨水泥温度
 
    当二水石膏部分脱水形成α-半水石膏、β-半水石膏、甚至可溶性无水石膏后,其溶解度比二水石膏提高了3~4倍。因此,二水石膏的半水化利于改善水泥砂浆的流动度、改善水泥与减水剂的相容性。
 
    使用二水石膏,在水泥粉磨过程中控制磨内水泥的温度(实际上可以方便测量的是出磨水泥的温度),可以控制半水石膏和硬石膏的数量。水泥的粉磨温度主要与入磨熟料温度、磨机通风量和磨机的大小有关,最有效的控制粉磨温度的措施是在磨内喷水(以喷水量的多少来控制)。因此,张大康建议水泥的出磨温度控制在120~125℃,以保证水泥中存在一定量的α-半水石膏、β-半水石膏、可溶性无水石膏,改善水泥减水剂的相容性。
 
    7、合理选用混合材料
 
    根据前面的介绍,水泥利用混合材料,可以改善水泥的某些性能,但不同混合材料对水泥的性能影响也不同,因此,应根据用户对水泥性能的需求,合理选用不同的混合材料进行性能调整。如在使用性能上,矿渣可以大幅度改善水泥浆体的流变性能,而火山灰材料则能提高水泥浆体的塑性黏度从而提高浆体的稳定性;而在力学性能上,活性混合材料能提供强劲的后期强度增长,利于水泥混凝土的耐久性。
 
    同时,充分利用混合材料的不同易磨性,通过选择性粉磨实现水泥组成的合理分布。合理的混合材料组合,即水泥组分中既有坚硬耐磨的材料,又有软性易磨性材料,避免熟料被微粉化,从而改善水泥的性能。
 
    8、优化水泥的颗粒分布和组成
 
    水泥颗粒堆积越紧密,在一定用水量下,游离水就相应的增多,流动性能增加,需要的减水剂用水量就相应增多,流动性能增加,需要的减水剂用量就相应减少,水泥与减水剂的相容性就好,反之则变差。
 
    对于合理的水泥颗粒分布,乔龄山介绍了早期和现代对水泥最佳颗粒分布的认识,同时着重介绍了最佳堆积密度的理想筛析曲线——Fuller曲线。在德国水泥协会发表的专题研究报告中就将其用作水泥颗粒分布的理想筛析曲线,并依此对水泥、砂浆及混凝土进行评价。该筛析曲线具有较宽的颗粒分布,以及较多的微粉和粗颗粒,适用于大掺量、多品种混合材料的水泥。
 
    9、控制水泥强度的发展
 
    高强是世界水泥工业发展的潮流,因为生产同一等级的混凝土高强度等级的水泥用量少。早强有利于缩短混凝土施工周期,加快模板周转从而加快建设速度。但早期强度太高则水泥水化快,水化热集中于早期释放,易产生较大的温度应变而出现裂缝,对耐久性不利。因此应对水泥的1d强度适当进行控制。其控制依据是混凝土12h的强度为3~6MPa,只有12h强度超过6MPa,就用更多粉煤灰取代水泥(德国要求),或1d强度不大于1MPa。
 
    10、控制水泥中的碱含量
 
    过多的碱使水泥快凝,标准稠度用水量增大,虽然能提高1d、3d强度,但降低28d强度。它还能与活性集料起碱集料反应,引起混凝土开裂。这些大家都很熟悉,但对碱使混凝土干燥收缩大和易开裂的影响认识不足。Burrows认为,碱是影响混凝土抗裂性能的最重要因素。碱不但增大混凝土的收缩率,即使水泥的水化速率和自由收缩值相同,碱也使混泥土的抗裂性能明显下降。低碱水泥具有良好的抗开裂性能,特别是当碱当量低于0.6%时,抗裂性大幅度提高。
 
    据乔龄山报道,德国“道路建筑通函”18/1998(ARS18/1998)规定,用于高速公路的混凝土路面的水泥“总碱含量[w(Na2O)+0.658w(K2O)]≤0.84%”,“最近又将使用CEM Ⅰ和CEMⅡ/A类水泥时的总碱含量[w(Na2O)+0.658w(K2O)]降为≤0.80%”。
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