影響水泥標(biāo)準(zhǔn)稠度用水量的因素探討.doc

影響水泥標(biāo)準(zhǔn)稠度用水量的因素探討0引言 水泥標(biāo)準(zhǔn)稠度用水量的高低對(duì)混凝土的性能影響很大。如果水泥的標(biāo)準(zhǔn)稠度用水量大，為確?；炷恋氖┕ば阅芏哟笥盟?，則會(huì)降低混凝土強(qiáng)度，增加混凝土干縮產(chǎn)生裂紋的可能性，降低混凝土的抗?jié)B性和耐久性。因此，要配制高性能混凝土，不僅要求水泥的強(qiáng)度要高，同時(shí)也要求水泥的標(biāo)準(zhǔn)稠度用水量要低，水泥與減水劑的相容性要好。本文就影響水泥標(biāo)準(zhǔn)稠度用水量的因素和降低標(biāo)準(zhǔn)稠度用水量的措施進(jìn)行探討。1熟料的影響1.1熟料率值及礦物組成的影響根據(jù)資料介紹，熟料中4種主要礦物的標(biāo)準(zhǔn)稠度用水量由大到小的順序是:C3A、C4AF、C3S、C2S。筆者就同一立窯廠熟料的率值及礦物組成與熟料的標(biāo)準(zhǔn)稠度用水量進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，見(jiàn)表1。 表1 熟料的化學(xué)成分、率值、礦物組成及標(biāo)準(zhǔn)稠度用水量統(tǒng)計(jì) 編號(hào) 樣品數(shù)/個(gè) 化學(xué)成分/% 率值 礦物組成/% 標(biāo)準(zhǔn)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 從表1可以看出，編號(hào)A的熟料的標(biāo)準(zhǔn)稠度用水量最低，最理想。其礦物組成的特點(diǎn)是硅酸鹽礦物(C3S+C2S)含量高，C3A含量低。編號(hào)A和B的熟料的KH及n基本相同，其硅酸鹽礦物(C3S+C2S)基本一樣，而且編號(hào)B的C2S比編號(hào)A略高，但由于B的P比A高，其C3A的含量也高(超過(guò)10%)，導(dǎo)致B的標(biāo)準(zhǔn)稠度用水量比A高1.6%。C、D編號(hào)的熟料的標(biāo)準(zhǔn)稠度用水量較低。其硅酸鹽礦物的含量雖不及A、B編號(hào)的熟料高，但因其C3A的含量較低，故其標(biāo)準(zhǔn)稠度用水量比A略高，但比B卻低1.4%。編號(hào)E的熟料，其n與C基本相同，但其P較高，C3A的含量比C高1.9%，標(biāo)準(zhǔn)稠度用水量高0.8%。編號(hào)F的熟料n低、P高，硅酸鹽礦物含量較低，而C3A的含量高，故其標(biāo)準(zhǔn)稠度用水量最高。據(jù)用戶反映:用A、C、D熟料磨制的水泥各方面的性能較好，用B、F熟料磨制的水泥的施工性能不理想。配制相同強(qiáng)度的混凝土，要達(dá)到相同的塌落度，每立方米混凝土的用水量比較，用B熟料磨制的水泥比用A、C、D熟料磨制的水泥(水泥的品種和強(qiáng)度等級(jí)相同)要多用約6kg水，而F熟料磨制的水泥要多用約10kg水，由于用水量增加，為確保混凝土的強(qiáng)度，水泥的用量也要相應(yīng)增加，加重了混凝土的生產(chǎn)成本。B、F熟料磨制的水泥配制的混凝土的塌落度經(jīng)時(shí)損失大，與減水劑的相容性差，水泥和水的用量大，混凝土的干縮現(xiàn)象增加，抗?jié)B性和耐久性降低，養(yǎng)護(hù)條件要求高。表2是3家不同窯型水泥廠的熟料的礦物組成及標(biāo)準(zhǔn)稠度用水量的結(jié)果。從表2可以看出，3個(gè)廠中Z廠的熟料的標(biāo)準(zhǔn)稠度用水量最低，其次是X廠的，Y廠最高，這除了生產(chǎn)工藝(窯型)的影響外，與熟料礦物組成(主要是C3A含量)有很大關(guān)系。 表2 不同窯型熟料的化學(xué)成分、率值、礦物組成及標(biāo)準(zhǔn)稠度用水量比較 廠家 窯型 化學(xué)成分/% 率值 礦物組成/% 標(biāo)準(zhǔn)稠度用水量/% SiO2 Al2O3 Fe2O3 CaO MgO SO3 fCaO KH KH n P C3S C2S C3A C4AF X廠 預(yù)熱器窯 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廠 機(jī)立窯 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廠 窯外分解窯 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廠的熟料與X廠比較，X廠熟料的n高，其硅酸鹽礦物的總量高達(dá)77.15%，比Z廠高2.74%，但X廠的熟料的P也高，其C3A的含量比Z廠高3.08%，其標(biāo)準(zhǔn)稠度用水量比Z廠高0.8%。X廠的熟料與Y廠的熟料比較，雖然硅酸鹽礦物高5.61%，但C3A的含量也比Y廠高0.41%，其標(biāo)準(zhǔn)稠度用水量?jī)H比Y廠低0.2%。由此可見(jiàn):熟料中的硅酸鹽礦物總量越高，標(biāo)準(zhǔn)稠度用水量越低；熟料中的C3A含量越高，標(biāo)準(zhǔn)稠度用水量越高。就礦物組成對(duì)熟料的標(biāo)準(zhǔn)稠度用水量的影響而言，C3A的含量是影響標(biāo)準(zhǔn)稠度用水量的主要因素。要適當(dāng)提高熟料的n，提高硅酸鹽礦物的總量，特別是要降低熟料的P，以減少熟料中水化快、水化熱大的C3A含量，控制熟料中C3A含量不超過(guò)8%為宜，最好7%，SO3的含量1%以下(如Z廠)，以達(dá)到降低水泥標(biāo)準(zhǔn)稠度用水量，提高水泥與減水劑的相容性的目的。1.2熟料燒成質(zhì)量的影響表3是2種不同燒結(jié)情況的立窯熟料的標(biāo)準(zhǔn)稠度用水量的對(duì)比。雖然2種熟料的各率值很接近，但由于燒成質(zhì)量不同，其標(biāo)準(zhǔn)稠度用水量相差很大。 表3 不同煤燒成質(zhì)量的熟料的化學(xué)成分、率值、礦物組成及標(biāo)準(zhǔn)稠度用水量比較 熟料外觀 化學(xué)成分/% 率值 礦物組成/% 標(biāo)準(zhǔn)稠度用水量/% Loss SiO2 Al2O3 Fe2O3 CaO MgO SO3 fCaO KH KH n P C3S C2S C3A C4AF 黑色葡萄串狀料 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 散粒黃心輕燒料 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 散粒黃心的輕燒料由于燒失量高，生燒料中仍有部分碳沒(méi)有燃盡，碳對(duì)水的吸附作用顯著，造成熟料的標(biāo)準(zhǔn)稠度用水量增大；輕燒料中的fCaO高，而且這種fCaO是輕燒的，與水的反應(yīng)速度快，造成熟料的標(biāo)準(zhǔn)稠度用水量明顯增大。燒成溫度高、燒結(jié)好、冷卻快的葡萄串狀熟料，其燒失量和fCaO低，所以其標(biāo)準(zhǔn)稠度用水量也低。因此，一定要有較高的燒成溫度，而且要讓物料在燒成帶停留足夠時(shí)間，使燃料燃燒完全，物料反應(yīng)充分，礦物晶體發(fā)育完整，提高熟料燒成率，降低熟料的燒失量和fCaO。通過(guò)高溫煅燒、熟料急冷的途徑，使C3S固溶部分Al2O3、Fe2O3，減少熟料中C3A的形成，或使C3A以玻璃體的形態(tài)存在，減少二次fCaO的產(chǎn)生，以達(dá)到降低熟料標(biāo)準(zhǔn)稠度用水量的目的。2水泥比表面積的影響表4是通過(guò)小磨試驗(yàn)測(cè)得比表面積對(duì)水泥物理性能的影響結(jié)果。從A1、A2、A3和A4的情況可以看出，水泥的配比相同，隨著比表面積的增加，水泥的標(biāo)準(zhǔn)稠度用水量增加，凝結(jié)時(shí)間縮短，強(qiáng)度增加。但如果比表面積過(guò)大而引起水泥的標(biāo)準(zhǔn)稠度用水量過(guò)大，則對(duì)混凝土的性能不利。提高水泥的比表面積不僅使水泥的標(biāo)準(zhǔn)稠度用水量增加，而且使粉磨電耗增加。因此，在實(shí)際生產(chǎn)中，要合理控制水泥的比表面積，既要考慮水泥的強(qiáng)度，又要考慮水泥的標(biāo)準(zhǔn)稠度用水量和生產(chǎn)成本，比表面積控制在350400m2/kg比較理想。有條件的廠家，最好能定期做水泥顆粒級(jí)配的檢測(cè)，選擇合適的水泥顆粒級(jí)配，不要滿足于以水泥的細(xì)度來(lái)控制指導(dǎo)生產(chǎn)，因?yàn)榧?xì)度(80m方孔篩篩余量)相同的情況下，有時(shí)水泥的比表面積和顆粒級(jí)配相差卻很遠(yuǎn)。 表4 混合材摻入量與標(biāo)準(zhǔn)稠度用水量的關(guān)系 編號(hào) 配方/% 粉磨時(shí)間/min 80m方孔篩篩余/% 比表面積/(m2/kg) 標(biāo)準(zhǔn)稠度用水量/% 凝結(jié)時(shí)間/(h:min) 抗折強(qiáng)度/MPa 抗壓強(qiáng)度/MPa 熟料 混合材 石膏 初凝 終凝 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混合材的種類及摻入量的影響1)使用優(yōu)質(zhì)的混合材，如礦渣、優(yōu)質(zhì)粉煤灰等磨制的水泥的標(biāo)準(zhǔn)稠度用水量較低；摻燒煤矸石、燒粘土或燒失量較高的粉煤灰磨制的水泥的標(biāo)準(zhǔn)稠度用水量較高；用適量的石灰石作混合材對(duì)降低標(biāo)準(zhǔn)稠度用水量和改善混凝土的施工性能有利。2)在混合材品質(zhì)相同的情況下，混合材的摻入量越大，水泥的標(biāo)準(zhǔn)稠度用水量越高。從表4中的A4和A5可以看出，A5比A4多摻10%的混合材，其標(biāo)準(zhǔn)稠度用水量升高了1.2%。有的企業(yè)采用多摻混合材和提高水泥比表面積的方式生產(chǎn)水泥，雖然水泥達(dá)到了相應(yīng)的強(qiáng)度等級(jí)，甚至強(qiáng)度較高，如A5比A1多摻10%的混合材，但A5的比表面積比A1高214m2/kg，其抗壓強(qiáng)度比A1高得多，然而，由于A5這種水泥的標(biāo)準(zhǔn)稠度用水量高(比A1高1.8%)，用其配制的混凝土的性能卻不理想。4石膏的影響石膏作為水泥中不可缺少的組分之一，其主要作用是緩凝和激發(fā)水泥的強(qiáng)度。石膏的形態(tài)、品位等級(jí)不僅對(duì)水泥的凝結(jié)時(shí)間和強(qiáng)度有較大的影響，而且對(duì)水泥的標(biāo)準(zhǔn)稠度用水量也有較大的影響。2種不同的石膏(S和H)的化學(xué)成分見(jiàn)表5。用相同的熟料和混合材，S1用S石膏，H1和H2用H石膏，用試驗(yàn)小磨在粉磨條件相同的情況下磨制的水泥的試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表6。 表5 2種石膏的化學(xué)成分對(duì)比 項(xiàng)目 結(jié)晶水 SO3 CaSO4 CaSO42H2O 品位等級(jí) S石膏 12.75 33.34 8.51 60.93 三級(jí) H石膏 16.35 40.85 7.69 78.13 一級(jí)表6 不同石膏磨制的水泥性能對(duì)比 編號(hào) 配方/% SO3/% 80m方孔篩篩余/% 比表面積/(m2/kg) 標(biāo)準(zhǔn)稠度用水量/% 凝結(jié)時(shí)間/(h:min) 抗折強(qiáng)度/MPa 抗壓強(qiáng)度/MPa 熟料 混合材 石膏 初凝 終凝 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，特別是CaSO42H2O的相對(duì)含量高。由表6可以看出，H石膏對(duì)水泥的緩凝作用和強(qiáng)度激發(fā)作用比S石膏明顯，相同配比的水泥H1比S1的凝結(jié)時(shí)間慢1h多，但3d和28d強(qiáng)度都是H1比S1高；相同SO3含量的水泥H2比S1的凝結(jié)時(shí)間約慢0.5h，H2的強(qiáng)度也比S1高。H石膏配制的水泥的標(biāo)準(zhǔn)稠度用水量比S石膏配制的水泥的標(biāo)準(zhǔn)稠度用水量低。無(wú)論是配比相同的H1，還是SO3含量相同的H2的標(biāo)準(zhǔn)稠度用水量均比S1低0.6%。石膏的形態(tài)、品位、摻量對(duì)水泥的標(biāo)準(zhǔn)稠度用水量、流變性能、強(qiáng)度、收縮性能以及與減水劑的相容性有較大的影響。5其它因素的影響5.1水泥顆粒形貌的影響水泥顆粒越近似球形，顆粒間的摩擦越小，水泥的標(biāo)準(zhǔn)稠度用水量越低，而強(qiáng)度越高。水泥顆粒的球形度越大，拌制的混凝土產(chǎn)生“滾珠效應(yīng)”，使混凝土的流動(dòng)性提高，而用水量減少，從而可提高混凝土的強(qiáng)度和耐久性。水泥顆粒的球形度與研磨體的形狀有較大關(guān)系，細(xì)磨倉(cāng)用鋼段做研磨體，粉磨時(shí)物料和研磨體間線接觸較明顯，其粉磨出來(lái)的水泥顆粒呈條狀和柱狀的較多，水泥的標(biāo)準(zhǔn)稠度用水量較高；而細(xì)磨倉(cāng)用小鋼球作研磨體，粉磨時(shí)物料和研磨體間的點(diǎn)接觸較為明顯，其粉磨出來(lái)的水泥顆粒呈球形或橢球形的較多，其水泥的標(biāo)準(zhǔn)稠度