水泥化學(xué)成分與用水量

引言水泥標(biāo)準(zhǔn)稠度用水量的高低對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:&A、GAF、C3S、C：So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，見表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)計率值化學(xué)成分念率值數(shù)/SiAl：數(shù)/SiAl：Fe：號CaO個0：0：03樣品編SCKHg03aKH00標(biāo)準(zhǔn)稠G C： a C.A 度用水PS S A F量/W002252200.0.75.4. ?002252200.0.75.4. ?..?1.02 14..864.969187.6466 9900 21.. 23491688231A3923.60012421206.4....0.0..1.83012..9450065.478889087061...20692210653B5025.2205.4.0.1.2.0.0.1.1.4823715.185.7969865.039009086920...1623679043464.881 0 1 0. 0. 1 1. 4 2 7 15.23.8D126 20 6. 5.23.8.51523?.?9188.1891?90097008?.5226076101151206.4.?.?0.0..1.19913.E56?1303664.660899289844?.?350005195230011511196.4.?.?0.0..1.08013.F62?6955664.538989289752?.?9685030109724.625.8從表1可以看出，編號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+C=S）含量高，GA含量低。編號A和B的熟料的KH及n基本相同，其硅酸鹽礦物（C3S+C：S）基本一樣，而且編號?B的US比編號A略高，但由于B的P比A高，其GA的含量也高（超過10%）,導(dǎo)致B的標(biāo)準(zhǔn)稠度用水量比A高1.6%。C、D編號的熟料的標(biāo)準(zhǔn)稠度用水量較低。其硅酸鹽礦物的含量雖不及A、B編號的熟料高，但因其C’A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E的熟料，其n與C基本相同，但其P較高，（:姐的含量比C高1.9%,標(biāo)準(zhǔn)稠度用水量高0.8%o編號F的熟料n低、P高，硅酸鹽礦物含量較低，而&A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CaA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)稠度用水量比較化學(xué)成分盅率值礦物組成/%f標(biāo)準(zhǔn)稠廠SAFMKc：窯型SCKc3c：c3度用水家.1Le：CaOgHnPAo5aHssA量/%0=OsOs0F0200521530102171..700X預(yù)熱器.........66.0398...23.8廠窯1484354890900577915494116875200521540111170..014Y........機(jī)立窯.64.7298...24.0廠87919924□1823323606533□62408200511551002040..765Z窯外分.........64.8399...23.0廠解窯0129809782194562321596841386Z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C’A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%oX廠的熟料與Y廠的熟料比較，雖然硅酸鹽礦物高5.61%,但CaA的含量也比Y廠高0.41%,其標(biāo)準(zhǔn)稠度用水量僅比Y廠低0.2%o由此可見: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cq含量越高，標(biāo)準(zhǔn)稠度用水量越高。就礦物組成對熟料的標(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CsA含量不超過8甄為宜，最好＜7瓶，S03的含量1%以下?（如ZD,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)桐度用水量相差很大。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)稠度用水量比較化學(xué)成分/%率值K礦物組成/戔G標(biāo)準(zhǔn)稠度LMfSAC熟料外觀0SCKC3c：G?11=Fe：OsaSHnPA用水SOsaHSsA0：0300F量/%S02600521050011170□..204黑色葡葡串.........4.85.98...23.8狀料289939237219707□8686418823058426004213510311702..074散粒黃心輕.........4.82.98...26.6燒料27098910091405623352094630225□散粒黃心的輕燒料由于燒失量高，生燒料中仍有部分碳沒有燃盡，碳對水的吸附作用顯著，造成熟料的標(biāo)準(zhǔn)稠度用水量增大；輕燒料中的fCaO高，而旦這種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fCaOo通過高溫般燒、熟料急冷的途徑，使C3S固溶部分Al：03.Fe：03,減少熟料中C3A的形成，或使CsA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是通過小磨試驗測得比表面枳對水泥物理性能的影響結(jié)果。從Al、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)時間縮短，強(qiáng)度增加。但如果比表面積過大而引起水泥的標(biāo)準(zhǔn)稠度用水量過大，則對混凝土的性能不利。提高水泥的比表面枳不僅使水泥的標(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350-400m7kg比較理想。有條件的廠家，最好能定期做水泥顆粒級配的檢測，選擇合適的水泥顆粒級配，不要滿足于以水泥的細(xì)度來控制指導(dǎo)生產(chǎn)，因為細(xì)度（80Um方孔篩篩余量）相同的情況下，有時水泥的比表面積和顆粒級配相差卻很遠(yuǎn)。配方/%表4混合材摻入量與標(biāo)準(zhǔn)稠度用水量的關(guān)系粉解80Rm方比表而標(biāo)準(zhǔn)稠凝結(jié)時間抗折強(qiáng)度抗壓強(qiáng)度編孔積度/(h:min)時間/MPa/MPa號篩篩余/(m2/kg用水量熟混合/min初終2828石音/%)/%3d3d料材凝凝dd833:3 4:4. 7.20 39A112.54.5 202.734526.0.00 353 6.2 .4833:2 4:5. 7.2544A212.54.5 232.642826.2.00 283 7.0 .8833:1 4:5. 7.2746A312.54.5 252.445726.4.08 167 8.3 .7832:5 3:5. 7.2848A412.54.5 302.253226.6.05 457 9.1 .2732:5 4:5. 7.2446A522.54.5 302.055927.8.09 142 8.7?43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；摻燒煤砰石、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，甚至強(qiáng)度較高，如A5比A1多摻10甄的混合材，但A5的比表面積比A1高214m7kg,其抗壓強(qiáng)度比Al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)、品位等級不僅對水泥的凝結(jié)時間和強(qiáng)度有較大的影響，而且對水泥的標(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，用試驗小磨在粉磨條件相同的情況下磨制的水泥的試驗結(jié)果見表6。表52種石膏的化學(xué)成分對比項結(jié)晶CaSCaSO<.2H品位等S03目水0420級S石12.733.8.560.93三級膏5 341H石16.340.7.678.13一級膏5 859表6不同石音磨制的水泥性能對比抗折強(qiáng)抗壓強(qiáng)比表而標(biāo)準(zhǔn)稠凝結(jié)時間配方/%80uni方度度編SOz積度/(h:min)孔/MPa/MPa號/%/(m:/kg用水星熟混合篩篩余/%初終2828石膏)/%3d3d料材凝凝dd822:54:4. 7.2445S113.54.02.243.243826.6.57188 7?4.5824:05:5. 7.2547H113.54.02.453.044226.0.54500 8.9.9823:34:5. 7.2547H214.03.52.253.044026.0.55462 8.5.3由表5可以看出，H石骨比S石膏的品位高，特別是CaSO.-2H：0的相對含量高。由表6可以看出，H石膏對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)時間慢lh多，但3d和28d強(qiáng)度都是H1比S1高；相同S03含量的水泥H2比S1的凝結(jié)時間約慢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石容配制的水泥的標(biāo)準(zhǔn)稠度用水量低。無論是配比相同的H1,還是S03含量相同的H2的標(biāo)準(zhǔn)稠度用水量均比S1低0.6%o石膏的形態(tài)、品位、摻量對水泥的標(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)磨倉用鋼段做研磨體，粉磨時物料和研磨體間線接觸較明顯，其粉磨出來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)磨倉用小鋼球作研磨體，粉磨時物料和研磨體間的點(diǎn)接觸較為明顯，其粉磨出來的水泥顆粒呈球形或橢球形的較多，其水泥的標(biāo)準(zhǔn)稠度用水量較低。我們將中2.2mX6.5m水泥磨的二倉由過去用鋼段改為用小鋼球作研磨體后，其它條件不變，而粉磨出來的水泥的標(biāo)準(zhǔn)稠度用水量約卜?降0.4%,28d抗壓強(qiáng)度約提高2MPa。5.2水泥溫度的影響水泥的溫度過高，可■能會引起石膏的脫水，使水泥的標(biāo)準(zhǔn)稠度用水量升高。因此，要加強(qiáng)對熟料的冷卻，降低入磨熟料的溫度，也可以用一些含有適量水分的濕粉煤灰或濕礦渣作混合材，其帶入的水分在粉磨過程中吸收熱量而蒸發(fā)，能起到磨內(nèi)噴水的作用，有利于降低出磨水泥的溫度。所以，水泥廠應(yīng)有足夠的水泥庫容，使水泥（特別是散裝水泥）出廠前能得到充分降溫，以免影響其使用性能。6結(jié)論1） 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&A等水化快的速凝礦物越高，標(biāo)準(zhǔn)稠度用