影響水泥標準稠度用水量的因素探討.doc

影響水泥標準稠度用水量的因素探討0引言 水泥標準稠度用水量的高低對混凝土的性能影響很大。如果水泥的標準稠度用水量大，為確保混凝土的施工性能而加大用水量，則會降低混凝土強度，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，不僅要求水泥的強度要高，同時也要求水泥的標準稠度用水量要低，水泥與減水劑的相容性要好。本文就影響水泥標準稠度用水量的因素和降低標準稠度用水量的措施進行探討。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種主要礦物的標準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準稠度用水量進行統(tǒng)計，見表1。 表1 熟料的化學成分、率值、礦物組成及標準稠度用水量統(tǒng)計 編號 樣品數(shù)/個 化學成分/% 率值 礦物組成/% 標準稠度用水量/% 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A的熟料的標準稠度用水量最低，最理想。其礦物組成的特點是硅酸鹽礦物(C3S+C2S)含量高，C3A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+C2S)基本一樣，而且編號B的C2S比編號A略高，但由于B的P比A高，其C3A的含量也高(超過10%)，導致B的標準稠度用水量比A高1.6%。C、D編號的熟料的標準稠度用水量較低。其硅酸鹽礦物的含量雖不及A、B編號的熟料高，但因其C3A的含量較低，故其標準稠度用水量比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，C3A的含量比C高1.9%，標準稠度用水量高0.8%。編號F的熟料n低、P高，硅酸鹽礦物含量較低，而C3A的含量高，故其標準稠度用水量最高。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。配制相同強度的混凝土，要達到相同的塌落度，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?；炷恋膹姸?，水泥的用量也要相應增加，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準稠度用水量的結果。從表2可以看出，3個廠中Z廠的熟料的標準稠度用水量最低，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)有很大關系。 表2 不同窯型熟料的化學成分、率值、礦物組成及標準稠度用水量比較 廠家 窯型 化學成分/% 率值 礦物組成/% 標準稠度用水量/% SiO2 Al2O3 Fe2O3 CaO MgO SO3 fCaO KH KH n P C3S C2S C3A C4AF X廠 預熱器窯 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%，其標準稠度用水量比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%，其標準稠度用水量僅比Y廠低0.2%。由此可見:熟料中的硅酸鹽礦物總量越高，標準稠度用水量越低；熟料中的C3A含量越高，標準稠度用水量越高。就礦物組成對熟料的標準稠度用水量的影響而言，C3A的含量是影響標準稠度用水量的主要因素。要適當提高熟料的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8%為宜，最好7%，SO3的含量1%以下(如Z廠)，以達到降低水泥標準稠度用水量，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種不同燒結情況的立窯熟料的標準稠度用水量的對比。雖然2種熟料的各率值很接近，但由于燒成質(zhì)量不同，其標準稠度用水量相差很大。 表3 不同煤燒成質(zhì)量的熟料的化學成分、率值、礦物組成及標準稠度用水量比較 熟料外觀 化學成分/% 率值 礦物組成/% 標準稠度用水量/% 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有燃盡，碳對水的吸附作用顯著，造成熟料的標準稠度用水量增大；輕燒料中的fCaO高，而且這種fCaO是輕燒的，與水的反應速度快，造成熟料的標準稠度用水量明顯增大。燒成溫度高、燒結好、冷卻快的葡萄串狀熟料，其燒失量和fCaO低，所以其標準稠度用水量也低。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，以達到降低熟料標準稠度用水量的目的。2水泥比表面積的影響表4是通過小磨試驗測得比表面積對水泥物理性能的影響結果。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，水泥的標準稠度用水量增加，凝結時間縮短，強度增加。但如果比表面積過大而引起水泥的標準稠度用水量過大，則對混凝土的性能不利。提高水泥的比表面積不僅使水泥的標準稠度用水量增加，而且使粉磨電耗增加。因此，在實際生產(chǎn)中，要合理控制水泥的比表面積，既要考慮水泥的強度，又要考慮水泥的標準稠度用水量和生產(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度來控制指導生產(chǎn)，因為細度(80m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。 表4 混合材摻入量與標準稠度用水量的關系 編號 配方/% 粉磨時間/min 80m方孔篩篩余/% 比表面積/(m2/kg) 標準稠度用水量/% 凝結時間/(h:min) 抗折強度/MPa 抗壓強度/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準稠度用水量較低；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準稠度用水量較高；用適量的石灰石作混合材對降低標準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，水泥的標準稠度用水量越高。從表4中的A4和A5可以看出，A5比A4多摻10%的混合材，其標準稠度用水量升高了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，雖然水泥達到了相應的強度等級，甚至強度較高，如A5比A1多摻10%的混合材，但A5的比表面積比A1高214m2/kg，其抗壓強度比A1高得多，然而，由于A5這種水泥的標準稠度用水量高(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)水泥的強度。石膏的形態(tài)、品位等級不僅對水泥的凝結時間和強度有較大的影響，而且對水泥的標準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果見表6。 表5 2種石膏的化學成分對比 項目 結晶水 SO3 CaSO4 CaSO42H2O 品位等級 S石膏 12.75 33.34 8.51 60.93 三級 H石膏 16.35 40.85 7.69 78.13 一級表6 不同石膏磨制的水泥性能對比 編號 配方/% SO3/% 80m方孔篩篩余/% 比表面積/(m2/kg) 標準稠度用水量/% 凝結時間/(h:min) 抗折強度/MPa 抗壓強度/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的相對含量高。由表6可以看出，H石膏對水泥的緩凝作用和強度激發(fā)作用比S石膏明顯，相同配比的水泥H1比S1的凝結時間慢1h多，但3d和28d強度都是H1比S1高；相同SO3含量的水泥H2比S1的凝結時間約慢0.5h，H2的強度也比S1高。H石膏配制的水泥的標準稠度用水量比S石膏配制的水泥的標準稠度用水量低。無論是配比相同的H1，還是SO3含量相同的H2的標準稠度用水量均比S1低0.6%。石膏的形態(tài)、品位、摻量對水泥的標準稠度用水量、流變性能、強度、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，水泥的標準稠度用水量越低，而強度越高。水泥顆粒的球形度越大，拌制的混凝土產(chǎn)生“滾珠效應”，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度和耐久性。水泥顆粒的球形度與研磨體的形狀有較大關系，細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，水泥的標準稠度用水量較高；而細磨倉用小鋼球作研磨體，粉磨時物料和研磨體間的點接觸較為明顯，其粉磨出來的水泥顆粒呈球形或橢球形的較多，其水泥的標準稠度