低需水量水泥

影响低需水量水泥性能的几个因素2008-10-10　作者:   摘要　采用立窑水泥熟料、矿渣和石膏，掺加适量助磨减水外加剂，研制了新型低需水量水泥。研究了粉磨工艺、细度及S03含量对低需水量水泥性能的影响。结果表明，当采用混磨工艺，比表面积大于500m2/kg，S03含量3.0％～3.5％，矿渣掺量达40％时，仍可获得28d抗压强度高于50～60MPa的水泥，用这种水泥可直接配制C50～C60高流态混凝土。 Abstract The authors describe that shaft kiln clinker，slag，gypsum and suitable amount of grinding aid and water reducer as admixture has been adopted new to produce type low water requiring cement in this paper. The influence of grinding process，fineness and SO3 content on cement properties requiring low quantity of water has been studied.Results show that 28d compressive strength of cement is still higher than 50～60MPa，when specific surface area is higher than 500m2/kg SO3 content is 3.0%～3.5% and adding rate of slag reaches40%，C50～C60 high fluidity concrete can be directly produced for using this kind of cement. 随着高性能混凝土日益广泛地应用于土木建筑工程，混凝土的配制变得日益复杂。现在配制高性能混凝土，除传统的水泥、砂、石和水以外，还需要各种外加剂、矿物掺和料等，原料种类可多达10种。这些新的原材料掺加量小，掺量要求精确控制，这样，使混凝土的配制工艺复杂，质量控制比较困难。另外水泥与高效减水剂的相容性问题也是高性能混凝土特有的问题。为解决上述问题，吴中伟教授提出应研制高性能混凝土专用胶凝材料〔1〕。俄罗斯已研制出了用于高强混凝土的新型低需水量水泥〔2〕。西班牙低水粘合剂公司在研制低需水量胶凝材料〔3〕。国内也开展了类似的研究工作〔4〕。本文采用立窑生产的硅酸盐水泥熟料，配制了低需水量水泥，研究了粉磨工艺、水泥细度及SO3含量对所研制的水泥性能的影响，并进行了混凝土试验。 1　试验所用原材料 采用河北香河水泥厂立窑生产的硅酸盐水泥熟料、首钢矿渣和太原石膏。原料的化学组成见表1。水泥熟料的矿物组成及物理性能见表2。 表1　原料的化学组成(％) Loss SiO2 Al2O3 Fe2O3 CaO MgO R2O SO3 熟料 4.30 19.42 5.52 4.06 60.96 1.92 2.53 1.13 矿渣 0.58 34.03 9.26 2.88 39.03 10.11 石膏 20.70 9.57 2.35 1.15 29.82 3.89 35.88                   2　试验结果与讨论 采用上述原料，以不同比例配合，外加1％助磨减水外加剂，用Φ500mm×Φ1000mm小型球磨机磨细。所加助磨减水外加剂为有机物质，不含有害成分，其作用一是助磨，二是减水(掺量多少是经过经济与性能二者平衡以后确定的)。按GB1346测定所得水泥的标准稠度需水量和凝结时间与安定性。水泥强度采用1∶2.5胶砂试块，水灰比按胶砂流动度达到125～135mm(跳桌试验)而定。试块成型、养护和强度测定均按GB177规定的条件进行。试验结果表明，所研制的水泥在矿渣掺量40％～50％时，标准稠度需水量约20％，远低于普通矿渣硅酸盐水泥的需水量，水泥安定性合格。香河水泥厂在掺加40％矿渣时，只能生产325号矿渣水泥；而所研制的水泥在同样矿渣掺量时，28d抗压强度可达50～60MPa以上。 2.1　粉磨方式对水泥性能的影响 在制备水泥时，采用合理的粉磨工艺，有利于提高粉磨效率，改善颗粒级配，促进水泥性能发挥。本文对比了两种粉磨方式：(1)混磨：将所有物料同时人磨粉磨；(2)分磨：熟料和矿渣分别粉磨，再均匀混合。选用水泥配比为熟料54％，矿渣40％，石膏6％，助磨剂l.5％(另计)。所得结果见表3。 表2　水泥熟料的矿物组成及物理性质 C3S C2S C3A C4AF fCaO 比表面积(m2/kg) 标准稠度需水量(%) 凝结时间(h∶min) 抗折强度(MPa) 抗压强度(MPa) 初凝 终凝 3d 28d 3d 28d 48.57 20.61 5.91 14.87 3.73 306 26.4 3∶03 4∶04 6.4 7.3 33.3 48.9                           注：进行物理性质试验的样品组成为：100％熟料外掺4％石膏。 表3　不同粉磨方式所得水泥的性能 粉磨方式 比表面积(m2/kg) 标准稠度需水量(%) 凝结时间(h∶min) 水灰比 抗折强度(MPa) 抗压强度(MPa) 初凝 终凝 3d 7d 28d 3d 7d 28d 混磨 586 23.0 2∶20 4∶30 0.35 8.6 9.7 9.8 40.8 48.4 61.4 分磨 熟料553矿渣504 20.6 2∶25 4∶30 0.37 6.9 7.8 9.0 33.7 45.9 52.8                         由于在混磨时各种不同硬度的物料共同粉磨，所得水泥的颗粒粒度分布范围较宽，使浆体内部孔隙率减小，达到相同流动度时的水灰比较小，加之混磨水泥的均匀程度大大高于分磨水泥，所以混磨水泥强度较高，而且混磨工艺省却了混合工序，简化了工艺 流程 快递问题件怎么处理流程河南自建厂房流程下载关于规范招聘需求审批流程制作流程表下载邮件下载流程设计 。因此以后的研究均采用混磨方式。 2.2　粉磨细度对水泥性能的影响 水泥细度对其性能影响很大。低需水量水泥中矿渣掺量大，为促进矿渣活性的发挥，必须提高水泥的细度。选用熟料5l％～54％，矿渣40％，石膏6％～9％，助磨剂1.5％(另计)的水泥配方，分别磨至不同细度，观察其物理性能的变化(见表4)。当水泥细度由318m2／kg提高到430m2／kg，凝结时间大幅度缩短，早期强度有所提高，后期强度基本相同。当细度继续提高到573m2／kg，凝结时间稍微缩短，各龄期强度则大幅度提高，这是因为矿渣的易磨性差，在中低比表面积时，粗颗粒主要是矿渣，细颗粒为熟料。比表面积的变化主要由于熟料颗粒细度的变化所致。提高比表面积，使水泥早期水化加速，缩短其凝结时间，提高早期强度。但由于矿渣颗粒参与水化的程度低，后期强度未能提高。在高比表面积时，熟料与矿渣颗粒均很细，矿渣的水化活性在后期能充分发挥，使水泥的后期强度能大幅度提高，所以低需水量水泥的比表面积应控制50m2／kg以上。对比表4与表5，可见在同样配比，细度相近的条件下，低需水量水泥的强度可比普通水泥提高约10MPa。 表4　不同细度与石膏掺量对水泥性能的影响 编号 水泥组成(%) 比表面积(m2/kg) 标准稠度需水量(%) 凝结时间(h∶min) 水灰比 抗折强度(MPa) 抗压强度(MPa) 熟料 矿渣 石膏 初凝 终凝 3d 7d 28d 3d 7d 28d X63 54 40 6 323 21.2 4∶07 5∶50 0.36 6.0 6.8 8.3 31.4 40.4 54.4 X93 51 40 9 318 22.4 6∶54 9∶22 0.35 5.0 6.6 8.1 24.8 39.0 55.4 X64 54 40 6 419 19.0 1∶50 6∶30 0.34 8.4 9.4 10.2 35.8 45.3 50.1 X94 51 40 9 427 18.4 3∶20 6∶35 0.34 6.5 8.5 9.5 32.2 44.6 53.4 X65 54 40 6 574 23.0 2∶20 4∶30 0.35 8.6 9.7 9.7 40.8 48.4 61.4 X95 51 40 9 573 21.0 3∶25 5∶35 0.33 9.5 10.2 10.7 46.1 52.1 63.3                               表5　不同细度的普通水泥的强度 编号 水泥组成(%) 比表面积(m2/kg) 水灰比 抗折强度(MPa) 抗压强度(MPa) 熟料 矿渣 石膏 3d 7d 28d 3d 7d 28d 063 54 40 6 346 0.45 4.6 6.0 7.2 27.6 32.8 43.1 065 54 40 6 586 0.45 6.1 6.5 7.9 31.6 34.6 47.6                         2.3　石膏掺量对水泥性能的影响 低需水量水泥由于矿渣掺量大，需要较多的激发剂来激发其潜在水化活性。除熟料水化生成Ca(OH)2外，石膏也是很有效的激发剂。因此优化石膏掺量是提高低需水量水泥性能的关键措施之一。由表4可见，在比表面积较小时，增加石膏掺量，其早期强度下降，后期强度稍高。比表面积大于500m2／kg后，激发剂在水化早期即可激发矿渣细粉的潜在水化活性。因此石膏掺量增加使水泥早期和后期强度都有较大增加。石膏掺量增加还使水泥硬化浆体限制收缩量下降，空气中养护28d的试样由掺加6％石膏时的0.013％下降到掺加9％石膏时的0.006％。所以低需水量水泥的SO3含量可稍高，达3.0％～3.5％。这样使其硬化浆体基本无体积收缩，便于大体积混凝土的制备。 2.4　混凝土试配 选用表4所列水泥X64，中砂(细度模数2.95)，碎石(粒径5～25mm)，配制了4组混凝土，其配合比和抗压强度值见表6。试样采用强制式搅拌机搅拌，成型为100mm×100mm×100mm试块，在20±3℃水中养护。表6所列抗压强度值已换算为150mm×150mm×150mm的抗压强度值试块，由试验结果可见，用28d胶砂强度为50MPa的低需水量水泥，可配制C50～C60高流态混凝土。 表6　混凝土试验结果 编号 配合比(kg) 水灰比 塌落度(mm) 抗压强度(MPa) 水泥 水 砂 石 3d 7d 28d 1 550 160 625 1110 0.29 21.6 41.5 51.6 67.4 2 470 159 694 1131 0.34 19.0 34.7 47.7 60.9 3 450 162 651 1157 0.36 15.4 31.8 44.9 59.0 4 400 160 707 1153 0.40 离析 28.8 41.3 56.7                     3　结论 采用立窑生产的硅酸盐水泥熟料、矿渣和石膏，掺加适量助磨减水外加剂，可制备出用于配制高性能混凝土的新型低需水量水泥。通过选取适当的组成与粉磨工艺，控制较高的粉磨细度，优化SO3含量，可制备出28d抗压强度达50～60MPa以上的，基本无体积收缩的低需水量水泥。用这种水泥可直接配制C50～C60高流态混凝土。 需要指出的是，国标规定助磨剂的掺量小于1％，本文所用的助磨减水剂除助磨作用外，还有减水作用，故掺入1.5％后，不会影响水泥质量，还可以提高强度，实质上它是将原有混凝土制备时加人的部分外加剂改在水泥制备时加人。这种措施除可以提高粉磨效率外，还简化了混凝土制备工艺。 本文研究的是一种新品种水泥，一些性能指标不完全符合现行国标，如标准稠度需水量、助磨剂掺量等。在投入实际生产前，需制订出相应的标准，以利生产。