低碱水泥开发与研究

低碱水泥开发与研究 张新克  河南省同力水泥有限公司化验室（458008） 摘  要  碱集料反应影响着混凝土的耐久性，低碱水泥因此而倍受市场青睐。2000t/d预分解窑 可以通过优化原燃材料生产出低碱熟料，再通过改变部分水泥混合材品种可以生产出低碱水泥。 水泥中的碱含量（R2O）主要来自于生产水泥的原燃材料中，碱含量较高不仅给熟料煅烧过程带来危害，也对水泥的性能带来严重的影响。水泥中碱含量较高造成水泥后期强度降低，同时也会产生快凝、结块和需水量增加等现象，而且在混凝土中能与活性骨料形成碱－集料反应，产生局部膨胀，引起混凝土开裂变形，甚至崩溃，而且修补比较困难。根据国家 标准 excel标准偏差excel标准偏差函数exl标准差函数国标检验抽样标准表免费下载红头文件格式标准下载 GB175-1999要求，普通水泥中的低碱的要求是碱含量≤0.60%，而当时我厂熟料中的碱含量平均为0.60%左右，P·O32.5水泥中的碱含量为0.70%左右，P·O42.5水泥中的碱含量为0.65%左右。为了满足市场和广大用户的需求，2001年2月份，我公司下达了生产低碱水泥的任务。根据公司的要求，我们化验室进行了大量的统计、配料计算和试验，通过采取措施，彻底解决了低碱水泥的生产这一项难题。 1  当时我公司熟料、水泥中碱含量偏高的原因 1.1 熟料碱含量偏高的原因 熟料、水泥中碱含量偏高一般是由于原燃材料、水泥混合材中碱含量偏高造成的。我公司生料采用四组分配料，即自备矿山生产的石灰石、鹤壁电厂粉煤灰、自备矿山生产的砂岩和安阳钢厂生产的铁粉，我们对当时所用的原材料进行了统计见表1 表1 原材料化学 分析 定性数据统计分析pdf销售业绩分析模板建筑结构震害分析销售进度分析表京东商城竞争战略分析 名 称 LOI SiO2 Al2O3 Fe2O3 CaO K2O Na2O R2O 合 计 石灰石 37.92 8.82 1.77 0.50 48.71 0.33 0.09 0.31 98.14 粉煤灰 3.41 50.68 33.99 2.67 5.89 1.24 0.77 1.59 98.65 砂 岩 0.08 94.20 1.61 2.00 0.44 0.20 0.15 0.28 98.68 安阳铁粉粉 -6.88 22.24 6.00 37.77 12.73 0.67 0.57 1.01 73.10                     原煤工业分析及煤灰分化学分析见表2 表2 原煤工业分析及煤灰份化学分析 类 别 工 业 分 析 煤 灰 化 学 分 析 项 目 Aad Qad SiO2 Al2O3 Fe2O3 CaO K2O Na2O R2O 当时用煤 28.62 22649 50.15 28.64 4.37 8.28 1.22 0.90 1.70                     熟料率值的设定：KH=0.89  SM=2.65  IM=1.50    熟料热耗：3260Kj/Kg  煤灰掺入量＝4.12%。生料配比计算及熟料化学分析见表3 表3 生料配比及熟料化学成份计算 配 比（%） LOI SiO2 Al2O3 Fe2O3 CaO K2O Na2O R2O 石灰石 89.49 37.92 8.82 1.77 0.50 48.71 0.33 0.31 0.31 粉煤灰 2.16 3.41 50.68 33.99 2.67 5.89 1.24 1.59 1.59 砂 岩 4.14 0.08 94.20 1.61 2.00 0.44 0.20 0.28 0.28 安阳铁粉 4.21 -6.88 22.24 6.00 37.77 12.73 0.67 1.01 1.01 生 料 100.00 33.72 13.82 2.64 2.18 44.27 0.36 0.36 0.36 灼烧生料 95.88   20.86 3.98 3.29 66.80 0.54 0.55 0.55 煤 灰 4.12   50.15 28.64 4.37 8.28 1.22 1.70 1.70 熟 料 100.00   22.06 5.00 3.33 64.39 0.57 0.60 0.60                     通过表3统计计算，发现我公司熟料中碱含量偏高主要是由以下原因造成的： 1、矿山石灰石CaO含量较低，土含量大，而土中碱含量较高，从而造成石灰石碱含量偏高，达0.31%； 2、粉煤灰作为生料中的铝质校正材料，碱含量较高,达1.59％； 3、硫酸渣作为生料中的铁质校正材料，碱含量较高,达1.01％； 4、出磨煤粉灰份偏高，碱含量较高,达1.70％。 砂岩作为生料中的硅质校正材料，碱含量较低，仅0.28％。 1.2 熟料碱含量偏高的原因 我公司水泥采用粉煤灰作为混合材，普通二水石膏作为水泥调凝剂，当时水泥配比及碱含量计算结果见表4 表4 水泥配比及碱含量计算结果 配 比（％） K2O Na2O R2O   配 比（％） K2O Na2O R2O 熟 料 81.00 0.57 0.22 0.60 熟 料 85.00 0.57 0.22 0.60 粉煤灰 13.00 1.24 0.77 1.59 粉煤灰 9.00 1.24 0.77 1.59 石 膏 6.00 0.22 0.13 0.27 石 膏 6.00 0.22 0.13 0.27 P.O32.5 100.00 0.64 0.29 0.71 P.O42.5 100.00 0.61 0.27 0.67                       通过表4统计计算结果，发现我公司水泥中碱含量偏高主要是由以下原因造成的： 1、熟料中的碱含量偏高达0.60％； 2、粉煤灰作为水泥中唯一的混合材，碱含量较高，达1.59％。 石膏作为水泥的中的调凝剂，碱含量较低，仅0.27％。 2  生产低碱水泥的 方案 气瓶 现场处置方案 .pdf气瓶 现场处置方案 .doc见习基地管理方案.doc关于群访事件的化解方案建筑工地扬尘治理专项方案下载 2.1 方案一：用部分米石代替粉煤灰作为水泥中的混合材 预生产出低碱水泥，首先应从原燃材料抓起，从而降低熟料中的碱含量生产低碱水泥。从以上统计发现得知，我公司熟料中碱含量偏高主要是由于石灰石、粉煤灰、硫酸渣和原煤中碱含量偏高所致。要降低矿山石灰石中的碱含量，就要在矿山开采时，剥离或去除含土量大的石灰石，这就增加了矿山石灰石的开采成本，故暂不考虑改变石灰石成份；粉煤灰作为生料中的铝质校正材料，由于受鹤壁当地资源的限制，暂时没有其它替代品，故无法改变；硫酸渣作为生料中的铁质校正材料，虽然碱含量较高，但由于其产于鹤壁当地，价格低廉、货源充足，而且由于其在生料中所占比例较小（仅4.21％），故也暂不考虑改变；进厂原煤碱含量偏高，但由于其产于鹤壁当地，价格低廉、货源充足，故也暂不考虑改变。由于原燃材料成份暂不考虑改变，熟料三率值又不改变，熟料中的碱含量也不会改变，仍然为0.60％，那么要生产出低碱水泥，只有使用碱含量低的混合材（部分）替代现有的粉煤灰，方有可能生产出低碱水泥。通过比较和试验，我们选择了米石，因为米石中几乎不含土，碱含量低，仅有0.15％，且资源丰富，价格低廉（仅15元/吨，而粉煤灰35元/吨），具备大批使用的条件。并且石灰石（部分）替代粉煤灰对水泥的性能不会产生大的影响，且质量便于控制。因为石灰石属于非活性混合材，根据标准规定非活性混合材掺加量应小于10%，而且掺加量过大会降低水泥的后期强度。通过比较和试验，我们首先决定用3％－5％的米石替代粉煤灰作为水泥中的混合材，水泥配比及碱含量计算结果见表5 表5 水泥配比及碱含量计算结果 配 比（％） K2O Na2O R2O   配 比（％） K2O Na2O R2O 熟 料 81.00 0.57 0.22 0.60 熟 料 85.00 0.57 0.22 0.60 粉煤灰 8.00 1.24 0.77 1.59 粉煤灰 6.00 1.24 0.77 1.59 米 石 5.00 0.15 0.05 0.15 米 石 3.00 0.15 0.05 0.15 石 膏 6.00 0.22 0.13 0.27 石 膏 6.00 0.22 0.13 0.27 P.O32.5 100.00 0.58 0.25 0.63 P.O42.5 100.00 0.58 0.24 0.62                       通过表5统计计算结果，用5％低碱米石代替高碱粉煤灰作为混合材生产P·O32.5水泥，碱含量由原来的0.71％降至0.63％；用3％低碱米石代替高碱粉煤灰作为混合材生产P·O42.5水泥，碱含量由原来的0.67％降至0.62％。虽然水泥中的碱含量较不用米石前有所降低，但仍未达到国标要求的碱含量≤0.60%，故仅靠改变水泥中混合材品种是不行的，必须同时降低熟料中的碱含量才能稳定生产出低碱水泥。 2.2 方案二：用开封铁粉代替现有低铁铁粉、用部分米石代替粉煤灰作为水泥中的混合材 要想降低熟料中的碱含量，就必须使用低碱原燃材料。为了尽量不提高成本，我们考虑在方案一的基础上，采用碱含量较低的开封铁粉（碱含量为0.61％）代替当时使用的安阳铁粉（碱含量为1.01％），开封铁粉化学成份、生料配比及熟料化学成份计算见表6。如果使用开封铁粉，虽然价格较安阳铁粉高，但是铁含量较高（Fe2O3含量达75.41％），而且其在生料中所占比例较小（仅占2.08％），故不会提高生产成本。 表6 生料配比及熟料化学成份计算 配 比（%） LOI SiO2 Al2O3 Fe2O3 CaO K2O Na2O R2O 石灰石 90.67 37.92 8.82 1.77 0.50 48.71 0.33 0.09 0.31 粉煤灰 2.71 3.41 50.68 33.99 2.67 5.89 1.24 0.77 1.59 砂 岩 4.54 0.08 94.20 1.61 2.00 0.44 0.20 0.15 0.28 开封铁粉 2.08 1.76 11.29 2.83 75.41 2.68 0.51 0.27 0.61 生 料 100.00 34.51 13.88 2.66 2.19 44.40 0.35 0.11 0.35 灼烧生料 95.88   21.20 4.06 3.34 67.80 0.54 0.18 0.53 煤 灰 4.12   50.15 28.64 4.37 8.28 1.22 0.90 1.70 熟 料 100.00   22.39 5.07 3.38 65.35 0.57 0.21 0.58                     通过表6统计计算结果，熟料中碱含量由原来的0.60％降至0.58％，降幅不大的原因是由于开封铁粉Fe2O3含量较高，其在生料中的配比由原来的4.21％降至现在的2.08％，造成高碱石灰石、粉煤灰等原料配比不同程度的提高。然后采用方案一用部分米石代替粉煤灰作为水泥中的混合材，水泥配比及碱含量计算结果见表5 表7 水泥配比及碱含量计算结果 配 比（％） K2O Na2O R2O   配 比（％） K2O Na2O R2O 熟 料 81.00 0.57 0.21 0.59 熟 料 85.00 0.57 0.21 0.59 粉煤灰 8.00 1.24 0.77 1.59 粉煤灰 6.00 1.24 0.77 1.59 米 石 5.00 0.15 0.05 0.15 米 石 3.00 0.15 0.05 0.15 石 膏 6.00 0.22 0.13 0.27 石 膏 6.00 0.22 0.13 0.27 P.O32.5 100.00 0.58 0.24 0.62 P.O42.5 100.00 0.58 0.23 0.61                       通过表7统计计算结果，用5％低碱米石代替高碱粉煤灰作为混合材生产P·O32.5水泥，碱含量为0.62％；用3％低碱米石代替高碱粉煤灰作为混合材生产P·O42.5水泥，碱含量为0.61％。虽然水泥中的碱含量较方案一有所降低，但仍未达到国标要求的碱含量≤0.60%，故改变铁粉和水泥中混合材品种是不行的，必须再次降低熟料中的碱含量才能稳定生产出低碱水泥。 2.3 方案三：高钙石灰石、低灰份煤、开封铁粉、用部分米石代替粉煤灰作为水泥中的混合材 通过方案一和方案二的统计和计算，我们发现要想生产出低碱水泥，首先必须彻底降低熟料中的碱含量。要想降低熟料中的碱含量，就必须严格控制各种原燃材料的碱含量。首先从石灰石矿山抓起，要求对覆盖土、及夹层土必须进行玻璃，开采时石灰石进行合理搭配，保证了石灰石质量，使石灰石CaO由原来的48.71％提高到50.12％，碱含量由原来的0.31％降低至0.23％。虽我们通过重新选择矿点使用低灰份煤，使出磨煤粉的灰份由原来的28.62％降低到22.97％，煤灰中的碱含量由原来的1.70％降低至1.36％。虽然低灰份煤相对价格稍高一些，但由于其热值高，熟料煅烧时用量少，且对熟料煅烧极其有利，故不会提高生产成本。原煤工业分析及煤灰分化学分析见表8。粉煤灰虽然碱含量较高，但由于受鹤壁当地资源的限制，暂不考虑更换；铁粉由原来的安阳铁粉改为开封铁粉，Fe2O3由原来的37.77％提高到75.41％，碱含量由原来的1.01％降低至0.61％。如果使用开封铁粉，虽然价格较安阳铁粉高，但是铁含量较高（Fe2O3含量达75.41％），而且其在生料中所占比例较小（仅占2.08％），故不会提高生产成本。砂岩中的碱含量本来就非常低，仅0.28％，是生产低碱水泥的理想原料。