提高水泥质量途径分析3

一、水泥的现状对混凝土质量影响几十年来水泥工业的发展方向主要是降低能耗和提高强度，但如今却在增加粉磨的能耗Bolomy公式：R28＝ARc(c/w-B)，造成误导1920年代，欧美国家水泥中C3S约为35%，如今达50～70%；水泥细度从220m2/kg到现今的340～600m2/kg我国1970年代水泥(GB175-63)最高标号是硬练强度500＃，相当于GB175-77的425＃、现行标准32.5的强度等级；常用水泥是400#，按现行标准只有27.5。检测的水灰比增大，对3天强度的规定未变，实际提高了早期强度，而高早期强度并不是普适必要的；单纯追求强度，使水泥厂采取使用助磨剂磨细、掺用“增强剂”等，增加了开裂敏感性和不利于混凝土长期性能稳定性和耐久性的成分；有的厂家缺乏诚信第一的市场经济观念，造成混凝土配合比设计的困难；购销双方缺少合同观念水泥现状对当代混凝土的不适应问题片面追求强度而使比表面积太大、早期强度太高而长期增长率低甚至倒缩、实际强度浮动幅度太大；太细的水泥降低与外加剂的相容性、增加混凝土需水量，不利于混凝土长期性能的发展不控制含碱量、氯离子含量，不检测开裂敏感性、无法提供在当代混凝土中与外加剂的相容性水泥出厂温度太高，造成混凝土浇筑温度过高，温度应力增大，混凝土凝结时间不正常，早期开裂问题普遍水泥影响混凝土结构质量的主要因素水化热及其释放速率──矿物组成和细度、水泥温度需水量──细度、含碱量开裂敏感性──矿物组成、细度、水泥温度、含碱量水泥与外加剂的相容性──矿物组成、细度、石膏形态和含量、含碱量性能稳定性和耐久性──细度、含碱量、氯离子含量产品匀质性──生产控制和原材料剂产品均化水泥主要矿物水化热发展040080012001600050100150200250300350400龄期（天）发热量（J/g）C3SC2SC3AC4AF3324熟料矿物的收缩率矿物收缩率C3AC2SC3SC4AF0.00234±0.0001000.00079±0.0000360.00077±0.0000360.00049±0.000114碱和C4AF对收缩的影响水泥含碱量和C3A对收缩的影响水泥与减水剂的相容性问题▼C3A含量和SO3的匹配一般水泥中石膏的优化条件：W/C=0.5,现代混凝土使用高效减水剂,W/C＜0.40，SO3不足；混凝土中掺入矿物掺和料，SO3被稀释。▼细度和颗粒级配最佳组成:5～30μm＞90%,＜10μm＜10%只考虑细度的结果：水泥越细，细颗粒越多，需水量越大，混凝土坍落度损失越大。▼熟料中SO3与含碱量的匹配No比表面积(m2/kg)流动时间（秒）熟料硫酸盐化程度SD搅拌5分钟搅拌60分钟45678937737238338637135353535450535063636177991397169103716866OKONaSOSD22385.0292.1不同水泥试样流变性能的测定：01020304050607080905060708090100110SD流动时间减少（秒）SD与水泥流变性能关系的验证实例琉璃河水泥，熟料中SO3=1.2%Na2O=0.4%K2O=1.5%计算SD=混凝土W/C=0.305，掺入高效减水剂1.5%，坍落度初始为200mm，半小时后为160mm，1小时后为75mm，损失达60%%675.185.04.0292.12.1C3A含量不同的水泥配制高强混凝土的实例水泥熟料中C3A含量(%)水泥强度(MPa)W/C坍落度(mm)混凝土28天抗压强度(Mpa)柳州5255.6259.80.24821092.1冀东525R8.9056.20.3319173.1▼其他，如石膏的形态、C3A的形态o不同形态的石膏溶解速率和溶解度不同：石膏形态溶解度（g/L）生石膏2.08α-半水石膏6.20β-半水石膏8.15可溶性硬石膏6.30天然硬石膏2.70生石膏和硬石膏溶解速率对比00.40.81.21.622.4110010000浸水振荡时间（分钟）溶出量（以CaSO4计g/L）二水石膏无水石膏石膏对坍落度损失的影响C3A、R2O、SO3的关系C3A（%）R2O（%）SO3（%）＞6＜6＞10＞100.5＞1.00.5＞1.023～42.5～33.5～4水泥中不同细度颗粒对强度的作用水泥细度与其抗压强度的关系S=3014cm2/g0501001502002500.40.81.21.622.4高效减水剂掺量（%）净浆流动度（mm）5min60min比表面积为3014cm2,饱和点为0.8%,坍落度不损失掺量为1.6%雍阳外加剂厂试验水泥细度为3982cm2,饱和点为1.2%,坍落度无损失掺量为1.82%S=3982cm2/g0501001502002503000.40.81.21.622.4高效减水剂掺量（%）净浆流动度（mm）5min60min雍阳外加剂厂试验比表面积为4445cm2,饱和点为1.6%,找不到坍落度无损失点S=4445cm2/g0501001502002503000.40.81.21.622.4高效减水剂掺量（%）净浆流动度（mm）5min60min雍阳外加剂厂试验水泥细度对砂浆抗拉强度的影响水泥细度和开裂敏感性的关系用收缩开裂环检测水泥的开裂敏感性,从成型到开裂经过的时间越短，抗裂性越差抗冻性随水泥比表面积增大而下降水泥细度对水泥浆土和混凝土开裂的影响二、水泥施工性能的控制►1、现行标准对水泥质量的控制方法（1）胶凝性方面：细度（或比表面积）、凝结时间、安定性、R3、R28。有明确的指标要求。混合材料的品种和掺加量等，由检验报告提供。（2）耐久性方面：SO3、MgO、R2O、Cl-有明确规定。（3）对水泥使用性能（施工性）：标准中无规定，如：需水性、泌水性、出厂水泥温度、外加剂相容性等。►2、目前建筑施工部门对水泥质量的主要意见（1）质量稳定性。如：颜色变化、凝结时间变化、强度波动等。（2）水泥需水量大，泌水量大。（3）水泥与外加剂相容性。（4）混凝土早期裂缝多。3、水泥的需水性和保水性（1）水泥需水量的构成：需水量►颗粒表面润湿水►多孔性材料内部吸水（如火山灰材料）►初期水化水（很少）►颗粒间的空隙水（很大，约占60%）►水泥比面积愈大润湿水、水化水愈多►火山灰混合材愈多内部吸水愈多►水泥胶凝材料颗粒级配不合理空隙多，水量愈大（2）水泥砼泌水现象有砼砂石骨料级配和施工方法原因；有水泥胶凝材料原因：细度粗、多孔材料少4、水泥及胶凝材料的颗粒级配控制水泥及混合材料和掺和料组成水泥胶凝材料，这种胶凝材料的颗粒级配主要由水泥厂调控，施工单位现场掺和料也应调控，调控机理有三条：（1）强度机理——为了充分利用熟料活性，国内外公认颗粒分布：粒度（μm）＜33-32＞65组成（%）＜10＞650（2）密实机理——使水泥颗粒密实堆积，提高水泥石的密实性。按Fuller方程要求的粒度分布：粒度（μm）＜3＜32＜65组成（%）20-3070-8080-95它是一个以3-32μm为中心的窄分布曲线，优点是充分利用熟料活性，缺点是水泥需水量大，使用性能差。（3）三峰合一机理——充分发挥熟料活性和混合材及掺合料的作用，发挥各自的优点，组成水泥胶凝材料的理想粒度分布它是一个0-80μm（0-65μm）范围内的宽粒度分布。它的优点是水泥颗粒密实堆积，减少需水量。缺点是熟料有点过细粉磨现象，有过粗颗粒，浪费能源4、水泥及胶凝材料的颗粒级配►细颗粒——以混合材（掺和料）为主；►中等颗粒——以熟料为主；►粗颗粒——以混合材料为主。5、水泥与外加剂相容性（1）、外加剂品种与掺量（2）、熟料影响矿物组成：C3A＞C4Af＞C3S＞C2S矿物晶形：C3A与C4AF结晶形态碱含量：R2O≈0.6%左右为好硫碱比：SD=0.774SO3/(Na2O+0.658K2O)≈100%fCa：适当小需水量：愈小愈好，如22%—24%稠度（3）石膏形态与掺量石膏种类溶解度（g/L)溶解速率二水石膏2.08中α-半水石膏6.20快β-半水石膏8.15快可溶硬石膏6.30慢天然硬石膏2.70慢德国试验水泥编号123石膏净浆形态二水+硬半+二水(过量)二水+半(过量)净浆好好差(急凝)净浆掺超量塑化剂差随时间变好有改善铝酸盐活性与溶液中硫酸盐匹配铝活性低、溶液中SO3低：形成AFt，凝结正常铝活性高、溶液中SO3高：形成AFt，凝结正常铝活性低、溶液中SO3高：形成AFt和二水石膏，1“假凝”铝活性高、溶液中SO3低：形成AFt、AFm、1C4AH13，“急凝”，“欠1硫型”（4）混合材料的种类掺加大量混合材和掺和料都有助改善相容性，但火山灰掺量过多后，需水量增加。（5）水泥细度状态熟料为细粒（＜3μm）超多：比表面积增大，1到相容性差密实堆积的粒度分布：需水量少，相容性好P.O42.5水泥：比表面积≥450m2/kg，相容性差；中位粒径≤14μm，相`容性变差水泥圆度系数：愈圆，相容性愈好（6）水泥存放时间与温度：长好，温度‘低好（7）水泥需水量：P小好（8）水泥凝结时间：适当长好，如2-3h6、砼的收缩与裂缝（1）水泥收缩造成的砼裂缝：化学收缩：7%-9%。C3A大，细度细水化`快，但AFt高好塑性收缩：沉降、失水、化学反应造成的。塑性阶段夏天砼表面大量失水温度收缩：水化热造成砼内外温差。大体积砼。夏天温度高，水化`快。干燥收缩：水泥石毛细孔水蒸发造成的。`夏天砼表面水蒸发快。碳化收缩：砼表面Ca(OH)2与CO2反应生`成CaCO3造成。自收缩：在恒温、恒湿下，水泥化学反应造成。（2）预防收缩的措施：减少水泥收缩熟料矿物组成：高C3S+C2S，低C3A或高`SO3细度状态：最佳颗粒级配、堆积密实、球形化、比表面积不宜过高。混合材料：粉煤灰有益。减少砼收缩配合比：石、砂密实堆积水灰比：适当小养护：加强初期水养护大体积砼：采用低水化热水泥掺和料：粉煤灰有益三、提高水泥质量途径分析1提高水泥熟料活性(1)选择最佳熟料率值熟料配料的三率值决定了熟料的矿物组成和熟料的活性状况。企业应根据原燃材料实际、易烧性和窑炉的热工状况，选择最佳的熟料率值。在熟料率值选择和确定中应努力提高硅酸盐矿物（C3S+C2S)含量，回转窑可在75%以上。在这个基础上适当提高C3S含量，适当调整C3A含量，适当降低C4AF含量。硅酸盐水泥熟料矿物组成的反应特性矿物组成硅酸三钙硅酸二钙铝酸三钙铁铝酸四钙C3SC2SC3AC4AF含量/%37～60最多15～37次之7～15少10～18少水化速度较快慢快中水化热中低高中强度高早期低后期高低中(抗折强度)耐化学侵蚀中良差优干缩性中小大小窑型KHSMIM预分解窑0.88-0.912.4-2.81.4-1.7不同窑型硅酸盐水泥熟料率值的参考范围(2)强化烧成快速冷却迅速升高烧成温度，使熟料矿物迅速形成，A矿和B矿晶体尺寸较小，约为10-30um，且分布均匀时，熟料活性最高。相反，如果熟料易烧性差，如生料细度粗，有难烧的石灰石，或缓慢升高烧成温度，会使A矿尺寸增大到50-100um，B矿尺寸增大到30-50um，此时，熟料活性会降低。熟料矿物都有不同的温度变体，各种变体的水化速度和强度是不同的。快速冷却可使A矿、B矿的高温变体在常温下稳定下来，对熟料活性有利。一般认为，熟料从1250-1150℃开始快速冷却可以获得最高的强度。快速冷却还可以形成一定的玻璃体，它对熟料活性有利。重视微量组分对熟料活性的影响。K2O、Na2O、SO3、Cl-等微量组分在数量较少时对熟料活性影响不明显，但超过一定数量后对熟料煅烧工艺和活性会造成很大影响。欠烧的熟料活性低是众所周知的。过烧的熟料，如熔融的熟料，其活性低于烧结的熟料。在还原气氛中,被还原的Fe2+进入C3S固溶体中取代Ca2+，并促使C3S在冷却时分解。Fe2+进入β-C2S固溶体中，能促使它向г-C2S转变。2控制水泥的细度状态目前我国水泥企业几乎都采用80um筛余和比表面积控制水泥的粉磨细度，它对于控制水泥性能和充分发挥水泥各组分的作用是远远