吴笑梅 优质水泥的评定与生产技术(07南宁)

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,优质水泥的评价与生产技术,吴笑梅 樊粤明,（华南理工大学材料学院）,2007,年,11,月,7,日,2007,年,水泥,技术交流会,一、优质水泥的思考,1,、,GB,的要求是水泥最基本的性能与品质保证，而不是优质水泥的标准！,2,、水泥的高早强是施工速度的要求，并不一定有利于混凝土的性能！,3,、水泥富余标号过高并不是优质水泥的唯一体现，相反往往易造成资源浪费！,4,、优质水泥的评定标准：,在配制混凝土时，使混凝土具,有优良的工作性能，力学性能，,耐久性能，体积稳定性及最低的,配制成本。,应从混凝土性能,的角度谈优质,水泥的评定,二、从混凝土性能的需求评价水泥,1,、从混凝土施工性能来评价水泥,（,1,） 商品混凝土施工性能的要求,：,在设定,W/C,及一定外加剂掺量条件下，达到要求的塌落度、较小的经时损失、扩展度和可泵性（和易性好）。影响这一性能的因素很多，如配制技术、砂、石、掺合料等材料，但水泥是重要的因素之一。,（,2,）与水泥的关系主要体现在与外加剂的相容性及保水性,水泥与外加剂相容性的定义：绘制以外加剂掺量为横坐标，流动度为纵坐标的曲线，其中饱和点（外加剂掺量低，流动度大，流动度经时损失小，则水泥与外加剂的相容性好。,水泥与外加剂相容性的检测方法：,a),净浆流动度法（屈服应力）,b)Marsh,筒法（屈服应力表观粘度）,相容性对混凝土性能的影响：,a),相容性好的水泥,混凝土成本低，性能好,b),相容性差的水泥,混凝土成本高，泵送难度大，开裂风险大,保水性对混凝土施工性能的影响,保水性好的水泥，在配制混凝土时有利于减少内部的泌水腔和表面的泌水层，改善混凝土的界面结构与表面硬度，可提高混凝土的匀质性、强度及耐久性能,。,从混凝土工作性能要求出发，水泥具有,良好与稳定的外加剂相容性,及,保水性,是配制优质混凝土必需具备的条件，是评价优质水泥的重要指标之一。,2,、从混凝土的力学性能来评价水泥,混凝土强度,取决于,结构的致密程度,及,水化产物的粘结力,（,1,）混凝土的 抗压强度与水泥的关系,鲍罗米公式：,R,h,A,Rc,（,C/W,B,）,当,C,（,C,F,）,时,Rc,R(C+F),R,h,试配强度（,MPa,）；,Rc,水泥实际强度（,MPa,）,C/W,灰水比；,A,、,B,与骨料性能、砂率等有关的常数,由此可见,：,a),Rc,与,R,h,（,28,天强度的关系） 胶凝性,b),C/W,与,R,h,的关系 混凝土的致密性,因此，水泥强度高，胶凝性好，能使混凝土的,W/C,降低（与外加剂相容性好，需水量低的水泥），则有利于提高混凝土的强度。,水泥工程技术人员往往更重视从提高水泥胶砂强度来提高水泥的质量，而忽视了或尚未认识到水泥性能对混凝土用水量的影响，即致密度对混凝土性能的影响是同等重要的！这方面尚有很多工作可做。,（,2,）混凝土抗折强度与水泥的关系,：,混凝土同等抗压强度条件下，若水泥的抗折强度越高，则混凝土的抗折强度也越高。,（,3,）混凝土力学性能与不同龄期水泥胶砂强度的关系,a,）水泥早强（,3d,）高，水化放热快且大，,导致混凝土内部温升快且高，冷却后残余的温度应力较高，混凝土的抗裂性能下降,。,b ),水泥后期（,28d,）及远龄期（,90d,或,180d,）强度高，对混凝土的强度补充与自愈合能力非常重要。这是因为作为多相复合材料，混凝土不可避免存在结构缺陷，且它通常处于日晒雨淋、干湿交替、冻融循环，甚至更加恶劣的环境条件下，漫长使用过程中强度损失或受到损害或破坏难以避免。,由此可见，水泥的,3d,强度是施工的要求，水泥的,28d,强度是混凝土设计强度的需要，而远龄期强度指标则是混凝土耐久性（强度补充及自愈合）的需要。水泥,合理或较低的早期强度,，,较高的后期及远龄期强度,是优质水泥重要的性能指标之一。,3,、从混凝土耐久性能来评价水泥,混凝土耐久性主要包括了：抗渗性，抗冻性，抗腐蚀性。,提高耐久性的主要渠道：,a),提高混凝土的致密性；,b),改善水泥水化产物的组成,提高混凝土的耐久性意义十分重大。提高混凝土耐久性要针对特定的腐蚀环境采取相应的技术措施。责任主要落在混凝土配制技术上。水泥性能是其中一个影响因素。,相关的水泥性能：,a),水泥与外加剂的相容性（影响砼的需水量，即致密性）,b),水泥的保水性（影响界面结构）,c),矿物组成：抗硫酸盐腐蚀一般要求,f-CaO,、,C,3,A,、,C,3,S,含量低；耐久性一般要求：高,n,低,p,低,KH,（,抗碳化除外）,d),有害组分少，如碱含量，氯离子等,e),力学性能,强度富余是本钱,使水化产物具有更好的抗腐蚀能力,4,、从混凝土体积稳定性来评价水泥,（,1,）膨胀： 安定性问题（,f-CaO,、,SO,3,、,MgO,）,（,2,）,收缩与开裂,混凝土的收缩开裂现象既普遍又复杂。它与设计、施工、混凝土配制技术及配制材料的特性密切相关。混凝土产生收缩的种类主要有自生收缩，干燥收缩，冷缩，碳化收缩。,收缩是产生开裂的主因，但设计、施工及混凝土配制技术上可采取相应的对策减少或防治开裂。,把混凝土开裂责任全部推到水泥生产企业是不合适的,。,但某些水泥的外加剂相容性差，配制混凝土坍落度经时损失大时，确实会给混凝土开裂造成十分大的风险。,如设计：,可通过布筋来限制收缩，防止开裂；,可预留后浇带防止开裂；,可铺设冷却水管防止冷缩开裂。,但对于桥面板、剪力墙等部位的开裂，目前设计上尚未有较好对策,如施工：,可通过开收缩缝来释放应力；,可通过养护防止早期水分挥发，减少干缩。,二次抹面,覆盖湿麻包袋养护,天气干燥，表面易失水开裂,某高速,1,标：缩缝位置没有拉裂，缩缝旁边贯穿裂缝，说明缩缝开的时间过晚。,缩缝位置,开裂位置,某高速,2,标：每,10,米一条缩缝，结果在每块板的,中间，约,4,6,米处出现裂缝，原因缩缝之间的距,离太长。,侧面局部放,大，贯穿,配制技术：,可通过延长凝结时间减少自生收缩的影响；,可通过减小砂率，用掺合料代替部分水泥等措施减小收缩。,水泥性能：,水化产生收缩及毛细孔失水收缩是混凝土收缩根源。但这是水泥的基本性能，是无法避免的。水泥的品质影响水泥净浆或砂浆的收缩量，但与混凝土的收缩量不直接相关。,本人认为：混凝土开裂程度大小取决于设计与施工，混凝土收缩的大小取决于配制技术及水泥性能,。故水泥自身性能变化对混凝土体积稳定性的作用是有限的。,从优质水泥的要求出发应注意以下的影响因素：,a),矿物：,C,3,A,、,C,3,S,越多，熟料轻烧，冷却差，干缩、自生收缩及冷缩越大；,b),比表面积越大，需水量越大，早期水化快，自生收缩大，冷缩也大；,c),早强型水泥：早期水化热较集中，温度应力大，易 开裂或耐久性下降；,d),颗粒组成：紧密堆积，孔隙率小，可显著减小收缩量；,e),混合材种类与掺量：影响需水量和孔隙率；,f),水泥中,SO,3,含量，影响收缩量。,5,、从特种混凝土的性能要求来评价水泥,（,1,）大体积混凝土,低水化热,要求,a,）,绝热温升的危害：内部温升可达,50,60,，中心部位最高温度可,达,80,100,；工程对策：降低入模温度，冷却水管，外保温等。,b,）,水泥水化热的范围：,对于,C50,的混凝土，在水泥用量为,350kg/m3,380 kg/m3,的条件下，若水泥,3d,水化热相差,30KJ/kg,，混凝土的绝热温升可相差,5,7,。,c,）,影响水泥水化热的因素：矿物组成（,C,3,A,、,C,3,S,）、,比表面积，即,矿物的早期水化活性；,d,）,水泥高早强害多利少,PII42.5R,水泥,3d,水化热,KJ/kg,7d,水化热,KJ/kg,28d,水化热,KJ/kg,较好水平,260270,305315,345355,一般水平,285295,330340,370380,（,2,）,高等级路面混凝土,高抗折、耐磨、低应力,要求,目前高等级道路的状态：,设计寿命,30,50,年，实际很多情况下只有,5,10,年，对国家资源能源及建设维护费用浪费很大。,原因：,路基、施工、超载，水泥混凝土材料自身原因。很多路面未使用就出现裂缝或表面“起粉”，耐磨性极差现象。,要建造优质的混凝土路面，,就水泥方面应考虑,：,具有高抗折强度,（低,f-CaO,，,高硅酸盐矿物）；,高耐磨性,（高,C,4,AF,，高,C,2,S,）；,致密的浆体及混凝土结构,（颗粒分布好，需水量低，,相容性好）,低温度应力,（水化热低）。,道路混凝土是要求混凝土性能很高的混凝土，因此对水泥的品质要求也应极为严格！,（,3,）,管桩混凝土,高蒸压强度、高抗冲击性,大型水泥厂必争的市场，要求（,C,2,S+C,3,S,）,含量,75,（掺细磨砂后，可降低对硅酸盐矿物总量的要求），高,C,4,AF,含量（对提高抗冲击性更为重要），外加剂相容性好，强度高（配制,C80,以上等级的混凝土），一般是优质的,PII42.5,水泥。,综上所述，为满足各种混凝土性能的要求，优质水泥应具有下列性能,：,（,1,）标准稠度用水量低,（,25%,）,（,2,）良好的外加剂相容性,（饱和点,1.4%,）,（,3,）较高的胶凝性,（,28d,及远龄期）,（,4,）高抗冲击、高耐磨,（,5,）低收缩,（,C,3,A20,f,-CaO,1,）,（,6,）低水化热,（,3d270KJ/kg,，,7d,315KJ/kg,）,目标：,能满足混凝土的不同用途要求，如显著改善混凝土的工作性能、力学性能、耐久性能，体积稳定性及实现最低的混凝土生产成本。,砼致密性与高工作性能的保证,砼较高力学性能的保证,砼体积稳定性保证,满足特种混凝土的需求,三、优质水泥的生产技术及控制参数,（,一）熟料配方的设定与调整,设定：,高硅酸率、中饱和系数、低铝氧率,常规配方：,KH,0.900.92,；,n,2.5,2.8,；,p,1.6,1.8,推荐配方：,KH,0.890.91,；,n,2.5,2.8,；,p,0.9,1.2,为避免结皮堵塞及提高烧成温度，获得良好耐久性，还需减少熟料中,K,、,Na,、,Cl,等有害成分及不利的组分如,SO,3,及,MgO,。,矿物组成实现低,C,3,A,、,较高的,C,2,S,、,C,4,AF,、,适中的,C,3,S,；,目的,：,使熟料具有低需水量、良好外加剂相容性、适中胶凝性、较低水化热、较高抗腐蚀性能、抗冲击性和耐磨性。,调整：,由于各地区原材料易烧性、窑的热力强度、企业工艺技术水平存在差异，水泥市场的接受程度有差异，可考虑对推荐配方按进行调节。,a),原材料易烧性较差的地区及窑烧成热力不足或追求台时产量高的企业，可适当降低,n,值；,b),工艺技术水平、操作水平尚适应不了这种烧成范围较窄的配方，可适当提高,p,值，逐渐过度；,c),当地区要求水泥早期强度较高（如,PO42.5,水泥，,3d,强度要求,30MPa,以上），可适当提高,KH,和,p,值，降低,n,值；若要求熟料后期强度较高时，宜提高,n,值。,但上述调整（除提高,n,值）都对水泥品质优化不利。,（,二）烧成制度的优化,要求：合理的烧成温度（较高温），快烧，急冷，及氧化气氛下烧成,（不能仅,以,f-CaO,含量、升重为标准）,饱和点、标准稠度更敏感,目的：,在一定的矿物组成条件下，使矿物晶体发育良好，具有较高的固,溶量及活性；获得低需水量、良好外加剂相容性、高胶凝性的水泥。,煅 烧,温 度,低,高,随着煅烧温度的提高，,A,矿晶轴比减小，大小适中。,1380,1420,1450,研究结果表明随着熟料煅烧温度提高，,A,矿固,溶,Al,2,O,3,、,Fe,2,O,3,的量,显著提高，活性提高；对熟料强度及外加剂相容性有利。硅酸盐矿物的化学成分,样 品,化 学 成 分,SiO,2,Fe,2,O,3,Al,2,O,3,CaO,MgO,熟料,4A,（,1380,）,25.08,0.98,1.48,66.84,2.88,97.26,熟料,1A,（,1420,）,24.42,1.05,1.97,67.86,2.35,97.65,熟料,9A,（,1450,）,24.34,1.13,2.01,67.05,2.58,97.11,冷 却 速 度,快,慢,冷却速度越慢，,A,矿晶体增大，自形性差，活性下降；中间体析晶增多，即,C,3,A,、,C,4,AF,析晶。对水泥强度、外加剂相容性很不利。,还 原 气 氛,正 常 气 氛,还 原 气 氛,正常 气 氛,B,矿,A,矿,暗色中间体,正常气氛,还原气氛,窑内还原气氛，会出现,CO,，,使窑内结皮加剧，熟料升重增大，并降低熟料的烧成温度，,A,、,B,矿发育不良，形成黄心料后（铁钙橄榄石），,C,3,A,含量明显增多，而且暗色中间体析晶严重（原因：温度、粘度及,FeO,等），结果导致水泥强度下降，需水量增大，外加剂相容性变差。,从上述优质熟料的烧成工艺要求来看，应控制好如下工艺参数：,（,1,）实行,薄料快烧,，正常条件下窑速达到额定转速的,90,左右；,（,2,）采用调整火焰形状方便，具有较强煤风混合能力，热力强度充足的,燃烧器,（目前燃烧器有很多种，但适合无烟煤煅烧的仍较少）；,（,3,）,煤粉细度,宜控制细些（烟煤,5,8,无烟煤,1,），水分,1600PPm,，,O,2,含量在,1,3,，,CO,含量为零，,头煤比例,不宜小于总煤量的,40,；,（,5,）窑内冷却带要尽量短，加强冷却机头端的风量，强化高温熟料的冷却速度；,（,6,）,熟料升重,控制指标宜根据矿物发育状况及熟料的各项性能指标来设定，它往往与配方、气氛、物料易烧性及破碎状况有关。,f-CaO,含量只反映烧成反应进行的程度，并不代表矿物生长状况。优质熟料要求矿物组成合理，且矿物发育良好,（标准稠度，饱和点）,。,颗粒分布,堆积空隙率,标准稠度,水化热,凝结时间,胶砂强度,（,三）水泥粉磨工艺的优化,（,1,）水泥颗粒分布,外加剂相容性,胶砂干燥,收缩,实验结果表明：,（,1,）同一比表面积的同品种水泥，颗粒分布越窄，其堆积空隙率越大，标准稠度越大，凝结时间越长，,1d,水化热越小。水泥颗粒分布越宽，,1,、,3d,胶砂强度越高，且随比表面积增大强度增大；颗粒分布较窄时，比表面积增大,1d,胶砂强度增幅不大。,（,2,）同一比表面积的同品种水泥，颗粒分布越窄，其,Marsh,曲线的饱和点越大，对应,的,Marsh,时间越长,水泥颗粒分布较宽时，随比表面积增大饱和点增大，对应的,Marsh,时间变化不大；水泥颗粒分布较窄时，随比表面积增大饱和点增大，对应的,Marsh,时间显著延长。,（,3,）颗粒分布对立窑水泥砂浆干缩率有显著影响，同一比表面积颗粒分布越窄，砂浆干缩率越大，随比表面积增大砂浆干缩率增大。颗粒分布与比表面积对回转窑水泥砂浆干缩率影响不大。立窑水泥砂浆的干缩率比同品种的回转窑水泥砂浆的大。,总的来说，颗粒分布较宽，堆积密度较大时，水泥的综合性能较好！,生产中实现水泥颗粒分布优化的技术措施：,a,）,粉磨工艺流程的影响：,开流,磨：追求的是,3,5um,以下的颗粒含量较小，颗粒分布较宽，堆积密度较大的颗粒组成。经多家企业生产实践证明，磨内筛分的高细磨（采用微球、微锻作为研磨仓的研磨体）效果较好。,闭路,磨,：,颗粒分布较窄，堆积密度较小。,在一般闭路磨系统上，可在一定程度上通过选粉效率与循环负荷的调整来调整颗粒分布；也可通过调整粉磨物料易磨性差异来调整颗粒分布，但所得效果远不如开流磨的效果。,b),比表面积控制：,42.5,等级的水泥控制,360,380m,2,/kg,c),细度控制：,0.08mm,筛余,1,2,，,0.045mm,筛余,10,16,相同比表面积条件下，,0.045mm,筛余过小，颗粒分布越集中，水泥早期强度低，,28,天强度高，标准稠度大，流动性差，与外加剂相容性差，凝结时间长，干燥收缩大；,0.045mm,筛余过大，颗粒分布分散，,28,天强度较低，对资源是一种浪费，流动性经时损失较大。,2,、石膏的品种与掺量,（,1,）硬石膏、二水石膏、工业石膏的评价。,（,2,）选择结晶水含量较高的优质石膏，带入过多的泥质，对水泥性能不利；,（,3,）在满足凝结时间与强度性能的要求下，适当提高水泥中,SO,3,含量有利于改善水泥与外加剂的相容性，减少流动性能的经时损失，降低水泥砂浆或净浆干燥收缩率,。,3.,混合材品种与掺量的优化,石灰石,矿渣,粉煤灰,细磨粉煤灰,自身需水量小，又有利于改善水泥颗粒分布的混合材对改善相容性有利，,石灰石对早期强度有利，矿渣火山灰活性最强，对提高强度最有利。,石灰石,基准,矿渣,粉煤灰,细磨粉煤灰,4,、水泥的温度,为改善水泥与外加剂的相容性，降低混凝土拌合物的入模温度，在气温较高的季节，出厂水泥温度宜控制较低（最好,60,），目前该项要求大部分水泥厂难以达到，可增设水泥冷却设备来达到，但成功的应用实例仍较少。,开流磨，用微锻微球作研磨体，水泥比表面积控制较高的情况下，水泥温度的问题更加突出。,谢 谢！,欢迎批评指正！,