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C3A和半水石膏含量与水泥标准稠度用水量的关系

文章来源:lntbhr 更新时间:2017/09/04

  水泥标准稠度用水量是衡量水泥工作性能优劣的指标之一。一般来说,水泥标准稠度用水量小,则混凝土单位需水量少,外加剂掺加量少,强度高,耐久性比较好。因此,近年来,有关水泥标准稠度用水量的问题越来越引起人们的重视,特别在两广地区,混凝土行业总是希望水泥的需水量越小越好 [1-2]。
  目前,虽然国内外已经有很多学者对关于C3A和石膏含量对水泥标准稠度用水量的影响给出了很多定性的解释,而关于定量方面的试验数据往往只限于试验小磨资料,工业生产数据相对较少。但是实验室的小磨数据往往局限于磨机规格等原因,与实际生产的数据对应性较差,有些甚至有相反的结论。本文通过实际工业生产资料汇总,讨论了C3A和半水石膏与水泥标准稠度用水量的关系,供同行参考。
  1、C3A含量与熟料标准稠度用水量的关系
  P·O42.5及其以上强度等级水泥中,熟料所占比例大,因此其标准稠度用水量很大程度上取决于熟料标准稠度用水量。众所周知,熟料矿物中C3A活性最高,与水接触能迅速发生水化反应,因此它对水泥的早期水化和混凝土的流变性影响较大[3]。引用的文献[1]熟料C3A含量与其标准稠度用水量的关系见图1。

  从图1中可以看出,随着C3A含量的增加,熟料的标准稠度用水量也增加,两者呈线性关系。但是在实际生产中,熟料中C3A含量往往在7%~9%,熟料需水量也在23%~26%左右,与图1的对应关系较差。
  图2是广东某些厂在相同的一段时间内,熟料中C3A含量与熟料标准稠度用水量的关系。这几个厂的位置较近,所用原材料和窑的规模也几乎一样。因此其熟料标准稠度用水量的对比性具有一定的参考价值。从图2可以看出,与图1的结论一样,大体上熟料的标准稠度用水量随着C3A含量的增加而增加;C3A含量小于7.5%的熟料的标准稠度用水量大体上小于C3A含量高于7.5%的熟料。

  图2 熟料中C3A含量与熟料标准稠度用水量的关系,表1是江西某厂2014年熟料标准稠度用水量变化情况。对比前后原材料来源相同,并且维持熟料中C3S与C2S的含量基本不变,提高熟料矿物中C3A的含量,降低C4AF的含量。从表1可以看出,熟料标准稠度用水量随着C3A的增加而增加。因此考虑到窑的煅烧和操作方便,建议控制熟料中的C3A含量在7.0%~7.5%之间。

  2、半水石膏与水泥标准稠度用水量的关系
  2.1 石膏的脱水温度
  石膏的存在形态会在水泥粉磨过程中,由于磨机研磨发热和熟料带入热等原因而发生相应的变化,例如石膏脱水成半水石膏或可溶性无水石膏等。由于石膏的各种形态具有不同的溶解速度[4],以及不同形态下石膏与外加剂具有不同的作用机理,因此会对水泥的各种性能产生影响[5]。
  在实际水泥生产过程中,尤其是水泥立磨,往往要求磨机出口物料能达到一定的温度,除了烘干作用外,其主要目的是使石膏能脱去部分水分,变成半水石膏,改善水泥的工作性能。
  目前,越来越多的水泥厂使用脱硫石膏和柠檬酸渣[6]等工业废渣代替天然石膏,以降低生产成本。但是天然石膏和工业石膏除对水泥各种性能产生不同的影响外,两种石膏的脱水温度也不同。图3和图4是脱硫石膏和天然石膏的热重曲线(升温速度2℃/min)。从图3和图4的对比中可以看出,天然石膏的脱水温度要比脱硫石膏的低20℃左右。因此对于使用脱硫石膏作为缓凝剂的工厂,要得到同样数量的半水石膏,可以允许磨机出口的温度稍高于使用天然石膏的工厂。
  2.2 半水石膏与熟料中C3A 的含量
  表2是越南某厂水泥立磨通热风和不通热风后,水泥标准稠度用水量的变化情况。从表2可以看出,控制水泥立磨出口温度对越南某厂起作用,使水泥标准稠度用水量能够有效降低。

  图5是半水石膏掺入两个不同品种水泥中,水泥标准稠度用水量的变化情况。水泥分别来自TJZX和SZTS两个厂,工艺流程都是联合粉磨系统。
  从图5可以看出,TJZX水泥的标准稠度用水量不随半水石膏含量的增加而增加,而SZTS水泥的标准稠度用水量在0.2%半水石膏掺量下不起作用,当掺量增加后,标准稠度用水量开始降低。

  表3是这三个厂所用熟料的矿物成分分析。从矿物成分对比中可以看出, TJZX厂水泥熟料中C3A含量只有7.19%,而其他两厂都超过了8%。因此当熟料中C3A含量较高时,通过提高磨机出口温度,增加半水石膏的含量,能改善水泥的标准稠度用水量,而当熟料中C3A含量较低时,提高磨机出口温度,对改善水泥标准稠度用水量意义不大。

  2.3 半水石膏细度
  可溶物料的溶解速度在很大程度上与其比表面积有关,比表面积大,溶解速度快,反之,则慢。因此要使半水石膏与C3A矿物快速反应,必须使其达到一定的细度。图6是在同一掺量,不同半水石膏细度的条件下, TJZX和SZTS两种水泥的需水量的变化情况。

  从图6可以看出,TJZX水泥由于熟料中C3A含量较小,半水石膏细度的变化对水泥的标准稠度用水量影响较小;而SZTS水泥由于熟料中C3A含量较大,半水石膏需达到一定的细度才能发挥出改善水泥需水量的作用。
  3 结论
  熟料中C3A含量对熟料标准稠度用水量有比较明显的影响。C3A含量高,则熟料标准稠度用水量大。将C3A含量控制在适当范围内,能有效降低熟料标准稠度用水量。考虑到窑系统操作方便,建议控制C3A含量在7.0%~7.5%之间。
  水泥中半水石膏对降低水泥标准稠度用水量的贡献,主要看熟料中C3A的含量和半水石膏的细度,如果C3A含量较大,则适当增加水泥中磨细半水石膏的含量,能够降低水泥的标准稠度用水量。但是当熟料中C3A含量较小时,半水石膏对降低水泥标准稠度用水量无作用。
  工业石膏的脱水温度大于天然石膏的,因此,工业生产时磨机的出口温度可控制不同。
  参考文献:

  [1] 王善拔,刘洪超.减少水泥标准稠度需水量的途径[J].河南建材,2001(1):19-23.
  [2] 孙延泽,柴星腾,朱定林.水泥标准稠度需水量的影响因素分析[J].水泥技术,2008(6):85-86.
  [3] 胡宏泰,朱祖培,陆纯煊.水泥的制造和应用[M].济南:山东科学技术出版社,1993.
  [4] 郑 强,杨 柳,马传杰,等.半水石膏对水泥与外加剂相容性的影响[J].水泥,2009(8):7-8.
  [5] 胡曙光,王蛟兰. 对减少水泥需水量问题的分析[J].国外建材科技,2001,22(1):5-8.
  [6] 陈为胜,司 宁,郑德田,等.柠檬酸渣替代石膏的生产实践[J].水泥,2010(4):21-22.

来源:质检部投稿

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