浅谈水泥生产质量对水泥净浆流动度的影响

 

随着现代化的高速发展,国家对各种基建设施投入力度的不断加大,人们对混凝土性能的要求越来越严格,不再只片面追求强度,而是以具备现代技术特性的混凝土来满足任何环境中的施工。从混凝土的耐久性出发,对水泥强度的依赖程度逐渐降低,外加剂的超细粉原料的效用变得越来越大,总需求量越来越高,尤其是不同骨料与不同水泥,在不同情况下要满足混凝土的混合。对混凝土外加剂的严格要求,不可避免地让水泥与外加剂的适应性成了一个热门的研究。

1混凝土外加剂与水泥的适应性

混凝土外加剂与水泥的适应性是指,在混凝土外加剂应用技术规范的基础之上,将检验合格的部分外加剂,按照标准投入水泥之中,若两者间能产生应有的效果,就说明该水泥与这种外加剂相适应,反之,则不适应。混凝土外加剂与水泥的适应性涉及水泥化学、高分子材料科学、表面物理化学、电化学等方面的知识。

 

使用掺合料的目的是改善新混凝土、砂浆、水泥砂浆的性能与和易性,减少水的消耗,并根据实际施工需要缩短或延长凝结时间,减少滑坡损失,提高性能,提高混凝土的强度、耐久性,降低钢筋腐蚀,减少扩张损伤等。经过多年的发展和实践,混凝土外加剂有了很大的改进,品种较多,适应性也更加广泛,但同时也存在着不足。从工程使用来看,同种类、同剂量的外加剂对不同水泥品种有不同的效果;同种水泥品种因环境和时间段的不同,其水泥净浆流动度也会时大时小,甚至泌水情况与凝结时间也都有差异。因此,外加剂可根据现场实际情况和现场环境方便、快捷地进行调配,在生产过程中,水泥企业应尽量提高水泥质量,以避免因水泥质量导致的混凝土外加剂不适应问题。

 

2水泥生产质量中影响水泥和外加剂适应性的因素

2.1熟料质量的影响

外加剂是由熟料矿物的水化速率和产物的比表面积所决定的,它主要吸附在水化产物上。熟料中所含矿物材料有铝酸三钙(C3A)、铁铝酸四钙(C4AF)、硅酸三钙(C3S)、硅酸二钙(C2S4种。此4种矿物对外加剂的吸附量不同,按吸附量排序为:C3A>C4AF>C3S>C2S,特别是铝酸三钙(C3A),其吸附量远超其他3种,但高C3A含量的外加剂适应性却相对较差,另外,铝酸三钙含量相同的不同熟料,与外加剂的适应性也一定都相同。在水泥生产过程中,部分工厂为了控制熟料中C3A的含量,通常都会增加氧化铁(Fe2O3)的含量来降低熟料的IM,途中,如果烧成温度不够,就会对熟料质量产生较大影响,甚至会出现大量黄色芯材,影响熟料密度,使熟料f-CaO增大。此外,如果大块熟料进入冷却机后,冷却效果得不到保证,会出现红料等现象,当水泥研磨时,研磨水泥的温度会大大提高,严重时会造成石膏脱水等,这样的水泥会大大增加外加剂的吸附量,且外加剂的适应性会很差。因此,控制原料中Al2O3的含量,对提高水泥外加剂的相容性具有重要意义。

2.2不同混合材料及不同质量的影响

不同混合料对外加剂的吸附量不同,按吸附量进行排序为:火山灰>高硅>粉煤灰>高炉矿渣。一般情况下,火山灰混合物具有较大的内表面积、吸水性和外加剂吸附能力。粉煤灰的天然形态及适应性好,虽然粗粉煤灰或加工粉煤灰的吸附能力好,但适应性却较差。相对而言,高炉矿渣水泥的混合适应性、耐用性、施工性能是最好的,特别是超细矿物粉体,其在取代部分水泥后,超细矿物粉体中的小颗粒便自动填充在水泥颗粒之间,将灌装水进行更换,提高了混凝土的流动性,同时也有利于水泥外加剂的相容性的提高。

2.3水泥中碱含量的影响

高碱含量的水泥外加剂的使用会导致水泥中石膏及C3A水溶解度的变化。早期阶段,水化铝酸在积极的、强烈的外加剂吸附作用下,使得混凝土凝结时间缩短,但由于在水泥粉磨过程中,掺入的粉煤灰和矿粉与水泥水化产物CaOH2发生了反应,降低了混凝土的碱度,使得水泥外加剂的适应性大大提高。

2.4水泥细度、新鲜度和温度的影响

水泥的细度与需水量、外加剂的吸附成反比,细度越细所需水量就越大,同样对外加剂的吸附也较大,反之,水泥细度较表面积偏大的水泥,其外加剂的适应性越低。除水泥细度外,水泥的新鲜度和温度对水泥净浆流动度及外加剂适应性也有影响,刚出磨的水泥颗粒之间具有较强的吸附力,故其减水率低、混凝土坍落度损失快。水泥出磨时,因水泥的磨削温度过高,石膏会出现部分脱水现象,从而使得水泥净浆流动性呈反向增长。

2.5水泥颗粒分布的影响

水泥颗粒对外加剂分子的吸附与水泥的比表面积有关。比表面积越大,水泥与水的接触面积越大,从而也增加了水泥颗粒表面水膜的需求量。在相同水灰比情况下,水泥的比表面积越大,水泥颗粒越细,这将导致早期水化的水泥水泥浆的流动性变差,影响水泥外加剂之间的兼容性。此外,水泥颗粒的分布范围较窄,当空隙较大时,需要更多的水来填充空隙,自由水就随之减少,所以磨机的球团分布应尽可能多阶段进行,以获得更广泛的颗粒分布,提高水泥的强度。另外,水泥颗粒小于3um在一定程度上会对混凝土性能造成破坏,主要是因为过多的细熟料颗粒会加快水泥的早期水化速率,增加水泥的早期水化热,增加收缩开裂的风险,并降低与外加剂的相容性,所以小熟料颗粒在10%以内最佳。堆积密度高的水泥有利于降低需水量和空隙率,从而使得混凝土抵抗外界侵蚀的能力和强度大大提高。

3水泥生产过程中提高质量的措施

3.1水泥与熟料指标监督

目前,很多水泥生产企业都在水泥中掺入了大量的粉煤灰、炉渣、火山灰等混合料,借此来降低水泥的生产成本。在水泥加工过程中,要严格掌握其物理性能和化学属性,对熟料中的各种成分进行检查,不断地对水泥生产过程中混合料的掺入量进行调整,使其充分满足实际标准指标,并进一步提高水泥的质量。

3.2石灰石、黏土质原燃料的控制

原燃料质量是生产和制备成分适宜及稳定原料的基础,水泥生产过程中应用最多的材料是石灰石及黏土材料。水泥生产过程中使用的石灰石的CaO含量越高,效果越好,这取决于氧化铁、二氧化硅、氧化铝、Fe2O3等酸性氧化物的含量是否满足配料要求,而黏土材料使用最广泛的便是黄土和黏土,黏土的质量主要由其化学成分(二氧化硅率、氧化铝率)、砂含量、碱含量、塑性、需水量等工艺性能来衡量。不同的生产方法需要不同的黏土质量,因此,当原料进入工厂时,便要严格控制每一环节的检测和分析,从根本上确保材料的质量。

4结语

外加剂与水泥的适应性是一个错综复杂的问题,影响因素较多,其中,主要影响因素有:熟料质量、不同混合材料的质量、水泥中碱含量、水泥细度、新鲜度、温度和水泥颗粒分布等。关于水泥与外加剂的适应性问题,涵盖面较广,涉及水泥化学、高分子材料科学、表面物理化学、电化学等学科。目前,这个领域还具有较高的挑战性,仍是备受混凝土水泥工作者高度关注的研究课程。水泥种类、企业规模、装备设施、工艺技术等的不同,使得同一种类、同一级别的水泥也会有不同的效果。因此,企业在使用外加剂时,应不断地根据水泥的变化进行相应的试验研究,在检验合格的基础上才可投入使用。同时,企业也应站在一定的高度,用超前的眼光看待水泥的各项指标,使其不断地满足市场需要,更好地适应时代发展的步伐,从而为我国建筑事业作出贡献。

 


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