我國北方地區(qū)冬春季節(jié)水泥長期貯存的探討

　　我國北方地區(qū)霜凍期一般較長，如神東水泥廠所在區(qū)長達(dá)4個(gè)月，施工部門大多在0℃以下就停止戶外施工，使水泥用量銳減，市場價(jià)格下降，水泥銷售極為困難。多數(shù)企業(yè)不得不因水泥滯銷而停產(chǎn)，年生產(chǎn)僅為9～10個(gè)月，生產(chǎn)能力只能發(fā)揮75%～85%左右。但到施工黃金季節(jié)(每年4～10月份)，企業(yè)開足馬力也難以滿足市場需求，水泥價(jià)格要比冬季高50～60元/t。因此，在冬季較多地貯存些水泥是充分發(fā)揮企業(yè)生產(chǎn)能力，平衡水泥淡季與旺季的供求矛盾，提高企業(yè)經(jīng)濟(jì)效益的有效措施。
　　

但是，過去絕大多數(shù)水泥技術(shù)資料、論文都認(rèn)為水泥強(qiáng)度會(huì)隨著貯存時(shí)間的延長而明顯下降。下降的幅度說法不一，有的資料^〔1〕認(rèn)為:用4層紙袋封存水泥試樣15d后，28d抗壓強(qiáng)度下降約10%左右，用普通塑料袋(聚氯乙烯塑料制品)存放1個(gè)月，其抗壓強(qiáng)度下降12%；也有資料^〔2〕認(rèn)為:普通水泥存放3個(gè)月活性下降約20%，存放半年下降約30%，存放1年下降約40%。受此影響，水泥廠一般都不長時(shí)間存放水泥，存放最多不超過1個(gè)月。但神東水泥廠幾年來冬貯水泥實(shí)踐證實(shí)，在我國北方的冬春季節(jié)貯存3～6個(gè)月，強(qiáng)度無明顯下降，有的還有不同程度升高，尤其3d抗壓強(qiáng)度升高最為顯著。文獻(xiàn)〔3〕也證實(shí)了這一點(diǎn)。本文針對(duì)北方地區(qū)冬貯水泥的特點(diǎn)，總結(jié)神東水泥廠經(jīng)驗(yàn)，對(duì)冬貯中有關(guān)問題進(jìn)行試驗(yàn)和研究，對(duì)冬貯水泥強(qiáng)度變化原因進(jìn)行了初步探討。

1　不同存放條件下水泥物理性能的變化

　　
1.1　在相對(duì)密封條件下散裝水泥變化情況
1.1.1　在密封筒中長期貯存
　　封存樣可以說是水泥比較理想的密封環(huán)境，通過2組封存樣與封存6個(gè)月后水泥強(qiáng)度進(jìn)行對(duì)比看出，水泥強(qiáng)度均無明顯降低，有些強(qiáng)度還有不同程度提高，尤其3d抗壓強(qiáng)度平均升高20%左右，見表1。

1.1.2　在圓庫內(nèi)長期貯存
　　

圓庫內(nèi)散裝水泥除庫中最上層與不流動(dòng)大氣接觸較多外，其余均可視為在密封條件較好情況下貯存。將入庫水泥與在圓庫內(nèi)貯存3個(gè)月的水泥進(jìn)行強(qiáng)度比較看出，水泥在圓庫內(nèi)強(qiáng)度變化同封存樣基本相同，結(jié)果見表2。

　　有資料介紹，水泥凝結(jié)時(shí)間與空氣中CO₂濃度有關(guān)。從表1、2中看出凝結(jié)有快、有慢，本文不再探討。
　　結(jié)論一:散裝水泥在密封條件相對(duì)較好情況下長期貯存，水泥強(qiáng)度無明顯降低，多數(shù)齡期還有不同程度提高，尤其3d抗壓強(qiáng)度升高概率與幅度最大。
1.2　袋裝水泥不同存放條件下物理性能變化

1.2.1　成品庫房內(nèi)長期貯存
　　試驗(yàn)條件:包裝袋為單層聚氯乙烯編織袋；成品庫房為兩側(cè)敞開式庫房，水泥垛上無遮蓋物，庫內(nèi)通風(fēng)狀況良好。
　　成品庫中長期存放袋裝水泥的物理性能變化見表3。長期存放水泥質(zhì)檢部門抽檢結(jié)果見表4。

　　袋裝水泥在成品庫內(nèi)長期貯存，水泥強(qiáng)度均無明顯下降，多數(shù)齡期強(qiáng)度有所增長，質(zhì)檢部門抽查結(jié)果和牡丹江水泥廠試驗(yàn)的結(jié)果驗(yàn)證了以上結(jié)論。從表3中還可以發(fā)現(xiàn)長期貯存水泥強(qiáng)度增長與水泥安定性有關(guān)，即安定性愈差的水泥，隨貯存時(shí)間的延長，強(qiáng)度增長的概率和幅度也增大。

1.2.2　露天長期貯存
　　試驗(yàn)條件:包裝袋同上。
　　袋裝水泥露天，高于地面80cm水泥平臺(tái)存放，蓬布遮蓋。
　　袋裝水泥露天長期貯存，強(qiáng)度無明顯降低，與成品庫內(nèi)存放效果基本相同。需要指出的是:由于雨淋，該編號(hào)5%左右水泥袋結(jié)為硬塊，然而垛內(nèi)未硬結(jié)的袋裝水泥強(qiáng)度依然沒有降低，多數(shù)還有所增長(見表5中編號(hào)258-5)。

　　結(jié)論二:1)袋裝水泥庫房內(nèi)長期貯存與露天長期貯存其貯存效果基本一樣，水泥強(qiáng)度均無明顯下降，多數(shù)有所增長。
　　2)水泥長期貯存強(qiáng)度增長概率和幅度與水泥安定性有一定相關(guān)關(guān)系。

1.3　水泥強(qiáng)度與接觸大氣程度的關(guān)系

1.3.1　袋裝水泥在成品垛不同位置上強(qiáng)度變化
　　我們?cè)陂L期冬貯水泥實(shí)踐中發(fā)現(xiàn):無論是庫房還是露天存放，水泥垛最表層水泥與垛內(nèi)水泥強(qiáng)度差別甚大，垛第二層與垛內(nèi)差別就不大了(見表6)。我們認(rèn)為，垛表層水泥強(qiáng)度降低原因是接觸大氣流動(dòng)空氣最多，吸收空氣中水分進(jìn)行水化的概率最大，故強(qiáng)度有所降低。垛內(nèi)水泥接觸空氣面積較少，而且是相對(duì)不流動(dòng)的空氣，吸收空氣中水蒸氣進(jìn)行水化可能性較小，所以強(qiáng)度值較高。

　圖1　袋內(nèi)水泥取樣位置示意圖
　　(陰影為直接接觸大氣部位，即取樣部位)

　　從表7可以看出，袋內(nèi)水泥強(qiáng)度的高低與大氣接觸面積呈負(fù)相關(guān)。D₁接觸面積最多，強(qiáng)度下降幅度也最大；D₂次之；D₃袋中心樣不直接接觸空氣，強(qiáng)度值與密封樣基本持平，3d強(qiáng)度還有所升高。需要指出一點(diǎn)，10袋樣品混合在一起，水泥強(qiáng)度與封存樣相比卻無明顯降低。說明由于水泥是粉狀物料，對(duì)空氣流動(dòng)阻力較大，空氣中水蒸氣僅能與袋裝水泥中表層化合，難以再往里滲透，所以袋水泥中因水化強(qiáng)度降低水泥所占比例很少，故混合樣強(qiáng)度無明顯下降。
　

　結(jié)論三:1)水泥長期貯存強(qiáng)度下降與大氣直接接觸程度有關(guān)。對(duì)每垛水泥來說，最外層水泥比垛內(nèi)水泥強(qiáng)度要低；具體到每袋水泥來說，直接接觸流動(dòng)空氣表層水泥比袋中心強(qiáng)度要低。
　　

2)裝袋水泥水化僅發(fā)生在袋表層水泥中，所占比例很少，整袋水泥平均強(qiáng)度無明顯下降。

2　水泥強(qiáng)度變化原因探析

　　
2.1　水泥強(qiáng)度下降的原因
　　

水泥長期貯存強(qiáng)度會(huì)下降主要因?yàn)樗嗍腔钚晕镔|(zhì)，水泥細(xì)粉與空氣中水蒸氣和CO₂發(fā)生化學(xué)反應(yīng)所造成。反應(yīng)在水泥顆粒表面薄薄一層進(jìn)行，顆粒中未水化的大部分被已水化的部分包裹，發(fā)揮不了作用，從而造成強(qiáng)度損失。反應(yīng)雖然較慢，但由于長時(shí)間持續(xù)不斷進(jìn)行也會(huì)發(fā)生量變到質(zhì)變的過程。據(jù)此，可把影響長期貯存水泥強(qiáng)度下降因素分為二大類，一是對(duì)水泥本身來說:水泥礦物組成、細(xì)度和水分。二是水泥貯存環(huán)境:空氣含水量、環(huán)境溫度、空氣流動(dòng)度、水泥與空氣接觸的面積和貯存時(shí)間等。通過本文試驗(yàn)，我們認(rèn)為影響水泥長期貯存強(qiáng)度降低的首要因素是空氣濕度、溫度和流動(dòng)度。其次是水泥與大氣直接接觸的程度。北方地區(qū)冬春長期貯存水泥強(qiáng)度無明顯下降主要是氣溫較低，空氣干燥，為減少水泥水化提供有利條件，見表8。

2.2　我國北方地區(qū)冬貯水泥強(qiáng)度升高原因
　　

我國北方地區(qū)冬春季節(jié)水泥長期貯存強(qiáng)度不但不下降，反而有所升高的原因，至今還在探索之中。本文認(rèn)為水泥中fCaO在長貯中得到充分消解，大大減少了fCaO水化時(shí)體積膨脹對(duì)強(qiáng)度的不利影響，尤其對(duì)fCaO膨脹比較敏感的早期強(qiáng)度效果最為顯著，故3d抗壓強(qiáng)度增長幅度最大(見本文結(jié)論二)。