高性能水泥生產(chǎn)途徑

　　2.1.2關(guān)于C₂S
　　C₂S水化速度特別慢，約為C₃S的1/20。C₂S的最大優(yōu)點(diǎn)是水化熱低，抗水性好，后期強(qiáng)度高，在1年之后可趕上C₃S。此外，C₂S的干縮性最小，水化28d后的收縮值約為C₃S的1/4。也有人認(rèn)為C₂S在水化早期對(duì)水泥石抗折強(qiáng)度的貢獻(xiàn)大于抗壓強(qiáng)度，它是低需水性水泥的主要礦物。

　　2.1.3 關(guān)于C₃A
　　C₃A在水泥石4種礦物中水化、凝結(jié)速度最快，是水泥石產(chǎn)生早強(qiáng)的主要礦物。但是，C₃A強(qiáng)度絕對(duì)值不高，而且后期產(chǎn)生倒縮現(xiàn)象，C₃A水化放熱量大且集中，水化后通過層間水的蒸發(fā)以及形成的水化產(chǎn)物在轉(zhuǎn)型過程中體積縮小而產(chǎn)生較大的收縮。此外，C₃A水化需水量較大，對(duì)水泥拌和物的流動(dòng)性不利；C₃A含量高，水泥石的抗硫酸鹽侵蝕性能差。

　　2.1.4 關(guān)于C₄AF
　　長(zhǎng)久以來認(rèn)為C₄AF主要是耐磨性好。據(jù)南京化工大學(xué)的試驗(yàn)數(shù)據(jù)，水泥中每增加1%C₄AF，磨損系數(shù)減小0.014%～0.033，是每增加1%C₄AF， 磨損系數(shù)降低值的7～17倍。由此應(yīng)當(dāng)肯定C₄AF在水泥石耐磨性上所起的作用遠(yuǎn)較C₃S
顯著。此外，C₄AF與C₃A相比，不僅有較高的早期強(qiáng)度，而且后期強(qiáng)度還能有所增長(zhǎng)，C₄AF對(duì)抗折強(qiáng)度的貢獻(xiàn)遠(yuǎn)大于抗壓強(qiáng)度，即脆性系數(shù)特別低。C₄AF的另一個(gè)重要作用是生成凝膠狀鐵酸鹽，使水泥石具有較大的變形能力，見表２。但是C₄AF過高，對(duì)熟料的煅燒和水泥粉磨都會(huì)造成很大的困難。

　　2.1.5 水泥熟料礦物組成的控制
　　綜上所述，高性能水泥熟料應(yīng)有足夠的硅酸鹽礦物含量，而熔劑礦物C₃A和C₄AF的總量不宜過高。一般地，要求C₃S與C₂S的合量在75%以上，C₃A與C₄AF的合量在20%左右，對(duì)應(yīng)的硅酸率在2.0～2.5之間。除大體積混凝土工程外，一般混凝土工程要求水泥有較高的早期強(qiáng)度， 因此硅酸鹽礦物中C₃S的含量應(yīng)盡可能高一些，早強(qiáng)型硅酸鹽水泥熟料中C₃S質(zhì)量分?jǐn)?shù)都在55%以上，高的達(dá)65%； 這就要求配料方案中的石灰飽和系數(shù)適當(dāng)高一些，以在0.92～0.96范圍為宜。熔劑礦物中C₃A含量高對(duì)水泥早期強(qiáng)度也是有利的，但過高會(huì)導(dǎo)致水泥早期水化熱過高而引起混凝土產(chǎn)生熱應(yīng)力開裂和降低抗硫酸鹽侵蝕性能等弊端。一般C₃A在熟料中其質(zhì)量分?jǐn)?shù)控制在8%～9%，最多不超過10%，相應(yīng)的IM為1.4～2.0，立窯取低值，回轉(zhuǎn)窯取高值。

　　2.2 選擇合理的粉磨工藝
　　水泥的細(xì)度和顆粒組成在很大程度上決定著水泥的性能。已有的資料表明，水泥的細(xì)粉含量和顆粒級(jí)配主要影響混凝土漿的和易性、需水量、硬化混凝土的早期強(qiáng)度、強(qiáng)度增進(jìn)率、密實(shí)性、易開裂性和耐久性。細(xì)粉能提高早期強(qiáng)度、密實(shí)性及砂漿流動(dòng)性，但對(duì)干縮裂紋不利；顆粒分布過窄需水量高，對(duì)和易性不利。任何一個(gè)特定的顆粒組成均可用RRB粒度分布曲線中的特征粒徑ｘO和均勻性系數(shù)n來表述，ｘO值決定細(xì)粉含量，n值決定顆粒分布寬度。一般要求n值≯1.0，ｘO值根據(jù)工程需要決定。那么在實(shí)際生產(chǎn)中如何控制水泥顆粒組成和提高細(xì)粉的含量呢？目前看，主要有以下2種途徑。

　　2.2.1 改進(jìn)粉磨設(shè)備和工藝
　　(1) 對(duì)于帶高效轉(zhuǎn)子式選粉機(jī)的單臺(tái)球磨機(jī)系統(tǒng)，由于過粉磨現(xiàn)象輕微，因此成品顆粒組成比較集中，應(yīng)在磨機(jī)研磨體級(jí)配時(shí)盡可能將研磨體規(guī)格細(xì)小化以便增加出磨水泥中細(xì)粉含量，同時(shí)在操作上采取增大風(fēng)量和降低轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速。也可以用１臺(tái)小型開流球磨機(jī)粉磨閉路磨系統(tǒng)中的部分回粉，然后與之混合，以增加成品中細(xì)粉含量和拓寬顆粒分布范圍。

　　(2) 對(duì)于單臺(tái)開流長(zhǎng)磨，可以改造為篩分磨。即在磨內(nèi)適當(dāng)位置裝設(shè)篩分隔倉板、使用微型研磨體、料位調(diào)節(jié)裝置、活化襯板和磨尾料段分離裝置，實(shí)現(xiàn)對(duì)水泥的高細(xì)粉磨。

　  (3) 采用二級(jí)粉磨系統(tǒng)。第一級(jí)可用大直徑的球磨，也可用立式磨或輥壓機(jī)；第二級(jí)用開流長(zhǎng)磨。第二級(jí)磨的研磨體規(guī)格應(yīng)細(xì)小化，并且在細(xì)磨倉中加入部分直徑為20mm～30mm的鋼球，這樣有利于提高成品中細(xì)粉含量，并使水泥顆粒球形化，降低需水量。

　　2.2.2 根據(jù)物料易磨性選擇合適的粉磨方式
　　根據(jù)組成水泥的3種組分（指熟料、混合材、石膏）易磨性的區(qū)別，采取分別粉磨或混合粉磨的方式來改善水泥的顆粒組成，并充分發(fā)揮每種組分的潛在水硬活性?；旌戏勰サ膬?yōu)點(diǎn)是工藝流程簡(jiǎn)單，但它不可能控制各種組分的粒度。根據(jù)華南理工大學(xué)的研究，在混合粉磨過程中由于各組分易磨性的差異導(dǎo)致組分之間相互作用。一種組分可能對(duì)另一種組分的粉磨起促進(jìn)或阻礙作用，其結(jié)果是不可避免地發(fā)生選擇性磨細(xì)現(xiàn)象，使粉磨產(chǎn)物的細(xì)顆粒和粗顆粒都增加，粒度分布變寬，均勻系數(shù)ｎ值降低。如何恰當(dāng)?shù)乩眠@種作用來改善整體粉磨過程，可從以下幾個(gè)方面考慮。

　　(1) 以石灰石和火山灰質(zhì)材料如煤渣、粉煤灰等作混合材時(shí)，宜采用混合粉磨方式。這時(shí)易磨性較好的石灰石或火山灰質(zhì)材料在熟料的促磨作用下，其粒度要比熟料細(xì)得多。磨細(xì)的火山灰質(zhì)材料或石灰石在硬化的混凝土中起填充作用，從而改善混凝土的密實(shí)性。同時(shí)火山灰質(zhì)材料通過磨細(xì)提高了活性，參與并促進(jìn)水泥水化與硬化。相反地，易磨性較好的石灰石或火山灰質(zhì)材料對(duì)熟料粉磨有一定的阻礙作用，使熟料粒度變粗，因此在實(shí)際生產(chǎn)中，摻有石灰石或火山灰質(zhì)混合材的水泥在混合粉磨時(shí)應(yīng)比不摻時(shí)磨得更細(xì)一些，并輔以篩余值控制生產(chǎn)，否則將使熟料活性不能得到充分發(fā)揮。

　　(2) 以粒化高爐礦渣作混合材時(shí)，采用分別粉磨方式能更好地改善水泥的性能。因?yàn)榈V渣比熟料難磨，如果２組分混合粉磨，往往使礦渣顆粒變粗，而浪費(fèi)了材料的水硬性潛力。由于互相制約，也達(dá)不到各組分顆粒的合理匹配。若把礦渣與熟料分別粉磨，可以把礦渣粉磨得比熟料細(xì)一些，從而使其填充于水泥顆粒之間，達(dá)到提高混合材摻量和水泥強(qiáng)度的目的。不僅如此，還能改善水泥拌和物的流動(dòng)性，起到礦物減水作用。

　　(3) 石膏作為水泥的第３組分，不僅對(duì)水泥起調(diào)凝作用，而且還對(duì)水泥強(qiáng)度特別是早期強(qiáng)度起重要作用。有資料表明，外摻一些細(xì)磨好的半水石膏或無水石膏可以調(diào)節(jié)水泥拌和物的和易性，減少用水量，同時(shí)又可減少單硫型水化硫鋁酸鈣的形成機(jī)會(huì)，避免單硫型水化硫鋁酸鹽向三硫型水化硫鋁酸鹽轉(zhuǎn)化而發(fā)生體積膨脹。

　　2.3 采用非熟料的其他組分對(duì)水泥進(jìn)行改性
　　常規(guī)方法生產(chǎn)的硅酸鹽水泥很難同時(shí)滿足高性能水泥在工作性、強(qiáng)度、耐久性三方面的要求，即使采用新的粉磨技術(shù)將水泥磨得很細(xì)，滿足了強(qiáng)度密實(shí)性和砂漿流動(dòng)性要求，但對(duì)干縮性和水化熱卻非常不利。用混合材（又稱第2組分），配合外加劑（又稱第4組分）往往能使水泥性能達(dá)到比較理想的狀態(tài)。

　　水泥熟料雖然具有很高的水化活性，但其成本性效應(yīng)，例如，在水泥中摻磨細(xì)的礦渣和粉煤灰，由于粉煤灰具有球形粒子的外形特征，它與超細(xì)礦渣一起在水泥拌和物中起“潤(rùn)滑”作用，從而改善水泥拌和物的流動(dòng)性，降低需水量。由于粉煤灰和礦渣的摻入取代了部分水泥熟料，降低了膠凝材料的水化熱，提高了水泥混凝土的尺寸穩(wěn)定性。此外，磨細(xì)粉煤灰和礦渣微細(xì)粉還起微集料作用，提高了水泥石的密實(shí)度。輔助膠凝材料的活性效應(yīng)是在物理作用和化學(xué)作用下實(shí)現(xiàn)的。所謂物理作用，就是將輔助膠凝材料充分磨細(xì)，使其活性成分在水泥水化系統(tǒng)內(nèi)的溶解量和溶解速度提高，從而生成新的水化產(chǎn)物；所謂化學(xué)作用，是指沒有溶解的活性組分 （通常為玻璃體和結(jié)晶體結(jié)構(gòu)）在水泥水化相中堿的作用下，結(jié)構(gòu)解體，產(chǎn)生等離子和離子團(tuán)，它們進(jìn)入溶液形成新的水化產(chǎn)物。但是，隨著輔助膠凝材料的摻量增加，熟料含量減少，水化生成的Ca(OH)₂相應(yīng)減少，水化溶液中的堿度降低，則難以分解玻璃體網(wǎng)絡(luò)，輔助膠凝材料的活性得不到充分發(fā)揮，這時(shí)可在水泥中引入化學(xué)外加劑來解決。化學(xué)外加劑分為2類，一類是無機(jī)堿性物質(zhì)，它仍然是依靠提高溶液的堿濃度來破壞玻璃體結(jié)構(gòu)，但這類外加劑加入后，水泥中總體堿含量提高將可能導(dǎo)致水泥混凝土中堿集料反應(yīng)而影響混凝土的耐久性。因此，國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)限制在水泥中使用此類化學(xué)外加劑。另一類是有機(jī)化合物，它除了能分解玻璃體網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，激發(fā)混合材的潛在活性外，還兼有助磨和減水等功效。目前已有部分產(chǎn)品得到應(yīng)用。

　　3 結(jié)論
　　(1) 水泥對(duì)混凝土而言只是一種半成品，符合標(biāo)準(zhǔn)的水泥也會(huì)出現(xiàn)水泥的物理性能與用其配制的混凝土的建筑性能不一致的現(xiàn)象。因此，評(píng)價(jià)某種水泥質(zhì)量的優(yōu)劣，應(yīng)當(dāng)是在符合國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)的前提下，考核其滿足建筑工程所需要的各種技術(shù)要求的能力。
　　(2) 水泥對(duì)混凝土的適應(yīng)性可以從水泥熟料的礦物組成、水泥的粉磨工藝和摻加非熟料的其他組分材料來改善。