C3A和半水石膏含量與水泥標(biāo)準(zhǔn)稠度用水量的關(guān)系

  0 引言

  水泥標(biāo)準(zhǔn)稠度用水量是衡量水泥工作性能優(yōu)劣的指標(biāo)之一。一般來說，水泥標(biāo)準(zhǔn)稠度用水量小，則混凝土單位需水量少，外加劑摻加量少，強(qiáng)度高，耐久性比較好。因此，近年來，有關(guān)水泥標(biāo)準(zhǔn)稠度用水量的問題越來越引起人們的重視，特別在兩廣地區(qū)，混凝土行業(yè)總是希望水泥的需水量越小越好 [1-2]。

  目前，雖然國(guó)內(nèi)外已經(jīng)有很多學(xué)者對(duì)關(guān)于C3A和石膏含量對(duì)水泥標(biāo)準(zhǔn)稠度用水量的影響給出了很多定性的解釋，而關(guān)于定量方面的試驗(yàn)數(shù)據(jù)往往只限于試驗(yàn)小磨資料，工業(yè)生產(chǎn)數(shù)據(jù)相對(duì)較少。但是實(shí)驗(yàn)室的小磨數(shù)據(jù)往往局限于磨機(jī)規(guī)格等原因，與實(shí)際生產(chǎn)的數(shù)據(jù)對(duì)應(yīng)性較差，有些甚至有相反的結(jié)論。本文通過實(shí)際工業(yè)生產(chǎn)資料匯總，討論了C3A和半水石膏與水泥標(biāo)準(zhǔn)稠度用水量的關(guān)系，供同行參考。

  1 C3A含量與熟料標(biāo)準(zhǔn)稠度用水量的關(guān)系

  P·O42.5及其以上強(qiáng)度等級(jí)水泥中，熟料所占比例大，因此其標(biāo)準(zhǔn)稠度用水量很大程度上取決于熟料標(biāo)準(zhǔn)稠度用水量。眾所周知，熟料礦物中C3A活性最高，與水接觸能迅速發(fā)生水化反應(yīng)，因此它對(duì)水泥的早期水化和混凝土的流變性影響較大[3]。引用的文獻(xiàn)[1]熟料C3A含量與其標(biāo)準(zhǔn)稠度用水量的關(guān)系見圖1。

  從圖1中可以看出，隨著C3A含量的增加，熟料的標(biāo)準(zhǔn)稠度用水量也增加，兩者呈線性關(guān)系。但是在實(shí)際生產(chǎn)中，熟料中C3A含量往往在7%~9%，熟料需水量也在23%~26%左右，與圖1的對(duì)應(yīng)關(guān)系較差。

  圖2是廣東某些廠在相同的一段時(shí)間內(nèi)，熟料中C3A含量與熟料標(biāo)準(zhǔn)稠度用水量的關(guān)系。這幾個(gè)廠的位置較近，所用原材料和窯的規(guī)模也幾乎一樣。因此其熟料標(biāo)準(zhǔn)稠度用水量的對(duì)比性具有一定的參考價(jià)值。從圖2可以看出，與圖1的結(jié)論一樣，大體上熟料的標(biāo)準(zhǔn)稠度用水量隨著C3A含量的增加而增加；C3A含量小于7.5%的熟料的標(biāo)準(zhǔn)稠度用水量大體上小于C3A含量高于7.5%的熟料。

  圖2 熟料中C3A含量與熟料標(biāo)準(zhǔn)稠度用水量的關(guān)系

  （實(shí)際生產(chǎn)數(shù)據(jù)）

  表1是江西某廠2014年熟料標(biāo)準(zhǔn)稠度用水量變化情況。對(duì)比前后原材料來源相同，并且維持熟料中C3S與C2S的含量基本不變，提高熟料礦物中C3A的含量，降低C4AF的含量。從表1可以看出，熟料標(biāo)準(zhǔn)稠度用水量隨著C3A的增加而增加。因此考慮到窯的煅燒和操作方便，建議控制熟料中的C3A含量在7.0%~7.5%之間。

  2 半水石膏與水泥標(biāo)準(zhǔn)稠度用水量的關(guān)系

  2.1 石膏的脫水溫度

  石膏的存在形態(tài)會(huì)在水泥粉磨過程中，由于磨機(jī)研磨發(fā)熱和熟料帶入熱等原因而發(fā)生相應(yīng)的變化，例如石膏脫水成半水石膏或可溶性無水石膏等。由于石膏的各種形態(tài)具有不同的溶解速度[4]，以及不同形態(tài)下石膏與外加劑具有不同的作用機(jī)理，因此會(huì)對(duì)水泥的各種性能產(chǎn)生影響[5]。

  在實(shí)際水泥生產(chǎn)過程中，尤其是水泥立磨，往往要求磨機(jī)出口物料能達(dá)到一定的溫度，除了烘干作用外，其主要目的是使石膏能脫去部分水分，變成半水石膏，改善水泥的工作性能。

  目前，越來越多的水泥廠使用脫硫石膏和檸檬酸渣[6]等工業(yè)廢渣代替天然石膏，以降低生產(chǎn)成本。但是天然石膏和工業(yè)石膏除對(duì)水泥各種性能產(chǎn)生不同的影響外，兩種石膏的脫水溫度也不同。圖3和圖4是脫硫石膏和天然石膏的熱重曲線（升溫速度2℃/min）。從圖3和圖4的對(duì)比中可以看出，天然石膏的脫水溫度要比脫硫石膏的低20℃左右。因此對(duì)于使用脫硫石膏作為緩凝劑的工廠，要得到同樣數(shù)量的半水石膏，可以允許磨機(jī)出口的溫度稍高于使用天然石膏的工廠。

  2.2 半水石膏與熟料中C3A 的含量

  表2是越南某廠水泥立磨通熱風(fēng)和不通熱風(fēng)后，水泥標(biāo)準(zhǔn)稠度用水量的變化情況。從表2可以看出，控制水泥立磨出口溫度對(duì)越南某廠起作用，使水泥標(biāo)準(zhǔn)稠度用水量能夠有效降低。

  圖5是半水石膏摻入兩個(gè)不同品種水泥中，水泥標(biāo)準(zhǔn)稠度用水量的變化情況。水泥分別來自TJZX和SZTS兩個(gè)廠，工藝流程都是聯(lián)合粉磨系統(tǒng)。

  從圖5可以看出，TJZX水泥的標(biāo)準(zhǔn)稠度用水量不隨半水石膏含量的增加而增加，而SZTS水泥的標(biāo)準(zhǔn)稠度用水量在0.2%半水石膏摻量下不起作用，當(dāng)摻量增加后，標(biāo)準(zhǔn)稠度用水量開始降低。

  表3是這三個(gè)廠所用熟料的礦物成分分析。從礦物成分對(duì)比中可以看出， TJZX廠水泥熟料中C3A含量只有7.19%，而其他兩廠都超過了8%。因此當(dāng)熟料中C3A含量較高時(shí)，通過提高磨機(jī)出口溫度，增加半水石膏的含量，能改善水泥的標(biāo)準(zhǔn)稠度用水量，而當(dāng)熟料中C3A含量較低時(shí)，提高磨機(jī)出口溫度，對(duì)改善水泥標(biāo)準(zhǔn)稠度用水量意義不大。

  2.3 半水石膏細(xì)度

  可溶物料的溶解速度在很大程度上與其比表面積有關(guān)，比表面積大，溶解速度快，反之，則慢。因此要使半水石膏與C3A礦物快速反應(yīng)，必須使其達(dá)到一定的細(xì)度。圖6是在同一摻量，不同半水石膏細(xì)度的條件下， TJZX和SZTS兩種水泥的需水量的變化情況。

  從圖6可以看出，TJZX水泥由于熟料中C3A含量較小，半水石膏細(xì)度的變化對(duì)水泥的標(biāo)準(zhǔn)稠度用水量影響較小；而SZTS水泥由于熟料中C3A含量較大，半水石膏需達(dá)到一定的細(xì)度才能發(fā)揮出改善水泥需水量的作用。

  3 結(jié)論

  熟料中C3A含量對(duì)熟料標(biāo)準(zhǔn)稠度用水量有比較明顯的影響。C3A含量高，則熟料標(biāo)準(zhǔn)稠度用水量大。將C3A含量控制在適當(dāng)范圍內(nèi)，能有效降低熟料標(biāo)準(zhǔn)稠度用水量?？紤]到窯系統(tǒng)操作方便，建議控制C3A含量在7.0%~7.5%之間。

  水泥中半水石膏對(duì)降低水泥標(biāo)準(zhǔn)稠度用水量的貢獻(xiàn)，主要看熟料中C3A的含量和半水石膏的細(xì)度，如果C3A含量較大，則適當(dāng)增加水泥中磨細(xì)半水石膏的含量，能夠降低水泥的標(biāo)準(zhǔn)稠度用水量。但是當(dāng)熟料中C3A含量較小時(shí)，半水石膏對(duì)降低水泥標(biāo)準(zhǔn)稠度用水量無作用。

  工業(yè)石膏的脫水溫度大于天然石膏的，因此，工業(yè)生產(chǎn)時(shí)磨機(jī)的出口溫度可控制不同。

  參考文獻(xiàn)：

  [1] 王善拔,劉洪超.減少水泥標(biāo)準(zhǔn)稠度需水量的途徑[J].河南建材,2001(1):19-23.

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  [3] 胡宏泰,朱祖培，陸純煊.水泥的制造和應(yīng)用[M].濟(jì)南：山東科學(xué)技術(shù)出版社,1993.

  [4] 鄭 強(qiáng)，楊 柳，馬傳杰，等.半水石膏對(duì)水泥與外加劑相容性的影響[J].水泥,2009(8):7-8.

  [5] 胡曙光,王蛟蘭. 對(duì)減少水泥需水量問題的分析[J].國(guó)外建材科技,2001,22(1):5-8.

  [6] 陳為勝,司 寧，鄭德田，等.檸檬酸渣替代石膏的生產(chǎn)實(shí)踐[J].水泥,2010(4):21-22.