提高水泥性能

提高水泥性能（通用8篇）

提高水泥性能 篇1

0 引言

磷石膏的主要成分是二水硫酸钙,并含有少量的可溶磷和氟。前期研究[1,2]表明,使用未经高温脱水的磷石膏,通过添加适量矿渣粉、石灰石和少量硅酸盐水泥熟料,能制备出28d抗压强度超过40MPa的磷石膏基免煅烧水泥。这种水泥不但大量消耗磷石膏,而且具有较好的性能,这对于加快我国磷石膏的资源化利用和节能减排具有重要的现实意义。但该水泥还存在凝结时间长、早期强度低的问题,使其在实际应用中受到许多限制。本文尝试了使用钢渣预处理磷石膏、采用熟料超细粉作为碱性激发剂这两种方法来改善磷石膏基水泥的早期性能,以提高其应用价值。

1 原材料和试验方法

磷石膏取自湖北黄麦岭磷化工集团,外观为含水的粉状固体,置烘箱中60℃下烘干备用。

硅酸盐水泥熟料、矿渣粉和石灰石取自华新武汉水泥有限公司,用Φ500mm×500mm试验小磨将熟料、石灰石分别粉磨至比表面积为364m2/kg、512m2/kg,矿渣粉比表面积为395m2/kg。

钢渣采用武钢钢渣,经80℃烘干后用试验小磨粉磨至432m2/kg。各原料的化学成分见表1。

%

原状磷石膏:取烘干后的磷石膏在试验小磨中粉磨至比表面积495m2/kg备用。

预处理磷石膏:掺入占原状磷石膏质量2%的钢渣及50%的水搅拌均匀,静置24h后,于80℃下烘干24h,然后在试验小磨中粉磨5min,测得比表面积为512m2/kg。

分别取原状磷石膏和预处理磷石膏100g,加入50m L水搅拌均匀,然后真空抽滤,将滤液用PHS-25型p H计测出其p H值分别为4.20和11.30。

超细熟料粉:取5kg水泥熟料在试验小磨中粉磨2h,测得比表面积为734m2/kg,放置于干燥器中储存。

各个试样的配比及标准稠度用水量、凝结时间和强度测定结果见表2,其中标准稠度用水量、安定性和凝结时间按照GB/T1346—2001方法测定;胶砂强度按照 GB/T17671—1999 测定， 各试样的沸煮法安 定性测定结果均为合格。

将测定标准稠度用水量的浆体在塑料袋中密封,与强度测定试块在相同条件下养护,在3d、7d和28d龄期从硬化浆体中部取样,在无水乙醇中浸泡终止水化后,在35℃下烘干1h,进行XRD和SEM测定。

XRD采用D/Max-RB型转靶X射线衍射仪进行测定。SEM采用JSM 5610LV型扫描电镜进行测定。

2 结果与分析

2.1 预处理磷石膏对水泥性能的影响

对比表2中C1~C4试样和CP1~CP4试样的凝结时间测定结果可见,在相同配比的情况下,磷石膏经2%钢渣处理后,水泥的初凝时间缩短了30%左右,终凝时间也有所改善,并且随熟料掺量的增加,水泥凝结时间不断缩短。

由表2中C、CP和SC系列的强度测定结果可见,同系列试样的3d、7d强度都随着熟料掺量的增加而增大,而28d强度则随着熟料掺量的增加先增大后减小,在熟料掺量为4%时达到最高。这与前期研究[2]结果一致:在磷石膏-矿渣胶凝体系中,碱性激发剂必须适量。

C、CP系列试样的3d抗折和抗压强度对比见图1。由图1可见,磷石膏经钢渣预处理后,水泥的3d抗折、抗压强度均有不同程度的提高,尤其是当熟料掺量为4%时。

C3、CP3试样的3d、7d、28d抗折和抗压强度对比见图2。

由图2可见,磷石膏经钢渣预处理后,水泥的3d强度提高了30%左右,但28d抗压强度略有降低。

大量的研究[3,4,5,6,7,8,9,10,11,12]已经证实,磷石膏中的可溶性磷等杂质是造成水泥凝结时间延长、早期强度偏低的主要原因。可溶性磷主要以H3PO4、H2PO4-和HPO42-三种形态存在,分布在二水石膏晶体表面,其含量随磷石膏粒度增加而增加[3]。这些杂质不仅延缓了胶结材料的凝结硬化,而且削弱了水泥硬化浆体间的黏结力,使水化产物晶体粗化、结构疏松,从而导致水泥硬化浆体强度降低[4,5,6]。

在磷石膏-矿渣胶凝体系水化时,可溶性磷转化为难溶的磷酸盐覆盖在水泥熟料表面,形成一层难以渗透的薄膜,从而导致水化变慢;另一方面,可溶性磷的弱酸性也推迟了液相中矿渣水化所需要的碱度范围的出现,这就大大延缓了该体系中矿渣的水化,从而导致凝结时间过长,早期强度偏低。磷石膏通过加入2%的钢渣改性后,p H值由4.20提高到了11.30。钢渣中的Ca(OH)2与磷石膏中的可溶性磷和可溶性氟等杂质反应,生成难溶的Ca3(PO4)2沉淀,有效固定了磷石膏中的缓凝杂质,从而加快了磷石膏基水泥早期水化速度,使水泥的凝结时间缩短,早期强度提高。

2.2 超细熟料粉对水泥性能的影响

对比表2中SC系列与CP系列的凝结时间测定结果可见,在熟料组分掺量相同的情况下,超细熟料粉能显著缩短磷石膏基水泥的初凝时间,SC系列初凝时间约为CP系列的60%,终凝也有缩短。而且随着超细熟料粉掺量的增加,水泥的初凝时间几乎呈线性减小,而终凝时间在超细熟料粉掺量大于4%后,下降幅度变缓,水泥的标准稠度用水量增大。

CP3和SC3抗折、抗压强度的对比见图3。

由图3可见,采用超细熟料粉作为碱性激发剂,3d、7d抗折强度提高了30%,3d抗压强度增加了70%,7d抗压强度增加了50%。28d抗折、抗压强度均略有提高。

2.3 XRD和SEM分析

图4为C3、CP3试样在3d、7d和28d水化龄期的XRD分析结果。

由图4可见,水泥硬化浆体的主要成分为水化生成的钙矾石和反应剩余的二水石膏以及石灰石。水化3d时,CP3试样钙矾石衍射峰明显高于C3试样,这说明磷石膏经钢渣改性后,加快了该体系的早期水化速度,生成了更多的钙矾石。结合C3、CP3试样3d强度试验结果可以看出,钙矾石的形成有利于早期强度的增长。水化28d时,C3、CP3试样钙矾石衍射峰均有明显增强,这说明随着水化的发展,水泥硬化浆体中钙矾石含量不断增加。

C3、CP3和SC3试样水化3d、7d和28d的SEM照片见图5。

SEM分析结果与XRD分析结果一致,该体系水化产物主要是钙矾石和C-S-H凝胶。试样水化3d时,在磷石膏颗粒表面生成大量的针状钙矾石,钙矾石晶体相互搭接形成骨架。少量絮状C-S-H凝胶填充于钙矾石孔隙中。但是由于水化产物的生成量有限,整个空间有较多的孔洞存在,浆体密实度还比较差。在相同的放大倍数下,对比CP3的3d、7d SEM照片,可以明显看出随着水化龄期的延长,生成了越来越多的水化产物,使水泥石不断致密,强度不断增长。

试样水化28d时,C3、CP3试样均已非常密实,已经很难发现单独的颗粒,水化产物已基本胶结在一起。未反应的磷石膏断面呈纤维状解理,周围被各种致密的水化产物所包裹,起着微集料填充作用。同时从28d照片也可以看到,由于生成钙钒石时产生体积膨胀,在致密的材料内部出现了少量微裂缝,因此钙矾石的形成和浆体结构的致密化过程必须协调,否则过量的钙矾石会导致强度降低。所以在磷石膏-矿渣胶凝体系中,碱性激发剂必须适量。

对比图5中CP3、SC3试样水化3d、7d和28d的SEM照片可以看出,加入超细熟料粉的磷石膏基水泥在各水化龄期形成了更多的水化产物,硬化水泥浆体更为密实。

1.钙矾石 ;2.C-S-H 凝胶 ;3.二水石膏

目前国内外研究[13,14,15]一般认为,在硅酸盐水泥颗粒分布中,0~30μm范围为水泥水化活性较好的颗粒。磷石膏基水泥中作为碱性激发剂的熟料经过超细粉磨后,其水化速度大大加快。一方面,熟料自身水化形成的更多的C-S-H凝胶和钙矾石;另一方面,熟料水化生成Ca(OH)2使液相碱度迅速增加,使矿渣水化所需要的碱度范围提前出现,促进了矿渣的水化。因此磷石膏基水泥中添加超细粉磨的熟料作碱激发剂后,凝结时间缩短,早期强度显著提高。

由于早期水化过程中,矿渣水化和钙矾石在形成时消耗了体系中的Ca(OH)2,使后期水化过程中液相中Ca(OH)2浓度相对较低,形成的钙矾石多是单个分布的分散晶体,包裹在C-S-H凝胶中,水泥硬化浆体的结构更为致密。这也是SC系列28d强度较CP系列高的原因。

3 结论

1)磷石膏经2%钢渣处理后,钢渣中的碱性物质有效固定了磷石膏中的可溶性磷和可溶性氟,且改性后的磷石膏呈碱性,能有效提高该体系的3d和7d强度,但28d强度稍有降低。

2)在磷石膏基水泥中添加经超细粉磨的硅酸盐水泥熟料作碱激发剂,熟料的水化速度加快,同时也促进了矿渣的水化,磷石膏基水泥早期水化性能大幅度提高。

3)通过钢渣中和处理和熟料超细粉磨这两种措施,能制备出3d抗压强度超过10MPa、28d抗压强度达49MPa以上的磷石膏基水泥。

提高水泥性能 篇2

水泥混凝土制品(包括块体材料)在大气中长期与CO2接触,会产生一种碳化作用。碳化是指混凝土制品面层的水化产物,在一定湿度条件下,与空气中的CO2发生化学作用,CO2可与水泥石中部分Ca(OH)2作用生成CaCO3,降低了混凝土的原始碱度。如粉煤灰使用不当,不仅CO2与Ca(OH)2发生反应,还能侵蚀和分解其他水化产物,如水化硅酸钙、水化铝酸钙等,在形成CaCO3的同时,生成不具胶凝作用的硅胶和铝胶,使内部结构破坏,强度下降,表面产生裂纹,不仅影响美观,严重的还将影响砌体结构的承载力,对建筑构成质量和安全隐患。因此,混凝土块材不仅应具有较高的强度,而且应具有好的碳化性能。

随着我国墙材革新工作深入发展和“禁实”力度的加大,具有节能、节地、利废等优点,符合建设节约型社会和发展节约型建材工业需要的混凝土墙体材料已有了较大的发展,为了保证建筑工程的质量和安全,对墙体材料耐久性的要求越来越高。如国家标准《墙体材料应用统一技术规范》(GB 50574),规定混凝土块体材料的碳化系数不应小于0.85。又如,最新修订的《普通混凝土配合比设计规程》(JGJ 55-2011)已于2011年12月1日实施,为保证混凝土工程质量和节约资源,2011《规程》首次明确提出并强调混凝土配合比设计应满足耐久性能要求。在术语中明确了“胶凝材料”为“水泥和活性矿物掺合料的总称”,因此,不再是用粉煤灰取代水泥,而是将粉煤灰同水泥一样作为胶凝材料。为使混凝土满足耐久性要求,与JGJ 55-2000相比,对不同地区混凝土的最大水胶(灰)比要求有较大幅度降低,而对最小胶凝材料用量有较大幅度提高;对于粉煤灰在混凝土中的应用删除了“符合国家现行标准……《粉煤灰混凝土应用技术规范》(GBJ 146)和《粉煤灰在混凝土和砂浆中应用技术规程》(JGJ 28)……等规定”,不再遵循与基准混凝土等强度原则的“粉煤灰混凝土配合比设计”、“粉煤灰取代水泥的最大限量”、粉煤灰取代水泥的“等量取代法、超量取代法和外加法”等。规定了粉煤灰在胶凝材料中的“最大掺量”,其中对粉煤灰最大掺量的规定,可避免因GBJ 146粉煤灰取代水泥的“超量取代法”,使粉煤灰在胶凝材料中的用量超过水泥的现象发生,而有利于保证混凝土的耐久性,更为科学合理。另外,《规程》中明确,以“粉煤灰为掺合料”的混凝土,就是混凝土,不再称谓“粉煤灰混凝土”,从而可避免“粉煤灰硅酸盐混凝土”与“粉煤灰(水泥)混凝土”鱼龙混珠。

提高材料的耐久性,包括碳化性能,对节约建筑材料、保证建筑物长期正常使用、减少维修费用、延长建筑物使用寿命等,均具有十分重要的意义。本文仅就提高以粉煤灰为掺合料的混凝土块体材料的碳化性能及相关问题进行讨论。

2 混凝土墙材块体材料的种类

混凝土有“广义”和“狭义”之分。

广义的“混凝土”是指:由胶凝材料将集料固结成整体的工程复合材料的统称,其种类以胶凝材料来划分。当采用单一胶凝材料,则以胶凝材料命名,如以水泥为胶凝材料的混凝土称作水泥混凝土,石膏为胶凝材料的则称作石膏混凝土,还有水玻璃混凝土、沥青混凝土等等。如采用两种胶凝材料,则以胶凝材料的主要水化产物来命名,如以硅质和钙质材料为胶凝材料的混凝土,其主要水化产物是水化硅酸钙——硅酸盐,以此命名为硅酸盐混凝土;又如以轻烧镁和氯化镁为胶凝材料的混凝土,其主要水化产物为氯氧镁,以此命名为氯氧镁混凝土。

由于水泥混凝土是一种具有较好耐久性和强度的建筑材料,应用极为广泛,通常将其简称为“混凝土”,此为狭义的“混凝土”,专指“水泥混凝土”而言。因此,通常所说的“混凝土”是指:以水泥(为主)和活性矿物掺合料为胶凝材料,和水组成的水泥浆体为粘结介质,将分散其间的不同粒径的粗、细集料胶结起来,在一定的条件下,硬化成为具有一定物理力学和耐久性能的一种人造石材即水泥混凝土。由其生产的墙材制品,称为水泥混凝土制品,简称为水泥制品或混凝土制品(砖、砌块或板)。

由硅酸盐混凝土、石膏混凝土和氯氧镁混凝土生产的墙材制品,分别称为硅酸盐混凝土制品、石膏混凝土制品和氯氧镁混凝土制品,简称为硅酸盐制品、石膏制品和氯氧镁制品(砖、砌块或板)等。

以下所说混凝土均为水泥混凝土,混凝土块体材料则指水泥混凝土块体材料。

3 混凝土块体材料的碳化性能

混凝土块体材料的碳化,实际上就是生产块体材料混凝土的碳化,是指水泥石中的水化产物Ca(OH)2和水化硅酸钙凝胶、C-S-H凝胶等与周围环境中的CO2在一定湿度、温度条件下发生化学反应,产生CaCO3和水的过程。碳化使混凝土的碱度下降,故也称混凝土中性化。

碳化引起水泥石化学组成及组织结构的变化,从而对制品的化学性能和物理性能有明显影响,主要是对碱度、强度和收缩的影响。

3.1 混凝土块体材料碳化性能的评定

混凝土块材用碳化系数作为评定其碳化性能的指标。碳化系数是指碳化后块材的强度与未经碳化作用的块材抗压强度之比,其计算公式如下:

式中Kc—块材的碳化系数;

Rc—碳化后块材的抗压强度,MPa;

R—未经碳化作用的块材抗压强度,MPa。

Kc数值越大,表示碳化性能越好。

3.2 混凝土发生碳化反应的自然条件

3.2.1 混凝土含水量及周围介质的相对湿度

混凝土碳化过程与混凝土含水量及周围介质的相对湿度有关。这是因为CO2与Ca(OH)2反应所释放的水必定要向外扩散,以保持混凝土内部大气之间的湿度平衡。如果外界湿度大或介质相对湿度接近100%时,混凝土中的水向外扩散的速度大幅度降低或停止,混凝土中的微孔隙被水充满,则CO2向内部扩散的过程实际上终止,碳化也就很难进行。过低的湿度(如25%),则孔隙中没有足够的水使二氧化碳生成碳酸,碳化作用不易进行。当空气相对湿度为50%～70%时,混凝土的孔隙尚未被水充满,CO2可以向混凝土内扩散,而混凝土孔隙的湿度不仅为Ca(OH)2向外扩散提供了必备条件,并且使碳化速度加快。

3.2.2 温度和光照

混凝土碳化速度与温度和光照有关。当温度较低时,水变成冰,化学反应无法进行,碳化实际上停止,随温度的升高,碳酸的扩散易于进行,Ca(OH)2及CO2的扩散速度和化学反应速度均加大,从而使混凝土的碳化过程加快。如受阳光直接照射的阳面混凝土温度较背阳面混凝土温度高,从而加速了其化学反应和碳化速度,据检测同一结构的背阳面混凝土的碳化速度是阳面的60%～80%。

3.3 水泥水化反应及水化产物

水泥加水拌合后,水泥颗粒立即分散于水中并与水发生水化反应。水泥的水化过程是水泥各种熟料矿物[主要有:硅酸三钙(3CaO·SiO2)、硅酸二钙(2CaO·SiO2)、铝酸三钙(3CaO·Al2O3)等]及石膏(CaSO4·2H2O)与水发生反应的过程。该过程极为复杂,需要经历多级反应,生成多种中间产物,最终生成比较稳定的水化产物。将比较复杂的中间过程简化,熟料矿物的主要水化反应如下:

当石膏消耗完后,部分高硫型水化硫铝酸钙(又称钙矾石)转变为单硫型水化硫铝酸钙:

在充分水化的水泥石中,可生成四种以上既有低碱(结晶极差)的又有高碱(结晶良好)的不同类型和不同C/S的水化硅酸钙凝胶(简记作C-S-H)约占70%,氢氧化钙Ca(OH)2(简记作CH)约占20%,钙矾石Aft和单硫型水化硫铝酸钙Afm等约占7%。图1为硅酸盐水泥主要水化产物形态扫描电镜图。其中Ca(OH)2是水泥结石稳定和混凝土耐久的物质基础和标志性矿物。

1.C-S-H;2.Ca(OH)2;3.钙矾石;Porosity:孔隙

3.4 混凝土碳化机理

暴露于大气中的水泥混凝土制品,经常与空气中的二氧化碳和湿气接触,CO2就通过孔隙向混凝土内部扩散并在孔隙水中溶解,固态Ca(OH)2在孔隙水中溶解并向其浓度低的区域(已碳化区域)扩散;溶解在孔隙水中的CO2与Ca(OH)2发生化学反应即碳化反应生成CaCO3;同时,C-S-H凝胶、Aft等水化产物也在固液界面发生碳化反应:

由以上反应式可以看出,混凝土的碳化是同时在气相、液相和固相中进行的一个复杂的化学反应过程。

3.5 仅以水泥为胶凝材料的混凝土块材的碳化性能

水泥有不同的品种,随着品种不同意味着其中所包含的熟料的化学成分和矿物成分以及水泥混合材料的品种和掺量有别,直接影响着水泥的活性和混凝土的碱性,对碳化速度有重要影响。不掺掺合料的混凝土中的水泥,其熟料含量越少碳化速度越快,碳化稳定性越差。

对于不掺活性矿物掺合料的硅酸盐和普通硅酸盐水泥为胶凝材料的混凝土,由于硅酸盐和普通硅酸盐水泥中熟料含量可达75%以上,水化产物的碱度较高,碳化作用使混凝土的收缩增大,而使混凝土块体材料表面产生微细裂纹,致使块体材料的抗拉、抗折强度降低。但碳化可使混凝土块体材料的抗压强度提高,这是因为Ca(OH)2碳化生成的水分有利于水泥的水化作用,而且反应形成的CaCO3减少了水泥石内部的孔隙,改善了混凝土的孔结构,提高了混凝土的密实度和减少渗透性。但对混凝土结构工程而言,碳化收缩造成的危害远远大于抗压强度的提高。

“碳化收缩和干燥收缩产生的原因不同,它与水泥浆或混凝土失水无关,当二氧化碳与水结合成碳酸时,浸蚀水泥中的各组分,即使是从大气中低浓度的二氧化碳生成很稀的碳酸时,也会有明显的影响。最主要的反应是与Ca(OH)2的反应,即

反应放出水,硬化水泥浆体的质量增加,伴随着收缩后浆体的强度提高,渗透性减小,解释这个现象的机理,可以用氢氧化钙是从较高的应力区溶解,导致收缩,在孔隙中生成的碳酸钙结晶提高强度,降低渗透性[1]。”

以其他品种水泥为胶凝材料的混凝土,其水泥所掺混合材的品种和数量有别,当掺有较多混合材时,由于其碱度降低,Ca(OH)2含量下降,此时不仅Ca(OH)2碳化,而且其他含钙的水化产物,由于周围Ca(OH)2浓度的降低而分解碳化,生成碳酸钙、硅胶和铝胶等,使原有的内部结构受到破坏,抗压强度下降。一般认为,当水泥中的熟料减少至40%以下时,碳化后的混凝土强度下降,即碳化性能下降。

3.6 以水泥和粉煤灰为胶凝材料的混凝土块材的碳化性能

3.6.1 粉煤灰对混凝土碳化性能的影响

粉煤灰随着其品质和掺量的不同,对混凝土的碳化性能有着不同影响。

混凝土的碱含量是影响混凝土碳化稳定性的一个重要因素。一般来说,粉煤灰取代部分水泥后,Ca(OH)2与粉煤灰玻璃体中的活性SiO2、Al2O3反应生成水化硅酸钙和水化铝酸钙,消耗大量的Ca(OH)2,使碱储备、液相碱度降低,可导致混凝土中碳化中和作用的过程缩短,因而致使掺粉煤灰的混凝土的抗碳化性能明显低于不掺粉煤灰的混凝土。

然而,采用超细粉煤灰的大掺量(掺量一般在30%～50%)高性能混凝土的碳化性能却有所提高。其原因在于超细粉煤灰的加入,充分的发挥了粉煤灰的多种效应,大大改善了混凝土的内部结构,其在混凝土中的作用有以下几点[2]:(1)形态效应:粉煤灰的主要矿物组成是海绵状玻璃体、铝硅酸盐玻璃微珠,这些球形玻璃体表面光滑,粒度细,质地致密,内比表面积小,对水的吸附力小,这一系列的物理特性,不仅减小了混凝土的内摩擦阻力,有利于混凝土流动性的提高,起到了矿物减水剂的作用;(2)活性效应:粉煤灰的活性成分SiO2和AI2O3与水泥的水化产物在有水的情况下发生反应,生成水化硅酸钙和水化硫铝酸钙,这些反应几乎都在水泥浆孔隙中进行,生成的水化产物填充、分割原来的大孔,使孔隙细化,可降低混凝土内部的孔隙率,改变孔结构,提高混凝土各组分的粘结作用和强度;(3)微集料效应:粉煤灰中的微细颗粒均匀分布在水泥颗粒之中,填充孔隙,起到“细化孔隙”的作用,同时,阻止水泥颗粒的相互粘聚,而使之处于分散状态,有利于混合物的水化反应,粉煤灰不会完全与水泥的水化产物发生反应,能长期保持其“微集料效应”;(4)界面效应:集料与水泥石之间的界面是混凝土结构中的薄弱环节,过渡区域的宽度随水灰比、集料吸附特性不同而异,过渡区域具有比水泥浆体更多、更大的孔隙。掺加粉煤灰能减小过渡区域宽度,干扰过渡区域中Ca(OH)2晶体的取向性,提高混凝土中的界面强度和密实性。在以上几个方面的共同作用下,混凝土的孔隙率大幅度降低,明显改善了混凝土的结构,使其更为均匀、密实,抵消了碱度降低的负面影响,提高了混凝土的碳化性能。

杜水锋[3]所进行的“磨细粉煤灰对高性能混凝土抗碳化性能的影响”的试验研究表明“掺用36%磨细粉煤灰的混凝土(FPC)的碳化系数提高显著,达到1.156(养护温度为18℃、相对湿度为50%)和1.204(养护温度为23℃、相对湿度为75%)”,“不掺粉煤灰的普通混凝土(PC)仅分别为0.961和0.904”,而且“无论在哪一种(养护条件)条件下,FPC的碳化深度都远远小于PC”,以此表明随着混凝土碳化深度的加大,碳化系数降低,即碳化性能下降。不同的试验研究还表明,优质粉煤灰在高性能混凝土中,在合理的掺量范围内随着掺量的提高,混凝土的各项性能随之提高。因此,优质粉煤灰在高性能混凝土中成为一种不可或缺的重要组分。

Ⅰ级灰的品质指标与国际先进标准水平相近,可使混凝土的各项性能指标与不掺粉煤灰的混凝土性能(包括碳化性能)基本相同或更好一些。Ⅱ级灰和Ⅲ级灰随着粉煤灰的掺量增加,混凝土的抗碳化性能随之下降。

孙宜兵等[4]采用P·O42.5R普通硅酸盐水泥和II级粉煤灰,进行的“粉煤灰混凝土碳化性能研究”,粉煤灰的掺量从0%～50%,混凝土试件经标准养护26 d后,对粉煤灰掺量分别为10%、20%、30%、40%、50%的混凝土试件,在碳化箱内碳化时间达到3 d,7d,14 d,和28 d时分别测试碳化深度,测试结果见图2。

图2表明在混凝土中掺入Ⅱ级粉煤灰,随着掺量的增加碳化深度增大,在掺量低于20%时这种影响不明显;当粉煤灰掺量大于20%混凝土的抗碳化性能会显著降低。

余丽武等[5]采用42.5级普通硅酸盐水泥和Ⅱ级粉煤灰,进行的“Ⅱ级灰对配制大掺量粉煤灰混凝土(HFCC)的性能影响”的试验研究表明,相同水胶比的条件下,HFCC的碳化深度大于基准混凝土,随着粉煤灰掺量的增加,混凝土的抗碳化性能因此而随之下降,如图3所示。

1-粉煤灰掺量0%;2-粉煤灰掺量33%;3-粉煤灰掺量50%;4-粉煤灰掺量60%;5-粉煤灰掺量69%

3.6.2 粉煤灰在混凝土中最大掺量确定的基本原则——保持混凝土具有一定的碱度储备

长江科学院、南京水利科学研究院和中国建筑材料科学研究院分别对中热硅酸盐水泥掺粉煤灰进行了试验研究[6]。

a.长江科学院在中热硅酸盐水泥中,掺入数量不同的Ⅰ级粉煤灰,配成胶凝材料,测定不同龄期的强度变化和不同龄期水化试件中Ca(OH)2灰可溶出量,试验结果表明,无论是强度还是Ca(OH)2浓度,都随着粉煤灰掺量增加而降低,到一定程度都发生陡降,陡降点就是量变到质变的转折点。从强度变化的规律看,掺粉煤灰大于60%会发生陡降。从Ca(OH)2浓度变化的基本规律看,粉煤灰掺量超过50%,浓度会陡降。按照陡降点来界定粉煤灰的最大掺量,应该是合理的,考虑到混凝土耐久性问题,应采用浓度陡降点来界定。因此,规定中热硅酸盐水泥掺粉煤灰不超过50%,把安全性考虑在内,留有余地是合理的。

b.南京水利科学研究院对中热硅酸水泥掺粉煤灰混凝土进行碳化性能的研究。试件成型后,经28 d标准养护,然后在碳化试验箱中进行碳化试验,同时进行了透气性试验,从试验结果可知:

水泥掺量相同,粉煤灰掺量分别为55%和70%两组试件,尽管后者的水胶比小于前者,强度高于前者,但其碳化进程明显快于前者。究其原因是水泥用量相同,则水化生成的Ca(OH)2数量也相同,掺入粉煤灰多,火山灰活性反应消耗Ca(OH)2也多,因此,虽然后一组混凝土的强度高于前一组,但碱度Ca(OH)2的储备却降低了,不利于混凝土抗碳化和耐久。

综合上述研究(包括透气性)结果,认为将中热硅酸盐水泥掺粉煤灰的最高限量定位≯50%较为合理。

c.中国建筑材料科学研究院用中热硅酸盐水泥掺20%～50%制成胶凝材料,采用热重分析法定量测定在50℃水化3个月的试件中的Ca(OH)2含量,从而计算出胶凝材料利用量为180 kg/m3和150 kg/m3的混凝土中Ca(OH)2含量,结果表明,当粉煤灰的掺量<30%时,混凝土中Ca(OH)2的能够保持在8 kg/m3以上;如果粉煤灰>50%则混凝土中的Ca(OH)2含量将低于4 kg/m3,考虑到混凝土在施工和长期使用过程中发生碳化作用,混凝土中Ca(OH)2的数量会进一步降低,致使混凝土的耐久性变差,由此认为在上述胶凝材料用量范围内的混凝土,在中热硅酸盐水泥中掺粉煤灰,不宜超过50%。

值得注意的是中热硅酸盐水泥掺粉煤灰试验,是长江科学院、南京水利科学研究院和中国建筑材料科学研究院上述三个单位,分别从不同的角度同时进行的,而结果则完全相同。

这里需要说明的是,按有关的水泥国家标准所规定的水泥组分看,中热硅酸盐水泥是“纯熟料”酸盐水泥。而硅酸盐水泥有两种,一种是“纯熟料”硅酸盐水泥(PⅠ型),另一种则可以掺不超过水泥质量5%的石灰石或矿渣做混合材(PII型),不是“纯熟料”硅酸盐水泥。因此,行业标准《普通混凝土配合比设计规程》(JGJ 55-2011),规定粉煤灰在采用硅酸盐水泥时在胶凝材料中的最大掺量为45%、采用普通硅酸盐水泥时最大掺量为35%是合理的。

(未完待续)

摘要：首先就混凝土的碳化机理做了简要说明,进而讨论了粉煤灰品质和掺量对混凝土碳化性能的影响并对有关的试验研究做了简要介绍。分析了影响以水泥和粉煤灰为胶凝材料的混凝土块材碳化性能的因素,最后强调提高以水泥和粉煤灰为胶凝材料的混凝土块材碳化性能的关键要素:一是要保持混凝土具有一定的碱度;二是提高混凝土的密实性,降低孔隙率,阻止CO2向混凝土内部渗透。

提高水泥性能 篇3

②抗疲劳性。橡胶粉混凝土的抗疲劳特性明显优于普通水泥混凝土。疲劳实验前，橡胶粉混凝土超声波声速和抗压强度均低于普通混凝土，疲劳实验后，橡胶粉混凝土超声波声速和强度的下降幅度都低于普通混凝土。

③抗渗性和耐磨性。橡胶粉混凝土的抗渗性能较普通混凝土有较大的提高，孙家瑛等[5]研究了聚合物基橡胶粉混凝土的耐磨性，橡胶粉混凝土的抗磨耗性能非常优越，并且橡胶粉掺量大小对聚合物基橡胶粉混凝土的耐磨性能几乎没有影响。通过水下刚球法试验得出橡胶混凝土耐磨性能非常优越，甚至优于硅粉混凝土的结论。

参考文献：

[1]严捍东,麻秀星，黄国晖.废橡胶集料对水泥基材料变形和耐久性影响的研究现状[J].化工进展,,27(3):395-403.

[2]赵志远.废橡胶颗粒改性水泥基材料的塑性开裂和抗冲击性能[J].混凝土与水泥制品,2008，(4):1-5.

[3]张昊,张小亮，乐金朝.废旧轮胎橡胶改性混凝土材料性能试验研究[J].浙江水利水电专科学校学报,2008,(1):39-41.

[4]李悦.橡胶集料水泥砂浆和混凝土的性能研究[J].混凝土,,6:45-48.

降低出磨水泥温度改善水泥性能 篇4

1 出磨水泥温度高的原因

(1) 入磨物料 (熟料) 温度过高。销售旺季, 熟料库存较少, 周转期短, 导致入磨熟料温度偏高, 最高时将近110℃。

(2) 磨机设备的大型化, 单位水泥产量筒体的表面散热比例减小, 不能及时排走。

(3) 磨内通风不好, 风量不足, 不能及时排出磨内热量。

(4) 水泥细度要求过细或过粉磨现象严重, 磨机内物料流速降低, 使物料自身带走的热量较少, 水泥温度也随之升高。经检测, 水泥细度同出磨水泥温度的关系见表1。

2 出磨水泥温度高的危害

(1) 造成二水石膏脱水, 使水泥产生假凝, 导致质量事故。

(2) 严重损坏包装编织袋, 破损率增大, 工人劳动环境恶化。

(3) 对磨机机械设备不利, 如轴承温度升高, 润滑作用降低, 还会使筒体产生一定的热应力, 引起衬板螺丝折断。

(4) 易使水泥因静电吸引而聚结, 严重时会粘附到研磨体和衬板上, 产生糊球糊段, 使磨机产量降低。

(5) 使入选粉机物料温度增高, 选粉机的内壁及风叶等处的粘附加大, 物料颗粒间的静电引力更强, 影响到撒料后的物料分散性, 直接降低选粉效率, 加大粉磨系统循环负荷率, 降低水泥磨台时产量。

(6) 水泥温度高, 影响水泥的施工性能, 水泥混凝土同外加剂适应性降低, 易使水泥混凝土产生温差应力, 造成混凝土开裂等危害。P·O42.5级水泥不同水泥温度同外加剂适应性的关系见表2。

3 采取的措施及方法

(1) 确保合理的熟料储存量, 使用前温度应低于80℃;如果温度较高时, 可在入磨皮带上安装雾化喷头, 淋水降温。

(2) 改用比较粗的水管加大磨机筒体淋水, 降低磨机筒体温度, 从而降低水泥温度。

(3) 制作站立支架, 并用钢丝绳剪切安装成钢丝刷, 将磨机筒体上的污垢清除, 理论上1mm厚的污垢相当于40mm厚钢板。加大筒体散热。

(4) 加大对出磨水泥温度的检测频次, 每小时测定各品种出磨水泥温度, 及时反馈信息, 努力使出磨水泥温度小于95℃。

(5) 在保证出磨水泥安定性和水泥强度的前提下, 合理调整水泥细度控制指标, 缩短粉磨时间和减小过粉磨情况。

(6) 加强磨内通风, 这要根据不同厂家及磨况找出一套适合自身的控制参数。

4 结束语

提高水泥性能 篇5

我国南北方夏季大多数地区炎热多雨，空气湿度大，冬季南方很多地区冬雨绵绵，水泥辅材引入的水分较高，水泥在库内存放过久，容易出现结块架空现象，轻则影响水泥库的正常使用，严重的出现水泥质量波动大，影响到混凝土的配制和搅拌。针对这一突出问题，我们采用模拟水泥库内环境的方法，研究长期存放水泥的性能变化情况，同时研究了夏季库内水泥结块的原因及相应改善措施。

1 试验用原材料及仪器设备

仪器设备：水泥试验磨机,全套物理检验仪器,混凝土振动台,烘箱,自制Ф100mm×120mm圆铁筒。

试验用硅酸盐水泥熟料取自于新浦瑞安熟料，其化学分析及矿物组成见表1。石灰石取自于贵州扎佐石灰石，石膏为重庆邻水天然二水石膏，矿渣取自贵阳钢厂，粉煤灰取自贵阳电厂，助磨剂为CBA1110。

%

2 试验方案

本试验的目的是要考察助磨剂、水分和SO3对水泥结块及长期存放水泥性能的影响。根据这一目的，配制了4组试样，各组试样的配比方案见表2。

%

3 试验步骤

将各组试样按比例准确称取配好后,用试验磨机磨制到比表面积为380m2/kg左右,均分为两份,一份作原始强度检验,一份2kg装入自制小筒(小筒内衬一层塑料袋),将小筒放到混凝土振动台上振动3min，然后密封筒口,将试样筒放到烘箱内,在80℃左右保温3个月(模拟库内存放环境)。

3个月后取出试样筒,将筒开封,打开塑料袋,倒出水泥,观察水泥的结块情况,并作各组试样的各项物理性能检验。

4 试验结果

不加助磨剂的试样(S1、S3)结块较多，并且大块比例较多，大块碾碎后仍有小颗粒，塑料袋破损开裂处有挂壁现象;加助磨剂的试样(S2、S4)，小块较多，大块较少，结块稍加振动自然粉化成细小颗粒。在成型过程中所有试样都有浆状气泡，S1～S4呈递增趋势。试样的原始强度和存放3个月后的物理性能见表3。

5 分析与讨论

5.1 助磨剂的影响

水泥试样在存放之前,加助磨剂水泥的3d、28d的抗压强度明显提高,3d抗压强度提高1.2MPa,28d抗压强度平均提高2.2MPa。存放3个月后,加助磨剂的试样，在石膏掺量5.4%(水分0.74%时，3d抗压强度下降7.4MPa;在石膏掺量7.4%(水分0.87%)时，3d抗压强度比原始强度下降15.8MPa未加助磨剂的试样，在石膏掺量5.4%(水分0.70%时，3d抗压强度下降6.5MPa.;在石膏掺量7.4%(水分0.97%)时，3d抗压强度比原始强度下降11.7MPa。

可以看出：加入助磨剂以后,水泥长期存放,强度下降幅度增大,但其分散作用有利于防止水泥长期存放过程中的结大块现象。

5.2 水分的影响

水泥试样在存放之前,强度随水分的增加,略有增加。存放3个月后,在水分0.70%时，3d抗压强度下降幅度平均近7MPa;水分0.9%时，3d抗压强度下降幅度平均近14MPa。可以看出:随着水分的增加,水泥长期放置以后强度下降的幅度增大。

5.3 石膏的影响

水泥中的原始水分随着石膏掺量由5.4%上升到7.4%时，出磨水泥的水分呈上升趋势，平均上升0.2%。可以看出,石膏的增加,在一定程度上可以提高水泥的强度，但也在一定程度上引入了水分，影响水泥长期存放后的强度。

6 结论

1)出磨水泥库内存放3个月，强度呈显著的下降趋势，下降幅度为30%～50%左右，下降幅度随水泥的水分增大而增加。因此，要严格控制出磨水泥的水分在0.70%以下，库内存放时间不要超过1个月。

2)使用助磨剂后，有提高水泥强度的作用，而且结块现象有所改善。说明助磨剂有减轻结块，有助于分散的作用。但当水分大于0.7%时，会导致长期存放的水泥强度降低幅度增加。

3)如果水泥长期存放，石膏不宜多加，否则引起出磨水泥水分增加。可考虑用天然硬石膏部分替代二水石膏。

4)国内水泥出库温度一般控制在低于100℃，尤其在夏季和销售旺季，出库水泥温度更加难以控制，多数情况下温度高于80℃，所以本文考察了温度在80℃情况下的变化。

值得说明的是，本试验样品是使用小磨磨制的，采用的是模拟水泥库存放条件，对于大磨产品，以及如何从水泥库内压力的分布特点,分析研究水泥在库内休止角区和临近休止角区物料的堆积情况,来讨论水泥在库内的结块机理及改进措施,并作出水泥在库内长期存放强度的降低变化规律曲线,有效地避免因水泥在库内长期存放而导致的品质降低，是我们下一步要开展的工作。

摘要：模拟水泥库环境,研究了存放3个月的水泥性能变化情况。通过分析库内物料运动方式及压力分布,讨论了库内长期存放水泥的结块机理,并对如何改善库内结块,防止长期存放水泥各项性能的退化提出了相应的措施。

提高水泥性能 篇6

随着我国工业的发展，脱硫石膏的排放量不断增加。一方面废弃的脱硫石膏占用并污染土地;另一方面，我国天然石膏分布不均衡，部分水泥企业靠长途运输外购，使生产成本上升。

脱硫石膏中含有磷、氟、有机物等诸多有害物质，作为缓凝剂使用时，对水泥的性能将会产生一些影响。

为合理利用工业废渣，降低水泥成本。笔者使用成球脱硫石膏，通过一系列试验，探讨脱硫石膏对水泥的影响。

1 试验材料

1.1 原材料化学成分（见表1)

脱硫石膏：黑龙江省牡丹江热电厂成球脱硫石膏，主要成分CaSO4·2H2O;SO3含量在34.0%。

天然石膏:山东某地生产, SO3含量35.0%。

水泥熟料:本公司生产熟料 (新型干法) 。

2 试验方案

本次试验宗旨在探讨脱硫石膏对水泥凝结时间、水泥强度的影响因素;同时与天然石膏经济指标的比较(见表2)。

3 试验结果与分析

3.1 脱硫石膏对水泥性能的影响

脱硫石膏作为水泥缓凝剂，其对水泥的水化速度及早期强度是有影响的(见表3)。

从表3可以看出：与天然石膏相比，使用脱硫石膏后对水泥的凝结时间、早期强度均有明显的变化;随着掺量的增加，水泥凝结时间延长;早期强度逐步提高。

3.2 脱硫石膏对水泥水化速度的影响

水泥水化速度越快，凝结时间越短;脱硫石膏使水泥的凝结瞬间延长了1～1.5小时。从表3可以看出，随着脱硫石膏掺量增加，水泥的凝结时间逐渐延长1小时左右，当掺量达到5.0%，水泥的强度达到最佳。

4 结论

使用成球脱硫石膏作为普通硅酸盐的缓凝剂时，其水泥性能凝结时间虽有所延长，但是适量掺加有利于水泥早期强度的提高。

由于脱硫石膏品位含量与天然石膏一样，但其质量稳定，掺量较天然石膏略低，节约了成本。

作为工业废渣综合利用的环保产品，脱硫石膏的使用对于天然石膏缺乏的地区无疑是一个经济、节能、环保的产品，减少了使用环节中的污染，对于环境改善有较大益处。

成球脱硫石膏三氧化硫含量稳定，无需破碎，便于企业对过程质量的控制，稳定控制指标。

提高水泥性能 篇7

随着科学技术的日益进步和发展, 我国水泥国家标准与国际标准 (ISO) 的接轨, 水泥质量控制水平不断提高。其中粒度是影响水泥性能的一个重要因素, 传统的水泥粒度检测方法是筛余法和比表面积法, 细度、比表面积只能体现出水泥颗粒的部分情况, 无法全面地反映出水泥颗粒的分布情况, 更不能测定水泥是否存在过粉磨现象。在实际工作中往往出现筛余相同或比表面积相近时, 水泥的性能表现出较大差异, 它们对于水泥性能的精细化控制来讲是远远不够的。而激光粒度分析在水泥生产中的应用日趋广泛, 直接影响着水泥产量、质量及成本控制。水泥的粒径分布、特征参数、平均粒径对水泥物理力学性能、混凝土施工性能以及耐久性能都有重要影响。激光分析的水泥粒径、特征参数、平均粒径等分析数据能更精细地对水泥粒度分布进行调整, 给我们提供生产控制工艺参数、磨机研磨级配是否合理等信息, 在水泥粉磨和质量控制过程中起到指导性作用。

1 激光粒度分析的特征参数

1.1 粒径

颗粒的粒径定义为颗粒所占据空间大小的尺寸, 一般表面光滑的球形颗粒的粒径即是它的直径。但对于非球体或表面不光滑颗粒的粒径表征就复杂得多, 大致可分为相当球直径、相当园直径和统计直径几类。测量颗粒的粒径仪器有多种, 当仪器的原理不同时, 测量结果一般是不同的。例如:激光粒度仪测出的粒径称为等效散射光粒径;筛分测量的是颗粒的筛分直径;库尔特计数器得出的粒径称为等效电阻粒径等等。如水泥颗粒, 其形状是不规则的, 用筛分法、勃式法、激光测粒法测得的粒径结果也有所不同。

1.2 颗粒群的平均粒径

颗粒群的平均粒径就是用一个设想的尺寸均一的颗粒群来代替

原有的实际颗粒群, 并且保持颗粒群原有的某些特性不变。比较常用的平均粒径有体积平均粒径D (4, 3) 、表面积平均粒径D (3, 2) (颗粒中位径D50、体积中位径Dv50等, 体积平均粒径D (4, 3) 是粒径对体积的加权平均。

1.3 颗粒级配

描述单个颗粒的大小称为粒径, 能较全面地描述粉体的整体颗粒大小的为粒度分布。粒度分布在水泥行业称为颗粒级配, 是指各种大小的颗粒占颗粒总数的比例。将粒径分成多个粒径区间, 各区间内的颗粒数占总数的百分比, 组成了粒度分布。粒度分布常用曲线或表格表示 (如图1) 。

1.4 特征参数

Rosin-Rammler函数是一种理想化的粒度分布的表示, 研究表明对于大多数由破碎形成的颗粒均能用此函数表示尺寸分布, 现被普遍应用于水泥颗粒级配的研究。它的表达式是:

式中, X表示粒径, V (D) 表示小于X的颗粒百分比, X0和n分别称作特征粒径和均匀性系数。X0是筛余为36.8%时所对应的颗粒粒径。N表示粒度分布宽窄的参数, n值越大, 颗粒分布越窄, n值越小则分布越宽。表1为某厂P·O 42.5水泥用激光粒度测定的体积分布, 给出了多个区间内颗粒的体积频度分布和累积分布, 根据表中的数据, 可以进一步计算出该水泥的平均粒径及中位径等。图1为该水泥的体积累积分布。

2 激光测粒仪的数据对水泥生产的意义

水泥是一种粉体产品, 颗粒级配是指各种大小的颗粒占颗粒总数的比例, 它是粉体的重要物理指标之一, 对水泥性能有着重要影响。下面就激光法测定水泥颗粒级配的相关参数与水泥的物理性能影响关系进行实验研究。

表2是云南某水泥厂生产的PMH42.5水泥激光测定的均匀性系数、体积平均粒径D (4, 3) 、小于32μm累计分布与3d、7d、28d强度及3d~28d强度增进、7d~28d强度增进和比表面积、水化热的试验数据。

3 结果与讨论

3.1 均匀性系数与水泥抗压强度及强度增进的关系

由表2可以总结出下列线性相关图, 见图2~图4。

水泥的均匀性系数n是分布参数, 由RRB得到, 是表示粒度分布宽窄的参数。n值越大, 颗粒分布越窄, n值越小则分布越宽, 均匀性系数、特征粒径与粉磨工艺、设备等有关, 合理的均匀性系数应该在一个合适的范围内, 因同一厂家工艺、设备变化不大, 特征粒径基本一致, 反应不出与强度及强度增进的关系。以上数据为同一品种比表面积、水化热大致相同的水泥, 实验表明, 均匀性系数与3~28d强度增进有相关性, 即n值越大, 3~28d强度增进越大, 呈正相关关系, 这是因为均匀性系数的提高意味着较粗和较细的颗粒都减少, 对强度增进有利。而均匀性系数与3d强度呈离散分布, R2=0.163, 几乎没有线性相关关系。

3.2 体积平均粒径D (4, 3) 与水泥强度及强度增进的关系

由表2可以总结出下列线性相关图, 详见图5~图7。

图5是该厂同品种水泥体积平均粒径D (4, 3) 与3d强度的关系, 从图可以看出体积平均粒径D (4, 3) 与3d强度呈负相关关系, 即体积平均粒径D (4, 3) 增大, 3d强度减小。体积平均粒径D (4, 3) 增大意味着颗粒普遍变粗, 水化速率很慢的大颗粒增进, 导致3d强度下降。图6为体积平均粒径D (4, 3) 与28d强度关系, 图7为体积平均粒径D (4, 3) 与3d~28d、7d~28d强度增进关系, 在比表面积一定时, 体积平均粒径D (4, 3) 与28d强度及强度增进值呈线性正相关关系。

3.3 小于32μm颗粒与水泥强度及强度增进的关系

由表2可以总结出下列线性相关图, 详见图8~图10。

由于水泥颗粒只有发生水化才对强度有贡献, 而水化过程是由表及里, 逐渐发生的, 小颗粒容易水化, 对早期强度贡献大, 大颗粒水化慢, 后期强度才能发挥作用。水泥中粒径在3~32μm的颗粒是水泥颗粒最重要的部分, 这部分水泥颗粒粒度适中、水化速度适中, 有利于形成密实的水泥石结构, 是强度的主要提供者, 对混凝土施工性能负面影响小, 又能保证水泥在28d~90d内充分水化, 使熟料的作用充分发挥。一般情况下, 水泥中3~32μm的颗粒含量控制在65%~75%之间比较合理, 小于3μm的颗粒在10%左右, 如果细颗粒过多, 早期强度高, 影响后期强度, 还会影响需水比, 进而影响与外加剂的适应性, 对混凝土的耐久性产生不良影响。32~65μm是水泥中相对较粗的颗粒, 这一区间颗粒含量一般在10%~20%之间比较适宜, 而大于65μm的颗粒因不参加水化反应, 对强度几乎没有贡献。从实验数据图8显示, 小于32μm颗粒含量与3d强度关系呈正相关关系, 图9、图10显示跟28d强度及强度增加值呈负相关关系, 表明该厂该品种水泥细粉含量偏高, 早期强度高, 后期强度增进减弱。

4 结语

(1) 水泥的粒度分布与水泥的性能之间有明确的相关关系, 同品种水泥在比表面积、水化热一定时, 均匀性系数与28d强度、3~28d强度增进有相关性, 即n值越大, 28d强度、3~28d强度增进越大, 呈正相关关系;特征粒径与3d强度呈负相关关系, 即特征粒径增大, 3d强度减小, 特征粒径与28d强度及强度增进值呈线性正相关关系;小于32μm颗粒含量与3d强度关系呈正相关关系, 28d强度及强度增加值呈负相关关系, 则表明该品种水泥细粉含量偏高, 早期强度高, 后期强度增进减弱。

(2) 用激光法测定水泥的粒径分布数据更加全面、科学, 弥补了传统的细度、比表面积检测方法的不足, 在细度和比表面积相同的情况下, 利用数据分析更精细地对水泥粒度分布进行调整, 可有效利用于生产, 在水泥粉磨和质量控制过程中起到指导性作用。

参考文献

[1]王乃宁.颗粒粒径的光学测量技术及应用[M].北京:原子能出版社, 2000.

[2]吴笑梅, 郭文瑛, 樊粤明.水泥颗粒分布对其使用性能的影响[J].水泥, 2004 (10) :5-9.

超细水泥浆液流变性能试验研究 篇8

近年来,浅部煤炭资源逐渐枯竭,深井建设势在必行。随着立井深度的加深,地层压力增大,静水压力也越来越大,立井井筒混凝土井壁在高地压、高水压作用下,微裂隙渗流效应急剧增大,导致井筒涌水量超标。超细水泥必将成为今后理想的微裂隙注浆材料[1],但随着水泥细度的减小,其流变性能、水化性能等均会发生变化,目前对超细水泥基注浆材料的性能缺乏系统的研究,防碍了它的发展和应用。因此,研究超细水泥的流变性能具有重要意义。

2 理论分析

超细水泥浆液在岩层裂隙中的运动规律和地下水的运动规律非常相似,不同之处是水泥浆液一般属于非牛顿流体,具有随时间、浆液配比等因素发生变化的流变参数,如水泥浆液在凝胶以前,其粘度是随注浆压力和时间变化的。有学者提出了时间依赖性定理,即在注浆过程中,大多数浆液的粘度都会随时间的增加而变大,从而使浆液的流动性变坏[2,3]。

浆液的流变性能一般用流变方程或流变曲线来描述,将其应用到注浆扩散理论中,得出浆液在介质中的扩散规律,确定相应的注浆参数,从而控制注浆的施工,这就是研究浆液流变性的目的[4]。可见,在注浆施工中浆液的流变性能是非常重要的性能之一,了解和控制所用浆液的流变性能对于注浆成功与否是非常重要的。

水泥浆液的流变性与水灰比、水泥颗粒的粒径和形状、水泥化学组分及颗粒表面组分的相对分布、外加剂种类和添加量、试验条件(温度和压力)等众多因素密切相关,因此对特定浆液流变模式及其流变规律的研究结果,往往因研究者及实验条件不同而存在差别。

本文对超细水泥浆液的流变性重点研究,包括水灰比及高效减水剂对浆液粘度的影响、浆液粘度的时变性试验研究、以及减水剂对浆液粘度时变性的影响。

3 实验室试验与数据分析

3.1 试验材料及试验方法

试验研究采用江门市中建科技开发有限公司生产的“中建”牌8000型超细水泥。该水泥采用独特粉磨工艺加工而成,颗粒非常细小,平均粒径约0.2～2μm,最大粒径小于20μm,达到准纳米级,可渗透入非常细小的空间;减水剂采用萘系高效减水剂。采用NDJ-1型旋转粘度计测定超细水泥浆液的粘度值。

3.2 水灰比对超细水泥浆液粘度影响性试验

选择常用的0.6、0.8、1.0、1.5、2.0等5种水灰比进行试验。用高速搅拌机配制超细水泥浆液,然后用旋转粘度计测定其粘度值。对每一种水灰比均进行3组重复试验,求得3组结果的平均值作为该水灰比的超细水泥浆液的粘度值。试验所得到的超细水泥浆液粘度值和普通水泥浆液的粘度值见表1。

根据试验数据绘制粘度与水灰比关系见图1。由图1可知,在相同水灰比条件下,超细水泥浆液的粘度比普通水泥浆液高很多。超细水泥浆液和普通水泥一样,其粘度随着水灰比的增大而降低。但是两条变化曲线存在不同的拐点,说明两种浆液的粘度变化率突变存在不同的临界水灰比。超细水泥浆液在水灰比较小时,其粘度随着水灰比的增大急剧降低,但当w/c≥1.5时,增大水灰比,浆液的粘度变化幅度较小,而普通水泥浆的临界水灰比大约为0.8。

3.3 减水剂对超细水泥浆液粘度影响性试验

超细水泥浆的粘度过大,不适合注浆,必须添加高效减水剂降低粘度,改善浆液的流动性。本次试验研究了萘系高效减水剂对超细水泥浆液粘度的影响。试验针对上述5种水灰比的水泥浆,减水剂添加量分为0.5%、1.0%、1.5%、2.0%4个水平,对每一种水灰比、每一水平均进行3组重复试验,求得3组试验结果的算术平均值作为该水灰比超细水泥浆在该水平减水剂掺量下的粘度值。

为了更直观地表示减水剂对超细水泥浆粘度的影响效果,定义减水效率K为添加减水剂以后,浆液粘度的降低值占不添加减水剂时原浆液粘度的百分比。用公式表示为:

式中:μ——原浆液粘度;

μ'——添加减水剂以后浆液粘度,mPa·s。

试验所得到的减水剂的减水效率数据见表2。

由试验数据及图2可以得出,萘系高效减水剂能有效降低超细水泥浆液的粘度,减水剂添加量为1.5%时,对5种水灰比的水泥浆液的减水效率均达到75%以上;减水效率变化率随着减水剂添加量的增大逐渐减小,添加量超过1.5%以后,再继续增大用量,减水效率增大不明显;超细水泥浆的水灰比越大,减水剂的减水效率变化率越小;超细水泥浆的最佳减水剂添加量约为1.5%。

3.4 超细水泥浆液的粘度时变性试验

学者们对水泥浆液时变性的具体规律进行了深入研究,得出水泥浆液在凝固前其粘度存在时变性。在实际工程中,为了防止浆液析水沉淀,保持分散稳定性和均匀性,注浆过程中必须持续对水泥浆液进行搅拌。因此,研究超细水泥的粘度随搅拌时间的时变性更有实际意义。水泥浆液在拌制完成以后的1小时内粘度变化不大,即可以满足注浆要求。本次试验重点考察超细水泥浆液在低速搅拌条件下1小时内的粘度时变性,以及添加减水剂对浆液粘度时变性的影响。

由于超细水泥浆液在水灰比较小时其粘度过大,不适合注浆使用,本次试验仅对0.8、1.0、1.5、2.0等4种水灰比的浆液进行研究。另外,还研究了4种水灰比的浆液在减水剂最佳添加量(1.5%)时,其粘度时变性的变化。

试验时,超细水泥浆液拌制好以后,首先用高速搅拌机高速搅拌3分钟,然后进行低速搅拌(60r/min),每隔10分钟取样测试浆液的粘度。整理试验数据得到浆液粘度随搅拌时间(1小时内)的变化规律,如图3、图4所示。

由浆液粘度随搅拌时间的变化曲线可以看出,除水灰比为0.8的超细水泥浆液随着搅拌时间的增长其粘度略有增大,其余3种水灰比的浆液粘度均没有表现出明显的时变性,可以看作浆液在搅拌时间1小时内粘度没有变化。添加减水剂后,浆液粘度在0～10分钟内出现小幅度的增大,10分钟以后浆液粘度没有表现明显的时变性。

4 结论

通过上述室内试验得出以下结论。

(1)增大水灰比可以显著降低超细水泥浆液的粘度,但当w/c≥1.5后,增大水灰比,浆液的粘度减小幅度较小。

(2)萘系高效减水剂能有效降低超细水泥浆液的粘度,其最佳添加量约为1.5%。

(3)在搅拌时间1小时内,超细水泥浆液粘度无时变性,添加减水剂对浆液粘度时变性没有影响。

参考文献

[1]John B.Micro-fine Cement[J].World Cement,1992,(12).

[2]冯志强,康红普,杨景贺.裂隙岩体注浆技术探讨[J].煤炭科学技术,2005,23(4):63-67.

[3]阮文军.基于浆液粘度时变性的岩体裂隙注浆扩散模型[J].岩石力学与工程学报,2005,24(15):2709-2712.