中热硅酸盐水泥（精选7篇）
中热硅酸盐水泥 篇1
摘要：通过生料组分、原料品种、生料配方、水泥SO3及比表面积的优化试验, 最终确定生产优质中热硅酸盐水泥的最佳原料品种为石灰石、高硅砂岩、铝矿废石、铜矿渣和白云石, 熟料三率值控制在KH=0.870±0.02、n=2.50±0.10、P=0.80±0.10较佳, 水泥比表面积控制目标为 (310±10) m2/kg, SO3控制指标为 (2.20±0.30) %, Mg O含量控制为 (4.50±0.30) %。
关键词：中热硅酸盐水泥,低水化热,微膨胀
0 引言
一般大体积混凝土工程尤其是水电大坝工程, 通常采用水化放热相对较低的中热硅酸盐水泥做凝胶材料[1,2], 同时为减少碱集料反应引起混凝土开裂的风险, 水电工程大坝用中热水泥则需要碱含量更低并具有微膨胀特性的中热硅酸盐水泥。
结合水电工程对中热硅酸盐水泥的性能要求, 我公司自2005年开始多次进行了中热熟料和中热水泥工业试验, 通过对原料、熟料三率值、熟料Mg O、水泥SO3及比表面积等优化控制, 最终确定采用石灰石、高硅砂岩、白云石和铝矿废石4组分配料, 熟料按KH=0.870±0.02、n=2.50±0.10、P=0.80±0.10、Mg O 4.50%±0.30%控制, 水泥按SO32.20%±0.30%、比表面积 (310±10) m2/kg控制, 且中热水泥各项性能指标均优于用户要求, 实现了中热水泥优质批量生产。
1 原燃材料的选择
结合中热水泥对碱含量和强度等技术指标要求, 不断对硅质原料、铝质校正原料和铁质校正原料进行优选, 先后使用了硫酸渣和铜矿渣作为铁质校正原料, 使用页岩和不同碱含量的砂岩作为硅质原料, 使用铝矿废石作为铝质校正原料, 各原料成分见表1。
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为了生产出高质稳定的微膨胀中热水泥, 优质的燃料保证是基础。在进厂洗混煤的控制上要求:19%≤Vad≤28%、Qnet, ad≥22 990k J/kg、R2O≤1.50%, 并固定洗混煤的产地, 进厂检验后分批堆放搭配均化后使用, 以确保煤热值的稳定。
2 配料方案的确定
2.1 生料组分的确定
通过采样掌握了大量原燃材料矿点的质量状况, 并结合当时普通硅酸盐水泥熟料的生产经验, 选择表2为微膨胀中热水泥的生料配料组分进行研究。
2.2 熟料控制目标的确定
综合考虑新型干法窑的工艺特点, 结合微膨胀中热水泥的特殊要求, 以及选用原燃材料的质量情况, 充分考虑熟料矿物组成对水泥物理性能的影响, 合理设计三率值, 制定配料方案, 具体参数如表3所示。
2.3 Mg O含量的确定
熟料中Mg O含量和其晶体大小对水泥的膨胀性能有很大影响, 根据溪洛渡和官地电站等水电工程对大坝水泥Mg O含量的要求 (3.5%~5.0%) , 在生产微膨胀中热水泥时Mg O的控制首先要满足客户要求, 并结合Mg O含量与混凝土自生体积变形的关系试验, 最终确定熟料中Mg O的最佳含量。
3 不同方案质量情况对比分析
3.1 不同方案熟料质量对比
表4为微膨胀中热水泥熟料化学成分、率值及矿物组成, 表5为微膨胀中热水泥熟料的物理性能, 各种方案的结果对比如下。
方案1采用石灰石+页岩+砂岩1+硫酸渣+白云石5组分配料, 熟料的三率值控制方案:KH=0.850±0.02, n=2.30±0.10, P=0.80±0.10, 因页岩带入的碱含量高, 使得烧制的熟料碱含量较高, 同时熟料中C3A和C3S矿物含量偏低, 使得水化热和强度偏低。
从降低熟料碱含量和提高强度的角度出发, 方案2中采用低碱含量的砂岩代替页岩配料, 生料组分为石灰石+砂岩1+硫酸渣+白云石, 同时提高C3A和C3S矿物含量, 即熟料的三率值控制方案调整为:KH=0.860±0.02, n=2.65±0.10, P=0.85±0.10。从方案2的熟料物理性能可看出, 3d和28d强度大有提高, 而且增长较好, 但是水化热明显上升。
方案1和方案2中硫酸渣SO3含量较高, 在试制过程中, 预热器结皮严重, 窑结圈现象频繁, 严重影响了中热水泥熟料的煅烧质量。
方案3中将硫酸渣配料改为铜矿渣配料, 采用石灰石+砂岩2+铜矿渣+白云石4组分配料, 熟料的三率值控制方案:KH=0.860±0.02, n=2.65±0.10, P=0.77±0.10, 熟料中SO3含量明显下降, 预热器结皮有所减少, 但因控制过程中KH偏低, 且熟料硅率提高, 铝率降低后, 熟料的水化热和强度成下降趋势。
在借鉴铝矿废石应用于普通硅酸盐水泥熟料生产提高了熟料的28d抗压强度的经验基础上, 方案4中将铝矿废石应用于微膨胀中热水泥熟料的生产, 采用石灰石+砂岩2+铜矿渣+铝矿废石+白云石5组分配料, 熟料的三率值控制方案:KH=0.870±0.02, n=2.50±0.10, P=0.80±0.10, 采用铝矿废石作为铝质校正原料, 适当提高熟料中C3A含量, 水化热适中, 同时熟料的3d和28d抗压强度得到了提高, 且碱含量低, 满足试验要求。最终确定方案4为微膨胀中热水泥熟料的最佳方案。
3.2 不同方案水泥物理性能对比
表6为不同SO3含量中热水泥物理性能对比, 表7为不同比表面积中热水泥物理性能对比。
从表6可见, SO3含量对水泥强度的发挥起到一定的促进作用, 并延缓了水泥凝结时间, 但水化热呈上升趋势, 故目前将SO3指标确定为 (2.20±0.30) %。
从表7可见, 比表面积越高, 其强度越高、水化热也越高, 而且比表面积对强度的影响要比对水化热的影响更明显。根据有关资料, 比表面积大时, 会使混凝土收缩加大, 从而使大坝易产生裂缝, 溪洛渡电站等大型水电工程要求比表面积宜为250~320m2/kg, 最大不超过340m2/kg。在综合考虑微膨胀中热水泥强度和水化热等物理性能指标, 结合几次的微膨胀中热水泥的粉磨质量情况, 本研究最终确定了中热水泥粉磨时比表面积控制目标为 (310±10) m2/kg。
3.3 不同Mg O含量水泥微膨胀性能对比
在中热水泥混凝土试验上, 借助三峡公司溪洛渡电站实验室、二滩公司及成勘院实验室, 采用送样的方式, 开展中热水泥混凝土的相关性能试验。从表8~表10中1号~3号中热水泥混凝土试验结果可以看出, 各项性能指标均满足水电工程要求, 尤其是混凝土自生体积变形表现为:Mg O含量高的自生体积变形小, 因此在设计中热水泥Mg O含量时, 将Mg O控制在 (4.50±0.30) %。
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4 结论
采用新型干法生产线, 通过各原材料的配比优化组合, 研究出具有微膨胀特性的中热硅酸盐水泥生产工艺配方如下:
1) 优选碱和硫等有害成分低的原料, 最终采用石灰石、高硅砂岩、铝矿废石、铜矿渣和白云石5组分配料。
2) 结合中热水泥水化热和强度要求, 控制好C3A和C3S含量是关键, 中热水泥熟料三率值控制在KH=0.870±0.02、n=2.50±0.10、P=0.80±0.10较佳。
3) 合理匹配中热水泥比表面积与水化热和强度关系, 水泥比表面积控制目标最终确定为 (310±10) m2/kg。
4) 结合水泥C3A含量, 从降低水化热角度出发, 采取低SO3控制方式, 确定水泥SO3控制指标为 (2.2±0.3) %。
5) 为提高混凝土微膨胀性, 适当提高中热水泥Mg O含量为 (4.50±0.30) %。
参考文献
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中热硅酸盐水泥中碱含量的控制 篇2
水泥中Na2O和K2O的含量是属于低含量成分, 其含量称碱值。按国家标准GB200—2003规定, 中热硅酸盐水泥的技术要求中规定了碱含量的上限, 中热硅酸盐水泥熟料中的碱含量, 以Na2O当量 (Na2O+0.658K2O) 表示不得超过0.6%。
三峡工程所需的中热硅酸盐水泥不仅对强度、水化热、比表面积、SO3等有严格要求, 而且对氧化镁、碱含量、温度、与外加剂的适应性, 配制混凝土的工作性等有特殊要求。自三峡工程开工之日起, 历时18年, 中国葛洲坝集团股份有限公司水泥厂 (以下简称“葛洲坝水泥厂”) 累计供应水泥约400余万t, 约占工程用量的70%左右。成就了品种保证, 质量优良, 满足了国标和三峡工程质量标准的要求, 实现了用优质的三峡牌水泥, 建一流的三峡工程的誓言。
在三峡工地, 葛洲坝水泥厂中热硅酸盐水泥占主导地位, 在一期工程建设期, 国内一些著名专家就中热硅酸盐水泥中碱成分与骨料易发生碱—骨料反应提出了忠告, 并就碱含量的控制提出了很多建议, 甚至引起国家领导人的重视, 为此, 三峡开发总公司试验中要求供应三峡中热硅酸盐水泥中碱含量控制在0.5%以下, 这一要求远远高于国标的技术要求, 也是对生产厂家一个严峻考验, 那么, 葛洲坝水泥厂是如何控制水泥中碱含量在0.5%以下呢?以下就关于碱含量控制中的一些措施, 加以整理, 供大家参考。
1 碱含量控制
为了生产低碱水泥, 国际上大体上从选择低碱原料入手, 通过配制合理的生料, 制定适宜的热工制度, 加强粉磨控制等措施来达到。现分述如下:
1.1 原料的选择
1.1.1 石灰石
水泥原料是生产中低热硅酸盐水泥的基础, 没有优质、量大、低碱的原料, 特别是石灰石, 是难以生产出优质、低碱的中低热硅酸盐水泥的。葛洲坝水泥厂现使用的荆门苏畈石灰石矿, 是经地矿部门精选的矿山, 具有储量大、品位高、有害成分低等特点, 2002年中国建材地质勘查中心湖北省总队对其进行了勘查, 其各层平均厚度、储量及化学成分见表1。
从上表看, 该矿碱含量平均值K2O=0.24, Na2O=0.024, R2O=0.182%, 属于低碱原料。但是, 由于该厂矿山开采属于机械化作业, 在开采矿山的同时, 也不避免地带入了一些裂隙土和山皮土, 这些物质的化学成分, 特别是碱含量较高详见表2。
从上表裂隙土综合碱含量看, R2O=2.48%。若在生产中带入5%左右和话, 则使石灰石中碱当量增加0.124%。这样, 就会大大增加石灰石中有害成分含量, 降低石灰石品位, 并对生料配料也是一个极大的影响。因为石灰石在生料配料中约占85%～90%, 石灰石中碱当量每增加0.1%, 则生料相应0.08%, 相应煅烧后的熟料相应增加0.12%, 为此, 在石灰石矿山的开采、搬运上, 应尽量剥离山皮土, 分离裂隙土, 在进破碎前把有害的土质成分清理掉, 这样, 石灰石的碱含量就不会升高。
1.1.2 硅质原料
在生料配料中, 硅质原料也占有较大的比例, 约占10%左右, 这也是一种能大量带入碱值的原材料, 葛洲坝水泥厂附近有大量的砂岩做硅质原料, 约有1 500万t。其化学成分详见表3。
从砂岩原料化学分析看, 其碱当量平均值R2O=1.94%。若按生料配料其掺入量在8%～13%计算, 其带入生料中碱含量约为0.15%～0.19%, 几乎占生料的碱含量1/2左右。这样对生、熟料的碱含量影响所占的比重很大了, 能不能找到比这更好的硅质原料呢?现在, 葛洲坝水泥厂已在荆门附近找到一种高硅低碱的原料—硅石, 其化学成分详见表4
从硅石化学分析碱含量成分看, 其综合碱当量R2O=0.20%, 相比砂岩约降低1.5%, 且硅含量品位也高, 若在生产中大规模地应用硅石配料, 则低碱中低热硅酸盐水泥熟料完全可以满足生产。
1.1.3 铁质原料
荆门附近有化肥厂几座, 可长年供应优质、低碱硫酸渣作铁质校正原料。由于其在配料中比例很小, 只占到3%左右, 对碱含量基本上影响不大。
1.1.4 煤
葛洲坝水泥厂现有煤为山西普煤, 灰分较以前略有提高, 其工业分析、化学分析详见5、表6。
1.2 配料
从以上几种原、燃料看, 可简单地配制一下生料, 看其各带入生、熟料多高的碱当量。
(1) 用砂岩配料。配料计算详见表7;各种原材料掺量、碱值详见表8。
则生料中碱当量约为R2O=0.43%, 煤的落入量为4.3%, 根据表7的配料计算, 熟料中R2O=0.64%
若挥发率在10%～20%, 则熟料实际碱当量约在0.51%～0.58%, 符合国标要求。
(2) 用硅石配料。详见表9;各种原材料掺量、碱值详见表10。
用硅石配料, 则生料碱当量为R2O=0.29%, 煤的落入量为4.3%, 根据表9的配料计算, 熟料中R2O=0.46%
若挥发率在10%～20%, 则熟料实际碱当量约在0.37%～0.41%, 符合供应三峡中热硅酸盐水泥中碱含量控制在0.5%以下的要求。
从以上两种假设方案计算结果看, 第二种方案完全可以达到控制熟料中碱含量在0.5%以下的要求, 若再选高品位的石灰石, 则砂岩加硅石配料问题也不大。
1.3 煅烧
通过生料的配料能比较有效地达到要求, 但是煅烧也是一个关键因素。在稳定的热工制度下, 生料经过大窑煅烧, 在高温的作用下, 碱含量有一部分能形成挥发物, 随着窑灰飞离出大窑, 进入大气中消失掉。或附着在窑灰上, 被收尘收下来, 被收尘的窑灰再进入中喂, 则形成窑中的碱循环。窑灰的化学成分详见表11。
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从该表中窑灰的碱当量看, 是中热硅酸盐水泥熟料的5～6倍多, 若其过多地进入碱循环, 则无疑会大大地增加熟料中的碱当量。
1.4 粉磨
熟料经粉磨后, 才能制成水泥。若熟料的质量好, 而混合材未控制好, 也能给水泥增加有害成分。对中热硅酸盐水泥来说, 也就是石膏的影响了, 因为它不掺混合材。现把荆门的精、普石膏作一对比, 详见表12。
假设在磨制中热硅酸盐水泥时, 石膏掺量3%～4%, 则精膏带入的碱当量不到0.01%, 而用普膏, 带入碱当约在0.06%左右, 这也是好熟料磨出的水泥碱值易上升的一个原因。
2 结语
从以上列出的各种原、燃材料, 煅烧、粉磨的控制中, 可以看出, 几个环节都能不同程度地影响水泥中碱含量。为了保证葛洲坝水泥厂长期、优质地供应三峡工地, 满足专家对水泥碱含量的严格要求, 对矿山石灰石可以分区域精选, 进破碎前可分离裂隙土, 少量或不用砂岩, 代之以高硅低碱的硅石, 控制煤质, 稳定大窑煅烧, 提高碱的挥发, 或者把窑灰另作它用, 选用高品位石膏等。从这些环节上都能取得降低碱含量的作用, 并最终控制水泥中碱含量在0.5%以下。
摘要：阐述了中热硅酸盐水泥中碱含量的控制, 主要是从原燃材料的选择时严格控制碱含量, 然后从水泥的生料制备、熟料煅烧、水泥粉磨每个工序生产环节中严格把关, 消除一切影响碱含量的因素, 加强生产工艺控制, 严格质量管理, 层层把关, 才能生产出符合要求的高质量的和质量稳定的中热硅酸盐水泥。由于水泥中的碱含量是引起混凝土碱骨料反应的主要因素, 故水泥中的碱含量应愈低愈好。文章介绍了中国葛洲坝集团股份有限公司水泥厂成功控制中热硅酸盐水泥中碱含量的经验, 以共同行借鉴。
中热硅酸盐水泥 篇3
1 原材料和试验方法
1.1 试验原料
试验所用水泥为拉法基瑞安双马公司生产的42.5级中热硅酸盐水泥;磷渣来自四川攀枝花攀冶炼磷厂,二者的化学成分如表1所示。磷渣XRD图谱和SEM照片分别如图1和图2所示。上述测试结果从化学、矿物组成和颗粒形貌等方面表明,磷渣颗粒为不规则的无定形多孔结构,是一种较好的水泥混凝土辅助性胶凝材料。
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按GB/T208—94测得磷渣和水泥的密度分别为2.91g/cm3和3.19g/cm3。试验采用绵阳涪江洗净河砂。
1.2 试验方法
为了获得比较均匀的磷渣粉体,磷渣粉体制备时取两份磷渣,一份采用ZMZ-38型振动研磨机研磨,一份采用Φ500mm×500mm试验球磨机进行研磨,分别筛分后选用细度水平相近的磷渣,用混料机按一定的比例混匀备用,并测其比表面积,见表2。
m2/kg
将上述磷渣粉体等质量取代水泥0、20%、40%和60%制成磷渣中热硅酸盐水泥(以下简称磷渣水泥),并按GB/T1346—2001测定其标准稠度用水量、凝结时间和安定性。根据GB/T17671—1999制备磷渣水泥体系胶砂试块,测试其力学性能,同时将其净浆试块在标准条件下养护,到相应龄期进行XRD分析。
2 结果与讨论
2.1 标准稠度用水量、凝结时间及安定性
磷渣和中热水泥的粒度特征见表3,水泥标准稠度用水量、凝结时间及安定性见表4。
由表4可见,随磷渣掺量增加,磷渣水泥的标准稠度用水量略有增加,凝结时间明显延长,其中初凝时间最长增加16h24min(GP1C),终凝时间增加22h57min(GP3C),二者磷渣掺量皆为60%。但未见其对水泥安定性有不良影响。随磷渣细度增加,磷渣水泥的标准稠度用水量变化不大,而凝结时间大致呈先增大后减小的变化趋势。
由表4可见,同一细度等级下磷渣粉体掺量与细度变化对磷渣水泥的凝结时间都会产生一定的影响。结合对应净浆试样的XRD测试结果(见图3)并参阅有关资料[2,3,4,5],磷渣对硅酸盐水泥的缓凝主要是由水化初期形成的半透水性薄膜对磷渣在碱性条件下形成的Ca4O(PO4)2、Ca5Si6(O,OH,F)18·5H2O及Ca F2等的吸附,导致其密实度增加,水不易透过,从而延缓了水化速度,最终导致了水泥的缓凝。这种吸附是由于磷渣中所含有的磷和氟在水泥水化产物Ca(OH)2的作用下从磷渣玻璃体中离解出来,磷在碱性溶液中生成羟基磷灰石不断地沉积在水化产物表面,而氟则形成Ca F2,以氢键或吸附的方式与水化产物结合。
2.2 各龄期力学性能分析
磷渣水泥抗压强度变化规律如图4所示。当磷渣掺量为40%和60%时,其细度对水泥早期强度影响较小,而对中后期强度影响显著;而磷渣掺量增加,水泥强度降低。当磷渣掺量为20%,磷渣比表面积分别为814.9m2/kg(GP5A)和716.1m2/kg(GP4A)时,磷渣水泥7d抗压强度均能满足GB200—2003《中热硅酸盐水泥》的要求,其它细度等级磷渣水泥的7d抗压强度相对较低,但28d抗压强度都可达到42.5MPa;掺量为40%和60%的磷渣水泥抗压强度在后期增长比较明显,但强度的发挥不及掺量为20%的磷渣水泥。
磷渣水泥抗折强度变化规律如图5所示。在磷渣掺量为20%和40%的情况下,磷渣细度为513.7m2/kg的磷渣水泥的抗折强度都比较低,而随掺入磷渣比表面积的增大,磷渣水泥的抗折强度增大;在14d和28d龄期时,磷渣掺量为20%,磷渣比表面积为627.6m2/kg、716.1m2/kg和814.9m2/kg的磷渣水泥抗折强度达到甚至超过了中热硅酸盐水泥。综合图4还可见,多个磷渣水泥样在28d龄期时,强度达到GB200—2003对中热硅酸盐水泥的规定。
随磷渣掺量的增加,磷渣水泥早期强度降低,但后期强度增长率增大。这主要是由于磷渣中含有一定量的磷和氟,水化早期P-O键不易破坏,玻璃相的稳定性也相对较高,磷和氟对水泥又有一定的缓凝作用[6];随着磷渣粒径的增大,磷渣水泥早期水化速率降低,钙矾石的生成量较少,故而早期强度较低。水泥力学性能是其体系内各组分整体性质的综合反映,磷渣微粉既参与水化反应又能发挥填充效应,改善混凝土的孔结构,使其致密化,所以磷渣水泥水化后期,随着磷渣细颗粒含量的增大,部分试样强度可以达到、甚至超过不掺磷渣的中热水泥。
2.3 磷渣细度对磷渣水泥干缩性能的影响
选取磷渣掺量为40%的磷渣水泥测试其7d、14d和28d龄期的干缩状况(如图6),以研究磷渣细度对磷渣水泥干缩性能的影响。结果表明,磷渣水泥的干缩率随比表面积的变化曲线呈V形,且中后期收缩比早期收缩更明显。磷渣比表面积在430~627.6m2/kg范围内随磷渣比表面积增大,收缩减小,但比表面积超过627.6m2/kg后,随着磷渣比表面积的增大干缩率逐渐增大;掺入磷渣比表面积为716.1m2/kg和814.9m2/kg时,磷渣水泥在14d以后的干缩性能基本恒定。
3 结论
1)磷渣中由于可溶磷和氟的存在,导致磷渣水泥凝结时间延长,特别是磷渣掺量较大时初凝长达10h、终凝长达20h以上,但未见其对水泥安定性有不良影响。
2)磷渣细度对水泥早期强度影响较小,而对中后期强度影响显著。
3)磷渣掺量较低(20%)时,28d强度都能达到GB200—2003《中热硅酸盐水泥》标准中的规定值;磷渣掺量较高(60%)时,磷渣水泥早期强度发展较慢,但后期强度增长率大于基准试样。因此,在没有加激发剂的情况下,要使磷渣水泥在施工性能和力学性能方面同时满足工程运用的需要,就必须降低磷渣掺量至20%左右或更低。
4)掺入磷渣比表面积从430m2/kg增加到627.6m2/kg时磷渣水泥收缩减小,但比表面积超过627.6m2/kg后,随着掺入磷渣比表面积的增大收缩增加;掺入磷渣比表面积达到716.1m2/kg和814.9m2/kg时,磷渣水泥在14d以后的干缩性能基本恒定。
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中热水泥在闸墩施工中的应用 篇4
水泥水化放出的热量及放热速度, 主要决定于水泥的矿物组成和细度, 熟料矿物中铝酸三钙和硅酸三钙含量愈高, 颗粒愈细, 则水化热愈大, 对一般建筑的冬季施工是有利的, 但对大体积混凝土工程是有害的。为了避免温度应力引起水泥石的开裂, 在大体积混凝土工程施工中, 不宜采用硅酸盐水泥, 宜采用水化热低的中热水泥。本文以大顶山航电枢纽C1标段13.5孔泄洪闸闸墩为例分析中热水泥在闸墩施工中的应用。
1 工程概况
大顶子山航电枢纽C1标28孔泄洪闸混凝土施工包括:左侧13.5孔泄洪闸堰体底板混凝土、闸墩混凝土、消力戽混凝土、过水道表层混凝土抗冲耐磨处理、电缆廊道混凝土、固结灌浆、帷幕灌浆。堰顶高程107.00m。中墩宽3.00m, 底长33.90m, 顶长43.30m。
堰体底板混凝土 (C25F200W6、C25F300W6) 采用低标号, 大级配砼掺用粉煤灰, 闸墩墩身混凝土 (C25F200W6、C25F300W6) 在配比上加以改进与优化, 减少水泥用量, 采用中热水泥, 减少水泥水化热, 从而有效的降低水化热温升, 对防止大体积混凝土裂缝起到了一定的工效。
2 中热水泥各龄期强度值与普硅水泥强度值比较 (中热水泥掺入25%粉煤灰)
3 中热水泥各龄期水化热值与普硅水泥水化热值比较 (中热水泥掺入25%粉煤灰)
4 中热 (42.5级) 水泥与普通硅酸盐 (42.5级) 水泥用量及粉煤灰用量比
5 成效
通过以上几种比较得出:中热水泥在大体积混凝土中的应用是合理、经济的, 既保证了施工质量, 又得到相关的经济效益, 下面从经济效益和质量效益上进行论述。
5.1 经济效益
大顶子山航电枢纽13.5孔泄洪闸施工中中热水泥比普硅水泥累计节约0.123吨*90000m3=11070吨, 经过计算累计节约资金11070吨*450元/m3=4981500元 (估算) 。减掉粉煤灰用量0.0415吨*90000=3735吨*20=747000元最终节约资金:4234500元。
5.2 质量效益
截至2007年9月大顶子山航电枢纽工程28孔泄洪闸施工中闸墩混凝土累计完成70个单元, 经过检测70个单元质量等级全部被评为优良, 优良率为100%。
现大顶子山航电枢纽28孔泄洪闸工程正在申请国家优质工程奖。
6 建议
通过中热水泥在大顶子山航电枢纽工程中的合理应用能为以后的类似工程施工积累的宝贵的经验。
尽量选用低热或热水泥 (如矿渣水泥、粉煤灰水泥) 配制混凝土;或混凝土中掺加适量粉煤灰或减水剂 (木质硫酸钙、MF等) ;或利用混凝土的后期强度 (90d~180d) , 以降低水泥用量, 减少水化热量。
选用良好级配的骨料, 并严格控制砂、石子含泥量, 降低水灰比 (0.6以下) ;加强振捣, 以提高混凝土的密实性和抗拉强度。
摘要：水泥水化放出的热量及放热速度, 主要决定于水泥的矿物组成和细度, 熟料矿物中铝酸三钙和硅酸三钙含量愈高, 颗粒愈细, 则水化热愈大, 对一般建筑的冬季施工是有利的, 但对大体积混凝土工程是有害的。为了避免温度应力引起水泥石的开裂, 在大体积混凝土工程施工中, 不宜采用硅酸盐水泥, 宜采用水化热低的中热水泥。本文以大顶山航电枢纽C1标段13.5孔泄洪闸闸墩为例分析中热水泥在闸墩施工中的应用。
关键词：中热水泥,闸墩施工,应用
参考文献
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中热硅酸盐水泥 篇5
金安桥水电站具有工程规模大、技术复杂等特点, 对大坝混凝土的温度控制与防裂要求十分严格。为此, 金安桥水电站有限公司聘请国内著名水泥材料专家到现场对中热水泥进行技术指导, 并委托中国建筑材料科学研究总院驻厂监理, 对使用的永保特种水泥股份有限公司 (简称永保公司) 生产的中热水泥提出了比国家标准更为严格的要求, 详见表1。
2 中热水泥内控指标分析
2.1 熟料的矿物组成
为了降低水泥的水化热, 提高混凝土的抗冲刷耐磨性能, 要求熟料的C3A含量≤5%;C4AF含量>16%。熟料中C4AF的提高, 会给熟料烧成带来一定影响, 会因液相的提前出现而导致预热器和上升烟道黏结堵塞, 要根据情况调整煅烧操作参数。
2.2 水泥比表面积
水泥比表面积越大, 水化放热越快, 会使混凝土收缩增大, 从而使大坝易产生裂缝。因此对水泥的比表面积提出了上限要求 (≤310m2/kg) 。但水泥比表面积较小时, 会使水泥强度降低, 这就对中热水泥的生产提出了更高的要求。
2.3 熟料中MgO含量
当熟料中的MgO以方镁石的形态存在时, 在水泥水化硬化后, 会缓慢水化生成水镁石Mg (OH) 2, 其体积产生一定的膨胀, 可起到大体积混凝土后期降温阶段体积收缩的补偿作用。因此, 要求MgO含量必须控制在3.5%～5.0%范围内。
2.4 水泥中碱含量
碱含量要满足R2O≤0.6%的低碱要求。水泥生产中必须选择使用低碱原料, 如严格控制石灰石的碱含量≤0.2%, 黏土碱含量≤1.5%。
2.5 水泥28d强度
水利水电工程混凝土大坝从开工建设到投入运行, 一般至少需要3～5年时间, 所以, 水工混凝土设计龄期采用90d或180d, 对水泥的早期强度的要求不是很高, 但后期强度必须达到要求, 并且要求波动较小, 以防止因强度太高引起的混凝土内部温度的升高。金安桥工程要求中热水泥28d抗压强度控制在 (47.5±2.5) MPa。为了提高大坝的抗裂性, 要求水泥28d抗折强度>8.0MPa,
2.6 水泥水化热
工程要求中热水泥7d水化热指标比国家标准上限低10kJ/kg。
3 中热水泥生产质量控制及管理
3.1 原燃材料的控制
3.1.1 石灰石及白云石
石灰石是永保公司自备矿山供给, 储藏量大, 品位及化学成分好, CaO含量约52%～54.5%, 但矿山结构有少量夹泥, 影响进厂石灰石质量。永保公司在开采、进厂的多个环节加强质量把关, 避免含泥多的石灰石进厂, 同时加强预均化堆场石灰石储量控制, 提高均化效果。另外, 为提高生料中MgO含量而增加了白云石配料, 品位稳定的白云石不但能满足生料中MgO含量要求 (2.6%～2.8%) , 而且也对钙质原料起到稳定作用。
3.1.2 煤质控制
进厂原煤实行每车取样检测, 合格后按质搭配均化入磨, 保证入窑煤质量的稳定。煤的发热量Qnet.ad≥23 000kJ/kg, 入窑煤相邻两次灰分波动±2%的合格率>80%。表2是2008年7～12月入窑煤质波动情况统计。
%
3.1.3 石膏的控制
大体积混凝土施工过程中会掺用缓凝高效减水剂, 为确保中热水泥与外加剂的适应性, 生产中严格控制石膏的质量, 保证所用石膏为G类二级, 实测的石膏分析检验结果见表3。
3.2 生产过程的质量控制
3.2.1 熟料率值
根据熟料矿物组成要求、原材料及工艺, 熟料的三个率值控制在KH=0.860～0.880, SM=1.80～2.20, IM=0.80～0.90。所生产的熟料月平均化学成分见表4, 可以看出熟料成分比较稳定, 矿物组成能够满足要求。
3.2.2 熟料的控制和管理
化验室在按要求检测到熟料的f CaO、升重以及C3S、C3A和MgO等指标不符合要求时, 及时通知熟料入库岗位分料;另一方面, 烧成操作岗位发现窑况不好时, 如掉窑皮、结圈结块、飞砂料等不正常煅烧状况时, 也及时通知分料, 不要等到检验结果出来后才分料, 烧成操作岗位与化验室密切配合, 共同把好中热熟料质量关, 并制定了《中热熟料入库规定》, 熟料分库存放, 搭配入磨。
3.2.3 出磨水泥和出厂水泥的质量控制和管理
为了达到水泥比表面积不大于310m2/kg要求, 对现有粉磨系统的钢球级配和选粉机参数进行了调整。生产中, 充分发挥库多的优势, 将比表面积超过控制范围的水泥分库存放, 待出磨水泥3d强度和3d水化热等其它指标检验合格后, 再搭配出厂。
为了提高出厂中热水泥的均匀性, 还对水泥储库设置了机械倒库装置, 做到每个库既能自身倒库, 又能相互倒库, 经检测倒库均匀后再入散装库出厂。为了达到出厂水泥温度不大于60℃的要求, 增加了水泥库存量和送风量, 出厂水泥温度降低到50℃以下。出厂水泥工厂检验月平均结果见表5, 出厂水泥MgO、R2O、SO3和比表面积都能满足要求, 水泥强度较高较稳定, 水化热较低。
3.3 驻厂监理监督检验
中国建筑材料科学研究总院作为驻厂监造, 对原材料、半成品、成品及生产工艺等进行巡检, 发现问题, 及时向厂方提出。驻厂监造在厂内建立了独立的实验室, 对出磨水泥和出厂水泥的敏感性指标MgO、R2O、SO3、比表面积和温度进行检验。三年共检验MgO、R2O和比表面积各1 360个样, 确保了出厂中热水泥满足要求。同时, 驻厂监造每个月抽取一组中热水泥样品送国家水泥质量监督检验中心进行全套检验, 提高工厂检验结果的准确性。表6是抽检结果。
4 中热水泥在金安桥水电站工程的应用
4.1 工地现场水泥检测
42.5中热水泥运到金安桥工地后, 施工单位、监理单位以及业主中心试验室等均对到场的水泥进行抽样检测。施工单位检测结果见表7, 可以看出, 水泥强度富裕量大。
注:表中比表面积检测次数为785次, 其余指标均检测了933次。
4.2 大坝碾压混凝土质量检测结果
金安桥大坝三级配碾压混凝土设计指标为C9020W6F100、C9015W6F100, 防渗区二级配碾压混凝土设计指标为C9020W8F100, 强度等级不高, 但耐久性设计指标要求高, 抗冻等级均为F100, 与强度等级指标不相匹配。碾压混凝土配合比设计中, 由于水泥富裕强度大, 降低了水泥用量, 对大坝的温控防裂十分有利。大坝碾压混凝土质量控制检测结果见表8, 结果表明, 拌制的碾压混凝土强度、极限拉伸值、抗冻、抗渗等性能满足设计要求, 且强度保证率达到95%以上, 保证了施工的整体质量。
2009年11月电力建设工程质量监督总站巡视组, 对金安桥水电站进行了第五次质量监督现场巡视, 质量监督报告表明:由于碾压混凝土原材料严格控制、配合比优化以及采取各种温控措施, 控制出机温度、入仓和浇筑温度及混凝土内部温升, 取得良好效果。一、二期通水冷却后闷温, 表明大坝温度控制在设计的范围内, 有效防止了大坝裂缝产生。
5 结束语
1) 金安桥大坝从2007年5月～2009年12月浇筑混凝土320万m3, 至今未发生裂缝, 是大坝混凝土施工中极其少有的, 这与中热水泥生产严格按照内控指标控制直接有关。
2) 为了防止大坝温度裂缝产生, 最直接有效的技术途径是降低水泥水化热和放热速率。
3) 永保公司出磨、出厂中热水泥满足国标和金安桥工程内控指标要求, 具有明显的低铝高铁矿物成分, 脆性系数小, 对提高大坝的抗裂性能十分有利。
4) 金安桥水电站大坝混凝土质量控制结果表明, 采用永保公司中热水泥拌制的混凝土其性能满足设计要求, 强度、耐久性等指标明显优于国内类似碾压混凝土指标。
参考文献
中热硅酸盐水泥 篇6
锦屏水电站包括锦屏一级、二级水电站, 总装机840万Kw, 其中锦屏一级水电站大坝设计坝高305米, 为目前世界上已建、在建和设计中最高的混凝土双曲薄拱坝, 施工难度大、技术要求高。为此, 锦屏水电工程用中热水泥除了满足国家标准 (GB200-2003) 规定的要求外, 还对中热水泥的强度、水化热、MgO、碱含量以及比表面积等性能指标提出了特殊的技术要求。
2 锦屏水电工程用中热水泥生产控制
锦屏水电工程用中热水泥强度、水化热、MgO、碱含量以及比表面积等技术指标要高于现行国标GB200-2003, 如表1所示。
2.1 中热水泥熟料的矿物组成
在硅酸盐水泥熟料中, 各熟料单矿的水化放热见表2所示。其中C3A水化放热最高, 其次是C3S, 而C2S和C4AF的水化热较低。因此, 在中热水泥生产中, 为了降低水泥的水化热, 应尽量降低水泥熟料中C3A含量, 控制C3S含量, 适当增加C2S和C4AF含量。此外, C3A还会对水泥其它性能 (干缩、抗侵蚀等) 带来不利影响, 因而水泥熟料中C3A含量应尽量控制在低值, 以提高水泥熟料中C4AF和C2S含量, 从而赋予中热水泥“良好的后期强度和强度增进率, 较低的水化热”的性能特点[3]。
图1是水泥熟料中硅酸盐矿物 (C3S和C2S) 和熔剂矿物 (C3A和C4AF) 与生料易烧性、强度的关系。研究结果表明, 当水泥熟料中硅酸盐矿物含量为80%左右, 熔剂矿物含量在20%左右时, 熟料的易烧性较好, 水泥强度较高。
图2表示水泥熟料中硅酸盐矿物与水泥强度和水化热关系。结果显示, 随着C3S含量增加, C2S含量减小, 水泥的3d、7d和28d强度增加, 而水化热增大。提高水泥熟料中MgO后, 要保持中热水泥具有较高强度和较低水化热, C3S宜控制在45%~55%, C2S宜在20%~30%。
根据以上研究结果, 锦屏水电工程用中热水泥熟料适宜的矿物为:C3S稳定控制在48%~54%, C3A控制在3%以下, C2S控制在20%~30%, C4AF则控制在15%~18%, 其中C3S和C3A应重点加以控制。
2.2 中热水泥强度和水化热
在硅酸盐水泥中, 各熟料矿物对水泥强度贡献为:C3S在水化早期和后期均能发挥较高的强度;C2S早期强度低, 但后期能发挥高强度;C3A早期强度高, 但后期强度增进率很小、强度绝对值低;C4AF早期和后期均能发挥强度, 但强度绝对值不高[4,5]。表4和表5分别列出了典型普通硅酸盐水泥和中热水泥在不同龄期的水化热和强度试验结果。
结果表明, 水泥的水化热和强度是一对互相关联又互相矛盾的性能, 亦即水化热愈低则强度也低。普硅水泥早期水化速度快、水化放热高, 一般水泥7d强度即能达到其28d强度的60~80%。而中热水泥中C3A和C3S含量较低, 早期水化活性相对也较低, 7d强度约为28d强度的40~60%, 但中热水泥7d以后的强度增进率明显高于普硅水泥, 至28d龄期时强度与普硅水泥相当, 90d龄期时中热水泥强度超出普硅水泥约5MPa, 表现出良好的后期强度增进性能。
锦屏水电工程要求中热水泥28天抗压强度48.0±3.0MPa, 7天水化热≤283 kJ/kg, 因此, 为了保证中热水泥具有良好的后期强度、较低的水化热, 应根据生产中原材料特性、生产工艺及装备特点, 优化中热水泥生产技术方案和生产过程控制指标, 以确保中热水泥具有良好的物理力学性能。
2.3 中热水泥的SO3含量
水泥中的SO3含量主要由石膏带入, 目的是为了调节硅酸盐水泥的凝结时间。石膏与熟料矿物C3A水化生产钙矾石:
石膏和C3A发生水化反应生成钙矾石时, 固相体积增大到2.22倍。这种反应是在水泥凝结硬化过程中进行的, 如中热水泥中SO3含量过高, 则会造成固相体积增加过大, 发生局部体积膨胀, 破坏已经硬化的水泥石结构, 造成水泥石强度下降, 严重时甚至开裂或崩溃。中热水泥中SO3含量应控制在1.8%~2.5%较为合适。此外, SO3含量控制不稳 (过高或过低) , 不仅会影响水泥强度和凝结时间, 还将影响水泥与混凝土外加剂的适应性。
2.4 中热水泥的MgO含量
当水泥中MgO以方镁石的形态存在时, 方镁石在水泥水化硬化时会缓慢水化, 生成水镁石Mg (OH) 2而产生体积膨胀, 可起到补偿大体积混凝土后期 (降温阶段) 的体积收缩, 从而可避免或减少大体积混凝土的裂缝产生。
从图3可看出, MgO含量为2.03%~5.63%的中热水泥都会产生一定量的膨胀, 当MgO含量在3.50%以下时, 膨胀较小, 90d净浆膨胀率低于0.04%。当MgO含量在3.50%~4.95%时, 随着MgO含量增加, 各龄期线性膨胀率均增加。由此可见, 就改善水泥的微膨胀性能而言, 宜将中热水泥中MgO含量控制在大于3.50%, 以有效利用MgO适度的后期延迟性膨胀补偿大体积混凝土的收缩, 提高水工大坝混凝土的抗裂性能。
2.5 中热水泥的碱含量
国标GB200-2003中规定了R2O (Na2O+0.658K2O) ≤0.60%或双方商定。为防止发生碱骨料反应造成大坝坝体产生局部膨胀, 引起开裂变形甚至崩溃, 在水电工程建设中对水泥和混凝土的总碱含量都有限量要求。鉴于锦屏水电工程的重要性和为了防止混凝土碱集料反应的发生, 锦屏水电工程要求中热水泥R2O≤0.50%。
2.6 中热水泥的比表面积
和普通硅酸盐水泥相比, 中热水泥的比表面积较低, 且一般规定高限。这是因为, 过大比表面积将使水泥的水化速度加快, 从而使早期的水化放热增大;另外, 随着比表面积的增加, 水泥砂浆干缩率呈上升趋势 (见图4) 。因此, 适当降低水泥的比表面积, 可以减少混凝土的干缩, 增加徐变, 提高混凝土的耐久性能, 防止大坝混凝土裂缝产生和提高大坝混凝土的抗裂性能有利。锦屏水电工程要求中热水泥的比表面积为300m2/kg±20左右。
3 结语
我国水电工程建设方兴未艾, 一系列大型水电工程如锦屏、溪洛渡、白鹤滩水电站等相继开工建设, 这些重点水电工程对中热水泥的强度、水化热、MgO、碱含量、比表面积等指标提出了更加严格的要求, 因此, 在水泥生产和质量控制中, 应做到精细化管理, 严把质量关, 以确保中热水泥的高品质及质量稳定性。
摘要：本文对锦屏水电工程用中热水泥的生产控制及质量管理进行了介绍, 探讨了中热水泥的强度和水化热合理匹配关系, 简要分析了SO3、MgO、碱含量、比表面积等对中热水泥及混凝土性能的影响。
关键词：锦屏水电工程,中热水泥,生产质量控制
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中热硅酸盐水泥 篇7
2011年12月, 云南省科技厅发布2011年度云南省自主创新产品名单, 并向相关企业颁发了证书, 云南红塔滇西水泥股份有限公司研制的新产品小湾专供中热水泥名列其中, 荣获云南省自主创新产品称号。这是公司该产品继荣获云南省建材行业技术革新一等奖、全国建材行业技术革新三等奖、国家水电顾问集团科技进步一等奖、中国电力科学技术三等奖之后, 又获得的一项新荣誉。
云南红塔滇西水泥股份有限公司研制的小湾专供中热水泥属特种水泥, 是为小湾水电站双曲拱坝专门研发的。小湾水电站装机容量420万kW, 拦水大坝为混凝土双曲拱坝, 坝高295m, 是当今世界上同类型的最高大坝。由于大坝技术要求高, 所需中热水泥各项技术指标都要求高于国家标准, 也严于三峡大坝所使用的中热水泥。为顺利研发该产品, 经过长期准备和深入的技术研究后, 公司从1999年开始正式研发试验, 并进行了十余次生产试制, 经小湾水电站各方面专家多次研讨和试配后, 按照小湾大坝混凝土“高强度、高极拉值、中等弹模、低热、不收缩”的设计原则, 最终确定了专供中热水泥的技术指标。该产品具有质量稳定、水化热低、强度高、颗粒级配分布合理, 与外加剂适应性强, 抗裂性好, 后期具有微膨胀性能, 抗冲耐磨性好、抗溶蚀和侵蚀性强, 碱含量低、标准稠度用水量小, 配制的混凝土体积稳定, 抗冻性、抗渗性好等诸多特性。2005年12月小湾水电站大坝开始浇筑至2010年3月大坝封顶完工, 公司共供应小湾水电站超过100万t中热水泥, 重点使用在小湾大坝双曲拱坝主坝体, 同时用于小湾工程永久性跨江大桥、小湾工程缆机基础、小湾工程导流洞进出口段, 该产品优越的性能和稳定的质量已得到验证。除小湾水电站外, 该产品还广泛用于大朝山水电站导流洞堵头、闸墩及溢流面, 金沙江中下游金安桥、鲁地拉水电站, 澜沧江中上游功果桥、里底、大华桥水电站, 松帕河水利枢纽工程, 缅甸伊江上游密松水电站等大中型水电建设项目, 受到使用各方的一致好评。