[12-11 16:58:43] 来源：http://www.tmgc8.com 试验检测 阅读：3281次
摘要：通过检测对比水泥净浆的marsh筒饱和点、marsh时间、流动度及经时损失，分析探讨了新型干法窑、湿法窑和立窑等不同烧成工艺条件对水泥与高效减水剂相容性的影响，提出了获得与高效减水剂相容性良好的熟料所需具备的煅烧工艺条件。
笔者在广州几大混凝土搅拌站进行调查，发现有些水泥厂生产的水泥所配制的混凝土拌和物工作性能好，初始坍落度大，而且坍落度损失慢，而有些水泥厂生产的 水泥所配制的混凝土拌和物的工作性能较差，坍落度损失快。这表明了各种水泥与高效减水剂的相容性存在很大的差异。为此，本文从水泥生产的角度探讨了不同烧 成工艺条件对水泥与减水剂相容性的影响。
1 试验材料与方法
将不同烧成工艺条件下所生产的8种工业熟料在同一实验小磨中磨制成比表面积相近的硅酸盐水泥，通过比较8个水泥样与高效减水剂相容性的差异，以及它们所配制的混凝土流动性能的差异，来探索熟料烧成工艺条件对水泥及混凝土性能的影响。
试验采用加拿大marsh筒法[1]以及微型坍落度仪法[2]来检测水泥净浆的流变性能，检测了其marsh时间的大小、marsh筒法饱和点的高低、净浆流动度及其经时损失的大小等。综合这2种方法的试验数据，对各水泥与高效减水剂的相容性进行了对比。
8个水泥熟料样的化学组成及矿物的计算含量见表1。其中，a、b、c、d为新型干法回转窑生产，e、f为湿法回转窑生产，g、h为立窑生产。将同样质量的各种熟料掺入4.5%的石膏，在实验室小磨中粉磨至比表面积为(360±10)m2/kg的硅酸盐水泥。
表1 各熟料的化学组成及矿物组成 熟料 loss sio2 fe2o3 al2o3 cao mgo so3 fcao c3s c2s c3a c4af
a 0.23 21.02 5.03 5.40 64.84 1.45 1.02 0.42 56.04 18.07 5.81 15.29
b 0.36 21.47 3.15 4.85 66.06 1.87 1.06 0.88 61.98 14.89 7.53 9.58
c 0.53 21.51 3.37 5.51 66.24 1.17 0.83 0.57 59.58 16.81 8.91 10.24
d 0.60 22.10 2.37 4.99 66.69 1.78 0.88 1.28 58.82 19.54 9.22 7.20
e 0.36 20.68 4.81 5.40 65.31 2.07 0.59 0.72 60.86 13.46 6.18 14.62
f 0.48 21.44 4.27 5.44 64.88 1.58 0.56 1.45 50.95 23.11 7.20 12.98
g 0.38 20.27 4.21 6.46 64.70 1.34 1.58 1.23 50.32 20.23 10.00 12.80
h 0.45 20.54 4.08 5.93 65.02 1.69 0.68 2.78 49.58 21.57 8.82 12.40
2 试验结果与讨论
2.1 各水泥净浆饱和点的对比
图1和表2为各熟料所对应的水泥样与高效减水剂fs-3a的相容性对比数据。
图1 减水剂fs-3a不同掺量下各水泥净浆marsh时间的对比
表2 各水泥样净浆对高效减水剂fs-3a的饱和点对比 项目 a b c d e f g h
饱和点对应的减水剂掺量/% 1.0 1.0 1.0 1.2 1.2 1.2 1.4 1.4
饱和点对应的marsh时间/s 16.66 16.27 16.29 16.82 17.12 17.87 18.43 18.06
饱和点对应的净浆流动度 /mm 222.6 196.4 226.2 214.7 207.0 198.5 217.0 226.9
可以看出：1)当高效减水剂fs-3a掺量未达到饱和点时，在掺量相同的情况下，各水泥净浆的marsh时间不相 同，其从小到大的顺序为:a、c、b、d、e、f、h、g。
2)各水泥净浆对高效减水剂fs-3a的饱和点也不完全一致，a、b、c水泥比d、e、f水泥 小，后者又比g、h水泥小。虽然有些水泥其饱和点高低相同，但是这并不代表此时其流动性能相同，因为此时其饱和点所对应的净浆流动度和marsh时间并不 一定相同。例如，饱和点同为1.2%的d、e、f水泥，其净浆流动度以d的最大，f的最小，并且它们的marsh时间也以d的最小，f的最大。从这些参数 比较可看出它们与高效减水剂相容性的差异。
3)饱和点高低的趋势，干法窑水泥的比湿法水泥低，湿法水泥比立窑水泥低。
4)8个水泥样在外加剂掺量达到饱和 点后，其净浆marsh时间差异不大，这说明即使水泥样性能有差别，只要减水剂掺量达到饱和点，均可使其流动性能达到相近的水平。
2.2 各水泥净浆流动度大小的对比
表3为减水剂fs-3a掺量不同时各水泥净浆流动度结果，可以看出:随着fs-3a掺量的增大，各水泥样净浆流动度不断增大；在fs3a掺量相同的情况下，各水泥样净浆流动度从大到小的顺序基本为:c、a、b、d、e、f、h、g。
表3 fs-3a掺量不同时各水泥样净浆流动度 mm 减水剂掺量/% 0.8 1.0 1.2 1.4 1.6 1.8
a 181.0 222.6 230.6 246.2 258.9 270.1
b 159.1 196.4 217.8 232.0 244.0 268.0
c 163.7 226.2 248.5 264.0 265.7 321.1
d 160.1 187.0 214.7 226.8 240.2 266.7
e 149.7 179.4 207.0 224.1 233.4 263.4
f 145.0 166.4 198.5 220.2 240.7 262.9
g 130.0 145.6 165.5 217.0 240.8 259.3www.tmgc8.com
h 136.7 156.5 169.2 216.9 236.8 255.6
2.3 各水泥样的净浆流动度经时损失大小的对比
各水泥样的净浆流动度经时损失见图2，可以看出，净浆流动度初始值从大到小的顺序为a、c、b、d、e、f、g、h，从斜线的斜率来比较，净浆流动度损 失最快的是g，最慢的是c，净浆流动度经时损失从小到大的顺序基本为c、a、b、d、e、h、f、g。综合以上各实验数据，各水泥与高效减水剂fs-3a 相容性的好坏顺序基本为c、a、b、d、e、f、h、g。
图2 各水泥样的净浆流动度经时损失大小的对比
减水剂fs-3a，掺量1.0%
本次试验还比较了各水泥与其他高效减水剂(如格雷斯d100，东圃ap-1f、ap-1g，西卡nn、nnr等)的 相容性。试验结果表明，改变减水剂的品种，各水泥净浆marsh筒法饱和点的高低、marsh时间大小、净浆流动度大小及经时损失大小的顺序基本不变，即 减水剂品种的变更，并不改变各水泥与高效减水剂相容性好坏的顺序。
各水泥样与高效减水剂相容性的差异，说明了其品质的差异。由于各水泥样是在实验室中粉磨至相同比表面积进行对比评价，因此我们从熟料烧成工艺条件，分析引起这些差异的原因。
2.4 烧成温度对水泥与高效减水剂相容性的影响
从试验结果中看到，干法回转窑烧成的熟料所对应的水泥与高效减水剂的相容性相对较好，而立窑熟料所对应的水泥与高效减水剂的相容性相对较差。原因主要在于干法回转窑熟料烧成温度高，可烧制c3s+c2s含量高、中间相少的熟料，并且矿物晶体发育良好，fcao含量低，玻璃体含量高，因而与高效减水剂相容性相对较好。
对比表1中各熟料的fcao含量可以看出，d熟料中的fcao的含量相对a、b、c的要高，这是其水泥与高效减水剂相容性不如a、b、c的一个原因；另 一方面，虽然其fcao的含量比e的高，但与高效减水剂的相容性却比后者好，原因是其熟料烧成温度相对后者要高，其熟料中的铁相含量以及结晶程度比e的 低，并且其玻璃体含量也比后者高，因此其水泥与高效减水剂的相容性比后者要好。
2.5 熟料冷却速度对水泥与高效减水剂相容性的影响
文献[3]报道，熟料冷却速度缓慢，则熟料中c3s分解成为c2s和fcao，含量的增加使水泥与高效减水剂的相容性变差。
熟料冷却速度快，不但可防止c3s分解，而且在有液相存在的情况下进行快速冷却，则一部分c3a和c4af变成玻璃体，使c3a和c4af实际含量降低，使水泥与高效减水剂的相容性改善[3，4]。
a熟料中的c3a+c4af的计算含量值较高，按理其水泥与高效减水剂的相容性会不太好，而实际上a熟料所对应的水泥与减水剂适应性较好，产生这种现象的原因与a熟料冷却速度有关。各熟料的冷却速度对比见表4。
表4 种熟料的冷却速度对比 熟料样名称 a b c d e f g h
熟料入冷却机温度/℃ 1 320 1 300 1 350 1 280 1 000 1 000
单位熟料冷却用风量/(m3/kg) 38.0 10.2 12.5 3.6 2.8 3.0
熟料在冷却机内前级冷却速度/(℃/min) 150 100 120 76 60 65 8 8.5
玻璃体含量/% 13.91 11.06 9.94 8.55 8.22 7.31 4.09 5.03
注：表中所列的温度来自各水泥厂热工标定的数据。
从表4可以看出，与高效减水剂相容性较好的水泥，其熟料如a、c等是在很高的温度下就开始进行冷却，并且冷却速度很快，玻璃体含量也高，而与高效减水剂相容性不好的水泥，其熟料如g、h等冷却速度很慢，玻璃体含量也低。
从表4中看出，熟料冷却速度与玻璃体含量有很好的相关性，即冷却速度快，玻璃体含量就高，反之，玻璃体含量就低。而且，冷却速度的快慢甚至影响熟料的矿物组成和形态，从而对水泥与高效减水剂的相容性产生影响。
综上所述，熟料快速冷却是水泥与高效减水剂相容性好的重要条件。
2. 6熟料烧成时间对水泥与高效减水剂相容性的影响
熟料烧成时间短，则熟料结粒较细，矿物晶体细小，发育不完全，不但导致熟料强度不高，而且其水泥水化加快，水泥容易急凝；烧成时间过长，则熟料矿物发生晶型转变，晶体缺陷增多，水泥水化加快[4]，这些都会导致水泥与高效减水剂的相容性变差。各熟料烧成时间见表5。
表5 各熟料烧成时间对比 项目 a b c d e f
回转窑规格/m φ4.75×75 φ4.0×58 φ3.2×50 φ3.5×47 φ3.5×145 φ3.5×145
窑斜度/% 4.0 4.0 3.5 3.5 3.5 3.5www.tmgc8.com
窑转速/(r/min) 2.87 2.50 3.00 2.50 1.25 1.20
烧成带长度/m 26.0 12.0 22.5 14.0 20.0 21.0
物料在烧成带停留时间/min 11.0 7.0 10.5 6.5 33.5 33.2
表5中表示的物料在烧成带停留时间，是通过理论公式进行计算的[5]。
t=(1.77)/(s·di·n)
式中:t——物料在窑内的停留时间，min；
α——物料休止角，(°)；
s——回转窑的斜度，(°)；
di——回转窑的有效内径，m；
n——回转窑的转速，r/min；
l——窑的长度，m；
当物料休止角为35°时，则以上公式可写成:
t=l/(0.0955s·di·n)
由于物料在窑内的运动不是匀速运动，其在窑内各带内的运动速度不完全一致，根据文献[6]，物料在窑内各带的运动速度有一个大致的比例关系，而以上公式是以物料在干燥而无液相的情况下来计算的，相当于在放热反应带的运动速度，因此以此为基准，按照比例关系，来计算物料在窑内各带的运动速度和停留时间。
从表5中看出，a、c熟料烧成时间较适宜，而b、d相对较短，湿法的都表现为过长。烧成时间影响矿物晶体的发育情况，从各熟料的岩相特征看出，烧成时间 适宜的a、c熟料，其矿物晶体发育完善，晶体晶形较好，其水泥强度高，水泥与高效减水剂的相容性也好；烧成时间过长的湿法熟料，其矿物晶体生长较大，发育 不是太好，水泥强度降低，水泥与高效减水剂的相容性也不如前者好。
众所周知，熟料在立窑内处于堆积状态，物料从入窑到出窑沉降高度约10m， 经历8h左右，而立窑高温层厚度约0.8～1.0m，即熟料在立窑内烧成时间约40～50min左右，烧成时间过长，而且其窑风分布不均匀，导致窑内烧成 气氛不均匀，熟料质量变差，熟料矿物晶体发育不完善，c3s分解成c2s和fcao，这样，水泥强度比干法的要低，其水泥与高效减水剂的相容性比干法的要差。
3 结论
1)减水剂品种的变更，并不改变各水泥与高效减水剂相容性好坏的顺序。水泥的品质对水泥与高效减水剂的相容性却起着决定作用。
2)水泥熟料的烧成工艺条件对水泥与高效减水剂的相容性有显著影响。熟料煅烧温度高、煅烧时间适宜、冷却速度快的熟料所磨制的水泥与高效减水剂具有较好的相容性。
