低溫環(huán)境下水泥凝結(jié)時(shí)間調(diào)控方法研究

張文平

(葛洲壩興山水泥有限公司， 湖北 宜昌 443711)

低溫環(huán)境下水泥凝結(jié)時(shí)間調(diào)控方法研究

張文平

(葛洲壩興山水泥有限公司， 湖北 宜昌 443711)

冬季環(huán)境溫度偏低，很大程度上延長(zhǎng)了水泥的凝結(jié)時(shí)間，對(duì)建筑施工影響較大。本文通過(guò)分析水泥凝結(jié)時(shí)間的影響因素，結(jié)合本公司原燃材料實(shí)際情況，采用多種手段對(duì)水泥凝結(jié)時(shí)間進(jìn)行調(diào)控，使水泥凝結(jié)時(shí)間在低溫環(huán)境下有了較顯著的縮短，從而達(dá)到對(duì)水泥初凝時(shí)間可控的目的，更好的滿(mǎn)足現(xiàn)場(chǎng)施工要求。

凝結(jié)時(shí)間；磷渣；混合材

本公司位于湖北省宜昌市興山縣，山區(qū)冬季氣溫極低，對(duì)水泥的凝結(jié)時(shí)間有很高的要求。由于氣候的影響和混合材的性能以及摻量等因素，P.C32.5R水泥的凝結(jié)時(shí)間偏長(zhǎng)，周邊地區(qū)民用企業(yè)混凝土澆筑和磚、板、瓦廠的使用帶來(lái)一定程度的影響。根據(jù)大量的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)發(fā)現(xiàn)：熟料礦物組成、水泥粉磨細(xì)度、混合材以及外加劑等均對(duì)水泥凝結(jié)時(shí)間有著一定的影響，從這些方面著手對(duì)水泥生產(chǎn)工藝進(jìn)行優(yōu)化調(diào)整，有助于水泥凝結(jié)時(shí)間的調(diào)控。

1 水泥凝結(jié)時(shí)間的影響因素

影響水泥凝結(jié)時(shí)間的因素有多種，結(jié)合我公司實(shí)際生產(chǎn)情況，主要有以下幾種影響因素：

1.1 石膏種類(lèi)和摻量

本公司的膏材選擇的是脫硫石膏，脫硫石膏的酸性較強(qiáng)，則需更多 Ca(OH)2與酸發(fā)生中和反應(yīng)，水泥液相中使 Ca(OH)2達(dá)到過(guò)飽和的時(shí)間越長(zhǎng)，Ca(OH)2析出晶體的時(shí)間也就越長(zhǎng)，故水泥凝結(jié)時(shí)間就延遲越多。

1.2 生料配料

生料的常用配料主要包括磷渣、硫酸渣、頁(yè)巖、砂巖和石灰石五種，其中磷渣對(duì)熟料礦物的形成、水化作用和凝結(jié)時(shí)間有較大影響。

磷渣的主要化學(xué)成分是CaO和SiO2，另含有少量的Al2O3、Fe2O3、P2O5、F-等，其中磷酸鹽和氟化物對(duì)熟料水化均有抑制作用，導(dǎo)致凝結(jié)時(shí)間的延長(zhǎng)。急冷的磷渣中大約含有 90%的玻璃體和少量的硅酸三鈣和硅酸二鈣，具有一定的活性，在熟料燒成的過(guò)程中起到晶種作用，大大降低了熟料礦物形成所需要的熱量，進(jìn)而降低煤耗，提高產(chǎn)量。

此外，熟料的凝結(jié)速率對(duì)水泥凝結(jié)時(shí)間也有較大影響，因此縮短熟料凝結(jié)時(shí)間也至關(guān)重要?？s短熟料凝結(jié)時(shí)間的核心在于改變熟料中礦物組成比例，通過(guò)調(diào)整生料配料進(jìn)而達(dá)到改善熟料中C3S、C2S、C3A以及C4AF的相對(duì)含量。

1.3 混合材種類(lèi)及摻量

對(duì)于f2的分析如下，每個(gè)電子都受到垂直于導(dǎo)線的分力f2，而導(dǎo)體棒受到向左的力F總則是這些分力f2的合力。我們可以先假設(shè)該導(dǎo)體棒的長(zhǎng)度為L(zhǎng)，其橫截面積為S，在單位體積內(nèi)的電荷數(shù)為n，且做定向運(yùn)動(dòng)的自由電子的電量為e。

為增強(qiáng)水泥后期強(qiáng)度，P.C 32.5R水泥中也摻入部分磷渣，磷渣能夠改善水泥的和易性和提高水泥后期強(qiáng)度，降低水化熱，適合在大型工程中使用。但是磷渣的存在，在一定程度上又延長(zhǎng)了水泥的凝結(jié)時(shí)間。

1.4 水泥細(xì)度

水泥顆粒級(jí)配分布會(huì)直接影響水泥的水化、凝結(jié)硬化強(qiáng)度及水化熱等。顆粒越細(xì)，比表面積越大，水化時(shí)與水接觸面積也越大，水化速度越快（反應(yīng)越迅速），凝結(jié)時(shí)間越短；但過(guò)細(xì)會(huì)導(dǎo)致水泥硬化時(shí)收縮率變大，造成強(qiáng)度下降，且容易出現(xiàn)開(kāi)裂。此外，出磨水泥顆粒越細(xì)，能耗越高，進(jìn)而提高生產(chǎn)成本。

2 試驗(yàn)方案

針對(duì)冬季水泥性能和滿(mǎn)足客戶(hù)使用需求，結(jié)合以上幾種影響因素，分別設(shè)計(jì)方案進(jìn)行研究：

（一）采用硬石膏代替原有的脫硫石膏進(jìn)行粉磨，并適當(dāng)降低其摻量；

（二）將混合材中磷渣的摻量由原來(lái)的 8%-9%逐漸減少至 1%左右，甚至不摻，增加爐渣的配比；

（三）降低生料中磷渣的摻量，優(yōu)化窯上煅燒，適當(dāng)提升熟料中 C3S和 C3A含量；

（四）要求水泥助磨劑廠商加強(qiáng)助磨劑易磨性，合理調(diào)整水泥助磨劑摻量，P.C32.5R型水泥助磨劑摻量由0.035%調(diào)至0.04%；

（五）在不影響水泥強(qiáng)度的前提下，適當(dāng)降低水泥顆粒細(xì)度，將0.08mm篩余由2.0%左右調(diào)整至1.4%左右。

3 試驗(yàn)結(jié)果及分析

提出實(shí)驗(yàn)方案后，著手對(duì)上述方案逐一進(jìn)行小磨實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證，P.C32.5R的小磨實(shí)驗(yàn)配比方案和測(cè)試結(jié)果如下所示：

從上表可以看出，爐渣摻量的增加對(duì)凝結(jié)時(shí)間無(wú)較大影響，而大幅減少磷渣摻量則能有效縮短水泥初凝時(shí)間，

石膏方面，用硬石膏代替脫硫石膏，并適當(dāng)降低其摻比，實(shí)驗(yàn)中石膏及熟料摻比實(shí)驗(yàn)方案如下：

(注：B表示所摻石膏為脫硫石膏，C表示所摻石膏為硬石膏）

此外，也加強(qiáng)了對(duì)水泥細(xì)度的控制，將細(xì)度指標(biāo)下調(diào)，通過(guò)延長(zhǎng)小磨時(shí)間而增大水泥比表面積，加快其水化反應(yīng)速率。實(shí)驗(yàn)細(xì)度測(cè)量值及水泥凝結(jié)時(shí)間見(jiàn)下表：

由上表數(shù)據(jù)可知：水泥細(xì)度對(duì)凝結(jié)時(shí)間也有一定影響，通過(guò)控制其細(xì)度，實(shí)現(xiàn)了一定程度上縮短凝結(jié)時(shí)間的目的。

熟料是水泥生產(chǎn)的主要原料，熟料的凝結(jié)時(shí)間對(duì)水泥凝結(jié)時(shí)間也有很大程度的影響。因此，縮短熟料的凝結(jié)時(shí)間也會(huì)使水泥凝結(jié)時(shí)間的縮短。從生料配料調(diào)整后的熟料礦物組成和起到效果可知，熟料凝結(jié)時(shí)間的縮短對(duì)水泥凝結(jié)時(shí)間的改善起到一定作用，自調(diào)整方案開(kāi)始實(shí)施，調(diào)整前后的熟料礦物組成及凝結(jié)時(shí)間見(jiàn)下表：

從上表數(shù)據(jù)可以看出，生料配料調(diào)整后熟料中C3S和C3A含量有所增加，而C3S和C3A是熟料礦物中水化反應(yīng)速率最快的兩種礦物，這在一定程度上加快了熟料水化反應(yīng)，縮短了熟料凝結(jié)時(shí)間。

有了上述一系列實(shí)驗(yàn)方案的數(shù)據(jù)支撐，著手開(kāi)始實(shí)際應(yīng)用于生產(chǎn)，通過(guò)以上幾項(xiàng)措施的疊加效應(yīng)，以達(dá)到縮短凝結(jié)時(shí)間的目的，最終結(jié)果符合小磨實(shí)驗(yàn)結(jié)論，所生產(chǎn)水泥滿(mǎn)足了市場(chǎng)需求。

4 總結(jié)

經(jīng)過(guò)此方案的調(diào)整優(yōu)化，達(dá)到了一定的預(yù)期效果，明顯縮短了P.C32.5R型水泥在冬季低溫環(huán)境下的凝結(jié)時(shí)間，并穩(wěn)定原材料和工藝方案，從而達(dá)到穩(wěn)定水泥凝結(jié)時(shí)間的目的，滿(mǎn)足了客戶(hù)的施工需求，提升了我公司市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力和客戶(hù)滿(mǎn)意度。

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1007-6344（2017）09-0010-01