水泥顆粒與水泥混凝土性能匯編資料

1、水泥顆粒與水泥混凝土性能二O一五年五月一、水泥性能的影響因素一、水泥性能的影響因素二、水泥顆粒的優(yōu)化二、水泥顆粒的優(yōu)化三、石膏及混合材的優(yōu)化三、石膏及混合材的優(yōu)化四、結(jié)四、結(jié) 語語 隨著現(xiàn)代混凝土技術(shù)的發(fā)展, 用戶對水泥的性能要求不斷提高, 在具有足夠高的強(qiáng)度基礎(chǔ)上, 同時要有良好的工作性和與外加劑的適應(yīng)性。水泥的這些性能都與水泥的顆粒(顆粒大小、分布、形狀)有很大關(guān)系；在比表面積相同的條件下, 水泥的顆粒分布越窄, 水泥的需水量越大,與外加劑的適應(yīng)性越差, 水泥的顆粒分布越寬, 水泥的需水量就越小, 與外加劑的適應(yīng)性也會變好。水泥顆粒水泥顆粒堆積空隙率堆積空隙率標(biāo)準(zhǔn)稠度水化熱凝結(jié)時間膠砂強(qiáng)度

2、外加劑相容性膠砂干燥膠砂干燥收縮收縮粉磨電耗粉磨電耗目前, 在水泥粉磨領(lǐng)域里,普通圈流磨仍然占據(jù)很大的比例。近年來, 隨著高效選粉機(jī)技術(shù)的發(fā)展, 選粉機(jī)的分離精度越來越高, 為了追求更高的產(chǎn)量, 磨機(jī)一般都是在高循環(huán)負(fù)荷下運(yùn)行, 出磨細(xì)度偏粗, 水泥的顆粒分布越來越窄, 水泥的需水量偏大, 工作性變差。隨著人們對水泥顆粒分布對水泥性能影響認(rèn)識的提高, 從調(diào)節(jié)和控制水泥的顆粒分布入手, 解決水泥的工作性不好所產(chǎn)生的問題, 逐漸成為水泥生產(chǎn)中的重要一環(huán)。我國水泥企業(yè)生產(chǎn)的水泥需水量普遍較高, 水泥的工作性不好成為影響水泥質(zhì)量的主要方面。 如何在水泥粉磨中對水泥顆粒分布、形狀進(jìn)行調(diào)節(jié)和控制, 從而降

3、低水泥的需水量。工程中將水泥、砂、石子和水按一定比例攪拌均勻，得到符合施工要求的新拌混凝土后，才能進(jìn)行混凝土的澆筑施工作業(yè)。在這一過程中，整個需水量：包括水泥水化水、表面層水（用以濕潤水泥顆粒表面形成足夠水膜）、吸附水（水泥中疏松多孔組分吸收的水分）和填充水（填滿水泥顆粒的間隙），其中水化水與粉磨工藝無關(guān)。一、水泥性能的影響因素一、水泥性能的影響因素（1）礦物組成的影響）礦物組成的影響。水泥水化水量的多少主要取決于熟料礦物組成，而與粉磨工藝（球磨終粉磨或是輥壓機(jī)終粉磨）無關(guān)。因熟料的礦物組成不同，水化過程和水化產(chǎn)物就不同，因此水泥的標(biāo)準(zhǔn)稠度需水量也就不同。熟料主要四種礦物（C3S，C2S，C3

4、A，C4AF）水化后的產(chǎn)物主要有水化硅酸鈣（C-S-H）定形凝膠，氫氧化鈣（CH）層狀結(jié)構(gòu)的六方晶，鈣鋁礬（AFt）棒狀多面體，水化單硫鋁酸鹽即六方板狀（AFm）和水榴石（C3AS3-C3AH6）固溶體； 各單礦物水化需水量大小排序為C3AC3SC4AFC2S，即C3A需水量最大，C2S需水量最少。（2）水泥表面層的影響）水泥表面層的影響表面層水的大小主要取決于水泥的比表面積大小。一般比表面積增加，需水量增加當(dāng)比表面積300400m2/kg時，若水泥粉體的均勻性系數(shù)n和熟料反應(yīng)活性等因素都不變，比表面積每增加100m2/kg，水泥標(biāo)準(zhǔn)稠度需水量要增加1.6%。粉體空隙率增加和形成水膜的物理因素

5、，導(dǎo)致水泥需水量增加0.8%；熟料反應(yīng)面積增加所引起的化學(xué)因素，導(dǎo)致水泥需水量增加0.8%。（3）混合材影響）混合材影響礦渣：礦渣：摻入030%礦渣，水泥需水量為25%不變；煤矸石：煤矸石：摻入030%煤矸石，水泥需水量增加到27%；粉煤灰：粉煤灰：摻030%的一般的粉煤灰，水泥需水量略有增加，約為25.6%。但若加入的煤粉灰顆粒疏松多孔時，水泥需水量可高達(dá)34%；相反加入煤粉灰，球狀多，顆粒分散，均勻密實，則水泥需水量將小于25%。石灰石石灰石：增加石灰石混合材，水泥標(biāo)準(zhǔn)稠度需水量下降。石灰石摻量從0增加到30%時，標(biāo)準(zhǔn)稠度需水量由25.0%下降到23.6%。因為石灰石比熟料易磨，與熟料一起

6、粉磨后粒度更細(xì)，且石灰石是惰性的，不與水起化學(xué)反應(yīng)，因此水泥中的細(xì)石灰石粉能填充于熟料顆粒之間，從而減少空隙用水所致。（4）減水劑的影響）減水劑的影響減水劑的使用，在保持和易性不變的情況下，能減少混凝土拌合用水量；在保持相同加水量的情況下，可以大大改善和提高混凝土的和易性。水泥體系的顆粒分布復(fù)雜,實驗表明絕大多數(shù)水泥體系顆粒分布服從RRB方程:R (x) 篩余質(zhì)量分?jǐn)?shù)( 以小數(shù)表示);x 分布特征粒徑( 相當(dāng)于篩余為36.79%時的粒徑) ;n:分布指數(shù)，也稱均勻性系數(shù)（5）水泥顆粒的影響）水泥顆粒的影響 x和n是體系的分布參數(shù),n值越大,體系分布愈集中,反之愈分散;x值則反映了體系絕大多數(shù)顆

7、粒的尺寸。分布指數(shù)n和特征粒徑x的數(shù)值唯一地決定了體系的分布性態(tài),凡可用RRB分布方程描述的顆粒體系,分布的差異就在于n和x的不同。堆積密度與堆積密度與n值的關(guān)系值的關(guān)系斜率較大顆粒分布與均勻性系數(shù)、堆積密度、水泥標(biāo)準(zhǔn)稠度的關(guān)系顆粒分布與均勻性系數(shù)、堆積密度、水泥標(biāo)準(zhǔn)稠度的關(guān)系一般水泥中粒徑分布越窄，堆積空隙率就一般水泥中粒徑分布越窄，堆積空隙率就越大，標(biāo)準(zhǔn)稠度用水量也越大。越大，標(biāo)準(zhǔn)稠度用水量也越大。水泥顆粒形貌越好，圓度系數(shù)越高，與水水泥顆粒形貌越好，圓度系數(shù)越高，與水接觸面積越小，標(biāo)準(zhǔn)稠度用水量越少。接觸面積越小，標(biāo)準(zhǔn)稠度用水量越少。輥壓機(jī)終粉磨系統(tǒng)粉磨的水泥，其粒度分布窄，且顆粒形貌的

8、圓形度小，剛好與球磨終粉磨水泥的相反，因此輥壓機(jī)終粉磨系統(tǒng)粉磨水泥的標(biāo)準(zhǔn)稠密度需水量很大。顆粒分布對水泥膠砂強(qiáng)度的影響顆粒分布對水泥膠砂強(qiáng)度的影響Sb=450m2/kg時S28=0.219(%3-32m) +40.17S28=22.22n+33.54Sb=400m2/kg時S28=0.145(%3-32m) +41.70S28=15.75n+36.37Sb=350m2/kg時S28=0.128(%3-32m) +40.60S28=12.25n+37.40Sb=300m2/kg時S28=0.133(%3-32m) +38.32S28=11.23n+35.62Sb(m2/kg)強(qiáng)度系數(shù)與（強(qiáng)度系數(shù)

9、與（3-32m) 含量關(guān)系含量關(guān)系強(qiáng)度系數(shù)強(qiáng)度系數(shù)與與n關(guān)系關(guān)系4500.21922.224000.14515.753500.12812.253000.13311.23S.T.sivills對某II型水泥的研究表明：膠砂28d強(qiáng)度與顆粒組成及n值關(guān)系為：上述結(jié)果的原因如下：（1） C3A、石膏與混合材易磨性較好，在8011.007.4060-802.922.5350-602.222.0240-503.203.0630-405.015.0853052.7863.06522.8616.84注：數(shù)據(jù)為沉降天平檢測所得閉路磨開路磨顆粒組成對混凝土抗碳化性能的影響顆粒組成對混凝土抗碳化性能的影響 （1）

10、同一比表面積的同品種水泥，顆粒分布越窄，其堆積空隙率越大，標(biāo)準(zhǔn)稠度越大，凝結(jié)時間越長，1d水化熱越小。水泥顆粒分布越寬，1、3d膠砂強(qiáng)度越高。 （2）同一比表面積的同品種水泥，顆粒分布越窄，其Marsh曲線的飽和點越大，對應(yīng)的Marsh時間越長；水泥顆粒分布較寬時，隨比表面積增大飽和點增大，對應(yīng)的Marsh時間變化不大；水泥顆粒分布較窄時，隨比表面積增大飽和點增大，對應(yīng)的Marsh時間顯著延長。 （3）顆粒分布對砂漿干縮率有顯著影響，同一比表面積顆粒分布越窄，砂漿干縮率越大，隨比表面積增大砂漿干縮率增大。 （4）水泥的顆粒分布較寬，砂漿及混凝土表面致密性越好，其耐磨性能越好。 總的來說，顆粒分

11、布較寬，堆積密度較大時，顆粒形總的來說，顆粒分布較寬，堆積密度較大時，顆粒形狀球形度越好，水泥的綜合性能較好。水泥顆粒的均勻性狀球形度越好，水泥的綜合性能較好。水泥顆粒的均勻性系數(shù)系數(shù)n1。二、水泥顆粒的優(yōu)化二、水泥顆粒的優(yōu)化a）從最緊密堆積（構(gòu)件結(jié)構(gòu)致密性）角度出發(fā)，顆粒組成靠攏Fuller曲線（65）即S.T級配最有利于熟料強(qiáng)度的發(fā)揮；C）從系統(tǒng)效率出發(fā)，產(chǎn)量高，電耗低，投資少，維護(hù)方便。（立磨系統(tǒng)） 從三種理念出發(fā)設(shè)計的粉磨系統(tǒng)從三種理念出發(fā)設(shè)計的粉磨系統(tǒng)理想狀態(tài)：三方面均可最大限度地得到滿足。但事實上因這些因素均存理想狀態(tài)：三方面均可最大限度地得到滿足。但事實上因這些因素均存在著關(guān)聯(lián)，

12、不可能完全統(tǒng)一，取決于我們在建造粉磨系統(tǒng)時側(cè)重考慮哪個在著關(guān)聯(lián)，不可能完全統(tǒng)一，取決于我們在建造粉磨系統(tǒng)時側(cè)重考慮哪個因素或如何更合理地處理好這三者的關(guān)系。因素或如何更合理地處理好這三者的關(guān)系。顆粒顆粒大小、大小、分布與水泥粉磨系統(tǒng)及能耗的關(guān)系分布與水泥粉磨系統(tǒng)及能耗的關(guān)系粉磨系統(tǒng)顆粒組成um（）n值值標(biāo)稠標(biāo)稠（）電耗電耗（度（度/噸噸）出磨水泥溫度評價45開路磨/康比丹磨1561.8810.0113.110.9324.2038很高，（磨內(nèi)噴水120）與Fuller級配最接近，砼性能優(yōu)越輥壓機(jī)開路磨13.8462.0412.6112.511.0324.8032高（130）配制混凝土性能較好輥壓

13、機(jī)開路磨助磨劑1362.3212.1312.551.0725.0030高（120130）輥壓機(jī)閉路磨（高效選粉）13.3262.6411.1312.911.0525.50283090100輥壓機(jī)閉路磨（人為降低選粉效率后）11.1467.0311.909.931.1727.2030 3290100配制混凝土性能較差立磨26.530242890100電耗低，配制砼性能差Fuller級配22.5035.4942.010.62注：顆粒分布數(shù)據(jù)為馬爾文激光粒度檢測儀所測得表表1.不同大型粉磨系統(tǒng)磨制的不同大型粉磨系統(tǒng)磨制的PO42.5R水泥的檢測結(jié)果，比表面積水泥的檢測結(jié)果，比表面積36010m2/k

14、g傳統(tǒng)開路磨輥壓機(jī)開路磨內(nèi)技術(shù)改造輥壓機(jī)開路磨助磨劑評價電耗（度/噸水泥）383230電耗接近閉路磨n值0.900.930.920.960.991.05不斷提高，接近閉路磨標(biāo)稠（）25.5性能變差332um含量（）5862606464與閉路磨接近劣勢：出磨水泥溫度比較高，雖然利用磨內(nèi)灑水可以適當(dāng)降溫，但噴霧效果與噴水量較難控制，儲存時間較長時易引起水泥強(qiáng)度倒縮與結(jié)庫現(xiàn)象。若助磨劑摻量增大，上述指標(biāo)還可向閉路系統(tǒng)接近?？傮w感受在開路系統(tǒng)更易控制較理想的顆粒組成。12345-3-2-1012 B3 H1 FB3 H1 Flnln(100/Rx)lnx開路系統(tǒng)的技術(shù)進(jìn)步足以顯著改變水泥的顆粒組成開路

15、系統(tǒng)的技術(shù)進(jìn)步足以顯著改變水泥的顆粒組成混凝土中微細(xì)集料的作用及要求混凝土中微細(xì)集料的作用及要求 無論采用哪種粉磨系統(tǒng)磨制水泥，其顆粒組成均與混凝土要求最緊密堆積的顆粒組成（Fuller級配）相差甚遠(yuǎn)。以接近Fuller級配要求，即從細(xì)顆粒的致密性作用角度出發(fā)： 開流磨輥壓機(jī)開流磨閉路磨輥壓機(jī)閉路磨 使用助磨劑雖可以起到提產(chǎn)、節(jié)能的效果，但助磨劑的過量加入會使水泥顆粒更加集中，n值增大，堆積孔隙率增大，對混凝土結(jié)構(gòu)不利。 在混凝土中需要使用“微細(xì)集料”，其原理之一就是增加粉料中10um以下的顆粒，使粉料級配更接近Fuller級配，從而達(dá)到減水、致密化的目的“微細(xì)集料效應(yīng)”。 微細(xì)集料：微細(xì)集料

16、：顆粒組成顆粒組成要求10um以下的顆粒（尤其是3um以下的顆粒）要比水泥多23倍以上（3um以下顆粒希望達(dá)到3040以上）；作用作用填充水泥顆粒間的空隙，降低孔隙率，提高混凝土的密實性。這里也說明一個道理：無論水泥顆粒組成如何，只要有相應(yīng)的摻合料及其配套技術(shù)，均可改善水泥的顆粒組成，配制出好的混凝土。這就是分別粉磨和摻合料校正工藝的基本原理。目前中國混凝土行業(yè)尚未到此階段！尚依賴于水泥的原有級配。a) 摻A2后的Marsh時間曲線01020304050607000.20.40.60.811.21.4AP-1F摻量（）5min Marsh時間(s)1（0.4498）115A2（0.4417）3

17、（0.4761）315%A2（0.4414）e) 摻粉煤灰1后的Marsh時間曲線040801201600.40.60.811.21.41.6AP-1F摻量（）5min Marsh時間（s）10(0.4681)10#+25%粉煤灰1(0.4916)12#(0.4798)12#+25%粉煤灰1(0.4965)11*33*101210*12*粗摻合料：粗摻合料：堆積空隙率增大，飽和點摻堆積空隙率增大，飽和點摻量增大，飽和點量增大，飽和點Marsh時間延長時間延長細(xì)摻合料：細(xì)摻合料：堆積空隙率減小，飽和點摻堆積空隙率減小，飽和點摻量下降，飽和點量下降，飽和點Marsh時間縮短時間縮短摻合料的校正作用

18、摻合料的校正作用生產(chǎn)中實現(xiàn)水泥顆粒分布優(yōu)化的技術(shù)措施：生產(chǎn)中實現(xiàn)水泥顆粒分布優(yōu)化的技術(shù)措施： a）粉磨工藝流程 開流開流磨：追求的是35um以下的顆粒含量較小，顆粒分布較寬，堆積密度較大的顆粒組成。經(jīng)多家企業(yè)生產(chǎn)實踐證明，磨內(nèi)篩分的高細(xì)磨（采用微球、微鍛作為研磨倉的研磨體）效果較好。 閉路閉路磨：顆粒分布較窄，堆積密度較小。在一般閉路磨系統(tǒng)上，可在一定程度上通過選粉效率與循環(huán)負(fù)荷的調(diào)整來調(diào)整顆粒分布；也可通過調(diào)整粉磨物料易磨性差異來調(diào)整顆粒分布。 生產(chǎn)中實現(xiàn)水泥顆粒分布優(yōu)化的技術(shù)措施生產(chǎn)中實現(xiàn)水泥顆粒分布優(yōu)化的技術(shù)措施 b) 比表面積控制：42.5等級的水泥控制360380m2/kg c) 細(xì)度：0.08mm0.08mm篩余篩余1 12 2，0.045mm0.045mm篩余篩余10101414。相同比表面積條件下， 0.045mm篩余過小，顆粒分布越集中，水泥早期強(qiáng)度低，28天強(qiáng)度高，標(biāo)準(zhǔn)稠度大，流動性差，與外加劑相容性差，凝結(jié)時間長，干燥收縮大；0.045mm篩余過大，顆粒分布分散，28天強(qiáng)度較低，對資源是一種浪費(fèi)，流動性經(jīng)時損失較大。 d) d) n n1 1三、石