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高性能少熟料水泥简介

来源:http://w13.whhjcx.com/    作者:7321com必赢    发布时间:2020-09-26 11:44

  1.概况

  传统水泥的生产工艺是“两磨一烧”,需要耗费大量的能源,并排放大量的温室气体,生产成本高。本技术不需要高温煅烧,不排放二氧化碳,能耗低,可大幅度降低水泥生产成本,具有巨大的经济效益和社会效益。主要原料是:石灰石、矿渣、粉煤灰、煤渣、煤矸石、钢渣、磷渣、石膏、磷石膏、脱硫石膏、少量熟料及微量助磨剂等,不加碱,不含氯离子,绝大多数原材料为工业废渣。生产32.5等级水泥,熟料掺量仅30%左右;生产42.5等级水泥,熟料掺量仅45%左右;与传统水泥生产方法相比,生产32.5等级的水泥,水泥成本可下降40~60元/吨;生产42.5等级的水泥,水泥成本可下降80~150元/吨。是一种新型的绿色生态低能耗水泥,所产水泥的所有技术指标均符合国家标准,已在水泥厂生产成功,适应于一般工业与民用建筑、地下工程与防水工程、大体积混凝土工程、道路工程等。

  2.基本原理

  水泥加水后之所以能够硬化,产生强度,主要是由于水泥中的矿物(硅酸三钙、硅酸二钙、铝酸三钙、铁铝酸四钙)可以与水进行化学反应,产生了一系列的水化产物,如C-S-H、钙矾石、氢氧化钙、水化铝酸钙等。这些水化产物相互搭接,并不断占据水的空间,使水泥石不断致密,从而产生了强度,如图1所示。

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  因此,根据此原理,只要能够与水反应,产生稳定的水化产物,同时能够不断占据原来水的空间,并使体系达到一定致密度的物质,都可以用于制造水泥。

  将石灰石、矿渣、粉煤灰、煤渣、煤矸石、钢渣、磷渣、石膏、磷石膏、脱硫石膏、少量熟料及微量助磨剂等原料,按一定比例磨成细粉,加水后即可发生一系列反应,生成一系列新的水化产物:水化碳铝酸钙、钙矾石、水化硅酸钙。这些水化产物也是稳定的矿物,与现有水泥水化后产生的水化产物一样,也能相互搭接,并不断占据水的空间,使水泥石不断致密,产生强度,见图2所示。其反应方程式如下:

  CaO + Al2O3 + CaCO3 +H2O → C3A·3CaCO3·32H2O

  CaO + Al2O3 + CaSO4 +H2O → C3A·3CaSO4·32H2O

  CaO + SiO2 + H2O → C-S-H

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  3.水泥性能

  (1) 高性能少熟料水泥的组成与物理性能

  表1、高性能少熟料水泥的组成与物理性能

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  (1) 长期强度

  按标准方法成型后在标准条件下,水中养护至各龄期测定强度。

  表2、标准养护条件下水泥的长期强度

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  按标准方法成型后在标准条件下,水中养护28天后,放在屋顶露天自然空气中养护至一定龄期后测定强度。主要考察在空气中养护的条件下,水泥的长期强度,以及空气中二氧化碳的影响。

  表3、露天自然养护条件下水泥的长期强度

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  注:养护90天是指标准养护28天后,再养护62天,实际是水中养护28天,露天养护62天,其余类推。

  (1) 抗碳化性能

  将本技术32.5等级的水泥及华新P.C 32.5复合硅酸盐水泥,成型脱模后于20℃水中养护26天,然后于60℃烘箱中烘干48小时。4×4×16试块六面全部不用蜡封,放在碳化箱中进行碳化实验,CO2浓度控制在20±3%,温度20±5℃,相对湿度70±5%。测定抗折强度后顺便测定碳化深度。测定完抗压强度后,将半个试块全部收集起来,粉碎均化后,取50g加70ml蒸馏水搅拌1小时,过滤后测定pH值。

  表4、不同品种水泥不同龄期碳化深度及平均断面pH值

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  表5、不同品种水泥碳化不同龄期后的强度

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  本技术生产的水泥抗碳化性能与华新32.5复合水泥相差不大,碳化后各龄期的强度均可不断增加,而且,但两者碳化深度也相差不大。

  (4) 水泥风化实验

  将本技术生产的不同等级的水泥,按不同的存放条件存放规定的时间后,测定水泥的各龄期强度,结果见表6。

  表6. 水泥风化实验结果

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  高性能少熟料水泥具有较好的抗风化性能,在三个月保质期内,水泥强度下降不多。

  (5) 水泥水化热

  表7、水泥水化热实验结果

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  高性能少熟料水泥的水化热很低。

  (6) 水泥压蒸安定性

  表8、水泥压蒸安定性实验结果

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  (7) 水泥干缩性能

  按JC/T 603-1995标准进行水泥砂浆干缩实验。

  表9、水泥干缩实验结果

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  高性能少熟料水泥在水中养护出现微膨胀,在空气中养护出现微收缩,但收缩量低于华新32.5复合水泥,所以高性能少熟料水泥的干缩性能优于同等级的复合水泥。

  (8) 抗低温性能

  表10、水泥在低温环境下的性能

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  高性能少熟料水泥的低温性能与复合水泥相当。

  (9) 抗冻性能实验

  成型一批4×4×16标准试体,标准养护28天后,分为两组,一组继续标准养护,另一组进行冻融实验。采用慢冻法,将养护了28天的试体从水中取出,用布擦去表面的水,称重。然后放入冰箱冷冻室中,试块之间要有间距,应架空。冷冻室温度控制在-15℃~-20℃,白天放入冰箱,傍晚取出放入20℃的温水中解冻,每天冻融循环1次,共冻融25次后取出称重并计算失重率,测定强度,对比试样一直标准养护至相同龄期一起破型测定,进行强度对比。

  表11、水泥抗冻性对比实验结果

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  高性能少熟料水泥的抗冻性比复合水泥稍好。

  (10) 水泥与减水剂相容性实验

  按JC/T 1083-2008《水泥与减水剂相容性试验方法》标准进行试验。同时检验减水剂对水泥泌水量的影响。

  不同水泥在不同减水剂及推荐掺量下的静浆流动度经时损失率

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  注:基准水泥配比为:熟料95%,石膏5%。SLH-997为改进型高效聚羧酸减水剂;FDN-9000是以β-萘磺酸盐甲醛缩合物为主要成分并复合了缓凝、保塑及其它多种表面活性组份的缓凝高效减水剂。

  以上实验结果可知:

  钢渣水泥与SLH-997改进型高效聚羧酸减水剂的相容性较好,同基准水泥相差不大。

  钢渣水泥与奈系减水剂的相容性最好,好于基准水泥。

  钢渣水泥与FDN-9000萘磺酸盐甲醛缩合物缓凝高效减水剂的相容性不太好,不如基准水泥。

  钢渣水泥与联合聚羧酸减水剂的相容性不太好,不如基准水泥。

  (11) 耐高温性能

  将试样养护至28天,然后在65℃下烘干1天并测定强度,在不同的温度下,煅烧1小时测其强度。

  表14、不同温度下水泥的强度

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  高性能少熟料水泥的耐高温性能与复合水泥相当。

  (12) 水泥砂浆表面起砂性能实验

  将水泥与GB标准砂(老标准砂)按1:3的比例,水灰比0.5,在小搅拌机(做凝结时间用)中搅拌均匀,用做圆试模成型,表面用直尺水平略向上倾斜刮平,然后放在标准养护箱中,在20℃,相对湿度900%的条件下,养护7天后,于60℃温度下烘干2天,每个试样成4个试模,分成两组,每组2个,一组用于标准养护条件下的起砂性能检测,另一组用于碳化条件下的起砂性能。

  标准养护条件下的起砂性能检测:将两个试块称重并记录,用塑料刷手工在试块表面刷100下(用力要均匀),然后再称重,计算重量损失,以此判断起砂性能好坏。

  碳化条件下的起砂性能检测:将两个试块放置在碳化箱中,进行碳化,CO2浓度控制在20±3%,温度20±5℃,相对湿度70±5%。碳化7天后,试块称重并记录,用塑料刷手工在试块表面刷100下(用力要均匀),然后再称重,计算重量损失,以此判断碳化后起砂性能好坏。

  表15、水泥表面起砂性能实验结果

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  本技术32.5水泥的起砂性能不及硅酸盐52.5水泥,但比复合32.5水泥好。

  (13) 抗硫酸盐性能实验

  采用40mm×40mm×160mm标准试块, 每个试样分两组,一组采用正常成型(水泥中不加Na2SO4)并在标准条件下(清水)养护。另一组水泥中外加1.5%Na2SO4成型,养护1天脱模后,直接放入质量浓度为3%的Na2SO4 溶液中养护至规定龄期取出测定强度,两个月更换一次浸泡溶液。

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  在实验龄期内,高性能少熟料水泥和复合水泥在硫酸盐环境中,强度基本上不下降,都具有较好的抗硫酸盐性能。

  (14) 混凝土试配

  实验原料:

  钢渣粉:用宝钢钢渣破碎烘干后粉磨而得。

  矿渣粉:直接使用上海宝钢送来的立磨矿渣粉,比重2.90,测定比表面积439.1 m2/kg。

  粉煤灰:直接使用武汉阳罗电厂取来的一级粉煤灰,比重 2.29,测定比表面积405.0 m2/kg。

  石子:武汉市场上购买,石子粒径5~25mm。

  砂:武汉市场上购买,砂子细度模数2.0。

  钢渣42.5水泥:采用宝钢原料实验室制备而得,其中熟料掺量45%左右。

  普通42.5水泥:采用市购42.5普通水泥,其中熟料掺量80%。

  钢渣32.5水泥:采用宝钢原料实验室制备而得,其中熟料掺量30%左右。

  SLH-997:为一改进型高效聚羧酸减水剂,采用宝钢混凝土搅拌站送来的样品,液体。

  表12、混凝土配合比及强度

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  (15) 水泥水化产物

  将本技术生产的32.5水泥加24%水搅拌成净浆,在标准条件下养护3天,用电子显微镜和XRD检验其水化产物,见图3和图4所示。实验表明,在水泥的水化产物中,形成了大量针状的钙矾石、水化碳铝酸钙和无定型的水化硅酸钙矿物。

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  图3. 高性能少熟料水泥水化3天的SEM照片

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  图4 高性能少熟料水泥水化3天的XRD分析


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