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    高性能少熟料水泥簡介

    來源:http://w13.whhjcx.com/    作者:湖北圣豐科技有限公司    發布時間:2020-09-26 11:44

      1.概況

      傳統水泥的生產工藝是“兩磨一燒”,需要耗費大量的能源,并排放大量的溫室氣體,生產成本高。本技術不需要高溫煅燒,不排放二氧化碳,能耗低,可大幅度降低水泥生產成本,具有巨大的經濟效益和社會效益。主要原料是:石灰石、礦渣、粉煤灰、煤渣、煤矸石、鋼渣、磷渣、石膏、磷石膏、脫硫石膏、少量熟料及微量助磨劑等,不加堿,不含氯離子,絕大多數原材料為工業廢渣。生產32.5等級水泥,熟料摻量僅30%左右;生產42.5等級水泥,熟料摻量僅45%左右;與傳統水泥生產方法相比,生產32.5等級的水泥,水泥成本可下降40~60元/噸;生產42.5等級的水泥,水泥成本可下降80~150元/噸。是一種新型的綠色生態低能耗水泥,所產水泥的所有技術指標均符合國家標準,已在水泥廠生產成功,適應于一般工業與民用建筑、地下工程與防水工程、大體積混凝土工程、道路工程等。

      2.基本原理

      水泥加水后之所以能夠硬化,產生強度,主要是由于水泥中的礦物(硅酸三鈣、硅酸二鈣、鋁酸三鈣、鐵鋁酸四鈣)可以與水進行化學反應,產生了一系列的水化產物,如C-S-H、鈣礬石、氫氧化鈣、水化鋁酸鈣等。這些水化產物相互搭接,并不斷占據水的空間,使水泥石不斷致密,從而產生了強度,如圖1所示。

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      因此,根據此原理,只要能夠與水反應,產生穩定的水化產物,同時能夠不斷占據原來水的空間,并使體系達到一定致密度的物質,都可以用于制造水泥。

      將石灰石、礦渣、粉煤灰、煤渣、煤矸石、鋼渣、磷渣、石膏、磷石膏、脫硫石膏、少量熟料及微量助磨劑等原料,按一定比例磨成細粉,加水后即可發生一系列反應,生成一系列新的水化產物:水化碳鋁酸鈣、鈣礬石、水化硅酸鈣。這些水化產物也是穩定的礦物,與現有水泥水化后產生的水化產物一樣,也能相互搭接,并不斷占據水的空間,使水泥石不斷致密,產生強度,見圖2所示。其反應方程式如下:

      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組成與物理性能

      表1、高性能少熟料水泥的組成與物理性能

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      (1) 長期強度

      按標準方法成型后在標準條件下,水中養護至各齡期測定強度。

      表2、標準養護條件下水泥的長期強度

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      按標準方法成型后在標準條件下,水中養護28天后,放在屋頂露天自然空氣中養護至一定齡期后測定強度。主要考察在空氣中養護的條件下,水泥的長期強度,以及空氣中二氧化碳的影響。

      表3、露天自然養護條件下水泥的長期強度

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      注:養護90天是指標準養護28天后,再養護62天,實際是水中養護28天,露天養護62天,其余類推。

      (1) 抗碳化性能

      將本技術32.5等級的水泥及華新P.C 32.5復合硅酸鹽水泥,成型脫模后于20℃水中養護26天,然后于60℃烘箱中烘干48小時。4×4×16試塊六面全部不用蠟封,放在碳化箱中進行碳化實驗,CO2濃度控制在20±3%,溫度20±5℃,相對濕度70±5%。測定抗折強度后順便測定碳化深度。測定完抗壓強度后,將半個試塊全部收集起來,粉碎均化后,取50g加70ml蒸餾水攪拌1小時,過濾后測定pH值。

      表4、不同品種水泥不同齡期碳化深度及平均斷面pH值

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      表5、不同品種水泥碳化不同齡期后的強度

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      本技術生產的水泥抗碳化性能與華新32.5復合水泥相差不大,碳化后各齡期的強度均可不斷增加,而且,但兩者碳化深度也相差不大。

      (4) 水泥風化實驗

      將本技術生產的不同等級的水泥,按不同的存放條件存放規定的時間后,測定水泥的各齡期強度,結果見表6。

      表6. 水泥風化實驗結果

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      高性能少熟料水泥具有較好的抗風化性能,在三個月保質期內,水泥強度下降不多。

      (5) 水泥水化熱

      表7、水泥水化熱實驗結果

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      高性能少熟料水泥的水化熱很低。

      (6) 水泥壓蒸安定性

      表8、水泥壓蒸安定性實驗結果

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      (7) 水泥干縮性能

      按JC/T 603-1995標準進行水泥砂漿干縮實驗。

      表9、水泥干縮實驗結果

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      高性能少熟料水泥在水中養護出現微膨脹,在空氣中養護出現微收縮,但收縮量低于華新32.5復合水泥,所以高性能少熟料水泥的干縮性能優于同等級的復合水泥。

      (8) 抗低溫性能

      表10、水泥在低溫環境下的性能

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      高性能少熟料水泥的低溫性能與復合水泥相當。

      (9) 抗凍性能實驗

      成型一批4×4×16標準試體,標準養護28天后,分為兩組,一組繼續標準養護,另一組進行凍融實驗。采用慢凍法,將養護了28天的試體從水中取出,用布擦去表面的水,稱重。然后放入冰箱冷凍室中,試塊之間要有間距,應架空。冷凍室溫度控制在-15℃~-20℃,白天放入冰箱,傍晚取出放入20℃的溫水中解凍,每天凍融循環1次,共凍融25次后取出稱重并計算失重率,測定強度,對比試樣一直標準養護至相同齡期一起破型測定,進行強度對比。

      表11、水泥抗凍性對比實驗結果

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      高性能少熟料水泥的抗凍性比復合水泥稍好。

      (10) 水泥與減水劑相容性實驗

      按JC/T 1083-2008《水泥與減水劑相容性試驗方法》標準進行試驗。同時檢驗減水劑對水泥泌水量的影響。

      不同水泥在不同減水劑及推薦摻量下的靜漿流動度經時損失率

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      注:基準水泥配比為:熟料95%,石膏5%。SLH-997為改進型高效聚羧酸減水劑;FDN-9000是以β-萘磺酸鹽甲醛縮合物為主要成分并復合了緩凝、保塑及其它多種表面活性組份的緩凝高效減水劑。

      以上實驗結果可知:

      鋼渣水泥與SLH-997改進型高效聚羧酸減水劑的相容性較好,同基準水泥相差不大。

      鋼渣水泥與奈系減水劑的相容性最好,好于基準水泥。

      鋼渣水泥與FDN-9000萘磺酸鹽甲醛縮合物緩凝高效減水劑的相容性不太好,不如基準水泥。

      鋼渣水泥與聯合聚羧酸減水劑的相容性不太好,不如基準水泥。

      (11) 耐高溫性能

      將試樣養護至28天,然后在65℃下烘干1天并測定強度,在不同的溫度下,煅燒1小時測其強度。

      表14、不同溫度下水泥的強度

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      高性能少熟料水泥的耐高溫性能與復合水泥相當。

      (12) 水泥砂漿表面起砂性能實驗

      將水泥與GB標準砂(老標準砂)按1:3的比例,水灰比0.5,在小攪拌機(做凝結時間用)中攪拌均勻,用做圓試模成型,表面用直尺水平略向上傾斜刮平,然后放在標準養護箱中,在20℃,相對濕度900%的條件下,養護7天后,于60℃溫度下烘干2天,每個試樣成4個試模,分成兩組,每組2個,一組用于標準養護條件下的起砂性能檢測,另一組用于碳化條件下的起砂性能。

      標準養護條件下的起砂性能檢測:將兩個試塊稱重并記錄,用塑料刷手工在試塊表面刷100下(用力要均勻),然后再稱重,計算重量損失,以此判斷起砂性能好壞。

      碳化條件下的起砂性能檢測:將兩個試塊放置在碳化箱中,進行碳化,CO2濃度控制在20±3%,溫度20±5℃,相對濕度70±5%。碳化7天后,試塊稱重并記錄,用塑料刷手工在試塊表面刷100下(用力要均勻),然后再稱重,計算重量損失,以此判斷碳化后起砂性能好壞。

      表15、水泥表面起砂性能實驗結果

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      本技術32.5水泥的起砂性能不及硅酸鹽52.5水泥,但比復合32.5水泥好。

      (13) 抗硫酸鹽性能實驗

      采用40mm×40mm×160mm標準試塊, 每個試樣分兩組,一組采用正常成型(水泥中不加Na2SO4)并在標準條件下(清水)養護。另一組水泥中外加1.5%Na2SO4成型,養護1天脫模后,直接放入質量濃度為3%的Na2SO4 溶液中養護至規定齡期取出測定強度,兩個月更換一次浸泡溶液。

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      在實驗齡期內,高性能少熟料水泥和復合水泥在硫酸鹽環境中,強度基本上不下降,都具有較好的抗硫酸鹽性能。

      (14) 混凝土試配

      實驗原料:

      鋼渣粉:用寶鋼鋼渣破碎烘干后粉磨而得。

      礦渣粉:直接使用上海寶鋼送來的立磨礦渣粉,比重2.90,測定比表面積439.1 m2/kg。

      粉煤灰:直接使用武漢陽羅電廠取來的一級粉煤灰,比重 2.29,測定比表面積405.0 m2/kg。

      石子:武漢市場上購買,石子粒徑5~25mm。

      砂:武漢市場上購買,砂子細度模數2.0。

      鋼渣42.5水泥:采用寶鋼原料實驗室制備而得,其中熟料摻量45%左右。

      普通42.5水泥:采用市購42.5普通水泥,其中熟料摻量80%。

      鋼渣32.5水泥:采用寶鋼原料實驗室制備而得,其中熟料摻量30%左右。

      SLH-997:為一改進型高效聚羧酸減水劑,采用寶鋼混凝土攪拌站送來的樣品,液體。

      表12、混凝土配合比及強度

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      (15) 水泥水化產物

      將本技術生產的32.5水泥加24%水攪拌成凈漿,在標準條件下養護3天,用電子顯微鏡和XRD檢驗其水化產物,見圖3和圖4所示。實驗表明,在水泥的水化產物中,形成了大量針狀的鈣礬石、水化碳鋁酸鈣和無定型的水化硅酸鈣礦物。

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      圖3. 高性能少熟料水泥水化3天的SEM照片

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      圖4 高性能少熟料水泥水化3天的XRD分析


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