俗话说,“巧妇难为糟米之炊”,粉磨系统对水泥需水量的调节力度是有限的,好米不一定能做成好饭,但糟米肯定是做不成好饭的。水泥的需水量除与其粉磨工艺有关外,还与其比表面积、所用的配料组分直接相关。
我们先来看看水泥需要水干什么?水泥在使用时需要加水搅拌成浆体,使其产生一定的流动性便于施工可塑,加入的水量主要用于以下需求:①填满水泥颗粒的间隙,称为填充水;②湿润水泥颗粒表面,形成足够厚的水膜,称为表面层水;③满足水泥的初期水化,称为水化水;④水泥中如含有疏松多孔组分,会吸收水分到孔隙内部,称为吸附水。
实际上,混凝土的工作性能和力学性能,与水泥的标准稠度需水量,不存在完全的对应关系。混凝土试验表明,水泥的需水量介于26%~28%之间时,配制的混凝土整体性能较好。影响水泥需水量的主要因素还包括以下几个方面:
(1)有关研究表明,水泥比表面积为300~400m2/kg时,如果水泥的粒径分布斜率n和熟料反应活性不变,则比表面积每增加100m2/kg,水泥的标准稠度需水量增加l.6%。其中,水泥粉体的空隙率和形成水膜的物理因素变化,使需水量增加0.8%,熟料反应面积的增加所引起的化学因素变化,使需水量增加0.8%。
(2)混合材种类和掺加量,对水泥标准稠度需水量也有很大影响。有些混合材可降低需水量,有些对需水量影响不大,有些使需水量增大较多。
在水泥中掺加石灰石,一般能使需水量下降。有关试验当掺量从0%增加到30%时,需水量从25.0%下降到了23.6%。这主要是石灰石比熟料易磨,在相同粉磨条件下,石灰石比熟料更细,因此能填充熟料颗粒之间的空隙,减少其空隙用水。
其他混合材从0%增加到30%时,对水泥需水量的影响分别为:掺矿渣需水量基本没变;掺粉煤灰需水量略有增加;掺沸石需水量提高到28.6%;掺煤矸石需水量增加到27.0%。
(3)掺加不同的石膏,对水泥的需水量也有较大影响。石膏有多种形态,它们的溶解度和溶解速率各不相同,势必影响到水泥水化早期水泥颗粒表面钙矾石晶体的形成,继而影响到水泥的流变性和需水量。
水泥中水化最快的是C3A,它决定着水泥的凝结时间,加入石膏的目的就是控制它的水化速度。但C3A的活性有高低之分,水化速度有快慢之别,这就要求与之相配的石膏也应有不同的形态,其溶解速率要有快有慢。活性高的C3A溶解快,水泥中早期Ca2+和 的水平高,所用的石膏中应有适量溶解速率快的组分;活性低的C3A溶解较慢,水泥中的Ca2+和 不应在早期就消耗完,所用的石膏中应有适量溶解速率慢的组分。
石膏的形态通常有生石膏(CaSO4·2H2O)、天然硬石膏(CaSO4)、半水石膏(CaS O4·0.5H2O)、可溶性硬石膏(CaSO4)。其溶解度和溶解速率见下表:
石膏的形态 |
化学表达式 |
溶解度,g/l |
溶解速率 |
缓凝作用 |
生石膏 |
CaSO4·2H2O |
2.08 |
较快 |
有 |
天然硬石膏 |
CaSO4 |
2.70 |
较慢 |
小 |
α型半水石膏 |
CaSO4·0.5H2O |
6.20 |
较快 |
有 |
β型半水石膏 |
CaSO4·0.5H2O |
8.15 |
较快 |
有 |
可溶性硬石膏 |
CaSO4·0.001~0.5H2O |
6.30 |
较慢 |
有 |
目前,有不少水泥企业掺用脱硫石膏,试验表明,不同掺量的脱硫石膏与天然石膏相比较,对水泥物理性能的影响不大。水泥ld强度掺脱硫石膏好于天然石膏;水泥后期强度掺天然石膏好于脱硫石膏;随着脱硫石膏掺量的增加,水泥标准稠度用水量相应减小。
(4)熟料的C3A含量、碱含量、fCaO高低、烧失量大小等,都是影响熟料需水量的重要因素。①熟料中主要矿物的需水量,其大致顺序为C3A>C3S>C4AF>C2S,与其水化速度基本一致,C3A的含量与水泥需水量成线性关系;②熟料中碱含量增加,会使水泥的需水量增大,实验表明,当水泥碱含量从1.0%增加到2.20%时,水泥需水量能从27.3%增加到30.3%;③熟料中fCaO、烧失量的增加,同样会使水泥的需水量增大。
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