PC32.5R早強(qiáng)型復(fù)合硅酸鹽水泥強(qiáng)度影響因素

◎文/韓龍（安徽皖維高新材料股份有限公司）

PC32.5R早強(qiáng)型復(fù)合硅酸鹽水泥是指28天抗壓強(qiáng)度大于等于32.50MPa，同時(shí)3天早期抗壓強(qiáng)度大于等于15.0MPa的復(fù)合硅酸鹽水泥。近幾年來，早強(qiáng)型(R型)復(fù)合硅酸鹽水泥深受建筑行業(yè)的青睞，市場(chǎng)需求量不斷增加。對(duì)PC32.5R早強(qiáng)型復(fù)合硅酸鹽水泥的研發(fā)不僅可以降低水泥生產(chǎn)單位能耗，而且有利于加快重大工程進(jìn)度，有助于提高我國整個(gè)水泥行業(yè)綜合實(shí)力，具有很好的社會(huì)效益、經(jīng)濟(jì)效益。提高PC32.5R早強(qiáng)型復(fù)合硅酸鹽水泥強(qiáng)度大致可以考慮從以下幾個(gè)方面著手。

一、水泥熟料三率值的選擇范圍

控制好水泥熟料三率值有助于提高水泥強(qiáng)度。一般常規(guī)的生料配料為飽和比0.88～0.92，硅酸率1.9～2.1，鋁氧率1.0～1.2[1]，但這種方案配料難以生產(chǎn)出早強(qiáng)水泥。經(jīng)多次試驗(yàn)，把生料飽和比控制在1.08～1.12，硅酸率控制在2.3～2.5，鋁氧率控制在1.15～1.35，熟料煅燒一直較好，熟料3天抗壓強(qiáng)度基本控制在29.0～29.5MPa。

水泥熟料的礦物相組成主要有硅酸三鈣（C3S）、硅酸二鈣（C2S）、鐵鋁酸四鈣（C4AF）、鋁酸三鈣（C3A）四種。硅酸三鈣是硅酸鹽水泥熟料中主要的礦物相，硅酸三鈣礦物相的特性是水化較快和早期強(qiáng)度高，后期強(qiáng)度逐步增強(qiáng)，該礦物與其他三種礦物的28天強(qiáng)度和一年強(qiáng)度相比較，綜合性質(zhì)最佳。如果增加水泥熟料中硅酸三鈣的含量且改變其巖相微觀結(jié)構(gòu)，對(duì)水泥的早期強(qiáng)度和后期強(qiáng)度提高都有很大的幫助。一般情況下，運(yùn)用傳統(tǒng)配料方法生產(chǎn)的硅酸鹽水泥熟料中，硅酸三鈣含量只有40%～55%，而運(yùn)用新研究的配料方案生產(chǎn)的水泥熟料硅酸三鈣含量可以高達(dá)到66%以上[2]。四種礦物28天性能對(duì)比，強(qiáng)度絕對(duì)值：C3S＞C4AF＞C3A＞C2S，硬化速度：C3A＞C4AF＞C3S＞C2S[3]，通過理論和實(shí)驗(yàn)研究，可以利用“兩高一低”原則來指導(dǎo)三率值的控制，即提高飽和比和鋁氧率，降低硅酸率。飽和比和鋁氧率提高后，為了優(yōu)化煅燒條件，把生料細(xì)度篩余量控制值由7.5%調(diào)整為6.5%，使熟料中游離鈣含量進(jìn)一步降低（控制游離鈣小于2.5，實(shí)際合格率90%以上），保證生產(chǎn)的熟料強(qiáng)度與質(zhì)量的提升。

三率值、氟硫比對(duì)水泥凝結(jié)時(shí)間具有較大影響，鋁氧率值過于偏小、氟硫比過大，會(huì)使水泥的凝結(jié)時(shí)間延長，使PC32.5R早強(qiáng)型復(fù)合硅酸鹽水泥不能達(dá)到國家規(guī)定指標(biāo)。因此早強(qiáng)型水泥實(shí)際生產(chǎn)過程中要特別注意水泥熟料三率值的選擇。

二、復(fù)合礦物劑的添加

復(fù)合礦化劑對(duì)水泥的性能也具有很大的影響，不加入礦化劑或添加量不匹配都會(huì)使水泥中游離鈣的含量增高，因?yàn)橛坞x鈣水化后生成的氫氧化鈣體積膨脹97%，從而對(duì)水泥的穩(wěn)定性產(chǎn)生很大影響。而適量加入螢石、石膏等復(fù)合礦化劑后，將使上述問題得到改善。復(fù)合礦化劑可以破壞水泥熟料中SiO2晶格，提高其活性，降低熟料煅燒液相出現(xiàn)時(shí)的溫度和液相粘度，加快氧化鈣與硅酸二鈣反應(yīng)速度。加入適量的復(fù)合礦化劑后可以生成少量的氟硫酸鹽和硫鋁酸鈣等早強(qiáng)快硬物質(zhì)，提高水泥的物理性能。因此，使用適量復(fù)合礦化劑將會(huì)使水泥前期強(qiáng)度和后期強(qiáng)度均有所提高。

三、水泥細(xì)度的選擇

提高水泥細(xì)度，并使之有一個(gè)合理的顆粒級(jí)配，也可以提高水泥的早期強(qiáng)度。通過國外早強(qiáng)型水泥熟料與本公司生產(chǎn)線產(chǎn)出水泥熟料及水泥各項(xiàng)指標(biāo)對(duì)比，發(fā)現(xiàn)本公司生產(chǎn)的水泥熟料各項(xiàng)指標(biāo)基本合格，但是水泥細(xì)度比國外早強(qiáng)型水泥明顯偏粗，從而影響了PC32.5R早強(qiáng)型復(fù)合硅酸鹽水泥早期強(qiáng)度的發(fā)揮。通過多次實(shí)驗(yàn)研究，水泥的比表面積控制在3400～3550cm2／g之間可滿足PC32.5R早強(qiáng)型復(fù)合硅酸鹽水泥的要求。顆粒級(jí)配由實(shí)驗(yàn)沉降法測(cè)出。10μm以下的控制在25%以內(nèi)，30μm以內(nèi)的控制在75%左右,同時(shí)少量大于65μm的顆粒和微量大于90μm的顆粒[3]。上述顆粒級(jí)配對(duì)水泥早期強(qiáng)度的發(fā)揮具有很大的提升，而且可以保證水泥后期強(qiáng)度的增長速度有一個(gè)正常值。

四、驗(yàn)證水泥強(qiáng)度的實(shí)驗(yàn)步驟和結(jié)果

綜合考慮三率值、復(fù)合礦物劑、水泥細(xì)度及其他因素的影響，經(jīng)過多次實(shí)驗(yàn)研制成功PC32.5R早強(qiáng)型復(fù)合硅酸鹽水泥，并且相應(yīng)的各項(xiàng)指標(biāo)達(dá)到國家標(biāo)準(zhǔn)。下面的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)是隨機(jī)抽取本公司生產(chǎn)的PC32.5R早強(qiáng)型復(fù)合硅酸鹽水泥所做的實(shí)驗(yàn)結(jié)果。

表1 PC32.5R實(shí)驗(yàn)統(tǒng)計(jì)結(jié)果

稱取各種實(shí)驗(yàn)材料：每份組成為水泥450g±2g，標(biāo)準(zhǔn)砂 1350g±5g，水 225g±1g；

試體成型：向鍋內(nèi)加水→加水泥→固定鍋→低速攪拌30s→再低速拌30s同時(shí)均勻投入砂子→高速攪拌30s→停拌90s→再高速攪拌60s，將空模和模套固定在振實(shí)臺(tái)上→裝入第一層膠砂，振實(shí)60次→裝入第二層膠砂，振實(shí)60次→取下試模抹平；

養(yǎng)護(hù)：成型后立即放入標(biāo)養(yǎng)箱中養(yǎng)護(hù)→24h±2h脫模編號(hào)→養(yǎng)護(hù)池中養(yǎng)護(hù)至試驗(yàn)時(shí)間；

抗折強(qiáng)度試驗(yàn)：用中心加荷法測(cè)定抗折強(qiáng)度；

抗壓強(qiáng)度試驗(yàn)：抗折后的6個(gè)半截試體進(jìn)行抗壓試驗(yàn)；

實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)計(jì)算：計(jì)算抗折強(qiáng)度和抗壓強(qiáng)度，結(jié)果見表1。

從實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)結(jié)果分析可以看出以上技術(shù)創(chuàng)新是可行的，生產(chǎn)的PC32.5R早強(qiáng)型復(fù)合硅酸鹽水泥符合國家標(biāo)準(zhǔn)。