蒸壓加氣混凝土砌塊專用水泥研究與應(yīng)用

曾飛，黃英姿，熊義俊，陳俊，王體正

（中國葛洲壩集團(tuán)水泥有限公司，湖北 武漢 430000）

0 引言

蒸壓加氣混凝土砌塊具有輕質(zhì)、保溫、隔熱防火、節(jié)能環(huán)保和易加工的特點[1]，在我國經(jīng)過幾十年的發(fā)展，以預(yù)制成品的形式被廣泛應(yīng)用于住宅、辦公、廠房等建筑的非承重內(nèi)外墻體[2]。隨著國家對建筑節(jié)能標(biāo)準(zhǔn)的要求越發(fā)嚴(yán)格，蒸壓加氣混凝土砌塊因為其天然的性能優(yōu)勢正迎來更加廣闊的發(fā)展空間。作為水泥生產(chǎn)企業(yè)，我公司在為蒸壓加氣混凝土砌塊廠家供應(yīng)水泥的過程中，緊密結(jié)合客戶需求，研究儲備蒸壓加氣混凝土砌塊專用水泥生產(chǎn)技術(shù)。本文從試驗研究和實際生產(chǎn)等方面展開論述。

1 產(chǎn)品主要質(zhì)量控制指標(biāo)

蒸壓加氣混凝土砌塊在澆筑后的稠化預(yù)養(yǎng)階段，必須使?jié){體達(dá)到一定的強(qiáng)度后才能脫模、切割，對水泥早期強(qiáng)度有一定要求。砌塊的稠化、靜養(yǎng)時間受水泥的凝結(jié)時間影響，水泥凝結(jié)時間偏長會導(dǎo)致漿體強(qiáng)度偏低，不利于切割，嚴(yán)重影響生產(chǎn)效率。同時為保障砌塊漿體入模后稠化反應(yīng)的順利進(jìn)行，需保證水泥有較好的適應(yīng)性，以改善配料漿體的粘度和塑性。

針對蒸壓加氣混凝土砌塊對水泥性能的特殊要求，在遵循 GB 175—2007《通用硅酸鹽水泥》國家標(biāo)準(zhǔn)的前提下，結(jié)合生產(chǎn)實際及客戶需求，重點控制產(chǎn)品主要性能指標(biāo)見表 1。

表1 水泥主要物理性能指標(biāo)

2 研究過程

2.1 熟料中 C3A 含量的影響

調(diào)節(jié)水泥凝結(jié)時間，控制水泥熟料中 C3A 的含量是關(guān)鍵。熟料的礦物成分中，C3A 水化反應(yīng)速率最快，其強(qiáng)度在三天之內(nèi)就能充分發(fā)揮出來，高 C3A 含量水泥具有早期強(qiáng)度高、凝結(jié)時間快的特點。通過檢測統(tǒng)計公司實際生產(chǎn)中熟料的化學(xué)成分和礦物組成，以及相應(yīng)的物理性能，研究不同 C3A 含量（每組數(shù)據(jù) C3A 含量約相差 0.30%）對熟料性能的影響，結(jié)果見表 2、表 3。

表2 不同 C3A 含量時熟料的成分、三率值和礦物組成

熟料標(biāo)稠用水量和凝結(jié)時間、抗壓強(qiáng)度隨 C3A 含量的變化趨勢分別如圖 1 和圖 2 所示。結(jié)合圖表可以看出隨著 C3A 含量的增加，熟料凝結(jié)時間逐漸縮短；早期強(qiáng)度逐漸增加，后期強(qiáng)度變化不明顯，這與上述理論相吻合；而標(biāo)稠用水量隨著 C3A 含量增加至 7.56% 時達(dá)到 26%，而后又有所降低。因此要達(dá)到提高熟料早期強(qiáng)度的目的，需適當(dāng)提高熟料中 C3A 礦物含量。

表3 不同 C3A 含量時熟料的物理性能

圖1 熟料稠度和凝結(jié)時間隨 C3A 含量變化

圖2 熟料抗壓強(qiáng)度隨 C3A 含量變化

2.2 混合材活性試驗

結(jié)合熟料的特點，為保證水泥成品性能滿足要求，對公司附近現(xiàn)有混合材進(jìn)行化學(xué)成分分析和活性試驗，優(yōu)選活性指數(shù)高的混合材有利于水泥強(qiáng)度的增長，結(jié)果如表 4 所示，表中 A、B、C 分別代表不同產(chǎn)地的混合材。

表4 混合材礦物組成分析及活性指數(shù)試驗結(jié)果

通過混合材活性指數(shù)試驗發(fā)現(xiàn)，三個不同品種混合材活性指數(shù)由高到低為粉煤灰、爐渣、煤矸石，其中活性最高為粉煤灰 C，所以確定以粉煤灰 C 為主要混合材。

2.3 混合材小磨試驗

石灰石粉末價格較低，且水熱環(huán)境下有助于析出Ca(OH)2，與含硅材料中的 SiO2和 Al2O3作用，以水熱合成方式生成水化硅酸鈣和水化鋁酸鈣，有助于強(qiáng)度的增長。因此以粉煤灰 C 和石灰石粉末搭配作為混合材，以磷石膏作調(diào)凝劑進(jìn)行小磨試驗，所用材料的化學(xué)成分分析結(jié)果如表 5。為確定石灰石粉末的最大摻量，設(shè)計了幾組水泥混合材配比方案和混合材小磨試驗結(jié)果如表 6 所示，熟料抗壓強(qiáng)度隨石灰石粉末摻量變化見圖3。

表5 熟料、石灰石粉末、粉煤灰礦物組成 %

結(jié)合圖3熟料抗壓強(qiáng)度隨石灰石粉末摻量變化趨勢可知，在石灰石粉末摻量小于 5% 時，水泥早期強(qiáng)度有所增長，后期強(qiáng)度基本無影響，水泥標(biāo)稠用水量略有下降。當(dāng)石灰石粉末摻量大于 5% 時，水泥后期強(qiáng)度開始降低，當(dāng)石灰石粉末摻量大于 7% 時，水泥后期強(qiáng)度降低明顯，故綜合確定石灰石粉末最佳摻量為 5%～7%。

表6 混合材小磨試驗配比及性能結(jié)果

表7 石膏小磨試驗配比及性能結(jié)果

圖3 熟料抗壓強(qiáng)度隨石灰石粉末摻量變化

2.4 石膏小磨試驗

公司周邊有豐富的磷石膏資源，與天然生石膏相比，磷石膏作為緩凝劑時水泥凝結(jié)時間更長。為在保證水泥凝結(jié)時間的同時實現(xiàn)資源的合理化利用，通過試驗尋找合適的磷石膏摻量。小磨試驗配比和試驗結(jié)果如表7 所示。水泥凝結(jié)時間隨 SO3含量變化見圖 4。

如圖 4 所示，水泥凝結(jié)時間隨 SO3含量增加而延長，當(dāng)磷石膏與天然石膏 1:1 摻入時，水泥初凝時間可以控制在目標(biāo)值 220～250min 之間，終凝時間可以控制在目標(biāo)值 280～310min 之間，滿足蒸壓加氣混凝土砌塊工藝生產(chǎn)要求。

圖4 水泥凝結(jié)時間隨 SO3 含量變化

2.5 大磨試驗確定最佳配比

小磨試驗初步確定水泥配比后，通過大磨試生產(chǎn)進(jìn)一步確定最佳配比方案，試驗配比及試驗結(jié)果見表 8。

通過大磨試驗發(fā)現(xiàn)，隨著磷石膏摻量逐漸增加，水泥凝結(jié)時間逐漸延長，對水化熱影響較小，磷石膏摻量在 2.5%～3.0% 之間時均可滿足目標(biāo)要求，水泥后期強(qiáng)度穩(wěn)定受影響較小，水化熱及凝結(jié)時間均可滿足目標(biāo)控制區(qū)間要求。

2.6 在實際生產(chǎn)中的應(yīng)用

經(jīng)過嚴(yán)謹(jǐn)設(shè)計、大量試驗驗證及精細(xì)化的生產(chǎn)組織，本文所研發(fā)水泥在實際生產(chǎn)中得到了很好的應(yīng)用，同時，公司對水泥出廠嚴(yán)格檢驗和控制，客戶對水泥進(jìn)廠質(zhì)量嚴(yán)格把控，按批次抽檢，各項指標(biāo)均符合要求。

3 結(jié)論

本文通過大量試驗數(shù)據(jù)及生產(chǎn)過程驗證，對蒸壓加氣混凝土砌塊專用水泥研發(fā)與生產(chǎn)做了詳細(xì)研究，產(chǎn)品成功應(yīng)用于實際生產(chǎn)，公司生產(chǎn)的蒸壓加氣混凝土砌塊專用水泥具有早期強(qiáng)度高、凝結(jié)時間穩(wěn)定、適應(yīng)性好等優(yōu)點，能滿足客戶個性化需要，后期公司將繼續(xù)加大科技研發(fā)力度，不斷提升產(chǎn)品質(zhì)量。

表8 大磨試驗配比及性能結(jié)果