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1、浅析水泥混合材的复掺与优化中图分类号:TQ172.4文献标识码:B文章编号:1lJ070389(2O11)o31803浅析水泥混合材的复掺与优化杨茂利(黑龙江省鹤岗鑫塔水泥公司,黑龙江鹤岗154108)摘要:对常用混合材归纳分成三大类,即碱性活性混合材,酸性及中性活性混合材和碱性及中性惰性混合材.在此基础上进行了各类混合材料的复掺试验和分析.结果表明:(1)混合材的碱性和惰性同时具备,有利于早期强度的提高;(2)混合材的酸性与活性同时具备,有利于后期强度的发展;(3)复掺时混合材性质差别越大,越有利于其性能的发挥.最后,对复掺混合材提高水泥强度的作用机理进行了简要的分析.关键词:混合材;分类;
2、复掺;优化;水泥;强度Analysisonthemulti-addingofadmixtureandtheoptimizationYangMaoli(HegangXingtaCementCO.,Ltd.,Hegang,Heilongjiang,154108)Abstract:Thecommonadmixtureswereclassifiedtothreetypesalka1ireactiveadmixture,acidneutralreactiveadmixture,alkali-neutral-inactivityadmixture,andonthatbasisthemixingexperi
3、mentandanalysisofalltypesofadmixturewerecarriedout,theresuitsshowedasfollows:(1)itwasbenefitfortheearlystrengthwhenthemixturehadalkaliandinactivitysynchronously;(2)itwasbenefitforthelatestrengthwhenthemixturehadacidandactiviiysynehronouly;(3)moredifferentthepropertyofaddingmixtures,morebenefitforthe
4、performancedeveloping.Keywords:admixture;classify;multi-adding;optimization;cement;strength0前言水泥中掺加两种或多种混合材,可不同程度地提高水泥的力学强度并增加水泥成品中的混合材掺量,有利于水泥厂实现高效益的生产运行.但同一种混合材与不同种类的其它混合材搭配组合进行复掺,其水泥会具有极不相同的强度效应.因此寻求最佳的混合材组合方式,不仅能够最大幅度地提高水泥强度,而且可以更多地利用廉价混合材和增加混合材掺量.为此,笔者对各类混合材的最佳组合方式和作用效果进行了多年的试验和研究,并对其增强机理进行了分析和
5、探讨.l混合材的分类及化学成分1.1分类方法随着水泥品种的增加,可用作水泥混合材的种类越来越多.为了便于生产上的应用,笔者基于混合材的传统分类方法,即根据国内外着名学者对水泥水化机理的基本看法水泥水化的驱动力之一是酸碱反应的观点”,将混合材分为活性和惰性两类;在此基础上又参照使用石料的化学分类方法(根据石料的酸碱性对其与沥青黏附性的影响,而将石料按SiO:含量范围划分为酸,中,碱性三类),将混合材按其化学成分进一步划分为酸性,中性和碱性三类,与之相对应一l8一的SiO:含量1rJw(SiO:)值1分别为>65%,52%65%和<52%.因此在本文中,将水泥厂常用的各种混合材归纳为以
6、下三大类,即:碱性活性混合材(如矿渣,增钙液态渣等);酸性及中性活性混合材(如沸石,火山渣,粉煤灰,沸腾炉灰,煤矸石等);碱性及中性惰性混合材(如石灰石,硅灰石尾矿等).应当指出:上述各类混合材酸碱性的划分虽然均以SiO:含量为依据,但实际上SiO含量相同的混合材其酸碱性并非完全相同.比如碱性活性混合材中SiO:含量既包括了活性SiO,也包括了惰性SiO:;而碱性惰性混合材中SiO:含量主要为惰性SiO.本文暂时仍按上述范围划分混合材的酸碱性类别,同时按国家现有标准划分其活性和惰性的类别,更准确地划分混合材的酸碱性待以后进一步研究.1.2试验用混合材的化学成分试验用的混合材,在以上三种类型中选
7、择了六种比较有代表性的常用混合材,其化学成分质量分数列于表1.表1试验用混合材的化学成分%水淀工程2混合材的类别及组合方式对水泥强度的影响试验及其分析2.1试验及其分析针对不同酸碱性及活性的三类常用混合材,笔者对混合材的性质及其互相搭配对水泥强度的影响进行了系列试验,结果见表2.通过试验可以发现,不同性质的各类混合材对水泥早期强度和后期强度的影响截然不同,各有其特殊的规律.其中,碱性及中性惰性t昆合材对提高水泥的3d强度有类似的效果;酸性及中性活性混合材对提高水泥的28d强度有共同的趋势;而碱性活性混合材对水泥各龄期强度的作用效果介于以上两类之问.将上述混合材中酸碱性及活性差别均较大的种类合理
8、搭配进行复掺,能够使各类混合材的作用优势得到均衡有效地发挥,达到强度互补的最佳组合方式,从而使水泥的早期强度和后期强度同时得到较大幅度的提高.(1)从表2第一组试验数据中可以清楚地看到:利用矸石和粉煤灰分别与硅灰石尾矿相搭配,混合材总掺加量为15%时,水泥的3d抗压强度均高于单掺矸石或粉煤灰的水泥.这种情况在混合材掺量较高时(30%以上),效果更加显着.(2)表2中第三,四组以及第五组中序号1和序号3的试验数据可知:矸石和沸腾炉灰分别与石灰石复掺,以及矿渣,矸石和石灰石三者同掺,在混合材总量增加5%的情况下,水泥的3d抗压强度仍明显高于单掺矸石,沸腾炉灰和矿渣的水泥,28d强度也各有不同程度的
9、提高或基本相等.(3)表2中的第二组试验数据,表明了石灰石与硅灰石尾矿对水泥强度的作用效果基本相似.两者分别与矿渣搭配进行复掺,在混合材总量增加3%的情况下,均可显着提高水泥的3d强度,而使28d强度有所降低.(4)第五组试验序号1和序号2,则表明了矸石和矿渣复掺的效果,与矸石和石灰石或硅灰石复掺的作用恰好相反.在混合材总量增加5%的情况下,尚可使水泥的28d抗压强度有所提高,而3d强度却明显下降.(5)从表2中第一,二,五组试验数据还可以看到,采用两种性质相近的同类混合材,以及虽然不是同类但其活性或酸碱性相差不大的混合材进行搭配,与不同类别且活性和酸碱性均差别较大的混合材进行搭配相比较,效果
10、相差甚远.如属于同一类别的矸石与粉煤灰相搭配的情况(第一组试验序号5),水泥各龄期强度均低于矸石与硅灰石尾矿复掺的情况(第一组试验序号2).又如活性差别较大但碱性相近的矿渣与石灰石(第二组序号2),以及酸碱性差别较大但活性相近的矿渣与矸石(第五组序号2)相搭配的情况,虽然与单掺矿渣相比,水泥的某龄期强度可有所改善,但均不能使水泥的3d,28d强度同时得到提高;与矿渣,矸石和石灰石三者同掺的情况(第五组试验序号3)相比,仍有明显差距.2.2各类混合材的优化组合方法表2混合材种类及组合方式对水泥强度的影响试验结果求诳工程一19根据上述试验结果和分析,可以得出如下规律:(1)提高水泥早期f3d)强度
11、的有利条件是:混合材的碱性和惰性同时具备;提高水泥后期(28d)强度的有利条件是:混合材的酸性与活性同时具备.(2)不同类别混合材的优化组合方法应以其酸性和碱性,活性与惰性的合理搭配为基础,相组合的各类混合材性质差别越大,越有利于取其优势,补其不足.(3)采用最佳的昆合材组合方式,不仅能够使水泥的早期强度和后期强度均有提高,而且可以较多地利用廉价混合材和增加混合材掺量.3水泥混合材优化组合提高水泥强度的作用机理分析水泥混合材的优化组合,即混合材的酸性和碱性,活性号隋性的合理搭配,对水泥具有良好的增强效果.从理论上讲,其增强作用主要有以下两方面.3.1活性?昆合材中酸性氧化物与水泥中碱性水化物化
12、合效应在水泥中有矸石或粉煤灰等活性SiO:含量较多的混合材存在情况下,它可以与水泥水化析出的大量Ca(OH):发生化合反应.由于Ca(On)是一种六角片状结晶体,其层与层之间靠分子键结合,粘结强度甚低.当它与混合材中的活性SiO:反应后,本身含量减少,并形成相应的纤维状水化硅酸钙凝胶,使水泥石结构更加密实和牢固.但因该项反应是在水泥熟料逐步水化后析出Ca(On)的条件下进行的,常温下反应速度较慢.所以,对水泥石结构的增强作用主要体现在水泥水化和硬化的后期,即28d龄期附近及以后的强度显着增加.英国阿伯丁(Aberdeen)大学泰勒教授认为水泥水化的主要驱动力之一就是酸碱反应.据此观点,水泥中酸
13、性活性混合材在碱性水泥浆体水化过程中的作用,势必有利于增加水泥某一水化阶段的驱动力,从而也可提高水泥石在该阶段的力学强度.3.2惰性昆合材中碱性氧化物及其无机盐的晶种作用由于石灰石或硅灰石这些碱性无机盐微粉填充物的存在,为碱性硅酸盐水泥浆体的水化和硬化提供了许多起”晶种”作用的结点,从而加速了发生在水泥水化产物薄膜上的核晶作用,促进了薄膜的破裂和水泥颗粒的继续水化与硬化.而水泥水化初期产物形成速度的加快,特别是水化硫铝酸钙等早强产物的形成,必然对水泥石早期强度的发展起相应的促进和增强作用.因此,水泥中碱性惰性混合材的作用,对提高水泥的早期强度(3d)具有明显的效果.另外,当水泥中含有极细的Ca
14、CO,微粉时,还可能形成单碳铝酸钙,也具有一定的早强效果.4结语本文所述的各种混合材组合方式不多,各组实验数据的组数较少,对比也较为简单,要想得到更加可靠的数据,更加科学的优化组合,必须进行大量的科学实验与统计.建议有兴趣的水泥厂,组织有关人员建立各种混合材优化组合的数学模型,并写出详实可靠的报告,用以指导生产,在建设节约型绿色水泥工业中发挥更大作用参考文献1泰勒.水泥化学讲座【R.北京:中国建材院水泥所,199o.21中国建筑材料科学研究总部,水泥科学与新型建筑材料研究所.水泥化学分析手7N-M.北京:中国建材工业出版社,2007.(编辑:刘翠荣)(收稿日期:20101228)(上接第】7页
15、)2009,(9):3538.12肖开涛,杨华全,董芸.水泥的化学收缩【J1.长江科学院院报,2008,25(1):7375.【3徐巍,黄黄,林宗寿.水泥浆体早期收缩的试验研究fJ.水泥,2010,(1):1215.,f4J杨义,李浩璇,余晓阳,等.水泥悬浮液pH变化与凝结时间关系的研究【J.武汉理工大学,2007,(8):2731.【515闫培渝,杨文言.钙矾石膨胀机理的SEM研究Jl_电子显微.1994,(4):297300.【6余晓阳,韦亮光,蓝斌.区域性水泥凝结性能的研究和讨论lJ1.水泥,2007,(3):6-9.7】沈威,黄文熙,闵盘融.水泥工艺学M】.武汉:武汉工业大学出版社,1991.【第一作者简介】杨义(1968一),男,教授级高级工程师.(编辑:沈新)(收稿日期:20100223)水淀工
