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西北旺二手房石灰石配制水泥及其在混凝土中的应用研究-水泥

石灰石配制水泥及其在混凝土中的应用研究-水泥

0 引言
石灰石作为水泥的混合材由来已久,欧洲国家已经制定了专门的波特兰石灰石水泥标准。目前该品种水泥已经成为欧洲用量最大的水泥,而且所占比重越来越大[1]。
随着国内水泥产量的不断增加,粉煤灰和矿渣逐渐由废弃物转变为资源,在经济发达地区甚至出现紧缺状况,因此价格低廉来源广泛的石灰石作为混合材越来越受到厂家重视。
目前水泥生产方式是将熟料和石灰石共同入磨粉磨,但由于易磨性的差异,易磨性好的石灰石粉集中在水泥的细颗粒部分于敏家,易磨性差的熟料集中在粗颗粒部分[2],这对水泥的强度发展不利。本文将熟料和石灰石分别粉磨到适当的细度,再按照适当的比例混合均匀制备石灰石配制水泥,分别研究了水泥及混凝土的性能,并与共同粉磨的水泥进行了对比。
1 试验材料及方法
1.1 原材料
1)熟料:分别取自两个水泥厂,记为熟料A和熟料B,其化学成分、率值和易磨性见表1。
2)石膏:电厂脱硫石膏,其化学成分见表1。
3)石灰石和二级粉煤灰均为市售,其化学成分和易磨性见表1。
表1 石灰石、矿渣、水泥熟料和石膏的化学分析结果

4)砂:细度模数2.5,连续级配。
5)石子:最大粒径20mm,连续级配。
6)外加剂:聚羧酸高效减水剂,固含量40%。
1.2 试验样品
1)石灰石粉:窄颗粒分布的石灰石粉由实验室TRM3.6立磨试验系统制备;宽颗粒分布的石灰石粉由实验室Φ500mm×500mm标准试验磨制备。
2)熟料粉:将95%的水泥熟料和5%的石膏在Φ500mm×500mm标准试验磨粉磨至要求细度。
3)配制水泥:将熟料粉和石灰石粉按比例搭配,在混样机中混合20min。
4)共同粉磨水泥:由实验室Φ500mm×500mm标准试验磨制备,原材料和配比与对应的配制水泥完全一致,细度与对应的配制水泥接近。
1.3 试验方法
颗粒分布采用CILAS激光粒度仪进行测量;水泥强度按GB/T17671—1999检验;水泥标准稠度用水量按GB/T 1346—2001检验;比表面积按GB/T8074—1987检验。
2 试验结果与讨论
2.1 石灰石粉的颗粒分布对配制水泥颗粒分布及需水量的影响
不同粉磨方式制备的石灰石粉的颗粒分布存在较大差异,本文分别采用实验室立磨系统和标准球磨机制备了窄颗粒分布和宽颗粒分布石灰石粉,再将石灰石粉按照不同的比例等质量替代熟料粉制备配制水泥,石灰石粉和熟料粉的粒度分布见表2,配制水泥的均匀性系数和需水量分别见图1和图2。
表2 两种石灰石粉和熟料粉的比表面积和颗粒分布


图1 不同石灰石粉掺量的配制水泥的均匀性系数

图2 不同石灰石粉掺量的配制水泥的需水量
图1和图2表明,石灰石粉的粒度分布对配制水泥的粒度分布产生影响,进而影响到配制水泥的标准稠度用水量。随着石灰石粉掺量的增加,颗粒分布宽的石灰石粉制备的配制水泥的均匀性系数逐渐减久保龙彦小,颗粒分布加宽,对应的水泥需水量出现逐渐下降趋势,但是当石灰石粉掺量超过20%后,配制水泥的需水量降低不明显,趋于稳定;颗粒分布窄的石灰石粉制备的配制水泥的均匀性系数在掺入石灰石粉后有所降低语梅情,但随石灰石掺量增加其数值保持不变,对应的水泥的需水量却逐渐增大,这是因为窄颗粒分布的石灰石粉颗粒全部集中在25μm以下秋雅扮演者,其制备的配制水泥虽然整体粒度分布变化不大,但是在25μm以下部分存在局部的粒度分布集中,而且随着石灰石掺量的增加,局部颗粒集中的程度也加剧张又侠的父亲,这就造成了水泥需水量的增加。综合上述研究表明,在生产石灰石配制水泥时应对石灰石粉的颗粒分布进行控制,选取颗粒分布较宽的石灰石粉。
2.2 石灰石粉的细度对配制水泥强度性能的影响
试验分别选取了质量一般的熟料A、质量较好的熟料B和五种磨细的石灰石粉,按照石灰石粉等质量取代15%熟料粉制备配制水泥。熟料粉和石灰石粉的比表面积见表3。制备的配制水泥抗压强度见图3和图4秦皇纪。
表3 石灰石粉和熟料粉的比表面积

图3和图4表明二翁登泰山,石灰石粉的比表面积和粉磨方式对配制水泥的强度发展影响不大。随着石灰石粉比表面积的增大,配制水泥的3d抗压强度出现小幅增加,28d抗压强度基本不变;比表面积接近的条件下,宽颗粒分布的石灰石粉和窄颗粒分布的石灰石粉制备的配制水泥的抗压强度几乎没有差别。配制水泥用石灰石粉的细度宜控制在4000~5000cm2/g玛丽·杜布瓦,既能在现有粉磨工艺条件下生产,获得较低的粉磨电耗,又能保证所制备的配制水泥有较高的早期强度陈芸凡。

图3 熟料粉A制备的配制水泥的抗压强度

图4 熟料粉B制备的配制水泥的抗压强度
2.3 配制水泥与共同粉磨的水泥强度性能对比
将熟料、脱硫石膏和石灰石共同入磨粉磨制备共同粉磨水泥,将熟料粉和石灰石粉按照与共同粉磨水泥相同的配比制备了对应的配制水泥,水泥和组成材料的比表面积见表4黄氏延绿轩,水泥强度见图5和图6。
表4 共同粉磨水泥和配制水泥的比表面积 cm2/g

注:熟料粉比表面积:3 730cm2/g;石灰石粉比表面积:3 967cm2/g。
图5和图6表明,配制水泥的3d和28d抗压强度比共同粉磨水泥均具有较大的优势,而且随着石灰石掺量的增加,配制水泥的优势越明显,尤其是3d抗压强度;在相同的28d抗压强度条件下,配制水泥中能够多掺加5%左右的石灰石粉。考虑到共同粉磨水泥的比表面积比配制水泥高200cm2/g左右龙魂噬天决,若在相同比表面积条件下比较,配制水泥的强度优势还将增大。强度差异的主要原因在于,石灰石和熟料的易磨性存在较大差异(见表1),共同粉磨生产水泥的方式使得易磨性好的石灰石较多地集中在细颗粒部分,熟料则较多地集中在水泥的粗颗粒部分劳春燕去世,削弱了熟料的水化胶凝作用,而且石灰石掺加量越大,细颗粒中的石灰石粉越多,粗颗粒中的熟料越多;相比之下,何伊娜配制水泥的制备过程不受物料易磨性影响,相同石灰石掺量条件下,配制水泥3~32μm颗粒部分熟料较多,水泥强度比共同粉磨水泥有较大提高。

图5 不同石灰石掺量的共同粉磨水泥和
配制水泥的3d抗压强度

图6 不同石灰石掺量的共同粉磨水泥和
配制水泥的28d抗压强度
2.4 配制水泥与共同粉磨水泥制备混凝土性能对比
在相同比表面积条件下制备了15%石灰石掺量的共同粉磨水泥,20%石灰石粉掺量的配制水泥(熟料粉和石灰石粉比表面积分别为3880cm2/g和3967cm2/g),两种水泥的性能基本一致,见表5。采用两种水泥分别制备了两组混凝土(分别记为15%共同、20%配制),同时采用5%二级粉煤灰等质量取代20%石灰石粉掺量的配制水泥制备了一组混凝土(记为20%PZ+5%FA)。调节外加剂的用量,使得三组混凝土的坍落度均为180mm。混凝土配合比见表6罗布桑珠,混凝土的外加剂掺量和强度发展分别见图7和图8。
表5 用于制备混凝土的共同粉磨水泥和配制水泥性能

表6 混凝土配合比kg/m3


图7 不同水泥制备的混凝土达到相同坍落度时的外
加剂用量(占胶凝材料的百分数)

图8  不同水泥制备的混凝土的抗压强度
图7表明,在相同的坍落度条件下,配制水泥制备的混凝土外加剂掺量稍大,5%二级粉煤灰等量取代配制水泥后混凝土的外加剂用量与共同粉磨水泥制备的混凝土基本相同。这是因为配制水泥细颗粒中熟料颗粒较多,C3A矿物在混凝土拌合初期形成的水化产物较多,从而吸附了较多的外加剂[3],进而导致配制水泥制备的混凝土需要增加外加剂用量来获得与共同粉磨水泥制备的混凝土相同的坍落度;而采用5%二级粉煤灰等质量取代配制水泥,一方面粉煤灰稀释了水泥细颗粒中的熟料颗粒量加藤美佳,减少了水化产物的量;同时粉煤灰良好的滚珠效应也增大了新拌混凝土的流动性,一定程度上减少了减水剂的用量,二者综合作用使得混凝土减水剂用量获得降低。
结合表5和图8可知,尽管配制水泥与共同粉磨水泥的抗压强度基本相同,但是配制水泥制备的混凝土的早期和后期抗压强度均获得3MPa左右的提高;采用5%粉煤灰等量取代配制水泥后,混凝土3d和7d抗压强度稍有降低,28d抗压强度则有所增加。水泥胶砂和混凝土是两个不同的体系,胶砂强度由水泥的水化程度决定,而中等强度等级混凝土的强度则主要取决于浆体强度,同时界面过渡区也产生一定的影响,但是程度不大[4]。熟料粉、石灰石粉和混凝土中砂这三种材料的颗粒叠加效应使得配制水泥制备的混凝土浆体的密实程度更高,西北旺二手房混凝土表现出较高的强度;而粉煤灰取代配制水泥,虽然水泥的胶凝性有所降低,但是粉煤灰的微集料效应较好地弥补了胶凝性的不足,增加了砂浆体的密实性,因而混凝土早期强度仅出现轻微下降,而粉煤灰后期的火山灰效应则进一步填充了混凝土浆体空隙,使得混凝土28d强度有所提高舞王回一。
3 结论
1)为了获得较高的早期强度和较低的需水量,同时降低粉磨能耗,石灰石配制水泥宜采用比表面积在4000~5000cm2/g的颗粒分布较宽的石灰石粉。
2)随着石灰石掺量的增加,相比共同粉磨水泥,相同比表面积的配制水泥能够获得较高的早期和后期强度,尤其早期强度优势明显;相同强度条件下,配制水泥中能够多掺加5%左右的石灰石粉。
3)在水泥强度相同的条件下,配制水泥制备的普通混凝土的早期和后期抗压强度均能提高3MPa左右矮乐多,混凝土中还能够多掺加5%以上的掺合料。
石灰石配制水泥技术不仅能够增加水泥中混合材的掺量,减少熟料用量,降低水泥成本和能耗,而且能够使混凝土的强度获得较大提高,从而使混凝土企业获得丰厚的利润柯玉芝,可谓一举两得。
作者单位:天津水泥工业设计研究院有限公司