預(yù)拌混凝土與水泥技術(shù)

中圖分類號(hào): TQ172.1 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼: A 文章編號(hào): 1007- 6344( 2008) 02- 0007- 04

摘要: 預(yù)拌混凝土促進(jìn)了散裝水泥的高速發(fā)展, 同時(shí)也對(duì)水泥的質(zhì)量和性能提出了新的要求。文章就預(yù)拌混凝土需水泥的性能要求, 提出對(duì)水泥技術(shù)的調(diào)整、優(yōu)化, 生產(chǎn)出與預(yù)拌混凝土相匹配的水泥, 推動(dòng)水泥工業(yè)和預(yù)拌混凝土的發(fā)展。

關(guān)鍵詞: 預(yù)拌混凝土水泥技術(shù)調(diào)整優(yōu)化

　　混凝土是水泥的最主要應(yīng)用形式，也是當(dāng)代最主要的建筑材料之一。自19 世紀(jì)初發(fā)明水泥至今，應(yīng)用水泥制備混凝土是將水泥、砂子、石子和水按一定配比，在施工現(xiàn)場(chǎng)拌和均勻、澆注成型、硬化成人造石材建造各種建筑物或構(gòu)筑物。這種在極度分散的施工現(xiàn)場(chǎng)用袋裝水泥制備混凝土的方法，不僅難以規(guī)范、控制工程質(zhì)量，而且耗用大量資源、污染環(huán)境。預(yù)拌混凝土(也稱商品混凝土)在專業(yè)混凝土攪拌站，用散裝水泥集中配制、攪拌混凝土和砂漿，然后由配送中心配送至各施工現(xiàn)場(chǎng)使用，從而有效地促進(jìn)散裝水泥的高速發(fā)展，實(shí)現(xiàn)了節(jié)能減排、資源節(jié)約和綜合利用、保護(hù)環(huán)境。

　　商務(wù)部會(huì)同建設(shè)部等有關(guān)部門(mén)，從2004 年開(kāi)始啟動(dòng)了禁止在124 個(gè)中心城市的施工現(xiàn)場(chǎng)攪拌混凝土的工作，截至2006 年年底，全國(guó)“禁現(xiàn)”城市達(dá)300 多個(gè)，建立規(guī)?；默F(xiàn)代混凝土集中攪拌生產(chǎn)，配送中心2891 家。2007 年7 月，商務(wù)部等六部門(mén)又發(fā)布了《關(guān)于在部分城市限期禁止攪拌砂漿工作的通知》，將進(jìn)一步促使散裝水泥、預(yù)拌混凝土的發(fā)展。

1 預(yù)拌混凝土對(duì)水泥性能的要求

　　預(yù)拌混凝土與傳統(tǒng)的現(xiàn)場(chǎng)攪拌混凝土的工藝有所區(qū)別，使得混凝土、砂漿的施工性能要求方面有所不同。預(yù)拌混凝土攪拌站與建筑工地的運(yùn)輸距離增大，混凝土、砂漿的流動(dòng)性、坍落度損失增大，施工時(shí)流動(dòng)性差或凝結(jié)過(guò)快，致使無(wú)法施工，有時(shí)甚至在運(yùn)輸途中發(fā)生凝固。新型的預(yù)拌混凝土，采用計(jì)算機(jī)程序控制成分配比，形成了一套可追溯的質(zhì)量保證體系，對(duì)水泥的性能、質(zhì)量的均勻性和穩(wěn)定性要求更高。為適應(yīng)施工環(huán)境、改善施工性能、提高工程質(zhì)量，加入適當(dāng)?shù)耐饧觿┦穷A(yù)拌混凝土的又一特性。所以預(yù)拌混凝土用水泥的基本性能如下：

　　（1）水泥的均質(zhì)性與穩(wěn)定性是第一位。水泥各項(xiàng)技術(shù)性能指標(biāo)必須符合國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)要求外，特別應(yīng)保持產(chǎn)品的均質(zhì)性與穩(wěn)定性，化學(xué)成分、細(xì)度、各齡期強(qiáng)度、凝結(jié)時(shí)間、標(biāo)準(zhǔn)稠度用水量不能有較大波動(dòng)。

　?。?）配制混凝土?xí)r需水量小、流動(dòng)性經(jīng)時(shí)損失小，與外加劑有較好的適應(yīng)性。

　　（3）水泥混合材種類的匹配、摻入量要科學(xué)、合理；重視石膏品種的選擇。

　　（4）水泥粉磨時(shí)不僅要合理控制細(xì)度，而且要重視水泥的顆粒級(jí)配和顆粒形狀的控制。

　　（5）重視出廠水泥的溫度控制。

　?。?）在混凝土有特殊要求時(shí)，應(yīng)提供專用水泥。

2 水泥生產(chǎn)技術(shù)與預(yù)拌混凝土的匹配

　　水泥制造與在混凝土中的使用是緊密相連的，混凝土攪拌、使用的方法發(fā)生了變化，水泥制造技術(shù)也應(yīng)作適當(dāng)?shù)恼{(diào)整，才能生產(chǎn)出與預(yù)拌混凝土相匹配的水泥，為預(yù)拌混凝土的發(fā)展作出貢獻(xiàn)的同時(shí)，擴(kuò)大自己的市場(chǎng)。

2.1 熟料配料技術(shù)的調(diào)整

　　應(yīng)用水泥制備混凝土，水泥的性能主導(dǎo)著混凝土的性能，而水泥的性能主要取決熟料的礦物組成及其特性。由熟料礦物水化速率、放熱速率大小順序（C3A> C3S> C4AF> C2S）、單礦物的化學(xué)減縮大小順序（C3A> C4AF> C3S> C2S）可知，C3A 水化速度、放熱速率、化學(xué)減縮量最大，導(dǎo)致水泥的標(biāo)準(zhǔn)稠度用水量增大或流動(dòng)性損失大、初凝時(shí)間縮短；由于C3A 水化速度最快，對(duì)外加劑吸附量最大，影響其它礦物需要外加劑的數(shù)量。據(jù)資料顯示：當(dāng)C3A上升1%，其標(biāo)準(zhǔn)稠度用水量也增加1%，而混凝土用水量增加6～7kg/m3。不少學(xué)者對(duì)熟料礦物與外加劑的吸附性研究發(fā)現(xiàn)：C3A 對(duì)外加劑吸附量遠(yuǎn)高于其它礦物；有的研究顯示：熟料KH 相同，C3A 含量高的水泥對(duì)減水劑的吸附量大，KH=0.88 的水泥吸附量小，KH=0.94 的水泥吸附量大，所以C3A 與C3S 是影響水泥對(duì)減水劑吸附量最大的兩種礦物。

　　綜上所述，滿足預(yù)拌混凝土的水泥熟料礦物組成：C3A 含量應(yīng)少，C3S 含量適中(不宜太高)，C2S 和C4AF 適當(dāng)增加。熟料的配料方案調(diào)整、設(shè)定為高硅酸率、中飽和系數(shù)、低鋁氧率，即KH=0.89～0.91、SM=2.5～2.8、IM=0.9～1.2。與預(yù)分解窯的常規(guī)配料方案：“ 兩高一中”，KH=0.90 ～0.92、SM=2.5 ～2.8、IM=1.6～1.9 相比，KH 略有降低，但I(xiàn)M 降低幅度較大，使液相黏度較低、燒結(jié)范圍變窄，給煅燒帶來(lái)一定困難，會(huì)出現(xiàn)結(jié)粒大小不一、飛砂、“堆雪人”、冷卻效果差，因此，煅燒制度的調(diào)整和優(yōu)化是關(guān)鍵。配料方案的選擇與調(diào)整，應(yīng)根據(jù)工廠生料易燒性、燒成帶熱力強(qiáng)度、操作水平對(duì)推薦配料方案適當(dāng)調(diào)整，逐步過(guò)渡。

2.2 熟料煅燒技術(shù)的優(yōu)化

　　煅燒技術(shù)是燒制“高硅、低鋁”方案的關(guān)鍵。礦物的實(shí)際含量和結(jié)構(gòu)與煅燒溫度、煅燒氣氛、冷卻速度密切相關(guān)。因此，煅燒該配料方案的熟料，應(yīng)加強(qiáng)控制、優(yōu)化熱工參數(shù)：a）煤粉控制。煙煤細(xì)度5%～8%，無(wú)煙煤細(xì)度1%以下，水分< 1.5%；加快煤粉燃燒速度，確保熱力集中及煤灰沉降均勻。b）減少一次風(fēng)，提高二、三次風(fēng)溫，燒成帶長(zhǎng)度控制在15～20m 左右(避免低溫長(zhǎng)燒)。c)選擇合適的燃燒器。加強(qiáng)風(fēng)煤配合，調(diào)整火焰形狀，提高窯頭熱力強(qiáng)度和煅燒質(zhì)量。d)采用薄料快燒。窯速控制在額定轉(zhuǎn)速的90%左右，保證均勻及較快傳熱效果，有利于穩(wěn)定煅燒溫度。e)加快冷卻速度。盡量消除窯內(nèi)冷卻帶，增大冷卻機(jī)前端風(fēng)量，保證冷卻效果。熱工制度的優(yōu)化，為熟料礦物組成和結(jié)構(gòu)的形成提供了保障。隨著煅燒溫度提高，硅酸鹽礦物固溶Al2O3、Fe2O3 的含量增多，A 礦的幾何軸比增大、邊棱清晰，不僅硅酸鹽礦物活性提高，而且減少了C3A 的含量。加快冷卻速度，也使C3A、C4AF 析晶減少，有利于水泥對(duì)外加劑的適應(yīng)性。風(fēng)煤配合，燃燒充分，薄料快燒，克服了窯內(nèi)還原氣氛，避免了FeO使窯內(nèi)物料結(jié)皮及結(jié)粒不均、降低燒成溫度，形成黃心料(C3A 明顯增多)。所以，合理而有針對(duì)性的煅燒技術(shù)，為燒制出適合預(yù)拌混凝土的水泥熟料提供了技術(shù)支持。

2.3 水泥制成技術(shù)

2.3.1 石膏品種與摻量

　　合適的石膏品種及摻量，不僅能有效地調(diào)節(jié)水泥的凝結(jié)時(shí)間，同時(shí)還能提高早期強(qiáng)度、降低收縮、改善耐久性。近年來(lái)大量研究表明，石膏的品種與摻量對(duì)混凝土外加劑的使用有著顯著影響。韓越、何廷樹(shù)等人研究了“水泥中不同品種石膏及摻量對(duì)高效減水劑———5 種緩凝劑的輔助塑化效應(yīng)”得出：摻二水石膏水泥漿流動(dòng)度最大、流動(dòng)度經(jīng)時(shí)損失最??；硬石膏對(duì)減水劑相容性最差。有混凝土攪拌站發(fā)現(xiàn)：某水泥廠仍用二水石膏，而混凝土還未到達(dá)目的地就發(fā)生凝固，原因是二水石膏結(jié)晶水只有4%，實(shí)際上該石膏是硬石膏與二水石膏的混生物。

　　因此，生產(chǎn)預(yù)拌混凝土的水泥，選擇石膏及摻量時(shí)應(yīng)注意：①選擇結(jié)晶水含量較高(13%以上)的二水石膏，其溶解速度較快，抑制C3A 急凝效率高，對(duì)改善水泥的外加劑相容性有利。②粉磨水泥時(shí)控制好磨內(nèi)溫度，防止二水石膏脫水，發(fā)生急凝或假凝現(xiàn)象，減弱對(duì)外加劑的適應(yīng)性。③在滿足凝結(jié)時(shí)間與強(qiáng)度性能的要求下，適當(dāng)提高水泥中SO3 含量，有利于改善水泥與外加劑相容性，減少流動(dòng)性能的經(jīng)時(shí)損失，降低水泥漿的收縮率。④工業(yè)副產(chǎn)石膏的選擇注意雜質(zhì)對(duì)水泥性能與外加劑相容性影響。有研究表明，陶瓷工業(yè)廢棄的石膏模作緩凝劑對(duì)水泥外加劑相容性及強(qiáng)度有利。

2.3.2 混合材種類及摻量的優(yōu)化

　　混合材種類不同，其性能各異。吸水性小的混合材，標(biāo)準(zhǔn)稠度用水量少，對(duì)改善水泥的外加劑有利。燒黏土、燒頁(yè)巖、燒煤矸石等，吸水性強(qiáng)，會(huì)增加水泥標(biāo)準(zhǔn)稠度用水量，不利于水泥的外加劑相容性。活性高的礦渣、球形玻璃體含量高，吸水性小，對(duì)改善水泥的外加劑相容性有利(摻量太多易泌水)。石灰石自身需水小、且易磨性好，與熟料共同粉磨，有利于改善水泥的顆粒分布，降低標(biāo)準(zhǔn)稠度用水量，改善水泥外加劑的相容性。粉煤灰含細(xì)小密實(shí)的玻璃體越多，燒失量越小，則活性高，吸水性小、塑化效果好；含不規(guī)則的多孔玻璃體越多，燒失量越大的粉煤灰，其需水量增加、塑化效果差。按節(jié)能減排、資源節(jié)約和綜合利用的原則，應(yīng)提倡將不同性能的混合材，取長(zhǎng)補(bǔ)短、優(yōu)勢(shì)互補(bǔ)地配合使用。石灰石與礦渣配合，其易磨性差異，可改善水泥的顆粒分布和顆粒組成，既有利于水泥的流動(dòng)性和與外加劑的相容性，又能使各階段強(qiáng)度均衡發(fā)展。礦渣與煤矸石配合，由于吸水差異，可改善水泥的泌水性，需水量減少，水泥的和易性及強(qiáng)度提高，也有利于與外加劑的適應(yīng)性。礦渣與粉煤灰、鋼渣與粉煤灰可防止泌水、離析，提高混凝土和易性、與外加劑適應(yīng)性。所以，不同特性的混合材有機(jī)配合，對(duì)改善水泥或混凝土的施工性能更有利。

2.3.3 水泥粉磨技術(shù)與水泥細(xì)度的優(yōu)化

　　水泥的細(xì)度是水泥質(zhì)量的主要技術(shù)指標(biāo)之一，也是影響混凝土制備的主要因素之一。因此，水泥細(xì)度就成為混凝土界與水泥界分歧最大的問(wèn)題之一?；谒噘|(zhì)量的膠砂強(qiáng)度發(fā)展，水泥廠為最大限度發(fā)揮熟料的潛能，將水泥磨得較細(xì)。而混凝土界認(rèn)為，越細(xì)的水泥，需水量越大，與外加劑相容性差，初期水化熱越大，混凝土開(kāi)裂敏感性越大。產(chǎn)生矛盾的原因，還與水泥膠砂強(qiáng)度檢測(cè)程序與混凝土制備和使用程序的時(shí)間差有關(guān)。應(yīng)用水泥制備預(yù)拌混凝土，3～5!m 以下的水泥顆粒的水化，在攪拌和運(yùn)輸過(guò)程中從開(kāi)始到完成澆注、振搗成型后，對(duì)強(qiáng)度貢獻(xiàn)很小(但對(duì)水泥膠砂強(qiáng)度有一定貢獻(xiàn))。所以，要適應(yīng)預(yù)拌混凝土的需要，水泥的細(xì)度應(yīng)調(diào)整優(yōu)化。

　　考慮節(jié)能和水泥的社會(huì)效益，粉磨水泥時(shí)，不僅要控制合理的水泥細(xì)度，同時(shí)應(yīng)盡量?jī)?yōu)化顆粒級(jí)配分布，對(duì)水泥膠砂強(qiáng)度和混凝土制備都有利。研究表明，相同比表面積的同品種水泥，顆粒級(jí)配分布越窄，其堆積空隙率越大，標(biāo)準(zhǔn)稠度用水量越大，凝結(jié)時(shí)間越長(zhǎng)，1d 膠砂強(qiáng)度越低，對(duì)外加劑適應(yīng)性越差；隨比表面積增加，1d 膠砂強(qiáng)度增幅不大。而顆粒級(jí)配分布較寬時(shí)，堆積密度越大，水泥流動(dòng)性好，對(duì)外加劑相容性較好。

　　水泥顆粒分布的優(yōu)化，依靠粉磨技術(shù)的調(diào)整、優(yōu)化。各種水泥粉磨技術(shù)的顆粒分布特征如下：①傳統(tǒng)的開(kāi)路球磨，雖顆粒分布較寬，但過(guò)粉磨嚴(yán)重，3～5"m 以下的顆粒多。②輥壓磨—擠壓聯(lián)合粉磨開(kāi)路系統(tǒng)，入球磨機(jī)的物料< 3mm，明顯縮短了粉磨時(shí)間，3～5#m 以下的顆粒減少，保持了顆粒分布寬，改善了輥壓終粉磨的顆粒形狀復(fù)雜的弊端。③高細(xì)粉磨系統(tǒng)，由于磨內(nèi)特殊裝置，優(yōu)化了粉磨狀態(tài)，實(shí)現(xiàn)了磨內(nèi)物料篩分，消除了粗磨倉(cāng)過(guò)粉磨，提高了細(xì)磨倉(cāng)粉磨效率，3～5$m 以下的顆粒大幅減少，顆粒分布優(yōu)化。④閉路粉磨系統(tǒng)，選粉機(jī)減少了過(guò)粉磨，也使顆粒分布變窄。但可優(yōu)化選粉效率與循環(huán)負(fù)荷率的關(guān)系或利用物料易磨性差異，改善顆粒分布。⑤立式磨或輥壓磨的終粉磨系統(tǒng)，磨制的水泥顆粒形狀為多角形，使水泥的標(biāo)準(zhǔn)稠度用水量在增大。

2.3.4 水泥的冷卻技術(shù)

　　由于入磨物料溫度較高、易磨性差、粉磨能量轉(zhuǎn)換，使磨內(nèi)物料溫度過(guò)高(可能高于100℃)產(chǎn)生靜電效應(yīng)，引起水泥顆粒吸附能力強(qiáng)、出磨水泥溫度高?；炷两鐝慕?jīng)驗(yàn)得知：“新鮮水泥”會(huì)影響外加劑的塑化效果，希望使用陳放一段時(shí)間后的水泥。而水泥廠為了加快周轉(zhuǎn)，希望水泥盡快出廠。

　　出磨水泥陳放旨在降低溫度、減弱靜電吸附。但水泥在封閉的圓庫(kù)內(nèi)降溫效果不佳(袋裝水泥較好)，同時(shí)，較長(zhǎng)時(shí)間的陳放會(huì)使水泥變質(zhì)。所以，降溫的措施不在于陳放，而是對(duì)出磨水泥采取強(qiáng)制冷卻的方式：①水泥粉磨冷卻。包括磨內(nèi)霧狀噴水、胴體淋水，防止磨內(nèi)溫度太高和石膏脫水、減弱靜電吸附。②選粉兼冷卻：選粉機(jī)通入冷風(fēng)，水泥在分選的同時(shí)受到冷卻。③輸送兼冷卻：空氣輸送斜槽具有一定的冷卻功能。④專用流態(tài)化冷卻器。其中選粉兼冷卻和流態(tài)化冷卻器效果較好，F(xiàn).L 史密斯水泥冷卻器，可使110℃的水泥降至65℃。目前水泥廠對(duì)出磨水泥的冷卻問(wèn)題，并不完全是技術(shù)上的問(wèn)題，而是對(duì)出磨水泥冷卻與水泥使用性能的關(guān)系認(rèn)識(shí)不足。

2.3.5 出磨水泥的均化技術(shù)

　　水泥的均質(zhì)性和穩(wěn)定性是混凝土制備和工程質(zhì)量的首要問(wèn)題。預(yù)分解窯技術(shù)，生產(chǎn)高等級(jí)水泥不再是制備高等級(jí)混凝土的制約因素，而出廠水泥的均勻性、穩(wěn)定性還有待進(jìn)一步提高。有些水泥廠的同一品種、同一強(qiáng)度等級(jí)的不同批次(甚至同一批次)，其技術(shù)指標(biāo)波動(dòng)較大。究其原因，一方面是生產(chǎn)、設(shè)備、質(zhì)量管理不穩(wěn)定。另一方面是水泥均化措施的缺失。新型干法采用了原燃料預(yù)均化技術(shù)、生料攪拌技術(shù)、懸浮預(yù)熱和預(yù)分解技術(shù)、高效節(jié)能的粉磨技術(shù)。唯獨(dú)水泥均化技術(shù)不足，使出廠水泥存在均勻性的問(wèn)題。前者可通過(guò)工廠與攪拌站溝通，是可防范的。后者是混凝土制備不可防范的，輕者影響混凝土制備，重者危及工程質(zhì)量。水泥粉磨，當(dāng)熟料質(zhì)量不均勻、物料易磨性差別、物料比重差異與選粉分層，使水泥的均質(zhì)性變差。所以，出磨水泥均化的必要性不容置疑。有必要設(shè)置專用的水泥均化設(shè)施，提高、完善水泥的均化：①機(jī)械倒庫(kù)：適合已投產(chǎn)的改造。②水泥氣力均化庫(kù)：適合新建廠，但要注意水泥特性(摻混合材)與充氣時(shí)間的關(guān)系，防止顆粒離析。③兼均化的散裝水泥庫(kù)：卸料與均化同步，防止顆粒離析。

3 結(jié)束語(yǔ)

　　生產(chǎn)和提供與預(yù)拌混凝土相匹配的水泥是混凝土技術(shù)發(fā)展與社會(huì)發(fā)展的需要。作為商品的預(yù)拌混凝土，其施工性能和質(zhì)量是工程質(zhì)量的百年大計(jì)。由此對(duì)預(yù)拌混凝土的水泥質(zhì)量和性能要求更高，特別是與外加劑的適應(yīng)性要求，給水泥制造提出了新的課題。水泥廠應(yīng)本著水泥的社會(huì)效益的適應(yīng)性，充分關(guān)注混凝土攪拌站的需求，從混凝土綜合性能方面去認(rèn)識(shí)水泥的品質(zhì)，調(diào)整水泥生產(chǎn)技術(shù)。同時(shí)提倡水泥廠與攪拌站加強(qiáng)溝通，雙向互動(dòng)，水泥廠為攪拌站提供水泥對(duì)外加劑種類適應(yīng)性參數(shù)，攪拌站為水泥廠提供外加劑的化學(xué)特性，為生產(chǎn)相應(yīng)性能的水泥提供科學(xué)依據(jù)。

參考文獻(xiàn)

　　[ 1] 包先誠(chéng), 馮云, 趙云中. 水泥廠應(yīng)向預(yù)拌混凝土站提供什么樣的水泥[ N] . 中國(guó)建材報(bào)2007. 6. 5 日. B3 版.

　　[ 2] 商務(wù)部等六部門(mén). 關(guān)于在部分城市限制禁制在現(xiàn)場(chǎng)攪拌砂漿工作的通知[ N] . 中國(guó)建材報(bào)2007. 6. 15 日. 第一版.

　　[ 3] 王強(qiáng), 王亞麗等. 熟料率值及礦物組成不同的水泥對(duì)高效減水劑吸附性能的研究[ J ] . 水泥, 2007, ( 3) : 18～19.

　　[ 4] 沈威, 黃文熙, 閔盤(pán)榮. 水泥工藝學(xué)[M] . 武漢: 武漢工業(yè)大學(xué)出版社, 1996.

　　[ 5] 肖爭(zhēng)鳴, 李堅(jiān)利. 水泥工藝技術(shù)[M] . 北京: 化學(xué)工業(yè)出版社, 2006.

　　[ 6] 吳笑梅, 樊粵明. 優(yōu)質(zhì)水泥的生產(chǎn)技術(shù)[ J ] . 水泥,2007, ( 3) : 20～21.