提高我国水泥强度的有效途径
对于水泥强度来说,无论是GB强度还是ISO强度,影响因素是相同的,影响趋势也是一致的,因为水泥强度是水化产物数量和形态所决定的。但由于灰砂比、水泥比不同,使得这些影响因素对两种方法检验的强度的影响程度不一样,而I/G(ISO强度与GB强度的比值,以下简称I/G)的大小就说明各因素对这两种强度的影响程度不同,对I/G值影响大的因素,也即说明了改变这因素对ISO强度的影响比对GB影响大,所以只要通过各因素对I/G的影响程度,就可以确定提高ISO强度的主要途径。
影响水泥强度的因素主要有烧成工艺、矿物组成、粉磨工艺、粉磨细度和颗粒组成、混合材品种及掺量等,那么这些因素对提高ISO强度影响程度是不同的,作为水泥生产企业必然希望能够通过又经济又有效的方法提高ISO强度,从现有的数据统计也已经可以明确矿物组成、水泥细度(注:本文中涉及的水泥细度均以比表面积表征)、混合材掺量对ISO强度有影响。
各因素在所设定的水平范围内对I/G影响程度是有明显差异的,相比较各因素对I/G(3天)影响程度差异较大些,其中水泥细度影响最明显,其次是窑型和混合材掺量,不同窑型的熟料主要是代表不同矿相结构和矿物组成,因此提高水泥细度和调整矿物组成对于提高3天ISO强度,缩小和GB强度之间的差值是有效的。而对于I/G(28天抗压比),则是混合材掺量影响程度较大,其次是细度。对于I/G(28天抗折比),各因素影响程度较接近。
由于普通硅酸盐水泥中混合材掺量为6%~15%,而研究表明普通水泥的性能与硅酸盐水泥很接近,可广泛用于各种结构工程,同时我国可作混合材料的工业废渣资源丰富,因此生产普通水泥不失为一种利废节能、降低成本的好途径,这些优点决定了普通水泥是我国产量最大的水泥品种。但各企业使用的混合材都是就地取材,各种废渣由于其结构、矿物组成以及颗粒形态不同,相互差别很大,即便是同类混合材,由于来源不同,对强度影响程度也不同。
混合材掺量以及混合材的活性对I/G的影响是明显的,然而由于水泥熟料烧成能耗高、污染严重,许多专家提出水泥工业未来发展的方向是高掺量混合材的“绿色水泥”。我国水泥标准与国际接轨是为了提高我国水泥产品的质量,但并不意味着要以大幅度降低混合材掺量作为代价。因此必须在保证一定混合材掺量的前提下提高ISO强度,所采取的措施就是要激发混合材的活性。
随着水泥比表面积的增加,3天、28天抗压强度随之增长,特别是早期强度增长趋势更为明显,水泥细度和ISO强度的关系与水泥细度和GB强度的关系基本一致,应该说与窑型、水泥品种无关,但细度对强度的影响程度是随熟料矿相结构、矿物组成、水泥品种、混合材种类以及检验方法的不同而异。这样使得水泥比表面积对I/G的影响则较为复杂,细度与I/G的关系并不像许多人认为的随着水泥比表面积的增加I/G随之增加。试验结果表明,在不同的细度范围,I/G的增长和下降是随着矿相结构、矿物组成、水泥品种、混合材种类的不同而异。无论窑型和水泥品种,水泥越细,3天、28天ISO抗压强度均呈现有规律的增长,但水泥细度与I/G的关系是随着熟料、混合材品种、掺量的不同在各比表面积范围呈现不同升降规律。分析水泥比表面积与I/G的这种关系,我们认为主要与 熟料结构、熟料的矿相组成、矿相晶体结构、晶体形态以及混合材有关。
由于水泥生产所用电耗的50%是用于水泥熟料的粉磨,因此水泥熟料颗粒的大小与磨机的电耗与产量是密切相关的;另一方面,熟料颗粒越小,与水反应的表面就越大,水化反应加速,有利于起胶凝作用的水化产物的形成。同时,熟料颗粒越小,水渗透到颗粒中心所需要的时间越短,水化程度提高,有利于充分发挥熟料的胶凝性能。
由于国情和历史的原因,我国水泥生产工艺是多种窑型并存,但不同窑型企业生产的水
泥是由统一的标准来评定,因此采用国际标准对每一个企业都非常重要,都存在如何提高水泥质量以适应新标准的问题,特别是立窑企业,形势更加严峻。
提高水泥ISO强度的影响因素目前主要是:(1)水泥熟料组成及结构、水泥细度、混合材掺量、混合材品种对水泥ISO强度以及I/G的影响程度是不同的,但影响程度的不同是与设定的水平范围有关。在一定的范围内,众多的影响因素中以混合材掺量对水泥ISO强度影响最显著,其次是水泥的细度,但要提高I/G(3天抗压强度比)则应提高水泥细度,适当调整熟料矿物组成以及提高熟料矿物活性。
(2)提高水泥细度可明显提高水泥ISO强度。当水泥比表面积由300平 方米/千克增至400平方米/千克时,水泥3天ISO强度可提高3兆帕~10 兆帕,28天强度提高1兆帕~8兆帕,3天、28天强度提高的幅度随熟料组成 、矿相结构、水泥品种、混合材种类的不同而异;I/G(强度比)并非完全随水 泥细度的增加而提高,而是在一定的细度范围内ISO强度随细度的变化较GB强 度敏感。对于多数企业来说最佳细度控制范围为350~400平方米/千克,并 且在适当提高细度的同时,要控制合理的颗粒组成。
(3)随着水泥中混合材掺量的增加,I/G(强度比)主要呈下降趋势。 (4)不同种类、不同来源的混合材对I/G(抗折比)影响较小,而对I/ G(抗压比)影响差异较大,综合起来说仍然是矿渣较为理想。
(5)熟料矿相与组成对水泥ISO强度的影响表现为:①对于不同企业的熟 料,熟料矿相影响较为突出,对ISO强度有利的A矿呈板柱状,并且边缘完整, 晶体尺寸较适中,大小均齐,晶体断面有双晶纹。铝酸三钙矿物呈点线状,铝酸三 钙含量和硅酸三钙含量对ISO强度的影响也比较明显的,但提高铝酸三钙含量和 硅酸三钙含量必须与煅烧工艺条件相结合,尽可能降低游离氧化钙含量,对于立窑 游离钙含量应控制小于1.5%。
②对于同一企业的熟料,熟料矿相特征并没有明显差别,只是由于配料方案不 同,煅烧工艺对调整后物料的适应程度不同导致熟料矿相有所变化;除了熟料矿相 明显异常,导致GB强度和ISO强度相差很大;那么在熟料煅烧较正常的情况下 ,硅酸三钙和铝酸三钙含量对ISO强度影响很明显。
(6)对于不同窑型企业生产的实物水泥,在实施新标准后,窑外分解窑企 业优势明显,立窑企业除了在配料方案、煅烧工艺等方面改进以提高熟料实物质量 ,更重要的是要在粉磨工艺、混合材掺量控制以及混合材选择等方面下工夫,才能 真正提高水泥实物质量。
提高我国水泥强度的有效途径
对于水泥强度来说,无论是GB强度还是ISO强度,影响因素是相同的,影响趋势也是一致的,因为水泥强度是水化产物数量和形态所决定的。但由于灰砂比、水泥比不同,使得这些影响因素对两种方法检验的强度的影响程度不一样,而I/G(ISO强度与GB强度的比值,以下简称I/G)的大小就说明各因素对这两种强度的影响程度不同,对I/G值影响大的因素,也即说明了改变这因素对ISO强度的影响比对GB影响大,所以只要通过各因素对I/G的影响程度,就可以确定提高ISO强度的主要途径。
影响水泥强度的因素主要有烧成工艺、矿物组成、粉磨工艺、粉磨细度和颗粒组成、混合材品种及掺量等,那么这些因素对提高ISO强度影响程度是不同的,作为水泥生产企业必然希望能够通过又经济又有效的方法提高ISO强度,从现有的数据统计也已经可以明确矿物组成、水泥细度(注:本文中涉及的水泥细度均以比表面积表征)、混合材掺量对ISO强度有影响。
各因素在所设定的水平范围内对I/G影响程度是有明显差异的,相比较各因素对I/G(3天)影响程度差异较大些,其中水泥细度影响最明显,其次是窑型和混合材掺量,不同窑型的熟料主要是代表不同矿相结构和矿物组成,因此提高水泥细度和调整矿物组成对于提高3天ISO强度,缩小和GB强度之间的差值是有效的。而对于I/G(28天抗压比),则是混合材掺量影响程度较大,其次是细度。对于I/G(28天抗折比),各因素影响程度较接近。
由于普通硅酸盐水泥中混合材掺量为6%~15%,而研究表明普通水泥的性能与硅酸盐水泥很接近,可广泛用于各种结构工程,同时我国可作混合材料的工业废渣资源丰富,因此生产普通水泥不失为一种利废节能、降低成本的好途径,这些优点决定了普通水泥是我国产量最大的水泥品种。但各企业使用的混合材都是就地取材,各种废渣由于其结构、矿物组成以及颗粒形态不同,相互差别很大,即便是同类混合材,由于来源不同,对强度影响程度也不同。
混合材掺量以及混合材的活性对I/G的影响是明显的,然而由于水泥熟料烧成能耗高、污染严重,许多专家提出水泥工业未来发展的方向是高掺量混合材的“绿色水泥”。我国水泥标准与国际接轨是为了提高我国水泥产品的质量,但并不意味着要以大幅度降低混合材掺量作为代价。因此必须在保证一定混合材掺量的前提下提高ISO强度,所采取的措施就是要激发混合材的活性。
随着水泥比表面积的增加,3天、28天抗压强度随之增长,特别是早期强度增长趋势更为明显,水泥细度和ISO强度的关系与水泥细度和GB强度的关系基本一致,应该说与窑型、水泥品种无关,但细度对强度的影响程度是随熟料矿相结构、矿物组成、水泥品种、混合材种类以及检验方法的不同而异。这样使得水泥比表面积对I/G的影响则较为复杂,细度与I/G的关系并不像许多人认为的随着水泥比表面积的增加I/G随之增加。试验结果表明,在不同的细度范围,I/G的增长和下降是随着矿相结构、矿物组成、水泥品种、混合材种类的不同而异。无论窑型和水泥品种,水泥越细,3天、28天ISO抗压强度均呈现有规律的增长,但水泥细度与I/G的关系是随着熟料、混合材品种、掺量的不同在各比表面积范围呈现不同升降规律。分析水泥比表面积与I/G的这种关系,我们认为主要与 熟料结构、熟料的矿相组成、矿相晶体结构、晶体形态以及混合材有关。
由于水泥生产所用电耗的50%是用于水泥熟料的粉磨,因此水泥熟料颗粒的大小与磨机的电耗与产量是密切相关的;另一方面,熟料颗粒越小,与水反应的表面就越大,水化反应加速,有利于起胶凝作用的水化产物的形成。同时,熟料颗粒越小,水渗透到颗粒中心所需要的时间越短,水化程度提高,有利于充分发挥熟料的胶凝性能。
由于国情和历史的原因,我国水泥生产工艺是多种窑型并存,但不同窑型企业生产的水
泥是由统一的标准来评定,因此采用国际标准对每一个企业都非常重要,都存在如何提高水泥质量以适应新标准的问题,特别是立窑企业,形势更加严峻。
提高水泥ISO强度的影响因素目前主要是:(1)水泥熟料组成及结构、水泥细度、混合材掺量、混合材品种对水泥ISO强度以及I/G的影响程度是不同的,但影响程度的不同是与设定的水平范围有关。在一定的范围内,众多的影响因素中以混合材掺量对水泥ISO强度影响最显著,其次是水泥的细度,但要提高I/G(3天抗压强度比)则应提高水泥细度,适当调整熟料矿物组成以及提高熟料矿物活性。
(2)提高水泥细度可明显提高水泥ISO强度。当水泥比表面积由300平 方米/千克增至400平方米/千克时,水泥3天ISO强度可提高3兆帕~10 兆帕,28天强度提高1兆帕~8兆帕,3天、28天强度提高的幅度随熟料组成 、矿相结构、水泥品种、混合材种类的不同而异;I/G(强度比)并非完全随水 泥细度的增加而提高,而是在一定的细度范围内ISO强度随细度的变化较GB强 度敏感。对于多数企业来说最佳细度控制范围为350~400平方米/千克,并 且在适当提高细度的同时,要控制合理的颗粒组成。
(3)随着水泥中混合材掺量的增加,I/G(强度比)主要呈下降趋势。 (4)不同种类、不同来源的混合材对I/G(抗折比)影响较小,而对I/ G(抗压比)影响差异较大,综合起来说仍然是矿渣较为理想。
(5)熟料矿相与组成对水泥ISO强度的影响表现为:①对于不同企业的熟 料,熟料矿相影响较为突出,对ISO强度有利的A矿呈板柱状,并且边缘完整, 晶体尺寸较适中,大小均齐,晶体断面有双晶纹。铝酸三钙矿物呈点线状,铝酸三 钙含量和硅酸三钙含量对ISO强度的影响也比较明显的,但提高铝酸三钙含量和 硅酸三钙含量必须与煅烧工艺条件相结合,尽可能降低游离氧化钙含量,对于立窑 游离钙含量应控制小于1.5%。
②对于同一企业的熟料,熟料矿相特征并没有明显差别,只是由于配料方案不 同,煅烧工艺对调整后物料的适应程度不同导致熟料矿相有所变化;除了熟料矿相 明显异常,导致GB强度和ISO强度相差很大;那么在熟料煅烧较正常的情况下 ,硅酸三钙和铝酸三钙含量对ISO强度影响很明显。
(6)对于不同窑型企业生产的实物水泥,在实施新标准后,窑外分解窑企 业优势明显,立窑企业除了在配料方案、煅烧工艺等方面改进以提高熟料实物质量 ,更重要的是要在粉磨工艺、混合材掺量控制以及混合材选择等方面下工夫,才能 真正提高水泥实物质量。