新型“熟料替代物”的水硬性摻加物

新型“熟料替代物”的水硬性摻加物

水泥工業降低CO2排放主要有如下三種方式：減少耗能高的CaCO3分解的數量、減少燃料消耗量和粉磨耗電量。

德國Wopfinger Baustoff工業公司從生態和經濟發展觀點，在長達4年的時間內，開展新型“熟料替代物”的水硬性摻加物的研究并取得了成功，現課題正在進一步深入開展，情況如下：

新型“熟料替代物”和普通水泥熟料相比，替代物中含有較高百分比的硅鋁化合物，這些成分通常有二次原料或粉煤灰、碎磚、廢型砂、鋁質廢料、建筑結構拆除材料等，因而原料中的石灰石含量較低。

配料計算表明：普通水泥熟料中含有的廢料取代率大致為25%，而熟料替代物則為46%。普通水泥熟料實際料耗約1.60t生料，而熟料替代物為1.2t生料，減少約25%～27%。

低CaO含量的水泥熟料品種中，40余年前出現的硫鋁酸鹽水泥具有高的熔融體和熔融溫度窄、煅燒困難的生產特性。熟料具有高的反應度、快凝和高的早期強度，可用于特殊工程（如快凝砂漿）。由于難于精確控制加水量、溫度波動及緩凝劑加入量等使用問題，此類水泥難于在工程中大量應用。

Wopfinger熟料替代物主要由有利于長期強度發展的單分子硅酸鈣（C.S）和硅酸鋁（C.A）組成，因而硬化較慢且早期強度發展較慢，在大量的煅燒試驗基礎上，開發出滿足早期強度發展、較普通水泥熟料性能更為特殊、應用較為廣泛的產品，目前生產方式及產品性能均已申請專利。

按照EN196-1抗壓強度試驗標準方法，對不同比例的普通水泥和熟料替代物進行測試，結果見表1。表1顯示早期強度發展明顯，即使50%的熟料替代物也能滿足混凝土更為廣泛的需求。

較高比例的熟料替代物與帶摻加物的普通水泥的強度發展見表2。表中反映出如下特性：

·高的早期強度發展減少干燥產生的風險。

·由于熟料替代物中含有單分子鈣硅（C.S）和鈣鋁（C.A）化合物，有利于混凝土快速養護，增加混凝土結構的可持續和耐久性。此外熟料替代物容易粉磨，產品中細顆粒多，配置的混凝土致密度高，有害物不易滲透高致密的混凝土結構，其使用壽命長。

·水化熱低，降低混凝土裂紋。

·C3A含量減少，增加抗硫蝕能力。

·抗冰融和除冰鹽性能增加。

表2中的CEMⅡ/A-L為波特蘭石灰水泥，熟料比例80%～94%，外加劑6%～20%，石膏0%～5%；CEMⅡ/ A-S為波特蘭礦渣水泥，熟料比例80%～94%，外加劑6%～20%，石膏0%～5%；CEMⅡ/B-M為波特蘭復合水泥，熟料比例65%～79%，外加劑21%～35%，石膏0%～5%。

熟料摻加物水泥的生態和經濟優點如下：

表1 不同比例熟料替代物的耐壓強度

表2 不同水泥品種的強度發展

表3 新型熟料替代物煅燒試驗

·由于原料中已分解的氧化鈣含量較多且燃料消耗量減少，熟料摻加物較普通水泥熟料在生產中產生的CO2排放量減少50%～60%。

·普通水泥熟料煅燒溫度1280℃，而熟料摻加物煅燒溫度為1200℃，減少了窯內燒成帶熱負荷和燃料消耗量。

·熟料摻加物易磨性好，電耗低。

·熟料摻加物可用普通熟料生產工藝進行生產，不需大量投資。

由于帶熟料替代物的水泥具有上述優點，其使用范圍較廣。現正進行新的熟料替代物試驗，在常規的小型水泥熟料生產線上（帶單筒冷卻機）生產了10t熟料替代物和8t普通水泥熟料，其生產性能見表3。

在實驗過程中窯的燒成帶熱負荷降低且沒有窯皮，生產未受任何干擾，盡管提高了9%的產能，天然氣消耗量降低約50%，CO2排放量減少57%，熟料替代物的質量和易磨性均較普通水泥熟料優良。

新型熟料替代物和普通水泥熟料相比，具有如下優點：

·從生態來看，節約天然氣，減少CO2排放，減少石灰石用量。

·從經濟來看，降低生料和燃料費用，改善窯的性能及減少粉磨電耗。

·從產品性能來看，其特殊性能使用范圍廣，且有利于混凝土耐久性。

·從生產過程來看，在現有水泥生產線上，生料制備及熟料煅燒能夠控制此類產品生產。在一些缺少和價格昂貴的熟料摻加物的國家有使用價值。

陳友德編譯自No.11/2013 Z.K.G.