低溫環境下水泥凝結時間調控方法研究

張文平

(葛洲壩興山水泥有限公司， 湖北 宜昌 443711)

低溫環境下水泥凝結時間調控方法研究

張文平

(葛洲壩興山水泥有限公司， 湖北 宜昌 443711)

冬季環境溫度偏低，很大程度上延長了水泥的凝結時間，對建筑施工影響較大。本文通過分析水泥凝結時間的影響因素，結合本公司原燃材料實際情況，采用多種手段對水泥凝結時間進行調控，使水泥凝結時間在低溫環境下有了較顯著的縮短，從而達到對水泥初凝時間可控的目的，更好的滿足現場施工要求。

凝結時間；磷渣；混合材

本公司位于湖北省宜昌市興山縣，山區冬季氣溫極低，對水泥的凝結時間有很高的要求。由于氣候的影響和混合材的性能以及摻量等因素，P.C32.5R水泥的凝結時間偏長，周邊地區民用企業混凝土澆筑和磚、板、瓦廠的使用帶來一定程度的影響。根據大量的實驗數據發現：熟料礦物組成、水泥粉磨細度、混合材以及外加劑等均對水泥凝結時間有著一定的影響，從這些方面著手對水泥生產工藝進行優化調整，有助于水泥凝結時間的調控。

1 水泥凝結時間的影響因素

影響水泥凝結時間的因素有多種，結合我公司實際生產情況，主要有以下幾種影響因素：

1.1 石膏種類和摻量

本公司的膏材選擇的是脫硫石膏，脫硫石膏的酸性較強，則需更多 Ca(OH)2與酸發生中和反應，水泥液相中使 Ca(OH)2達到過飽和的時間越長，Ca(OH)2析出晶體的時間也就越長，故水泥凝結時間就延遲越多。

1.2 生料配料

生料的常用配料主要包括磷渣、硫酸渣、頁巖、砂巖和石灰石五種，其中磷渣對熟料礦物的形成、水化作用和凝結時間有較大影響。

磷渣的主要化學成分是CaO和SiO2，另含有少量的Al2O3、Fe2O3、P2O5、F-等，其中磷酸鹽和氟化物對熟料水化均有抑制作用，導致凝結時間的延長。急冷的磷渣中大約含有 90%的玻璃體和少量的硅酸三鈣和硅酸二鈣，具有一定的活性，在熟料燒成的過程中起到晶種作用，大大降低了熟料礦物形成所需要的熱量，進而降低煤耗，提高產量。

此外，熟料的凝結速率對水泥凝結時間也有較大影響，因此縮短熟料凝結時間也至關重要。縮短熟料凝結時間的核心在于改變熟料中礦物組成比例，通過調整生料配料進而達到改善熟料中C3S、C2S、C3A以及C4AF的相對含量。

1.3 混合材種類及摻量

對于f2的分析如下，每個電子都受到垂直于導線的分力f2，而導體棒受到向左的力F總則是這些分力f2的合力。我們可以先假設該導體棒的長度為L，其橫截面積為S，在單位體積內的電荷數為n，且做定向運動的自由電子的電量為e。

為增強水泥后期強度，P.C 32.5R水泥中也摻入部分磷渣，磷渣能夠改善水泥的和易性和提高水泥后期強度，降低水化熱，適合在大型工程中使用。但是磷渣的存在，在一定程度上又延長了水泥的凝結時間。

1.4 水泥細度

水泥顆粒級配分布會直接影響水泥的水化、凝結硬化強度及水化熱等。顆粒越細，比表面積越大，水化時與水接觸面積也越大，水化速度越快（反應越迅速），凝結時間越短；但過細會導致水泥硬化時收縮率變大，造成強度下降，且容易出現開裂。此外，出磨水泥顆粒越細，能耗越高，進而提高生產成本。

2 試驗方案

針對冬季水泥性能和滿足客戶使用需求，結合以上幾種影響因素，分別設計方案進行研究：

（一）采用硬石膏代替原有的脫硫石膏進行粉磨，并適當降低其摻量；

（二）將混合材中磷渣的摻量由原來的 8%-9%逐漸減少至 1%左右，甚至不摻，增加爐渣的配比；

（三）降低生料中磷渣的摻量，優化窯上煅燒，適當提升熟料中 C3S和 C3A含量；

（四）要求水泥助磨劑廠商加強助磨劑易磨性，合理調整水泥助磨劑摻量，P.C32.5R型水泥助磨劑摻量由0.035%調至0.04%；

（五）在不影響水泥強度的前提下，適當降低水泥顆粒細度，將0.08mm篩余由2.0%左右調整至1.4%左右。

3 試驗結果及分析

提出實驗方案后，著手對上述方案逐一進行小磨實驗驗證，P.C32.5R的小磨實驗配比方案和測試結果如下所示：

從上表可以看出，爐渣摻量的增加對凝結時間無較大影響，而大幅減少磷渣摻量則能有效縮短水泥初凝時間，

石膏方面，用硬石膏代替脫硫石膏，并適當降低其摻比，實驗中石膏及熟料摻比實驗方案如下：

(注：B表示所摻石膏為脫硫石膏，C表示所摻石膏為硬石膏）

此外，也加強了對水泥細度的控制，將細度指標下調，通過延長小磨時間而增大水泥比表面積，加快其水化反應速率。實驗細度測量值及水泥凝結時間見下表：

由上表數據可知：水泥細度對凝結時間也有一定影響，通過控制其細度，實現了一定程度上縮短凝結時間的目的。

熟料是水泥生產的主要原料，熟料的凝結時間對水泥凝結時間也有很大程度的影響。因此，縮短熟料的凝結時間也會使水泥凝結時間的縮短。從生料配料調整后的熟料礦物組成和起到效果可知，熟料凝結時間的縮短對水泥凝結時間的改善起到一定作用，自調整方案開始實施，調整前后的熟料礦物組成及凝結時間見下表：

從上表數據可以看出，生料配料調整后熟料中C3S和C3A含量有所增加，而C3S和C3A是熟料礦物中水化反應速率最快的兩種礦物，這在一定程度上加快了熟料水化反應，縮短了熟料凝結時間。

有了上述一系列實驗方案的數據支撐，著手開始實際應用于生產，通過以上幾項措施的疊加效應，以達到縮短凝結時間的目的，最終結果符合小磨實驗結論，所生產水泥滿足了市場需求。

4 總結

經過此方案的調整優化，達到了一定的預期效果，明顯縮短了P.C32.5R型水泥在冬季低溫環境下的凝結時間，并穩定原材料和工藝方案，從而達到穩定水泥凝結時間的目的，滿足了客戶的施工需求，提升了我公司市場競爭力和客戶滿意度。

TQ172

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1007-6344（2017）09-0010-01