機場專用水泥研究與應(yīng)用

曾飛，陳俊華，王剛，黃英姿，文強，熊義俊，劉愛云

（中國葛洲壩集團(tuán)水泥有限公司，湖北 武漢 430000）

0 引言

飛機是人們出行經(jīng)常使用的交通工具，隨著國家經(jīng)濟的發(fā)展，基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)不斷完善，新建機場數(shù)量也在逐年增加[1]。現(xiàn)階段，水泥混凝土道面廣泛應(yīng)用于機場，要嚴(yán)格控制機場混凝土質(zhì)量，從而為飛機的起飛和降落平穩(wěn)性提供保障，同時也保障了起飛和降落的安全性。機場的混凝土道面如果耐久性差，會對飛機的安全造成隱患，且翻修也會造成巨大的浪費，因此在建設(shè)之初，應(yīng)充分考慮機場混凝土的耐久性問題，開發(fā)具有高韌性與耐磨性的機場專用混凝土。

我國未來還會有較大規(guī)模機場建設(shè)，機場水泥混凝土市場前景廣闊，水泥需求量巨大，我公司作為國內(nèi)大型水泥生產(chǎn)企業(yè)，研究符合機場混凝土道面高韌性與耐磨性等需求特征的水泥產(chǎn)品具有重要的意義，一方面可儲備機場水泥生產(chǎn)技術(shù)，提升企業(yè)技術(shù)實力，另一方面能鞏固企業(yè)在機場領(lǐng)域內(nèi)品牌地位，增強品牌影響力。

1 產(chǎn)品主要質(zhì)量控制指標(biāo)

通過了解水泥混凝土機場道面項目客戶需求，結(jié)合國家相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)要求，確定了機場道面專用水泥質(zhì)量控制指標(biāo)：

（1）抗折強度和耐磨性是機場水泥混凝土道面關(guān)鍵指標(biāo)，良好的抗折強度和耐磨性能提升機場混凝土道面韌性，延長跑道使用壽命。具體指標(biāo)：水泥抗折強度28d≥8.0MPa，耐磨性 28d 磨耗量≤2.5kg/m2。

（2）水泥凝結(jié)時間直接影響混凝土強度及混凝土工作性能，因此要提高水泥凝結(jié)時間的穩(wěn)定性。具體指標(biāo)：水泥初凝時間≥1.5h，終凝時間≤10h。

（3）降低水泥需水量對降低混凝土用水量、提高混凝土強度、降低水泥用量有重要意義。具體指標(biāo)：水泥需水量≤28%。

（4）水泥的化學(xué)成分和物理指標(biāo)符合表 1 要求。

表 1 化學(xué)成分和物理指標(biāo)技術(shù)要求 %

2 研究過程

2.1 原燃材料選擇

結(jié)合產(chǎn)品質(zhì)量技術(shù)要求及公司周邊地材資源情況綜合考慮，鈣質(zhì)材料選用公司自有礦山生產(chǎn)和均化的石灰石，硅質(zhì)材料選用公司附近頁巖及紅砂巖，鐵質(zhì)材料選用公司附近鐵礦石，鋁質(zhì)材料選用公司附近濕粉煤灰，燃料選擇穩(wěn)定性較好的陜西原煤。原材料質(zhì)量控制指標(biāo)見表 2。

2.2 分析不同配比熟料中化學(xué)成分以及對熟料強度的影響

不同配比熟料成分化學(xué)分析見表 3，熟料物理性能檢驗結(jié)果見表 4。

表 2 原材料主要質(zhì)量控制指標(biāo)

表 3 不同生料配比熟料成分化學(xué)分析

表 4 熟料物理性能檢驗結(jié)果

通過分析不同礦物組成含量熟料物理性能，可以看出隨著 C4AF 含量的增加，熟料 28d 抗折強度逐漸提高，表明 C4AF 有助于提高熟料抗折強度，增加結(jié)構(gòu)韌性，應(yīng)適當(dāng)提高 C4AF 含量。隨著 C3A 含量的增加，熟料早期強度逐漸增加，熟料后期強度變化不明顯。

2.3 制定生料配料方案和驗證熟料性能

根據(jù)原材料質(zhì)量控制要求，現(xiàn)場取樣測定各材料化學(xué)組分，同時考慮熟料化學(xué)成分對熟料強度的影響，初步擬定生熟料配料方案見表 5，擬定生熟料三率值控制指標(biāo)見表 6，生產(chǎn)出的熟料化學(xué)分析和物理分析見表 7和表 8。

表 5 生熟料化學(xué)成分及配料 %

表 6 生熟料三率值控制指標(biāo)

從以上配料方案可以看出，所選原材料各項指標(biāo)滿足生產(chǎn)機場水泥各項控制指標(biāo)要求，熟料三率值控制相對合理，C3A、C4AF 等指標(biāo)均在控制指標(biāo)范圍內(nèi)。

從熟料化學(xué)分析和物理檢驗結(jié)果可以看出，熟料化學(xué)組成及礦物組成在控制指標(biāo)范圍內(nèi)，熟料 28d 抗壓強度和抗折強度較高，為提高生產(chǎn)水泥抗壓強度和抗折強度提供了保障。

2.4 確定助磨劑、混合材、緩凝材料種類和摻量

通過小磨和大磨工業(yè)試驗，尋找合適品質(zhì)的助磨劑、混合材和緩凝材料，確定其摻量，控制好水泥細(xì)度與比表面積，提高水泥的適應(yīng)性，同時對試生產(chǎn)水泥進(jìn)行干縮率和耐磨性檢測。

2.4.1 助磨劑的選擇

選用助磨劑廠家為湖北荊門某生產(chǎn)廠家，根據(jù)前期生產(chǎn)使用經(jīng)驗，通過小磨試驗，確定助磨劑最佳摻比。助磨劑小磨試驗配比及試驗結(jié)果如表 9。

對比未添加助磨劑空白樣與添加了 0.05% 助磨劑的試驗樣，熟料摻量下降了 5%，3d 抗折強度增長了0.4MPa，3d 抗壓強度增長了 3MPa，28d 抗折強度增長了 0.1MPa，28d 抗壓強度增長了 1.3MPa，結(jié)果表明摻了 0.05% 助磨劑后，在熟料摻比下降 5% 情況下，抗壓強度與抗折強度均有增長，因此該品種助磨劑對抗壓強度與抗折強度均有較好的提升作用。

表 7 熟料化學(xué)分析

表 8 熟料物理性能

表 9 助磨劑小磨試驗配比及結(jié)果

2.4.2 混合材、緩凝材料的選擇

根據(jù)機場水泥技術(shù)要求，混合材不得摻窯灰、煤矸石、火山灰、黏土、煤渣。當(dāng)前公司附近可用混合材有鋼渣和石灰石粉末，考慮到鋼渣成本高、易磨性差、供應(yīng)緊張采購難度大，因此選用石灰石粉末作為混合材單摻，緩凝材料選擇天然石膏和磷石膏雙摻。石灰石粉末活性試驗結(jié)果如表 10。熟料、石灰石粉末、磷石膏、天然石膏小磨試驗配比如表 11，試驗結(jié)果如表 12。

表 10 石灰石粉末活性試驗結(jié)果

通過小磨試驗發(fā)現(xiàn)，當(dāng)石灰石粉末摻量在 5%～7%時，水泥 28d 抗折強度均超過了 8.0MPa，其中石灰石粉末摻量在 5% 時抗折強度最高為 9.2MPa，因此確定石灰石粉末最佳摻量為 5%～7%。

表 11 小磨試驗配比 %

表 12 小磨試驗結(jié)果

表 13 大磨試驗配比 %

2.4.3 大磨工業(yè)試驗

通過小磨試驗大致確定水泥配比后，進(jìn)行大磨工業(yè)試驗進(jìn)一步確定最佳方案。

熟料、石灰石粉末、磷石膏、天然石膏大磨工業(yè)試驗配比見表 13，試驗結(jié)果見表 14。

通過大磨工業(yè)試驗顯示，在磷石膏摻量在 1.5%～2.0% 時，水泥 28d 抗折強度較高，均超過了 8.0MPa，且凝結(jié)時間合適，標(biāo)準(zhǔn)稠度用水量低，所有指標(biāo)均可滿足目標(biāo)控制區(qū)間。

表 14 大磨試驗結(jié)果

2.4.4 干縮率和耐磨性檢測

根據(jù)試驗情況組織水泥生產(chǎn)，取生產(chǎn)樣進(jìn)行干縮率和耐磨性檢測，數(shù)據(jù)見表 15。

表 15 生產(chǎn)水泥干縮率和耐磨性試驗結(jié)果

機場水泥要求干縮率控制指標(biāo)≤0.09%，實測值為 0.076%，磨耗量控制指標(biāo)≤2.5kg/m2，實測值為0.441kg/m2，滿足產(chǎn)品質(zhì)量控制要求。

2.5 混凝土試配驗證試驗

通過開展混凝土試配試驗，研究新拌混凝土及硬化混凝土工作性能，防止新拌混凝土泌水，硬化混凝土產(chǎn)生裂紋。

按照機場水泥混凝土道面客戶當(dāng)前施工配比（水 133kg/m3，水泥 325kg/m3，河砂 639kg/m3，碎石1423kg/m3）試拌混凝土，觀察新拌混凝土及硬化混凝土工作性能，檢測混凝土 7d 及 28d 抗壓強度和抗折強度。試驗結(jié)果見表 16。

通過混凝土試拌試驗，新拌混凝土工作性能良好，未出現(xiàn)泌水現(xiàn)象，硬化混凝土未出現(xiàn)明顯裂紋，抗折強度達(dá)到客戶質(zhì)量控制標(biāo)準(zhǔn)。

表 16 混凝土抗壓強度及抗折強度試驗結(jié)果

3 結(jié)論

本文通過大量試驗數(shù)據(jù)及生產(chǎn)過程驗證，對機場專用水泥研發(fā)與生產(chǎn)做了詳細(xì)研究，產(chǎn)品成功應(yīng)用于實際生產(chǎn)，公司生產(chǎn)的機場專用水泥具有抗折強度高、耐磨性好、凝結(jié)時間穩(wěn)定、適應(yīng)性好等優(yōu)點，能滿足客戶個性化需要，后期公司將繼續(xù)加大科技研發(fā)力度，不斷提升產(chǎn)品質(zhì)量。