中圖分類號: TQ172.1 文獻標(biāo)識碼: A 文章編號: 1007- 6344( 2008) 02- 0007- 04

摘要: 預(yù)拌混凝土促進了散裝水泥的高速發(fā)展, 同時也對水泥的質(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)場使用，從而有效地促進散裝水泥的高速發(fā)展，實現(xiàn)了節(jié)能減排、資源節(jié)約和綜合利用、保護環(huán)境。

　　商務(wù)部會同建設(shè)部等有關(guān)部門，從2004 年開始啟動了禁止在124 個中心城市的施工現(xiàn)場攪拌混凝土的工作，截至2006 年年底，全國“禁現(xiàn)”城市達300 多個，建立規(guī)模化的現(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)拌混凝土對水泥性能的要求

　　預(yù)拌混凝土與傳統(tǒng)的現(xiàn)場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輸距離增大，混凝土、砂漿的流動性、坍落度損失增大，施工時流動性差或凝結(jié)過快，致使無法施工，有時甚至在運輸途中發(fā)生凝固。新型的預(yù)拌混凝土，采用計算機程序控制成分配比，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。水泥各項技術(shù)性能指標(biāo)必須符合國家標(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、各齡期強度、凝結(jié)時間、標(biāo)準(zhǔn)稠度用水量不能有較大波動。

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

　?。?）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。

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

　?。?）重視出廠水泥的溫度控制。

　?。?）在混凝土有特殊要求時，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)展作出貢獻的同時，擴大自己的市場。

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性損失大、初凝時間縮短；由于C3A 水化速度最快，對外加劑吸附量最大，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)者對熟料礦物與外加劑的吸附性研究發(fā)現(xiàn)：C3A 對外加劑吸附量遠(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IM 降低幅度較大，使液相黏度較低、燒結(jié)范圍變窄，給煅燒帶來一定困難，會出現(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、燒成帶熱力強度、操作水平對推薦配料方案適當(dāng)調(diào)整，逐步過渡。

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)加強控制、優(yōu)化熱工參數(shù)：a）煤粉控制。煙煤細(xì)度5%～8%，無煙煤細(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，燒成帶長度控制在15～20m 左右(避免低溫長燒)。c)選擇合適的燃燒器。加強風(fēng)煤配合，調(diào)整火焰形狀，提高窯頭熱力強度和煅燒質(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)時間，同時還能提高早期強度、降低收縮、改善耐久性。近年來大量研究表明，石膏的品種與摻量對混凝土外加劑的使用有著顯著影響。韓越、何廷樹等人研究了“水泥中不同品種石膏及摻量對高效減水劑———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度最大、流動度經(jīng)時損失最??；硬石膏對減水劑相容性最差。有混凝土攪拌站發(fā)現(xiàn)：某水泥廠仍用二水石膏，而混凝土還未到達目的地就發(fā)生凝固，原因是二水石膏結(jié)晶水只有4%，實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，對改善水泥的外加劑相容性有利。②粉磨水泥時控制好磨內(nèi)溫度，防止二水石膏脫水，發(fā)生急凝或假凝現(xiàn)象，減弱對外加劑的適應(yīng)性。③在滿足凝結(jié)時間與強度性能的要求下，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，減少流動性能的經(jīng)時損失，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水泥外加劑相容性及強度有利。

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，對改善水泥的外加劑有利。燒黏土、燒頁巖、燒煤矸石等，吸水性強，會增加水泥標(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，取長補短、優(yōu)勢互補地配合使用。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性和與外加劑的相容性，又能使各階段強度均衡發(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配合，對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題之一?；谒噘|(zhì)量的膠砂強度發(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，混凝土開裂敏感性越大。產(chǎn)生矛盾的原因，還與水泥膠砂強度檢測程序與混凝土制備和使用程序的時間差有關(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，在攪拌和運輸過程中從開始到完成澆注、振搗成型后，對強度貢獻很小(但對水泥膠砂強度有一定貢獻)。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)能和水泥的社會效益，粉磨水泥時，不僅要控制合理的水泥細(xì)度，同時應(yīng)盡量優(yōu)化顆粒級配分布，對水泥膠砂強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)時間越長，1d 膠砂強度越低，對外加劑適應(yīng)性越差；隨比表面積增加，1d 膠砂強度增幅不大。而顆粒級配分布較寬時，堆積密度越大，水泥流動性好，對外加劑相容性較好。

　　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)的開路球磨，雖顆粒分布較寬，但過粉磨嚴(yán)重，3～5"m 以下的顆粒多。②輥壓磨—擠壓聯(lián)合粉磨開路系統(tǒng)，入球磨機的物料< 3mm，明顯縮短了粉磨時間，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)，實現(xiàn)了磨內(nèi)物料篩分，消除了粗磨倉過粉磨，提高了細(xì)磨倉粉磨效率，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)，選粉機減少了過粉磨，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、出磨水泥溫度高?；炷两鐝慕?jīng)驗得知：“新鮮水泥”會影響外加劑的塑化效果，希望使用陳放一段時間后的水泥。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內(nèi)降溫效果不佳(袋裝水泥較好)，同時，較長時間的陳放會使水泥變質(zhì)。所以，降溫的措施不在于陳放，而是對出磨水泥采取強制冷卻的方式：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：選粉機通入冷風(fēng)，水泥在分選的同時受到冷卻。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℃。目前水泥廠對出磨水泥的冷卻問題，并不完全是技術(shù)上的問題，而是對出磨水泥冷卻與水泥使用性能的關(guān)系認(rèn)識不足。

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)量的首要問題。預(yù)分解窯技術(shù)，生產(chǎn)高等級水泥不再是制備高等級混凝土的制約因素，而出廠水泥的均勻性、穩(wěn)定性還有待進一步提高。有些水泥廠的同一品種、同一強度等級的不同批次(甚至同一批次)，其技術(shù)指標(biāo)波動較大。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)。唯獨水泥均化技術(shù)不足，使出廠水泥存在均勻性的問題。前者可通過工廠與攪拌站溝通，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機械倒庫：適合已投產(chǎn)的改造。②水泥氣力均化庫：適合新建廠，但要注意水泥特性(摻混合材)與充氣時間的關(guān)系，防止顆粒離析。③兼均化的散裝水泥庫：卸料與均化同步，防止顆粒離析。

3 結(jié)束語

　　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。由此對預(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)識水泥的品質(zhì)，調(diào)整水泥生產(chǎn)技術(shù)。同時提倡水泥廠與攪拌站加強溝通，雙向互動，水泥廠為攪拌站提供水泥對外加劑種類適應(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)。

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