前言

水泥的泌水性是表示水泥加水后至水泥漿體形成穩(wěn)定的凝聚結(jié)構(gòu)前，過剩的水分從水泥漿體中析出的難易程度。使用泌水性大的水泥所配制的混凝土，孔隙率提高，尤其是連通的毛細(xì)孔增多，混凝土的質(zhì)量不均，導(dǎo)致混凝土的抗?jié)B、抗凍、耐蝕等性能較差，且由于泌水造成的混凝土薄弱層，使混凝土整體強(qiáng)度降低。外觀上觀察，混凝土干硬后，表面易露出砂石，孔洞多，粗糙，制作預(yù)制件時(shí)，經(jīng)常達(dá)不到用戶預(yù)定的要求。隨著拌制混凝土技術(shù)的不斷發(fā)展，水泥用戶不僅重視對GB175-92水泥的各項(xiàng)技術(shù)要求，而且較多用戶提出了水泥的泌水率要小，抗?jié)B性好等要求。因此，研究和改善水泥的泌水性，對改善水泥的使用性能至關(guān)重要。

A水泥配料特點(diǎn)為少熟料盡可能利用公司內(nèi)自產(chǎn)的副產(chǎn)物，其優(yōu)點(diǎn)為水泥配料成本較低，水化放熱量低。但由于熟料含量低，混合材含量高，水泥的水化反應(yīng)較為緩慢，水化誘導(dǎo)期延長，水泥凝結(jié)時(shí)間較B水泥延長約30～60min，這會導(dǎo)致配制的混凝土在澆筑后的1～2h內(nèi)出現(xiàn)較為明顯的泌水現(xiàn)象，不滿足客戶的使用要求，客戶抱怨增多，同時(shí)限制了A水泥在結(jié)構(gòu)工程等大型工程的使用。

為改善A水泥泌水大的問題，研究了粉煤灰、鋼渣、石灰石對水泥泌水性能的影響。

1.1 原料

A產(chǎn)P·O42.5水泥，比表面積350m2/kg，3天抗壓強(qiáng)度24～25MPa，標(biāo)準(zhǔn)稠度需水量29.5％，初凝時(shí)間195min，終凝時(shí)間240min。AS95級礦渣粉比表面積410m2/kg，7天活性指數(shù)80％，28天活性指數(shù)108％。A電廠產(chǎn)三級粉煤灰，45μm篩余約為18％。A產(chǎn)二級鋼渣粉，比表面積405m2/kg，7天活性指數(shù)67％，28天活性指數(shù)75％。所用石灰石均為A統(tǒng)一采購，燒失量為40％，將其粉磨至比表400m2/kg。對標(biāo)實(shí)物為日照B產(chǎn)P·O42.5水泥。

1.2 樣品表征

1.2.1水泥泌水的模型的建立

水泥漿體的穩(wěn)定性可以描述為它隨時(shí)間保持均勻的能力，F(xiàn)itch通過對比與Kynch理論思路的相關(guān)性，解釋了懸浮和沉淀的界面是如何隨著時(shí)間不斷上升，次序見圖1所示。

從圖1中可以看出，在水泥整個(gè)沉降過程中，水泥漿沉淀的類型是隨著時(shí)間和位置的不同而變化的，決定其沉淀類型的主要是對應(yīng)的時(shí)間和位置的固體濃度和顆粒凝絮情況。

通過觀察和分析水泥泌水下的擴(kuò)散邊界的泌水情況和新制水泥漿中濾餅的形成過程，提出水泥的沉降泌水模型，見圖2。

水泥漿體在殉階段是完全的均勻分散的懸浮液，當(dāng)阻尼沉降開始之后，水泥顆粒開始下沉，水開始向上流動。在凝固之前，水泥漿的沉淀過程可以分成四個(gè)不同的階段。在第一階段(T1)，在懸浮液當(dāng)中有四個(gè)不同的區(qū)域：泌水區(qū)上清液、均勻區(qū)、濃度可變區(qū)和沉淀區(qū)。在泌水區(qū)假設(shè)固體體積分?jǐn)?shù)為零，雖然上清液看起來很渾濁可能在液體中存在少量微小顆粒。在第二階段(T2)，由于不同顆粒的沉降速率不一樣，均勻區(qū)消失，只有泌水區(qū)上清液、濃度可變區(qū)和沉淀區(qū)留下來，在上清液和均勻區(qū)之間存在一個(gè)模糊區(qū)域。在第三階段(T3)，所有顆粒都已經(jīng)沉淀，懸浮液由上清液和沉淀區(qū)兩個(gè)部分組成。第四階段(T4)，沉淀達(dá)到平衡之后，沉淀區(qū)繼續(xù)壓縮，上清液不斷增加，直到沉淀物的堆積和壓縮達(dá)到最大值。

1.2.2泌水率的測定方法

參考相關(guān)文獻(xiàn)，制定出A水泥泌水模型及實(shí)驗(yàn)方法如下：使用水泥凈漿測驗(yàn)水泥泌水性能，在250g水泥中加入500g水，統(tǒng)一水灰比為0.5，調(diào)整水泥配比時(shí)，需測標(biāo)準(zhǔn)稠度。凈漿攪拌機(jī)正常制度攪拌，取250g水泥凈漿倒入小燒杯內(nèi)，放人標(biāo)養(yǎng)，前30min觀測一次，吸取上清液稱重，記錄重量變化，以后每20min觀測一次，觀測總時(shí)間為180min，記錄期間內(nèi)水泥的泌水速率變化，泌水率計(jì)算公式為，水泥泌水率=泌水量／水泥凈漿加水量×100％。

2.1 混合材對水泥泌水速率和累積泌水率的影響

按照上述水泥泌水模型及實(shí)驗(yàn)方法，測定目前公司水泥和對標(biāo)實(shí)物水泥的泌水性能，研究粉煤灰、鋼渣粉、石灰石這三種混合材摻量變化對水泥泌水的影響。主要調(diào)整方向?yàn)檎{(diào)整水泥中的粉煤灰和礦渣粉比例，加入鋼渣粉、石灰石粉進(jìn)行調(diào)整，測定180min內(nèi)水泥初凝(水泥初凝約200min)前的泌水速率及泌水總量變化曲線，見圖3和圖4，可知：

(1)對比B水泥，從泌水速率曲線來看，現(xiàn)行的水泥配比在80min出現(xiàn)泌水速率的最大峰值3.31％，而B水泥基本呈線性下降趨勢，表明A水泥前期泌水量大。從累積泌水率曲線來看，180min后，A的水泥累積泌水率高達(dá)13.82％，而B水泥的僅為12.17％，相差表明A水泥泌水量大。

(2)使用5％和6％的鋼渣粉替代粉煤灰，泌水速率降低，在70min之后低于現(xiàn)行配比水泥和B水泥。180min后的累積泌水率分別為10.3％和11.68％，較現(xiàn)行配比水泥的低3.52％和2.14％，較B水泥低1.87％和0.49％，表明粉煤灰的加入不利于水泥泌水量的降低，使用鋼渣粉替代粉煤灰可以有效的改善水泥的泌水性能，但鋼渣粉為60元／t，導(dǎo)致水泥成本上升約2.13元／t和2.89元／t。

(3)加入2％石灰石粉，替代1％礦渣粉和1％粉煤灰，可降低泌水總量絕對值為0.57％，但可以顯著降低50min以內(nèi)的泌水總量的絕對值1.69％，初期石灰石粉的保水性較好，可顯著降低50min內(nèi)水泥的泌水量，水泥泌水曲線呈單峰式，在50min達(dá)到最大值，隨著時(shí)間延長逐漸降低，50min之后的泌水速率曲線基本上與B水泥的泌水速率曲線重合，表明加入2％石灰石粉可以調(diào)整A水泥的泌水性能與B水泥的泌水性能相近，符合水泥市場的需求。

同時(shí)石灰石的調(diào)整，使水泥成本降低0.96元／t (見表1)，按照年產(chǎn)220萬t水泥核算，年降本可達(dá)220×0.96=211.2萬元。

表1 多種混合材配制的水泥直接材料成本的變化

2.2 多種混合材對水泥泌水性影響的機(jī)理分析

圖5為P·O42.5水泥的水化熱曲線，可知水化經(jīng)歷5個(gè)階段，分別是I誘導(dǎo)前期、Ⅱ誘導(dǎo)期、Ⅲ水化加速期、Ⅳ水化減速期和V水化穩(wěn)定期，其中在第二階段水化誘導(dǎo)期是由成核所控制的，溶液中的Ca2+達(dá)到成核濃度臨界值所需時(shí)間，硅酸鹽凝膠(C-S-H)和Ca(OH)₂(C-H)晶核才能出現(xiàn)并成長為水化產(chǎn)物，進(jìn)入水化加速期后，大量的絮凝和網(wǎng)狀的水化產(chǎn)物產(chǎn)生，導(dǎo)致水泥凝結(jié)，并鎖住水分，降低水泥的泌水量。

圖5 P·O42.5水泥的水化熱曲線

因此從水泥水化的本質(zhì)上講，要降低水泥的泌水量，本質(zhì)上是要縮短水泥的水化的誘導(dǎo)期，即第一要縮短凝結(jié)時(shí)間，第二促進(jìn)水泥中C₃S的水化。因此從水泥水化角度，分析鋼渣粉、粉煤灰和石灰石對泌水的作用機(jī)理如下：

(1)5％～6％的鋼渣粉的加入促進(jìn)了水泥整體的保水效果，使水泥漿體“增稠”，避免了180min前的水分的泌出。

(2)粉煤灰因其密度低，且多為球狀形貌，在水泥漿體靜置的過程中，隨著時(shí)間的推移，水分從其表面析出，因此粉煤灰的加入不利于水泥泌水性能，但其價(jià)格低，有利于水泥成本的降低。

(3)石灰石粉的加入，作為“晶核效應(yīng)”，促進(jìn)Ca2+的釋放和C-S-H的成核長大，縮短了水化誘導(dǎo)期，宏觀表現(xiàn)為水泥泌水速率和泌水總量降低。通過2％石灰石的調(diào)整，可與市面主流的B水泥性能接近，水泥泌水性能改善，得到客戶的認(rèn)可，同時(shí)可降低水泥直接材料成本。

(1)A水泥的泌水性能較B水泥的差，泌水速率高，累積泌水率較B水泥的高1.65％。

(2)5％～6％的鋼渣粉的加入促進(jìn)了水泥整體的保水效果，泌水速率和累積泌水率較現(xiàn)行水泥配比和B水泥的低，但水泥成本上升2.13元／t和2.89元／t。

(3)粉煤灰因其密度低，且多為球狀形貌，不利于水泥泌水性能。

(4)2％石灰石粉的加入，可降低水泥的泌水率和累積泌水率，其性能曲線與B水泥的相近，同時(shí)水泥成本降低0.96元／t，年降本效益達(dá)211.2萬元，實(shí)現(xiàn)水泥質(zhì)量和成本雙贏。

作者：梁曉杰

來源：《日照鋼鐵控股集團(tuán)有限公司》

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