高性能混凝土对水泥要求.docx

1、高性能混凝土对水泥要求摘 要高性能混凝土(HPC)被认为是21世纪的结构混凝土，是先进生产力。代表着混凝土的发展方向。我国高性能混凝土的研究与应用已达10年，取得了长足进步，但同发达国家相比，还存在着较大差距，原因是多方面的其中高性能混凝土原材料的品质波动太大是主要原因。水泥是生产高性能混凝土最为重要的原材料。提高水泥品质，稳定水泥质量，对于发展高性能混凝土至关重要。本论文就水泥的原材料选用、水泥的煅烧与粉磨和水泥的选用几方面阐述了高性能混凝土发展对水泥的要求。关键词 ： 水泥原材料 粉磨 煅烧 水泥质量ABSTRACTHigh performance concrete (HPC) binde

2、r are considered in the 21st century， the structure of concrete is advanced productive forces. Represents the development direction of the concrete. Our research and application of high performance concrete has been for 10 years， and has made considerable progress， but compared with the developed co

3、untries， the large gap still exists， there are many reasons for the raw materials of high performance concrete quality fluctuation is the main reason is too big. The cement is the most important production of high performance concrete materials. To improve the quality of the cement stable quality， c

4、ement， for the development of high-performance concrete is very important. This thesis will cement material selection， cement grinding and cement calcined and choose a few aspects of the development of high-performance concrete cement.Key words：Cement grinding material calcined calcination cement qu

5、ality 目 录引言51高性能混凝土发展现状52对水泥原材料要求62.1石灰石62.2粘土72.3石膏73熟料的煅烧84水泥的粉磨94.1粉磨温度104.2粉磨细度105高性能混凝土对水泥质量要求105.1合理的颗粒组成105.2水泥的均匀性与稳定性115.3和易性与需水量11结论12致谢辞12参考文献13引 言高性能混凝土(HPC)被认为是21世纪的结构混凝土，是先进生产力。代表着混凝土的发展方向。我国高性能混凝土的研究与应用已达10年，取得了长足进步，但同发达国家相比，还存在着较大差距，原因是多方面的其中高性能混凝土原材料的品质波动太大是主要原因。水泥是生产高性能混凝土最为重要的原材料提

6、高水泥品质，稳定水泥质量，对于发展高性能混凝土至关重要。我国水泥产量的大约70是立窑等落后工艺生产的，质量低劣，无法满足高性能混凝土生产要求，不必言之。即使是 新型干法水泥厂。哪怕是大型新型干法水泥企业，由于技术管理人员对高性能混凝土缺乏正确认识。弄不清高性能混凝土对水泥性能的要求，一味追求早强高强和生产优等品，致使我国水泥工业生产不能适应高性能混凝土发展的要求。这种状况需要在水泥企业中普及高性能混凝土知识，分析水泥生产对高性能混凝土的影响，必须采取有效措施。1高性能混凝土发展现状进入90年代以来，混凝土工艺有很大发展，一般混凝土的标准28d抗压强度首先是提高到6085MPa以上，近来又提高到

7、105MPa以上，实际应用的已达140150MPa，试验研究的已超过240MPa，所以最初人们称之为高强混凝土。后来发现高强混凝土还具有许多其他方面的优良性能，如耐磨性高，吸水率低，抗气体和液体的渗透性好，抗冻性和抗化学侵蚀性强等等，这些都涉及到混凝土的使用功能，单用一个高强度还反映不出它的全部优点，所以又改称为高效能混凝土，并把砂浆流动性能特别大的不需要机械振捣也能密实的所谓自密实混凝土也列入高效能混凝土之列。到目前高效能混凝土所产生的效果主要有以下几方面: (1)减少占地面积。以混凝土支柱横断面面积为例，由C45号提高到C85号，占地面积可减少36%，由C60提高到C120可减少67%。

8、(2)节省钢筋用量。若混凝土柱的横断面积保持不变，混凝土标号由C45提高到C85可减少配筋69%。 (3)耐磨性高。挪威用C85混凝土修筑高速公路，与普通混凝土比较耐磨性有了成倍地提高。荷兰用高效能混凝土修筑大坝的过水道也取得了良好的效果。公路维修时C135的使用寿命是C55的4倍。 (4)硬化快。C105混凝土1d强度相当于C35混凝土的28d强度，16h强度超过20MPa，施工当天便可拆模板，可大大缩短施工周期。 (5)抗渗透和抗化学侵蚀能力强。高效能混凝土密实性好，抗侵蚀性气体和液体渗透的能力强，可用于海洋建筑物、混凝土防渗地面、桥梁等室外建筑的抗蚀保护层。 (6)干燥快。在房屋建筑中现

9、浇混凝土放出的湿气量可减少90%以上，房屋会很快干燥。 (7)砂浆塑性大。由于砂浆流动性好，可用于高密度配筋的和小断面的构件浇注，甚至不需机械振捣也能保证混凝土有足够的密实性。 (8)需要高强的特殊用途。例如制做混凝土螺旋桩，这种桩不需要夯打可旋拧进地基中。制作可用顶进法铺设的高强混凝土管，最长可顶入土壤中200m远。 高效能混凝土还有其他许多优点，如构件重量轻、耐久性高，今天要求混凝土的使用寿命要达到100年或更长，降低了水泥消费量，有利于节能和保护环境，在许多情况都可用普通水泥替代特种水泥等等。所以高效能混凝土是今后的发展方向，国外有人预测到下一世纪混凝土的抗压强度可达100MPa，达到建

10、筑钢材的性能水平。2水泥原材料的要求目前在高性能混凝土的生产中制造商们一味追求早强高强和生产优等品，致使我国水泥工业生产不能适应高性能混凝土发展的要求。这种状况，需要在水泥企业中普及高性能混凝土知识，分析水泥的原材料及生产对高性能混凝土的影响，必须采取有效措施2.1石灰石石灰石的性质的好坏是影响水泥易烧性的关键所在，也关系到水泥的质量，选择合适的石灰石对生产高性能混凝土所需的水泥来说尤为重要。除了考虑其中的CaO含量是否满足配料需求之外，重点应考虑石灰石的晶体构造。从结晶化学上讲，晶体大小可分为巨晶、粗晶、中晶、细晶、粉晶、泥晶几大类，同一种石灰石一般各种尺寸的CaCO3晶粒均存在，经过对几种

11、CaO含量相近、结晶程度不同的石灰石进行对比试验，测定了各种石灰石的CaCO3剧烈分解温度。通过分析表明，在选择石灰石过程中应尽量选择CaCO3结晶小的石灰石，因为巨晶或粗晶的CaCO3的分解温度不仅比泥晶CaCO3分解温度高出五十度，而且巨晶CaCO3分解的CaO颗粒亦远比泥晶CaCO3分解出的CaO颗粒大，从而造成式样中CaO分散程度大大降低，严重影响了生料的易烧性，同时结晶粗大的石灰石也直接提高了生料的粉磨电耗，不利于提高水泥质量，对配置高性能混凝土有很大影响。因此在选择石灰石时，CaCO3晶体大小事衡量其质量的重要因素。2.2粘土水泥中的可溶性碱主要是粘土带入的。这些碱固溶在水泥熟料矿

12、物中，提高了水泥熟料的碱含量，影响了水泥熟料矿物的结构组成和水泥水化的性质。当碱含量高时，C3A水化加快，水泥的流变性能变差，混凝土后期强度也降低。另一方面，随着水泥中可溶性碱含量的增大 ，减水剂与水泥的适应性变差，减水剂的塑化效果降低，混凝土坍落度经时损失增大。不利于高性能混凝土的生产与施工。因此，应严格控制粘土中的碱含量。生产低碱水泥。生产矿渣水泥、粉煤灰水泥时。所掺人的混合材如矿渣、粉煤灰等，还会带人一定量的碱。虽然现行矿渣水泥、粉煤灰水泥国标没有规定碱含量。但为了满足高性能混凝土要求，也要尽量降低水泥中碱含量，故更应严格控制粘土中的碱含量。2.3石膏石膏是水泥的调凝剂，掺加量一般仅为水

13、泥质量的35，它对高性能混凝土影响很大。在水泥生产中，石膏一般采用天然二水石膏。有些水泥厂采用硬石膏，甚至采用各种工业废渣如磷石膏、氟石膏、排烟脱硫石膏、柠檬石膏等，以使资源综合利用，降低水泥成本 。各种工业废渣石膏是工业副产品，杂质含量高。有效成分含量波动太大，用它生产的水泥难以满足高性能混凝土要求，建议水泥厂尽量采用天然二水石膏。水泥中石膏掺人量以水泥中SO42- 含量计算，对生产高性能混凝土也有不容忽视的影响尤其是在生产大掺量矿渣(或粉煤灰)高性能混凝土时，由于水胶比很低，往往在0.4甚至0.3以下，混凝土中水分很少，SO42-在水泥浆液中的溶出量很少，若水泥中SO42-，含量较低，则水

14、泥浆液中SO42-离子浓度更低，混凝土坍落度损失加快，甚至出现急凝现象。当水泥过细和水泥熟料中C3A含量过高时，此种现象更为严重，因为水泥水化太快，水化速度最快的C3A与石膏争夺水分，石膏的溶解速率与溶解度远不及C3A，水泥液体中SO42-更显不足造成水泥与高效碱水剂的适应性变差。建议水泥厂在符合水泥国标要求前提下，尽量增大水泥中石膏掺人量。3水泥熟料煅烧的要求水泥熟料含有 C3S、C3S、C3A 和C4AF四种主要矿物，其中C3A对水泥与混凝土外加剂的适应性影响最大。若水泥中 的C3A含量高 ，则减水剂的减水增强效果下降，水泥越细，这种影响越明显。为适应高性能混凝土，在水泥生料配料与熟料煅烧

15、过程中务必保持稳定控制好水泥熟料中C3A和C4AF含量。 在生产高性能混凝土选用水泥标准中规定了熟料中C3A和C4AF的含量。其实这里所规定的C3A、C4AF含量仅是从化学组成计算而得的潜在矿物组成。熟料中的C3A和C4AF实际含量会随熟料煅烧制度主要是煅烧温度、保温时间和冷却速度而变化。随着煅烧温度提高，含铝相减少，水泥的诱导期延长。研究中也发现，高温煅烧的含氟熟料，其含铝相比低温时的少，而铁相固溶体增加。这是因为煅烧温度提高使液相粘度降低，有利于Al2O3溶进铁相，形成C6A2F，这样铁相就增加，剩余下来生成含铝相的Al2O3就减少了。煅烧温度的提高还可能使A矿和B矿中固溶的Al2O3增加

16、，从而减少含铝相。A矿中固溶的Al2O3为0.70%2.47%，B矿中固溶的Al2O3为1.10%1.88%。若以熟料中A矿50%、B矿25%计，那么固溶进A矿和B矿的Al2O3就可达0.58%1.88%，相当于C3A含量减少了1.54%4.98%。此外，MgO、CaF2、ZnO等微组分的存在也会降低液相粘度而有利于C4AF向C6A2F转变，减少熟料中C3A含量而增加铁相固溶体含量。因此，熟料中C3A的实际含量总是比化学组成计算得的潜在矿物组成含量要少。延长煅烧时间也会使C3A含量减少而铁相固溶体含量增加。快速冷却也可减少C3A含量。因为C3A和C4AF是在熟料冷却过程中从液相中结晶出来的。快

17、速冷却可使C3A和C4AF中有一部分以玻璃体的形式存在。研究表明，当冷却速度从20K/min提高至1000K/min时，熟料中C3A含量从15%下降到10%。 就高温煅烧和快速冷却的条件而言，预分解窑比立窑乃至大部分湿法窑和预热器窑均为优越。由于预分解窑入窑生料分解率已达85%90%，故窑内主要是承担烧成任务，而烧成阶段硅酸二钙与氧化钙生成硅酸三钙的化学反应，热效应几乎等于零(微吸热反应)，加上入窑二次风温度高，因此窑内物料受热温度高也就是煅烧温度高。用计算机对4.5m60m的旋风预热器窑和4.5m60m的预分解窑内气体温度、物料温度、窑壁温度等沿窑长的分布进行计算，发现预分解窑内物料最高温度

18、比旋风预热器窑的高100。由于旋风预热器窑入窑生料碳酸钙分解率已达40%，因此有理由认为预分解窑内物料煅烧温度比湿法窑更高。另外，预分解窑窑内几乎无冷却带，熟料的冷却全都在篦式冷却机中进行。熟料离开预分解窑时的温度达1300，此时液相仍存在，进入篦式冷却机时受高压空气骤冷，使一部分C3A以玻璃体形式存在。因此，我们有理由认为，在熟料化学成分完全相同的情况下，预分解窑熟料中的C3A实际含量很可能比其它窑型的低，而铁相固溶体实际含量很可能比其它窑型的高。配置高性能混凝土选用水泥的水泥熟料是一种高饱和比、高铁相的硅酸盐水泥熟料，在煅烧过程中，其液相量出现温度低、液相量大且粘度低，这种情况一方面有利于

19、硅酸盐矿物的生成和f-CaO的吸收。另一方面又容易结大块和粘边，而且底火层脆弱，特别是当用风不当，出现还原气氛时，很易形成低共熔点的共熔化合物，粘结成大团，影响窑内通风和正常操作；在有外加煤的情况下，如用煤量大，煤粒度偏细，在用风量没有跟上的情况下，将使熟料中产生大量的Fe2+和单质铁，加速-C2S向-C2S的晶型转变，二次f-CaO增多、强度降低，也失去了熟料的耐磨性高，干缩小的特点，因此，在整个煅烧过程中应严格控制煤的用量。4水泥的粉磨的要求4.1水泥的粉磨温度在粉磨水泥时，如果水泥磨内温度过高，二水石膏会部分脱水，分解成半水石膏，水泥产品出现不正常凝结现象，水泥与混凝土外加剂的适应性显著

20、下降，难以生产高性能混凝土。另外，温度过高的水泥若在储存、运输过程中冷却不够，生产混凝土时也会降低减水剂的塑化效果。因此，水泥厂务必要严格控制入磨水泥熟料温度，加强水泥磨机的冷却与通风，并待水泥充分冷却后再出厂。4.2水泥的粉磨细度水泥厂一般都从强度出发来确定水泥细度指标，尤其是当水泥熟料强度较低或水泥混合材掺加量较高时。往往都采取提高水泥粉磨细度，来保证出厂水泥强度。在执行水泥新国标以后，对水泥早期强度要求提高，因此目前我国水泥产品的细度普通增大，尤其是新型干法水泥，更是追求早强高强。水泥细度过大，则水泥中细颗粒含量过多，即浪费电能，又导致水泥需水量增大，与外加剂的适应性也变差，混凝土坍落度

21、损失加快，不利于泵送浇筑。另外，水泥细度越大，水泥水化越快，水化热峰值越高，配制的高性能混凝土的塑性收缩越严重，加大混凝土结构开裂的倾向。因此，水泥厂应纠正片面追求水泥早强以生产优等品的做法，水泥细度指标不要太高。5高性能混凝土对水泥质量的要求5.1合理的颗粒组成水泥的凝结硬化是个复杂的过程，既有化学作用也有物理作用，其中水泥磨细度和颗粒组成对充分发挥水泥的化学潜能十分重要。一般细度的水泥加水后到28d龄期还会有25%以上的部分没有水化，在普通水泥混凝土中可能有20%至40%的水泥没有参与混凝土的强度增进过程。太粗的颗粒不能完全水化，过细的颗粒有可能结团、增大了孔隙率，影响强度。熟料细粉过多会

22、增大需水量，颗粒分布过窄也会由于间隙过大而增大需水量，进而影响混凝土的密实性和耐久性。现在比较公认的是对强度增进率起主要作用的是332m的颗粒，其间各粒级的分布是连续的，总的含量不能低于65%，1624m的颗粒部分对强度增进率的作用大，含量越多越好，小于3m的颗粒量不要超过10%，大于65m的颗粒活性很小，最好没有。小颗粒对早期强度有利，有人提出25m，也有人主张小于8m的细颗粒也要有一定的含量。但是由于熟料细粉过多会增大需水量，或使砂浆僵硬，又可用磨细的混合材代替部分熟料细粉填充在熟料颗粒之间，这些细粉能降低需水量，减少熟料颗粒间的摩擦力，提高砂浆和易性，水化时能起晶核作用，吸收部分Ca(O

23、H)2，提高混凝土的密实性和抗蚀能力，提高水泥颗粒之间结合力，提高混凝土强度。因此，在许多情况下都需要加入一些细磨的混合材，调整水泥的颗粒组成和弥补熟料在性能方面的某些不足。 5.2水泥的均匀性与稳定性现在一般工业发达国家的水泥有一半以上用于输送混凝土，20%30%用于混凝土制品工厂，也就是说有80%90%的水泥是通过自动控制的连续式机械化生产线配制成混凝土的。一方面是大规模地生产，另一方面是对混凝土的质量要求越来越高，这就要求水泥不仅要有与使用目的相适应的质量，还要使这个质量均匀和稳定，尤其在使用功能方面如需水量、凝结硬化特性也要均匀和稳定，否则会给混凝土配制工作带来很多麻烦，并将影响混凝土

24、含水量的稳定，影响和易性和混凝土质量。为了保证水泥的均匀性，德国水泥标准规定各种水泥组分应混合粉磨，标准也允许对某些组分分开粉磨然后再混合，但要保证分开粉磨水泥要有与共同混合粉磨水泥相同的均匀性。还规定质量合格的水泥必须经过一个有足够容量的水泥仓贮存后再出厂，不准许在粉磨或混合后不经中间仓就直接出厂，对中间仓的容量有规定，应在500t以上。5.3和易性与需水量 对水泥性能要求在保证一定和易性的前提下尽可能降低需水量。影响需水量的因素有化学作用也有物理作用，加入的水首先要填充颗粒间的空隙，这部分水量约占水泥重量的22M.%(M.表示重量)以上。水还要将所有颗粒打湿，在表面形成平均0.22m厚的水

25、膜，需要约28M.%的水量。水要能满足C3A和CaSO4水化初期化学结合水所需的水量，甚至包括少量C3S水化所需的水量，还要减小颗粒间的摩擦，使颗粒间容易相互移动以便提高和易性。要想降低需水量就要从这几方面着手，例如增加低活性的细粉减小颗粒间的空隙体积、降低比表面积减少形成水膜的水量，控制C3A活性减少化学结合水的需要量。熟料细粉不能太多，因为磨细后C3A露在表面的量增加也相当于提高C3A的活性，所以磨细度和需水量以及其他组分量都要综合考虑。 结 论水泥的生产所选用的原材料及生料的煅烧影响着水泥的质量从而影响到了高性能混凝土的质量。在目前，高性能混凝土迅速发展，水泥生产也应还顺着高性能混凝土发

26、展方向进行改进，严格控制进场原材料，对熟料的粉磨、煅烧温度进行严格的控制，从而生产出优质的水泥以达到配置高性能混凝土所需水泥的要求。另外，配置高性能混凝土在选择水泥时也应该考虑水泥的性能，进而减少高性能混凝土出现的一些开裂问题。致谢辞本论文是在我的指导老师李丽霞副教授的亲切关怀和悉心指导下完成的。她严肃的科学态度，严谨的治学精神，精益求精的工作作风，深深地感染和激励着我。从课题的选择到项目的最终完成，李老师都始终给予我细心的指导和不懈的支持。两年多来，李教授不仅在学业上给我以精心指导，同时还在思想、生活上给我以无微不至的关怀，在此谨向李老师致以诚挚的谢意和崇高的敬意。 在此，我还要感谢在一起愉

27、快的度过大学生活的同学们，正是由于你们的帮助和支持，我才能克服一个一个的困难和疑惑，直至本文的顺利完成。在论文即将完成之际，我的心情无法平静，从开始进入课题到论文的顺利完成，有多少可敬的师长、同学、朋友给了我无言的帮助，在这里请接受我诚挚的谢意!最后我还要感谢培养我长大含辛茹苦的父母，谢谢你们!参考文献1.中国水泥技术网2.中国混凝土网3.南京化工学院，北京建工学院.胶凝物质工学.北京:中国工业出版社，20014.重庆建筑工程学院，南京工学院.混凝土学.北京:中国建筑工业出版社，19995.钟景裕.水泥学术会议论文集.北京:中国建筑工业出版社20026.王善拔，丁武成.含氟硅酸盐水泥的不正常凝结.硅酸盐学报，1998