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

摘要: 預拌混凝土促進了散裝水泥的高速發展, 同時也對水泥的質量和性能提出了新的要求。文章就預拌混凝土需水泥的性能要求, 提出對水泥技術的調整、優化, 生產出與預拌混凝土相匹配的水泥, 推動水泥工業和預拌混凝土的發展。

關鍵詞: 預拌混凝土水泥技術調整優化

　　混凝土是水泥的最主要應用形式，也是當代最主要的建筑材料之一。自19 世紀初發明水泥至今，應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筑物。這種在極度分散的施工現場用袋裝水泥制備混凝土的方法，不僅難以規范、控制工程質量，而且耗用大量資源、污染環境。預拌混凝土(也稱商品混凝土)在專業混凝土攪拌站，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場使用，從而有效地促進散裝水泥的高速發展，實現了節能減排、資源節約和綜合利用、保護環境。

　　商務部會同建設部等有關部門，從2004 年開始啟動了禁止在124 個中心城市的施工現場攪拌混凝土的工作，截至2006 年年底，全國“禁現”城市達300 多個，建立規模化的現代混凝土集中攪拌生產，配送中心2891 家。2007 年7 月，商務部等六部門又發布了《關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、預拌混凝土的發展。

1 預拌混凝土對水泥性能的要求

　　預拌混凝土與傳統的現場攪拌混凝土的工藝有所區別，使得混凝土、砂漿的施工性能要求方面有所不同。預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過快，致使無法施工，有時甚至在運輸途中發生凝固。新型的預拌混凝土，采用計算機程序控制成分配比，形成了一套可追溯的質量保證體系，對水泥的性能、質量的均勻性和穩定性要求更高。為適應施工環境、改善施工性能、提高工程質量，加入適當的外加劑是預拌混凝土的又一特性。所以預拌混凝土用水泥的基本性能如下：

　　（1）水泥的均質性與穩定性是第一位。水泥各項技術性能指標必須符合國家標準要求外，特別應保持產品的均質性與穩定性，化學成分、細度、各齡期強度、凝結時間、標準稠度用水量不能有較大波動。

　　（2）配制混凝土時需水量小、流動性經時損失小，與外加劑有較好的適應性。

　　（3）水泥混合材種類的匹配、摻入量要科學、合理；重視石膏品種的選擇。

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

　　（5）重視出廠水泥的溫度控制。

　　（6）在混凝土有特殊要求時，應提供專用水泥。

2 水泥生產技術與預拌混凝土的匹配

　　水泥制造與在混凝土中的使用是緊密相連的，混凝土攪拌、使用的方法發生了變化，水泥制造技術也應作適當的調整，才能生產出與預拌混凝土相匹配的水泥，為預拌混凝土的發展作出貢獻的同時，擴大自己的市場。

2.1 熟料配料技術的調整

　　應用水泥制備混凝土，水泥的性能主導著混凝土的性能，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）、單礦物的化學減縮大小順序（C3A> C4AF> C3S> C2S）可知，C3A 水化速度、放熱速率、化學減縮量最大，導致水泥的標準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量。據資料顯示：當C3A上升1%，其標準稠度用水量也增加1%，而混凝土用水量增加6～7kg/m3。不少學者對熟料礦物與外加劑的吸附性研究發現：C3A 對外加劑吸附量遠高于其它礦物；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，滿足預拌混凝土的水泥熟料礦物組成：C3A 含量應少，C3S 含量適中(不宜太高)，C2S 和C4AF 適當增加。熟料的配料方案調整、設定為高硅酸率、中飽和系數、低鋁氧率，即KH=0.89～0.91、SM=2.5～2.8、IM=0.9～1.2。與預分解窯的常規配料方案：“ 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、燒結范圍變窄，給煅燒帶來一定困難，會出現結粒大小不一、飛砂、“堆雪人”、冷卻效果差，因此，煅燒制度的調整和優化是關鍵。配料方案的選擇與調整，應根據工廠生料易燒性、燒成帶熱力強度、操作水平對推薦配料方案適當調整，逐步過渡。

2.2 熟料煅燒技術的優化

　　煅燒技術是燒制“高硅、低鋁”方案的關鍵。礦物的實際含量和結構與煅燒溫度、煅燒氣氛、冷卻速度密切相關。因此，煅燒該配料方案的熟料，應加強控制、優化熱工參數：a）煤粉控制。煙煤細度5%～8%，無煙煤細度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，提高二、三次風溫，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。加強風煤配合，調整火焰形狀，提高窯頭熱力強度和煅燒質量。d)采用薄料快燒。窯速控制在額定轉速的90%左右，保證均勻及較快傳熱效果，有利于穩定煅燒溫度。e)加快冷卻速度。盡量消除窯內冷卻帶，增大冷卻機前端風量，保證冷卻效果。熱工制度的優化，為熟料礦物組成和結構的形成提供了保障。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性。風煤配合，燃燒充分，薄料快燒，克服了窯內還原氣氛，避免了FeO使窯內物料結皮及結粒不均、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，為燒制出適合預拌混凝土的水泥熟料提供了技術支持。

2.3 水泥制成技術

2.3.1 石膏品種與摻量

　　合適的石膏品種及摻量，不僅能有效地調節水泥的凝結時間，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”得出：摻二水石膏水泥漿流動度最大、流動度經時損失最小；硬石膏對減水劑相容性最差。有混凝土攪拌站發現：某水泥廠仍用二水石膏，而混凝土還未到達目的地就發生凝固，原因是二水石膏結晶水只有4%，實際上該石膏是硬石膏與二水石膏的混生物。

　　因此，生產預拌混凝土的水泥，選擇石膏及摻量時應注意：①選擇結晶水含量較高(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溫度，防止二水石膏脫水，發生急凝或假凝現象，減弱對外加劑的適應性。③在滿足凝結時間與強度性能的要求下，適當提高水泥中SO3 含量，有利于改善水泥與外加劑相容性，減少流動性能的經時損失，降低水泥漿的收縮率。④工業副產石膏的選擇注意雜質對水泥性能與外加劑相容性影響。有研究表明，陶瓷工業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化

　　混合材種類不同，其性能各異。吸水性小的混合材，標準稠度用水量少，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，會增加水泥標準稠度用水量，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，降低標準稠度用水量，改善水泥外加劑的相容性。粉煤灰含細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。按節能減排、資源節約和綜合利用的原則，應提倡將不同性能的混合材，取長補短、優勢互補地配合使用。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 水泥粉磨技術與水泥細度的優化

　　水泥的細度是水泥質量的主要技術指標之一，也是影響混凝土制備的主要因素之一。因此，水泥細度就成為混凝土界與水泥界分歧最大的問題之一。基于水泥質量的膠砂強度發展，水泥廠為最大限度發揮熟料的潛能，將水泥磨得較細。而混凝土界認為，越細的水泥，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。應用水泥制備預拌混凝土，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，要適應預拌混凝土的需要，水泥的細度應調整優化。

　　考慮節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度，同時應盡量優化顆粒級配分布，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，標準稠度用水量越大，凝結時間越長，1d 膠砂強度越低，對外加劑適應性越差；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。

　　水泥顆粒分布的優化，依靠粉磨技術的調整、優化。各種水泥粉磨技術的顆粒分布特征如下：①傳統的開路球磨，雖顆粒分布較寬，但過粉磨嚴重，3～5"m 以下的顆粒多。②輥壓磨—擠壓聯合粉磨開路系統，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雜的弊端。③高細粉磨系統，由于磨內特殊裝置，優化了粉磨狀態，實現了磨內物料篩分，消除了粗磨倉過粉磨，提高了細磨倉粉磨效率，3～5$m 以下的顆粒大幅減少，顆粒分布優化。④閉路粉磨系統，選粉機減少了過粉磨，也使顆粒分布變窄。但可優化選粉效率與循環負荷率的關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，磨制的水泥顆粒形狀為多角形，使水泥的標準稠度用水量在增大。

2.3.4 水泥的冷卻技術

　　由于入磨物料溫度較高、易磨性差、粉磨能量轉換，使磨內物料溫度過高(可能高于100℃)產生靜電效應，引起水泥顆粒吸附能力強、出磨水泥溫度高。混凝土界從經驗得知：“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，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。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。包括磨內霧狀噴水、胴體淋水，防止磨內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，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專用流態化冷卻器。其中選粉兼冷卻和流態化冷卻器效果較好，F.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，并不完全是技術上的問題，而是對出磨水泥冷卻與水泥使用性能的關系認識不足。

2.3.5 出磨水泥的均化技術

　　水泥的均質性和穩定性是混凝土制備和工程質量的首要問題。預分解窯技術，生產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)，其技術指標波動較大。究其原因，一方面是生產、設備、質量管理不穩定。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均化技術、生料攪拌技術、懸浮預熱和預分解技術、高效節能的粉磨技術。唯獨水泥均化技術不足，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，重者危及工程質量。水泥粉磨，當熟料質量不均勻、物料易磨性差別、物料比重差異與選粉分層，使水泥的均質性變差。所以，出磨水泥均化的必要性不容置疑。有必要設置專用的水泥均化設施，提高、完善水泥的均化：①機械倒庫：適合已投產的改造。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 結束語

　　生產和提供與預拌混凝土相匹配的水泥是混凝土技術發展與社會發展的需要。作為商品的預拌混凝土，其施工性能和質量是工程質量的百年大計。由此對預拌混凝土的水泥質量和性能要求更高，特別是與外加劑的適應性要求，給水泥制造提出了新的課題。水泥廠應本著水泥的社會效益的適應性，充分關注混凝土攪拌站的需求，從混凝土綜合性能方面去認識水泥的品質，調整水泥生產技術。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性參數，攪拌站為水泥廠提供外加劑的化學特性，為生產相應性能的水泥提供科學依據。

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