PC32.5R早强型复合硅酸盐水泥强度影响因素

◎文/韩龙（安徽皖维高新材料股份有限公司）

PC32.5R早强型复合硅酸盐水泥是指28天抗压强度大于等于32.50MPa，同时3天早期抗压强度大于等于15.0MPa的复合硅酸盐水泥。近几年来，早强型(R型)复合硅酸盐水泥深受建筑行业的青睐，市场需求量不断增加。对PC32.5R早强型复合硅酸盐水泥的研发不仅可以降低水泥生产单位能耗，而且有利于加快重大工程进度，有助于提高我国整个水泥行业综合实力，具有很好的社会效益、经济效益。提高PC32.5R早强型复合硅酸盐水泥强度大致可以考虑从以下几个方面着手。

一、水泥熟料三率值的选择范围

控制好水泥熟料三率值有助于提高水泥强度。一般常规的生料配料为饱和比0.88～0.92，硅酸率1.9～2.1，铝氧率1.0～1.2[1]，但这种方案配料难以生产出早强水泥。经多次试验，把生料饱和比控制在1.08～1.12，硅酸率控制在2.3～2.5，铝氧率控制在1.15～1.35，熟料煅烧一直较好，熟料3天抗压强度基本控制在29.0～29.5MPa。

水泥熟料的矿物相组成主要有硅酸三钙（C3S）、硅酸二钙（C2S）、铁铝酸四钙（C4AF）、铝酸三钙（C3A）四种。硅酸三钙是硅酸盐水泥熟料中主要的矿物相，硅酸三钙矿物相的特性是水化较快和早期强度高，后期强度逐步增强，该矿物与其他三种矿物的28天强度和一年强度相比较，综合性质最佳。如果增加水泥熟料中硅酸三钙的含量且改变其岩相微观结构，对水泥的早期强度和后期强度提高都有很大的帮助。一般情况下，运用传统配料方法生产的硅酸盐水泥熟料中，硅酸三钙含量只有40%～55%，而运用新研究的配料方案生产的水泥熟料硅酸三钙含量可以高达到66%以上[2]。四种矿物28天性能对比，强度绝对值：C3S＞C4AF＞C3A＞C2S，硬化速度：C3A＞C4AF＞C3S＞C2S[3]，通过理论和实验研究，可以利用“两高一低”原则来指导三率值的控制，即提高饱和比和铝氧率，降低硅酸率。饱和比和铝氧率提高后，为了优化煅烧条件，把生料细度筛余量控制值由7.5%调整为6.5%，使熟料中游离钙含量进一步降低（控制游离钙小于2.5，实际合格率90%以上），保证生产的熟料强度与质量的提升。

三率值、氟硫比对水泥凝结时间具有较大影响，铝氧率值过于偏小、氟硫比过大，会使水泥的凝结时间延长，使PC32.5R早强型复合硅酸盐水泥不能达到国家规定指标。因此早强型水泥实际生产过程中要特别注意水泥熟料三率值的选择。

二、复合矿物剂的添加

复合矿化剂对水泥的性能也具有很大的影响，不加入矿化剂或添加量不匹配都会使水泥中游离钙的含量增高，因为游离钙水化后生成的氢氧化钙体积膨胀97%，从而对水泥的稳定性产生很大影响。而适量加入萤石、石膏等复合矿化剂后，将使上述问题得到改善。复合矿化剂可以破坏水泥熟料中SiO2晶格，提高其活性，降低熟料煅烧液相出现时的温度和液相粘度，加快氧化钙与硅酸二钙反应速度。加入适量的复合矿化剂后可以生成少量的氟硫酸盐和硫铝酸钙等早强快硬物质，提高水泥的物理性能。因此，使用适量复合矿化剂将会使水泥前期强度和后期强度均有所提高。

三、水泥细度的选择

提高水泥细度，并使之有一个合理的颗粒级配，也可以提高水泥的早期强度。通过国外早强型水泥熟料与本公司生产线产出水泥熟料及水泥各项指标对比，发现本公司生产的水泥熟料各项指标基本合格，但是水泥细度比国外早强型水泥明显偏粗，从而影响了PC32.5R早强型复合硅酸盐水泥早期强度的发挥。通过多次实验研究，水泥的比表面积控制在3400～3550cm2／g之间可满足PC32.5R早强型复合硅酸盐水泥的要求。颗粒级配由实验沉降法测出。10μm以下的控制在25%以内，30μm以内的控制在75%左右,同时少量大于65μm的颗粒和微量大于90μm的颗粒[3]。上述颗粒级配对水泥早期强度的发挥具有很大的提升，而且可以保证水泥后期强度的增长速度有一个正常值。

四、验证水泥强度的实验步骤和结果

综合考虑三率值、复合矿物剂、水泥细度及其他因素的影响，经过多次实验研制成功PC32.5R早强型复合硅酸盐水泥，并且相应的各项指标达到国家标准。下面的实验数据是随机抽取本公司生产的PC32.5R早强型复合硅酸盐水泥所做的实验结果。

表1 PC32.5R实验统计结果

称取各种实验材料：每份组成为水泥450g±2g，标准砂 1350g±5g，水 225g±1g；

试体成型：向锅内加水→加水泥→固定锅→低速搅拌30s→再低速拌30s同时均匀投入砂子→高速搅拌30s→停拌90s→再高速搅拌60s，将空模和模套固定在振实台上→装入第一层胶砂，振实60次→装入第二层胶砂，振实60次→取下试模抹平；

养护：成型后立即放入标养箱中养护→24h±2h脱模编号→养护池中养护至试验时间；

抗折强度试验：用中心加荷法测定抗折强度；

抗压强度试验：抗折后的6个半截试体进行抗压试验；

实验数据计算：计算抗折强度和抗压强度，结果见表1。

从实验数据结果分析可以看出以上技术创新是可行的，生产的PC32.5R早强型复合硅酸盐水泥符合国家标准。