调整熟料性能提高水泥相容性的生产研究

孙成玉 ，葛 志 ，张益中

（1.康达（山东）水泥有限公司，山东蓬莱 265612；2.烟台山水水泥有限公司，山东烟台 265323）

1 问题的提出

（1）2019 年8 月份，熟料用户要求从熟料上进行调整，进一步改善水泥与混凝土高效减水剂相容性问题，并提出要求：掺加由该用户提供的掺量为2.0%的聚羧酸高效减水剂，①水泥净浆初始流动度不低于260mm；②一小时经时损失不高于10mm。

为此公司成立了由多部门组成的课题攻关小组，分析影响的因素。

水泥原材料：熟料，脱硫石膏，矿渣，粉煤灰，石灰石，火山灰，炉渣。

表2 熟料化学成分及矿物组成

（2）水泥样品按照GB/T21372—2008《硅酸盐水泥熟料》标准方法制备；净浆流动度检验方法按GB/T 8077 方法检测。掺加2.0%聚羧酸高效减水剂，净浆初始流动度在160～230mm，但一小时净浆流动度下降至90～160mm，经时损失率高达30%～43%。

2 影响相容性的因素分析

很多因素影响水泥与混凝土高效减水剂相容性，并且这些影响因素往往相互联系、相互影响，包括熟料的化学成分和矿物组成，粉磨工艺、石膏的形态和掺量，混合材的种类，水泥的细度、水泥出厂温度等，高效减水剂的性能以及混凝土拌合物的性能。

2.1 熟料的矿物组成

熟料的主要矿物有C3S、C2S、C3A、C4AF，对混凝土高效减水剂的吸附顺序为C3A＞C4AF＞C3S＞C2S，高吸附性能的矿物所占比例越大，熟料磨制水泥后相容性越差。

2.2 粉磨工艺

水泥粉磨工艺分为开路和闭路两种，生产实践表明，开路磨粉磨的水泥颗粒分布宽，标准稠度需水量低，与混凝土高效减水剂的相容性更好。

2.3 石膏形态和掺量

石膏用于调节水泥的凝结时间及硬化速度，抑制初期水化速度最快的C3A 矿物的水化，延长凝结时间以满足混凝土所需要的工作性能。在粉磨过程中，磨机内物料温度过高易造成石膏部分脱水，二水石膏变成溶解度更大的半水石膏，易导致水泥的假凝或急凝。

2.4 混合材的种类

混合材的品种、性质和掺量等对高效减水剂作用效果的影响不一。通过小磨试验，掺加相同量不同品种的混合材，可以找出混合材对适应性不利影响得程度，从而减少最不利影响混合材的使用量。

2.5 水泥的细度

水泥细度明显影响到高效减水剂的分散效果，水泥比面积越高，对高效减水剂的吸附量就越多，相容性就越差。水泥细度过细，要达到同样的减水效果，就要加入更多的高效减水剂。

GB175 新标准征求意见稿中对0.045mm 筛余规定了下限值，主要考虑的是有利于混凝土工作性能的改善；根据统计数据，0.045mm 筛余闭路磨普遍低于5.0%，开路磨普遍高于7.0%，因此改变粉磨工艺，闭路磨改造成开路是理想的方式。

2.6 水泥出厂温度

刚出磨的水泥或出磨温度较高的水泥，会使相容性变差，混凝土的坍落度损失更大。

2.7 熟料的硫碱比

可溶性碱含量越高的水泥相容性越差。熟料中存在一定数量的硫和碱，煅烧熟料过程中，碱优先与硫生成硫酸碱，多余的碱则与熟料矿物反应生成含碱矿物固溶体。因此硫的适量可以有效抑制碱的不利影响，降低水泥的初期水化速度；改善水泥与混凝土高效减水剂的相容性。

表1 原材料化学成分

3 调整试验方案

通过对影响因素逐个进行试验调整，并分析性价比，经与熟料用户沟通，最后目标锁定调整熟料的硫碱比。当时熟料硫碱比低仅为0.30，需要确定熟料硫碱比提到多少合适，是提高硫含量还是降低碱含量。

生料配料用辅材是转炉渣、燃煤炉渣和煤矸石，熟料碱含量主要来源于石灰石，在生料配比中占93%左右。各种原材料成分都比较稳定，碱含量降低难度大。

最终确定提高熟料三氧化硫含量。生料配料由四组份转变为五组份，提高三氧化硫的同时还要考虑是有害成分尽量低，不对工艺制度造成不利影响。逐步提高熟料三氧化硫的量和原料配比，调整工艺操作，试验测定净浆流动度。

为了取得稳定的试验结果，每隔五天调整一次原料配比，逐步提高熟料硫碱比，然后用五天的熟料日综合样测定净浆流动度，并记录调整配比后对窑工艺状况的影响，获得了最佳配比及性价比的试验结果。

表3 石膏的原材料成分

表4 掺加石膏后的熟料化学成分和矿物组成

4 试验结果

按照初步试验方案得出的结果，投入到正常生产中，在生料配料中掺加0.8%脱硫石膏，熟料三氧化硫由0.25%增加至0.49%，熟料硫碱比由0.30 上升到0.48。正常生产硫碱比0.48 的熟料后，熟料用户取样检测，结果和公司结果基本一致。

表6 水泥净浆相容性试验结果

从表中看出，提高熟料硫碱比稳定到0.48 后，初始净浆流动度、1 小时净浆流动度基本稳定在270mm 左右，且损失很小或无损失。

按照试验方案投入到正常生产中，熟料用户检测结果和公司结果基本一致，解决了水泥与混凝土高效减水剂相容性问题，得到了熟料用户的高度认可。

5 结论

影响水泥与混凝土高效减水剂相容性的影响因素是多方面的，通过调整水泥原料中掺加量最大的熟料的成分和性能可以取得较好的效果。试验中还应考虑原材料的成本和对窑工艺制度的影响，找出最佳方案。