低温环境下水泥凝结时间调控方法研究

张文平

(葛洲坝兴山水泥有限公司， 湖北 宜昌 443711)

低温环境下水泥凝结时间调控方法研究

张文平

(葛洲坝兴山水泥有限公司， 湖北 宜昌 443711)

冬季环境温度偏低，很大程度上延长了水泥的凝结时间，对建筑施工影响较大。本文通过分析水泥凝结时间的影响因素，结合本公司原燃材料实际情况，采用多种手段对水泥凝结时间进行调控，使水泥凝结时间在低温环境下有了较显著的缩短，从而达到对水泥初凝时间可控的目的，更好的满足现场施工要求。

凝结时间；磷渣；混合材

本公司位于湖北省宜昌市兴山县，山区冬季气温极低，对水泥的凝结时间有很高的要求。由于气候的影响和混合材的性能以及掺量等因素，P.C32.5R水泥的凝结时间偏长，周边地区民用企业混凝土浇筑和砖、板、瓦厂的使用带来一定程度的影响。根据大量的实验数据发现：熟料矿物组成、水泥粉磨细度、混合材以及外加剂等均对水泥凝结时间有着一定的影响，从这些方面着手对水泥生产工艺进行优化调整，有助于水泥凝结时间的调控。

1 水泥凝结时间的影响因素

影响水泥凝结时间的因素有多种，结合我公司实际生产情况，主要有以下几种影响因素：

1.1 石膏种类和掺量

本公司的膏材选择的是脱硫石膏，脱硫石膏的酸性较强，则需更多 Ca(OH)2与酸发生中和反应，水泥液相中使 Ca(OH)2达到过饱和的时间越长，Ca(OH)2析出晶体的时间也就越长，故水泥凝结时间就延迟越多。

1.2 生料配料

生料的常用配料主要包括磷渣、硫酸渣、页岩、砂岩和石灰石五种，其中磷渣对熟料矿物的形成、水化作用和凝结时间有较大影响。

磷渣的主要化学成分是CaO和SiO2，另含有少量的Al2O3、Fe2O3、P2O5、F-等，其中磷酸盐和氟化物对熟料水化均有抑制作用，导致凝结时间的延长。急冷的磷渣中大约含有 90%的玻璃体和少量的硅酸三钙和硅酸二钙，具有一定的活性，在熟料烧成的过程中起到晶种作用，大大降低了熟料矿物形成所需要的热量，进而降低煤耗，提高产量。

此外，熟料的凝结速率对水泥凝结时间也有较大影响，因此缩短熟料凝结时间也至关重要。缩短熟料凝结时间的核心在于改变熟料中矿物组成比例，通过调整生料配料进而达到改善熟料中C3S、C2S、C3A以及C4AF的相对含量。

1.3 混合材种类及掺量

对于f2的分析如下，每个电子都受到垂直于导线的分力f2，而导体棒受到向左的力F总则是这些分力f2的合力。我们可以先假设该导体棒的长度为L，其横截面积为S，在单位体积内的电荷数为n，且做定向运动的自由电子的电量为e。

为增强水泥后期强度，P.C 32.5R水泥中也掺入部分磷渣，磷渣能够改善水泥的和易性和提高水泥后期强度，降低水化热，适合在大型工程中使用。但是磷渣的存在，在一定程度上又延长了水泥的凝结时间。

1.4 水泥细度

水泥颗粒级配分布会直接影响水泥的水化、凝结硬化强度及水化热等。颗粒越细，比表面积越大，水化时与水接触面积也越大，水化速度越快（反应越迅速），凝结时间越短；但过细会导致水泥硬化时收缩率变大，造成强度下降，且容易出现开裂。此外，出磨水泥颗粒越细，能耗越高，进而提高生产成本。

2 试验方案

针对冬季水泥性能和满足客户使用需求，结合以上几种影响因素，分别设计方案进行研究：

（一）采用硬石膏代替原有的脱硫石膏进行粉磨，并适当降低其掺量；

（二）将混合材中磷渣的掺量由原来的 8%-9%逐渐减少至 1%左右，甚至不掺，增加炉渣的配比；

（三）降低生料中磷渣的掺量，优化窑上煅烧，适当提升熟料中 C3S和 C3A含量；

（四）要求水泥助磨剂厂商加强助磨剂易磨性，合理调整水泥助磨剂掺量，P.C32.5R型水泥助磨剂掺量由0.035%调至0.04%；

（五）在不影响水泥强度的前提下，适当降低水泥颗粒细度，将0.08mm筛余由2.0%左右调整至1.4%左右。

3 试验结果及分析

提出实验方案后，着手对上述方案逐一进行小磨实验验证，P.C32.5R的小磨实验配比方案和测试结果如下所示：

从上表可以看出，炉渣掺量的增加对凝结时间无较大影响，而大幅减少磷渣掺量则能有效缩短水泥初凝时间，

石膏方面，用硬石膏代替脱硫石膏，并适当降低其掺比，实验中石膏及熟料掺比实验方案如下：

(注：B表示所掺石膏为脱硫石膏，C表示所掺石膏为硬石膏）

此外，也加强了对水泥细度的控制，将细度指标下调，通过延长小磨时间而增大水泥比表面积，加快其水化反应速率。实验细度测量值及水泥凝结时间见下表：

由上表数据可知：水泥细度对凝结时间也有一定影响，通过控制其细度，实现了一定程度上缩短凝结时间的目的。

熟料是水泥生产的主要原料，熟料的凝结时间对水泥凝结时间也有很大程度的影响。因此，缩短熟料的凝结时间也会使水泥凝结时间的缩短。从生料配料调整后的熟料矿物组成和起到效果可知，熟料凝结时间的缩短对水泥凝结时间的改善起到一定作用，自调整方案开始实施，调整前后的熟料矿物组成及凝结时间见下表：

从上表数据可以看出，生料配料调整后熟料中C3S和C3A含量有所增加，而C3S和C3A是熟料矿物中水化反应速率最快的两种矿物，这在一定程度上加快了熟料水化反应，缩短了熟料凝结时间。

有了上述一系列实验方案的数据支撑，着手开始实际应用于生产，通过以上几项措施的叠加效应，以达到缩短凝结时间的目的，最终结果符合小磨实验结论，所生产水泥满足了市场需求。

4 总结

经过此方案的调整优化，达到了一定的预期效果，明显缩短了P.C32.5R型水泥在冬季低温环境下的凝结时间，并稳定原材料和工艺方案，从而达到稳定水泥凝结时间的目的，满足了客户的施工需求，提升了我公司市场竞争力和客户满意度。

TQ172

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1007-6344（2017）09-0010-01