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摻糖蜜對粉煤灰-礦渣水泥性能的影響
【關(guān)鍵詞】復(fù)合水泥；糖蜜；助磨劑；強(qiáng)度發(fā)展 復(fù)合硅酸鹽水泥(簡稱復(fù)合水泥)是我國六大通用硅酸鹽水泥之一。一方面，這種水泥中的混合材摻量遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于硅酸鹽水泥和普通硅酸鹽水泥，可以解決傳統(tǒng)硅酸鹽水泥存在的早期水化放熱量大、容易開裂等缺點(diǎn)，在資源、能源的浪費(fèi)與環(huán)境污染等方面也具有明顯優(yōu)勢；另一方面，由于兩種或兩種以上礦物混合材復(fù)合摻加，可以有效避免單一混合材所帶來的早期強(qiáng)度低、保水性差、收縮大等不足，其綜合性能明顯優(yōu)于單一混合材水泥(包括粉煤灰水泥、礦渣水泥和火山灰質(zhì)水泥)。因此，復(fù)合水泥在全國各地均占有相當(dāng)高的比例，是絕大多數(shù)中小規(guī)模水泥粉磨站的主打產(chǎn)品。
為使復(fù)合水泥在高摻量混合材條件下達(dá)到較高強(qiáng)度標(biāo)號，必須使各種混合材的活性得到充分發(fā)揮。用于激發(fā)復(fù)合水泥中混合材活性的主要技術(shù)途徑分為機(jī)械力活化和化學(xué)激發(fā)兩大類 。機(jī)械力活化主要通過摻加助磨劑的方法實(shí)現(xiàn)，由于復(fù)合水泥是由多種不同硬度的物料組成，大多數(shù)助磨劑只是針對某個組份的助磨效果較佳，因而對水泥整體性能的提升并不理想。糖蜜是制糖工業(yè)的副產(chǎn)品，為一種非透明棕色至深棕色液體，完全溶于熱水和冷水。目前，世界各國對于廢糖蜜的主要利用方式包括：生產(chǎn)酒精、預(yù)處理后用于生產(chǎn)食用酵母、用于牲畜飼料等方面。將糖蜜經(jīng)過鈣化處理成糖鈣，或直接摻人混凝土中作為緩凝減水劑也有大量報(bào)道和工程應(yīng)用 ，但其用于水泥助磨組分方面的報(bào)道很少。文中通過實(shí)驗(yàn)研究，探索摻少量廢糖蜜對于粉煤灰一礦渣復(fù)合水泥的助磨效果和力學(xué)性能的改善效果。
原材料與實(shí)驗(yàn)方案
硅酸鹽水泥熟料產(chǎn)自吉林遼源金剛水泥集團(tuán)，粒狀高爐礦渣為鞍山鋼鐵集團(tuán)公司生產(chǎn)，粉煤灰為大慶油田自備電廠干排灰，天然石膏產(chǎn)自山東棗莊，各原材料的化學(xué)成分見表1所示。采用某水泥企業(yè)實(shí)際生產(chǎn)用一種三乙醇胺類助磨劑(TA)，其比重為1．12—1．20，pH值為9．80～l1．80，推薦摻量為水泥總質(zhì)量的0．03％ 一0．04％。選取兩個不同制糖企業(yè)排放的廢糖蜜Ma和Mb，其純度分別為63．1％和62．8％ 。根據(jù)大量前期研究結(jié)果，確定復(fù)合水泥的基本配方為：水泥熟料：粉煤灰：礦渣：石膏=53：26：15：6，在此水泥配方基礎(chǔ)上，摻人不同摻量各助磨組份，具體摻加方案如表2所示。利用實(shí)驗(yàn)室小型球磨機(jī)，固定粉磨時(shí)間為30分鐘，共制備了l2個不同水泥樣品。采用激光粒度儀測試各水泥樣品的顆粒級配，并按照GB175—2007(通用硅酸鹽水泥》標(biāo)準(zhǔn)測試標(biāo)準(zhǔn)稠度用水量、凝結(jié)時(shí)間和力學(xué)強(qiáng)度等基本性能指標(biāo)。
結(jié)果與分析
1:顆粒級配分析
各水泥樣品的顆粒級配測試結(jié)果如圖1和圖2所示。對于未摻任何助磨劑的基準(zhǔn)水泥樣品，小于32um顆粒所占比例為71.15％ ，大于65 m顆粒所占比例為5．53％。摻人0．03％的TA助磨劑使水泥中非常細(xì)的顆粒(小于31a,m)含量增多，尺寸大于65um的粗顆粒所占比例有所降低，說明TA對復(fù)合水泥具有良好的助磨效果。與基準(zhǔn)試樣對比，小于32um的顆粒所占比例開始隨著糖蜜摻量增加而增大，當(dāng)糖蜜Ma摻量為0．02％ 或糖蜜Mb摻量為0．03％達(dá)到最高值(74．5％ ～75．O％ ，遠(yuǎn)大于基準(zhǔn)水泥和TA水泥樣品)；之后又隨著糖蜜摻量增加而有所減少。另外，當(dāng)糖蜜Ma摻量為0．02％或糖蜜Ma摻量為0．03％時(shí)，使水泥中粒徑大于65 m的顆粒所占比例減少2％左右。因此，摻適量廢糖蜜對粉煤灰一礦渣復(fù)合水泥具有顯著助磨效果，且其助磨效果優(yōu)于三乙醇胺類助磨劑。
2:標(biāo)準(zhǔn)稠度用水量與凝結(jié)時(shí)間
各水泥樣品的標(biāo)準(zhǔn)稠度用水量和凝結(jié)時(shí)間測試結(jié)果如表3所示。摻 rA助磨劑后，水泥的標(biāo)準(zhǔn)稠度用水量由于原來的31．2％增加到32．6％ ，這是由于水泥中細(xì)顆粒含量增加，整個水泥的比表面積增大，在達(dá)到相同流動性時(shí)的需水量增加。摻不同量糖蜜也使水泥的標(biāo)準(zhǔn)稠度用水量有所增大，其增大幅度隨摻量的變化規(guī)律與水泥顆粒級配的變化規(guī)律基本一致，即：細(xì)顆粒所占比例越大時(shí)，水泥的標(biāo)準(zhǔn)稠度用水量越高。摻0．03％ 的TA助磨劑使復(fù)合水泥的初、終凝時(shí)間分別提前9min和13min，這應(yīng)該與水泥整體細(xì)度增加引起的水化速率加快有關(guān)。
而摻入不同量糖蜜后，各水泥樣品的凝結(jié)時(shí)間均有不同程度的延長，且摻量越高時(shí)延長時(shí)間越長。對糖蜜Ma，摻量從0．01％增加到0．05％ 時(shí)，水泥的初、終凝時(shí)間延長量分別從16rain和19min增加到71min和96min；對糖蜜Mb，摻量從0．01％ 增加到O．05％ 時(shí)，水泥的初、終凝時(shí)間延長量分別從10min和29min增加到91min和115min。這主要是由于少量糖蜜摻入后對水泥的緩凝作用，雖然所有水泥的初、終凝時(shí)間均在國家標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的范圍內(nèi)，但糖蜜對水泥的緩凝作用在實(shí)際應(yīng)用中仍需要特別注意。
3:水泥強(qiáng)度發(fā)展
各水泥樣品的抗壓和抗折強(qiáng)度測試結(jié)果如圖3、圖4所示。如圖中虛線所示，摻0．03％TA助磨劑使水泥的3d、28d抗折強(qiáng)度分別增加了0.5MPa、0.3MPa，而水泥的3d和28d抗壓強(qiáng)度分別提高了1．6MPa和1．3MPa。所有摻糖蜜水泥樣品的抗壓、抗折強(qiáng)度均明顯高于基準(zhǔn)水泥樣品；不同摻量時(shí)的水泥強(qiáng)度相對比，當(dāng)糖蜜Ma摻量為0．02％或糖蜜Mb摻量為0．03％時(shí)，水泥強(qiáng)度達(dá)到最高值：3天，28天抗折強(qiáng)度分別比基準(zhǔn)水泥提高了0．7—0．8 MPa和0．5～0．7MPa，抗壓強(qiáng)度分別提高了2．4—3．3 MPa和2.8—4.0MPa。當(dāng)摻量超過0．03％ 后，水泥的強(qiáng)度隨著糖蜜摻量增加而降低，特別是3d強(qiáng)度的降低幅度大于28d強(qiáng)度，這可能與較高摻量糖蜜對水泥的緩凝作用有關(guān).因此，摻適量糖蜜(0．02—0．03％)對復(fù)合水泥的強(qiáng)度改善效果優(yōu)于傳統(tǒng)三乙醇胺類助磨劑。
結(jié) 語
(1) 對水泥漿泵送條件有利的摻合料是硅灰和礦渣，其中硅灰的效果最好，當(dāng)摻量達(dá)到0.12時(shí)，為直角曲線，非常適合泵送條件，而礦渣對泵送能力有一定的改善作用，但需要根據(jù)實(shí)際情況做些調(diào)整。其他的摻合料會加快水泥漿稠度增長速度，一定要使用時(shí)應(yīng)注意加入緩凝劑使用。
(2) 硅灰對于水泥漿的泵送能力改善的作用在于，其在大量摻人硅灰之后，水泥摻量相對減少，減緩了水泥水化過程，使水泥漿的稠度增加速度減緩，此外硅灰的表面積最大，吸水速度快在新拌達(dá)到流動度要求時(shí)能夠迅速吸水達(dá)到飽和或接近飽和，從而在接下來的時(shí)間內(nèi)沒有因?yàn)槌掷m(xù)大量的吸水導(dǎo)致水泥漿變稠，使稠度上升。而礦渣不易吸水，也能在一定程度上改善漿體稠度增長速度，此外礦渣一般大量摻入，其替換水泥之后二次水化速度在時(shí)間上較水泥相比后發(fā)生，在一定程度上會降低稠度增長速度。
(3) 摻0．01％～0．05％糖蜜對粉煤灰一礦渣復(fù)合水泥具有良好的助磨效果，當(dāng)摻量為0．02％～0.03％時(shí)，其助磨效果優(yōu)于傳統(tǒng)的三乙醇胺類助磨劑。
(4) 摻0.02％～0.03％糖蜜可明顯提高粉煤灰一礦渣復(fù)合水泥的力學(xué)強(qiáng)度，當(dāng)摻量較大時(shí)，會對水泥產(chǎn)生明顯的緩凝作用而導(dǎo)致水泥強(qiáng)度有所降低。（本文搜集整理于網(wǎng)絡(luò)，如有侵權(quán)之處，請聯(lián)系我們刪除。）