2.3 石膏的影響

石膏作水泥緩凝劑（其常見形態(tài)和溶解度見表7）， 雖然天然硬石膏和生石膏， 可溶性硬石膏和半水石膏的溶解度相近， 但溶解速率差別較大， 半水石膏溶解速率快， 水泥需水量大，這是因?yàn)榘胨嘤鏊笕芙狻U(kuò)散、析晶產(chǎn)生二水石膏， 這些二水石膏又與熟料中的礦物反應(yīng)生成鈣礬石時(shí)需要較多的水，導(dǎo)致需水量增加。 天然硬石膏比生石膏的溶解速率慢得多，可溶性硬石膏是由生石膏或半水石膏脫水而成， 溶解速率較慢。 而石膏中有適量溶解速率慢的組分， 有利于控制水泥的流變性和需水量。

與天然石膏相比，摻加脫硫石膏，對水泥物理性能的影響不大，水泥1d強(qiáng)度摻脫硫石膏好于摻天然石膏， 但后期強(qiáng)度天然石膏好于脫硫石膏，隨著脫硫石膏摻量的增加，水泥需水量相應(yīng)減少。摻加磷石膏因?yàn)楹?P2O5等有機(jī)物，不但延緩水泥中 C3A的水化，也延緩C3S和C2S的水化，主要影響水泥的凝結(jié)時(shí)間。

氟石膏中含有無水石膏和二水石膏， 能使生成的鈣礬石不至于因液相中 SO2-下降而導(dǎo)致轉(zhuǎn)變?yōu)閱瘟螓}， 故在水化前期能形成大量鈣礬石，有利于降低需水量。

2.4 水泥混合材料的影響

混合材的種類和摻加量對水泥凝結(jié)時(shí)間和需水量的影響較大。圖3為不同混合材摻入量對水泥需水量的影響。

水泥熟料中 C3A、C3S 等礦物水化迅速， 特別是C3A 水化快， 隨著水泥中各種混合材摻入量的增加，熟料含量減少， 參與水化反應(yīng)的 C3A、C3S 等礦物含量減少， 水泥凝結(jié)時(shí)間隨混合材的增加而延長。 從圖3可見，除石灰石外，其它四種混合材摻加后，水泥需水量都有不同程度的增加， 并且隨摻入量的增加而增大。 而石灰石的摻入，則可以降低水泥需水量，隨著石灰石摻入量的增加， 需水量變化幅度不大， 這是因?yàn)槭沂仁炝弦啄ィ谙嗤勰l件下，石灰石比熟料更細(xì)， 更容易填充熟料顆粒之間的空隙， 減少其空隙用水。

另一方面，石灰石屬惰性混合材， 不與水起化學(xué)反應(yīng)。 而活性混合材， 比表面積較大， 隨著摻入量的增加，容易吸收水分， 表現(xiàn)出需水量增大。尤其是窯灰活性煤矸石活性最強(qiáng)，需水量增加幅度也最大。 自燃煤矸石雖然活性不大， 但由于其比表面積較大， 需水量就大。

火山灰質(zhì)混合材因其層狀結(jié)構(gòu)， 吸水量較大， 通常需水量較大。 優(yōu)質(zhì)粉煤灰結(jié)構(gòu)中以玻璃體為主，對需水量有益，但含碳量較高的 II、III 級粉煤灰，因煤灰中未燃盡的碳粒子呈多孔狀， 有著巨大的內(nèi)表面積， 吸收大量的水， 使得需水量增加。

2.5 堿含量和水泥溫度的影響

圖4為熟料中 K2O 對水泥需水量的影響。 隨著堿含量的增加，水泥需水量增大，特別是當(dāng)堿含量大于1.6%以后，需水量顯著增大。有試驗(yàn)研究顯示，當(dāng)水泥堿含量從1.0％增加到 2.20％時(shí)， 水泥需水量從27.3％增大到 30.3％， 影響很大。水泥的水化反應(yīng)過程和一般的化學(xué)反應(yīng)過程一樣， 隨著溫度的升高，水化加速， 使得 C3S 的誘導(dǎo)期縮短。 溫度對水泥早期水化率影響較大， 水泥溫度越高， 水化越快， 其需水量越大。另外，過高的水泥溫度，容易引起石膏的脫水而形成半水石膏，也會(huì)使水泥需水量增大。

3、降低需水量的主要措施

3.1 選擇低堿原料

高堿原料不僅危害產(chǎn)品質(zhì)量，影響熟料煅燒， 也使得水泥需水量增大，而且與混凝土減水劑的適應(yīng)性差， 在混凝土中引起堿骨料反應(yīng)，造成混凝土的傷害。所以，設(shè)計(jì)中應(yīng)盡可能選用低堿原料。如果建廠自然條件無法避免，則在設(shè)計(jì)中要充分考慮硫堿平衡，盡量讓熟料中的堿硫酸鹽化，以減少高堿原料的危害。

3.2 改善熟料煅燒和冷卻， 提高熟料中硅酸鹽礦物含量

在配料設(shè)計(jì)中適當(dāng)提高熟料硅酸率， 降低鋁氧率， 以提高硅酸鹽礦物的含量， 減少C3A的含量。生產(chǎn)中要提高燒成溫度，加速熟料冷卻，避免熟料生燒、輕燒。提高燒成溫度,可以更好地煅燒硅酸率較高的熟料，從而提高硅酸鹽礦物特別是 C3S 的含量， 減少C3A 和含量。較高的燒成溫度，可確保燃燒完全，物料反應(yīng)充分，熟料礦物晶體發(fā)育完整，使燒成效率提高，熟料燒失量和 f-CaO 降低，不僅有利于節(jié)能降耗， 也有利于需水量的降低。

提高熟料冷卻效果， 快速冷卻熟料也可以帶來節(jié)能效果。 急冷的熟料過程， 可讓高溫液態(tài)形式存在的 C3A 和 C4AF 迅速形成玻璃體， 減少二次 f-CaO的產(chǎn)生。

3.3 優(yōu)化水泥顆粒級

優(yōu)化水泥顆粒級配， 改變顆粒形貌可以降低水泥需水量。 水泥粉磨工藝的不同，其產(chǎn)品顆粒級配、顆粒形貌也各不相同。 通常， 粉磨效率越高， 顆粒級配越窄， 顆粒球形度越小。

水泥粉磨工藝的選擇涉及到投資、系統(tǒng)產(chǎn)能、綜合電耗、水泥質(zhì)量等綜合因素的影響，不可以用單一的需水量來選擇工藝， 但顆粒級配卻是可以通過工藝參數(shù)的調(diào)整來優(yōu)化的。 在輥壓機(jī)預(yù)粉磨系統(tǒng)中，顆粒級配和球形度主要決定于球磨機(jī)的配球和操作參數(shù)，可以控制物料在磨機(jī)內(nèi)的流速， 來有效的改善成品的顆粒級配，降低水泥需水量。同樣，在熟料粉磨過程中加入適量的石灰石， 既能提高粉磨效率， 又可降低水泥需水量。

3.4 優(yōu)化混合材的摻加

一般高溫淬冷、玻璃體含量高的混合材， 其需水量較小。 摻加石灰石還能降低水泥需水量， 但石灰石屬惰性混合材， 其摻量受水泥燒失量和產(chǎn)品強(qiáng)度要求的限制。 礦渣活性較好，對需水量影響不大， 所以摻礦渣無論對水泥強(qiáng)度和需水量都是有利的。 摻加優(yōu)質(zhì)粉煤灰也能降低水泥需水量， 但燒失量較高、質(zhì)量較差的粉煤灰會(huì)增加需水量。 火山灰質(zhì)混合材因其較大的比表面積， 吸水量大， 會(huì)較大的增加水泥需水量， 應(yīng)與石灰石等配合、優(yōu)化選用。

3.5 石膏的選用

石膏的形態(tài)、品位、摻量對水泥需水量、流變性、強(qiáng)度、收縮性能以及與減水劑的相容性都有影響。CaSO4· 2H2O 含量高的石膏， 需水量較低， 所以， 優(yōu)質(zhì)天然石膏對降低需水量有利； 采用部分天然無水石膏和脫硫石膏， 適當(dāng)提高 SO3含量， 可以很好地兼顧到水泥需水量的降低和水泥強(qiáng)度的發(fā)揮。

3.6 控制水泥溫度

水泥溫度過高， 水泥需水量增加， 所以可采用加強(qiáng)熟料冷卻、降低入磨熟料溫度和采用部分濕粉煤灰、礦渣等混合材的措施。 其中， 摻加部分濕粉煤灰可用其水分在粉磨過程中蒸發(fā)而產(chǎn)生磨內(nèi)噴水的作用，既節(jié)能， 又能降低出磨水泥的溫度。為確保水泥最佳品質(zhì)， 設(shè)計(jì)中應(yīng)考慮工廠有足夠的水泥庫容，使水泥出廠前能夠得到充分的降溫。 對于受場地限制和特殊的高溫環(huán)境， 也可以考慮采用水泥冷卻器進(jìn)行降溫，有利于降低水泥需水量， 提高水泥品質(zhì)。

4、結(jié)語

（1）水泥需水量是影響混凝土性能的主要因素之一， 它決定著混凝土的用水量， 也決定了配制混凝土的水泥用量， 是影響混凝土經(jīng)濟(jì)性的最重要因素。

（2）影響水泥需水量的因素很多， 主要包括熟料品質(zhì)、粉磨工藝、產(chǎn)品細(xì)度、水泥顆粒形貌、水泥溫度、混合材和石膏品種及摻量。

（3）通過設(shè)計(jì)優(yōu)化和生產(chǎn)控制來降低水泥需水量， 不僅可以提高產(chǎn)品質(zhì)量， 實(shí)現(xiàn)節(jié)能降耗， 也為后序的建筑業(yè)節(jié)約成本、提高質(zhì)量帶來很好的經(jīng)濟(jì)和社會(huì)效益。

作者：夏暉 , 雷娜 , 俞岳燦

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