《中国水泥》杂志

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通用水泥常见问题的思考(上)

更新日期: 2017年10月12日 作者: 冷水江市经济科技和信息化局 王立新 【字体:
 
前言
 
    在市场经济环境中,生产企业必须围绕市场需求,寻找市场空隙和新的突破点。通用水泥是传统工业品且属中间过程产品,当然也不例外。目前通用水泥生产方与用户常见问题是:产品规格少与多样化的需求的矛盾,混合材/掺合料掺加方式的选择?什么样的水泥细度才符合用户需求?生产方如何用最经济的办法处理水泥与减水剂不相容性质量纠纷等。
 
    1. 同一个工厂用户的多样化需求现状及思考
 
    1.1 现状及讨论
 
    因我国通用水泥产能严重过剩,近年来通过淘汰落后等措施去掉了部分水泥产能。现我国通用水泥熟料绝大部分采用新型干法技术生产,其单条水泥熟料生产线小则2000t/d,大到12000t/d,大部分在4000~6000t/d,窑磨齐全的同一个水泥工厂年产水泥百万吨、数百万吨、甚至上千万吨。但因建厂设计、工艺布置、装备、库容、场地等条件限制,其水泥品种与等级通常是:P.C32.5R、42.5、52.5,P.O42.5、42.5R、52.5,少量其他品种与等级通用水泥等。而面对通用水泥这个传统工业品的使用者却是几十万吨(商混站、干混砂浆站类)、几万吨(修高速公路、修桥、建地铁等)、几千吨(大型建筑工程等)、几百吨(一般建筑工程等)、几十吨(农村建房等)、几吨(零散装修等)等不同类型用户,量大面广,其对水泥性能的需求各种各样。
 
    杨文科“提倡多品种,少批量,多生产针对某一个具体环境下具体工程的专用水泥……水泥厂根据不同施工方的要求,对水泥的主要成分C3S、C2S、C3A、C4AF及MgO、SO3和细度,进行自由调节,生产出完全满足现场要求的水泥。这应该是我们追求的目标和发展方向。”1
 
    肖忠明“建议在熟料煅烧装备、工艺、原材料确定下来后,不要轻易改变熟料的率值去满足水泥某些性能的需求,这样做的成本极高、且效果不一定能达到。同时改变熟料的矿物组成只是改善水泥性能的途径之一……”2
   
    廉慧珍等认为,“产品为用户服务,这是商品经济的铁律。但‘服务’并不是简单的‘你要什么我卖什么’,而是要为用户的根本利益着想……对于用户个体或个别群体的人来说,由于认识水平的差异,未必都了解其自身的实际需要,产品生产者常会受到用户无意间的误导。”3“水泥品种单一化不仅不利于水泥的发展,而且也不利于市场经济的发展。”3
 
    吴中伟认为,“现代化水泥厂的规模都很大,生产需要量较少但品种繁多的特种水泥,对水泥厂来说是不经济的。因此工业发达的国家都趋向于采用在普通水泥中掺入各种外加剂,使之具有不同的特性。”4
 
    1.2 思考
 
    综上所述,大型水泥企业根据每一个用户的不同需求生产不同品种的特种水泥不现实,也不经济。这种不经济仅限于大型水泥生产线不要轻易改变现有熟料烧成设备、烧成制度、原燃料来源、配料方案、率值等。而应尽可能地保持优化后的烧成熟料矿物成分与性能的稳定,从经济角度讲,大型熟料生产线决定了熟料品种少且尽可能保持窑系统与熟料产质量的稳定,在这点上生产通用水泥的企业不能有丝毫动摇。但是,大型工厂用质量稳定的熟料去生产通用水泥,以适应或满足市场里不同用户对通用水泥的某些性能需求的专用水泥,在这点上也绝不能忽视,否则丢掉或失去部分市场是尽早的事。
 
    首先,大型水泥企业的熟料与混合材分开粉磨,或混合材微粉能单独生产,可与高标号水泥或熟料微粉能及时配制不同等级与品种的水泥,可即时自由调节强度等级与改善水泥性能,满足不同用户对强度等级与某些性能的不同适用性需求,提供给用户的同规格同型号的专用水泥产品尽可能保持/控制相同的性能指标,做到均匀、稳定。这种熟料磨制后与混合材微粉配制水泥生产工艺,也许会成为大而全的大型通用水泥生产企业的必备生产工艺。文献5介绍:“发达国家水泥已经很少有混合粉磨工艺”5,“国外某水泥企业采用分别工艺,通常情况下生产近20个品种的水泥,熟料粉的品种也多达3~5种……”5现在国内也有个别水泥企业开始这么做了。
 
    其次,尽管目前通用水泥GB175-2007规定在水泥生产过程中不能添加除助磨剂外的其它水泥外加剂。但是在市场经济环境里,没有排除用于建筑等不同工程的建材,可以以通用水泥基为主要成分创新复合材料产品。任何一种新产品的出现或产品创新,是先有人发现市场里有某种需求或缺口,之后才有研发及满足此需求的产品,有生产的产品了,才能有此产品的标准,标准是生产较成熟产品的规范。如用于修路的垫基层水泥,若没有在水泥中添加其它类缓凝剂,仅在水泥生产过程中增加石膏掺量,SO3就会超标或缓凝效果达不到,或要施工方在使用过程中添加缓凝剂,使用者却因施工繁琐或投资不划算,难以混匀等,达不到修路筑底的施工要求,也就很难满足用户的需求。又如目前市场上已生产且火热的用于房屋室内装修的一种装修水泥(不同于低强度的砌筑水泥),其里面就掺有增稠剂、保水剂之类的外加剂,减少了泥工师傅在使用过程中的麻烦与提高了工效与施工质量。再如文献6介绍,近年来,不断有研究人员已经将各种纳米材料(纳米C-S-H粒子、纳米二氧化硅、纳米碳酸钙、纳米碳管和纤维)及其它低纳材料加入到水泥混凝土中,以期有效改善混凝土的强度、渗透性和耐久性等多种性能,并取得了不少的研究成果。这些纳米材料亦可以添加到以通用水泥基的材料中创新出新的复合材料。诸如此类情况,都是先有市场需求,有的水泥企业就去满足这些用户的需求,相应的国家标准都还没有(但有企业标准,尚未上升到行业或国家标准),对大型水泥企业来说,往往是大而全的而不是小而精的发展模式,若放弃或不生产此类产品,自然会由其它企业来生产而分享市场。
 
    2. 混合材/掺合料在生产/使用过程中掺加方式的讨论
 
    2.1 讨论
 
    水泥混合材/掺合料到底在水泥生产过程时掺入还是在水泥使用过程中掺入比较好?不仅存在行业利益之争,也存在上下游企业之间的利益之争,在控制混凝土质量优劣与满足用户需求等问题上也存在明显分岐的观点。
 
    乔龄山认为,“水泥熟料、矿渣及硅灰等主要组分可准确计量,更好匹配,使水泥性能更佳;有利于低水灰比混凝土的配制,消除了因硅灰水浆的加入使混凝土加水量不准的弊端;混凝土搅拌站不需配置加硅灰的装备,如搅拌设备、配料泵、计量设备、控制系统、防锈的贮存设备等。”7主张在水泥厂添加。
 
    廉慧珍认为,在商混站掺外加剂和掺合料存在“ 1)组分过多增加了过程控制的复杂性。2)现行搅拌机搅拌时间太短存在的匀质性问题。3)大掺量矿物掺合料使胶凝材料中SO3不足。”3等问题。
 
    樊粤明等认为,“减少水泥用量,增大矿物掺和料用量,实现混凝土的绿色化”8,主张掺合料在商混站等添加。
 
    于2015年12月1日起正式实施的GB175-2007《通用硅酸盐水泥》国家标准第2号修改单主要内容是,取消32.5复合硅酸盐水泥。带来的直接影响之一是在水泥厂添加混合材的量减少了,配制相同等级的混凝土时使用过程中的掺合料的量增加了。
 
    丁美荣认为,“掺加掺合料有水泥厂、施工方两种方法(工序),各有利弊;水泥厂生产控制、管理体系等条件更完善,可确保配比更均匀,颗粒级配更合理,质量更有保障……满足用户对水泥强度等质量指标要求。但商混站及工程方掺加的最大好处是:便于调整砼性能,自由度更大,条件较好的商混站及工程现场也完全满足控制要求。但对于使用水泥超过总量一半的农村、城镇等,由于现场计量等设施及混合材粉资源、生产、专用车辆、储存等条件限制,就很难实施。因此,可根据用户要求与条件确定掺合料的掺入方式。”9
 
    2.2 小结
 
    综上所述,大型水泥企业面对的各类需求量不同的用户,必须要有能配制可自由调节生产水泥强度等级以满足不同用户需求的生产装备/设施/工艺,否则将总需求量不小,但单个需求量小的民用建筑、农村等受条件限制的小用户及已经兴起的混合材微粉业务拱手相送给下游企业或他人。
 
    3. 目前通用水泥的细度现状与讨论
 
    3.1 现状
 
    众所周知,水泥细度、颗粒级配一方面对水泥、混凝土性能的直接影响较大,致使某些混凝土方面的一些人忧虑“我国目前大多数水泥,无颗粒级配可言;水泥磨得越来越细,细颗粒越来越多,水化速度很快。”1“细度不要太高了,比表面积控制在300~320m2/kg左右”10。甚至有人将近年来混凝土的普遍开裂归结于与水泥颗粒越来越细有直接关系,“越细的水泥需水量越大,与外加剂相容性差,水化热越大,开裂敏感性越大”。另一方面水泥细度、颗粒级配又与水泥生产的电耗与生产成本直接相联系,有人认为:“水泥生产是能耗大户……熟料中硅酸盐矿物等的潜在水硬性,就应该加以充分利用。也就是将水泥磨得细一点,充分发挥其强度,才对得起所耗的能源以及排放CO2产生的温室效应。”11,不同的人对目前国内通用水泥的细度现状表达了不同的看法与观点,包先诚等认为“水泥细度问题是混凝土界和水泥界分岐的最大的问题之一。”12难道水泥企业真的只顾生产成本与自身利益而没有顾及或无视下游用户对水泥细度的反映与需求吗?
 
    3.2 公认的有利于水化的熟料颗粒粒径
 
    胡如进等对相关文献辨析后认为“目前比较公认的水泥最佳性能的颗粒级配为:3~32um颗粒总量不能低于65%,<3um细颗粒不超过10%,>65um颗粒最好为零,<1um细颗粒最好没有。”13、14值得注意的是,这个公认结论中的“水泥”是指“硅酸盐水泥(P.I水泥)”13、15即纯硅酸盐熟料水泥。这个最佳性能指“水泥的水化速率和水化程度角度对熟料粒度分布的要求。”16。
 
    卢迪芬等人对水泥熟料与第二组分混合粉磨特性进行了研究,如“将20%的石灰石与80%的同一粒径的熟料共同粉磨20min后,石灰石磨得更细,而熟料较粗,在<5 u m的颗粒中,石灰石粉占比72.1%,而在>45um的颗粒中,熟料占88.0%,说明石灰石大部分集中在较细的粒径范围,而熟料集中在较粗的粒级范
围。”17且有关文献6对易磨性较差的矿渣等混合材与熟料混合粉磨成复合水泥也进行了相应研究,“在复合水泥0~10um颗粒中,熟料占比58%,矿渣等占比42%;40~50um颗粒中,熟料占比27%,矿渣占比73%”6。水泥业内亦有较多研究机构与多人进行类似的研究,得出了与此相似结论为“易磨性不同的两组分物料在混合粉磨过程中常发生选择性粉磨现象,一组分物料可能对另一组分物料的粉磨起促进或阻碍作用,使粉磨产物细颗粒和粗颗粒中物料成分占比发生较大的变化。”17,所以通用水泥中小于3um以下的水泥颗粒不一定就是熟料微细颗粒或占比较大。
(未完待续)
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