新型“熟料替代物”的水硬性摻加物

水泥工業(yè)降低CO2排放主要有如下三種方式：減少耗能高的CaCO3分解的數(shù)量、減少燃料消耗量和粉磨耗電量。

德國(guó)Wopfinger Baustoff工業(yè)公司從生態(tài)和經(jīng)濟(jì)發(fā)展觀(guān)點(diǎn)，在長(zhǎng)達(dá)4年的時(shí)間內(nèi)，開(kāi)展新型“熟料替代物”的水硬性摻加物的研究并取得了成功，現(xiàn)課題正在進(jìn)一步深入開(kāi)展，情況如下：

新型“熟料替代物”和普通水泥熟料相比，替代物中含有較高百分比的硅鋁化合物，這些成分通常有二次原料或粉煤灰、碎磚、廢型砂、鋁質(zhì)廢料、建筑結(jié)構(gòu)拆除材料等，因而原料中的石灰石含量較低。

配料計(jì)算表明：普通水泥熟料中含有的廢料取代率大致為25%，而熟料替代物則為46%。普通水泥熟料實(shí)際料耗約1.60t生料，而熟料替代物為1.2t生料，減少約25%～27%。

低CaO含量的水泥熟料品種中，40余年前出現(xiàn)的硫鋁酸鹽水泥具有高的熔融體和熔融溫度窄、煅燒困難的生產(chǎn)特性。熟料具有高的反應(yīng)度、快凝和高的早期強(qiáng)度，可用于特殊工程（如快凝砂漿）。由于難于精確控制加水量、溫度波動(dòng)及緩凝劑加入量等使用問(wèn)題，此類(lèi)水泥難于在工程中大量應(yīng)用。

Wopfinger熟料替代物主要由有利于長(zhǎng)期強(qiáng)度發(fā)展的單分子硅酸鈣（C.S）和硅酸鋁（C.A）組成，因而硬化較慢且早期強(qiáng)度發(fā)展較慢，在大量的煅燒試驗(yàn)基礎(chǔ)上，開(kāi)發(fā)出滿(mǎn)足早期強(qiáng)度發(fā)展、較普通水泥熟料性能更為特殊、應(yīng)用較為廣泛的產(chǎn)品，目前生產(chǎn)方式及產(chǎn)品性能均已申請(qǐng)專(zhuān)利。

按照EN196-1抗壓強(qiáng)度試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)方法，對(duì)不同比例的普通水泥和熟料替代物進(jìn)行測(cè)試，結(jié)果見(jiàn)表1。表1顯示早期強(qiáng)度發(fā)展明顯，即使50%的熟料替代物也能滿(mǎn)足混凝土更為廣泛的需求。

較高比例的熟料替代物與帶摻加物的普通水泥的強(qiáng)度發(fā)展見(jiàn)表2。表中反映出如下特性：

·高的早期強(qiáng)度發(fā)展減少干燥產(chǎn)生的風(fēng)險(xiǎn)。

·由于熟料替代物中含有單分子鈣硅（C.S）和鈣鋁（C.A）化合物，有利于混凝土快速養(yǎng)護(hù)，增加混凝土結(jié)構(gòu)的可持續(xù)和耐久性。此外熟料替代物容易粉磨，產(chǎn)品中細(xì)顆粒多，配置的混凝土致密度高，有害物不易滲透高致密的混凝土結(jié)構(gòu)，其使用壽命長(zhǎng)。

·水化熱低，降低混凝土裂紋。

·C3A含量減少，增加抗硫蝕能力。

·抗冰融和除冰鹽性能增加。

表2中的CEMⅡ/A-L為波特蘭石灰水泥，熟料比例80%～94%，外加劑6%～20%，石膏0%～5%；CEMⅡ/ A-S為波特蘭礦渣水泥，熟料比例80%～94%，外加劑6%～20%，石膏0%～5%；CEMⅡ/B-M為波特蘭復(fù)合水泥，熟料比例65%～79%，外加劑21%～35%，石膏0%～5%。

熟料摻加物水泥的生態(tài)和經(jīng)濟(jì)優(yōu)點(diǎn)如下：

表1 不同比例熟料替代物的耐壓強(qiáng)度

表2 不同水泥品種的強(qiáng)度發(fā)展

表3 新型熟料替代物煅燒試驗(yàn)

·由于原料中已分解的氧化鈣含量較多且燃料消耗量減少，熟料摻加物較普通水泥熟料在生產(chǎn)中產(chǎn)生的CO2排放量減少50%～60%。

·普通水泥熟料煅燒溫度1280℃，而熟料摻加物煅燒溫度為1200℃，減少了窯內(nèi)燒成帶熱負(fù)荷和燃料消耗量。

·熟料摻加物易磨性好，電耗低。

·熟料摻加物可用普通熟料生產(chǎn)工藝進(jìn)行生產(chǎn)，不需大量投資。

由于帶熟料替代物的水泥具有上述優(yōu)點(diǎn)，其使用范圍較廣。現(xiàn)正進(jìn)行新的熟料替代物試驗(yàn)，在常規(guī)的小型水泥熟料生產(chǎn)線(xiàn)上（帶單筒冷卻機(jī)）生產(chǎn)了10t熟料替代物和8t普通水泥熟料，其生產(chǎn)性能見(jiàn)表3。

在實(shí)驗(yàn)過(guò)程中窯的燒成帶熱負(fù)荷降低且沒(méi)有窯皮，生產(chǎn)未受任何干擾，盡管提高了9%的產(chǎn)能，天然氣消耗量降低約50%，CO2排放量減少57%，熟料替代物的質(zhì)量和易磨性均較普通水泥熟料優(yōu)良。

新型熟料替代物和普通水泥熟料相比，具有如下優(yōu)點(diǎn)：

·從生態(tài)來(lái)看，節(jié)約天然氣，減少CO2排放，減少石灰石用量。

·從經(jīng)濟(jì)來(lái)看，降低生料和燃料費(fèi)用，改善窯的性能及減少粉磨電耗。

·從產(chǎn)品性能來(lái)看，其特殊性能使用范圍廣，且有利于混凝土耐久性。

·從生產(chǎn)過(guò)程來(lái)看，在現(xiàn)有水泥生產(chǎn)線(xiàn)上，生料制備及熟料煅燒能夠控制此類(lèi)產(chǎn)品生產(chǎn)。在一些缺少和價(jià)格昂貴的熟料摻加物的國(guó)家有使用價(jià)值。

陳友德編譯自No.11/2013 Z.K.G.