新型“熟料替代物”的水硬性掺加物

水泥工业降低CO2排放主要有如下三种方式：减少耗能高的CaCO3分解的数量、减少燃料消耗量和粉磨耗电量。

德国Wopfinger Baustoff工业公司从生态和经济发展观点，在长达4年的时间内，开展新型“熟料替代物”的水硬性掺加物的研究并取得了成功，现课题正在进一步深入开展，情况如下：

新型“熟料替代物”和普通水泥熟料相比，替代物中含有较高百分比的硅铝化合物，这些成分通常有二次原料或粉煤灰、碎砖、废型砂、铝质废料、建筑结构拆除材料等，因而原料中的石灰石含量较低。

配料计算表明：普通水泥熟料中含有的废料取代率大致为25%，而熟料替代物则为46%。普通水泥熟料实际料耗约1.60t生料，而熟料替代物为1.2t生料，减少约25%～27%。

低CaO含量的水泥熟料品种中，40余年前出现的硫铝酸盐水泥具有高的熔融体和熔融温度窄、煅烧困难的生产特性。熟料具有高的反应度、快凝和高的早期强度，可用于特殊工程（如快凝砂浆）。由于难于精确控制加水量、温度波动及缓凝剂加入量等使用问题，此类水泥难于在工程中大量应用。

Wopfinger熟料替代物主要由有利于长期强度发展的单分子硅酸钙（C.S）和硅酸铝（C.A）组成，因而硬化较慢且早期强度发展较慢，在大量的煅烧试验基础上，开发出满足早期强度发展、较普通水泥熟料性能更为特殊、应用较为广泛的产品，目前生产方式及产品性能均已申请专利。

按照EN196-1抗压强度试验标准方法，对不同比例的普通水泥和熟料替代物进行测试，结果见表1。表1显示早期强度发展明显，即使50%的熟料替代物也能满足混凝土更为广泛的需求。

较高比例的熟料替代物与带掺加物的普通水泥的强度发展见表2。表中反映出如下特性：

·高的早期强度发展减少干燥产生的风险。

·由于熟料替代物中含有单分子钙硅（C.S）和钙铝（C.A）化合物，有利于混凝土快速养护，增加混凝土结构的可持续和耐久性。此外熟料替代物容易粉磨，产品中细颗粒多，配置的混凝土致密度高，有害物不易渗透高致密的混凝土结构，其使用寿命长。

·水化热低，降低混凝土裂纹。

·C3A含量减少，增加抗硫蚀能力。

·抗冰融和除冰盐性能增加。

表2中的CEMⅡ/A-L为波特兰石灰水泥，熟料比例80%～94%，外加剂6%～20%，石膏0%～5%；CEMⅡ/ A-S为波特兰矿渣水泥，熟料比例80%～94%，外加剂6%～20%，石膏0%～5%；CEMⅡ/B-M为波特兰复合水泥，熟料比例65%～79%，外加剂21%～35%，石膏0%～5%。

熟料掺加物水泥的生态和经济优点如下：

表1 不同比例熟料替代物的耐压强度

表2 不同水泥品种的强度发展

表3 新型熟料替代物煅烧试验

·由于原料中已分解的氧化钙含量较多且燃料消耗量减少，熟料掺加物较普通水泥熟料在生产中产生的CO2排放量减少50%～60%。

·普通水泥熟料煅烧温度1280℃，而熟料掺加物煅烧温度为1200℃，减少了窑内烧成带热负荷和燃料消耗量。

·熟料掺加物易磨性好，电耗低。

·熟料掺加物可用普通熟料生产工艺进行生产，不需大量投资。

由于带熟料替代物的水泥具有上述优点，其使用范围较广。现正进行新的熟料替代物试验，在常规的小型水泥熟料生产线上（带单筒冷却机）生产了10t熟料替代物和8t普通水泥熟料，其生产性能见表3。

在实验过程中窑的烧成带热负荷降低且没有窑皮，生产未受任何干扰，尽管提高了9%的产能，天然气消耗量降低约50%，CO2排放量减少57%，熟料替代物的质量和易磨性均较普通水泥熟料优良。

新型熟料替代物和普通水泥熟料相比，具有如下优点：

·从生态来看，节约天然气，减少CO2排放，减少石灰石用量。

·从经济来看，降低生料和燃料费用，改善窑的性能及减少粉磨电耗。

·从产品性能来看，其特殊性能使用范围广，且有利于混凝土耐久性。

·从生产过程来看，在现有水泥生产线上，生料制备及熟料煅烧能够控制此类产品生产。在一些缺少和价格昂贵的熟料掺加物的国家有使用价值。

陈友德编译自No.11/2013 Z.K.G.