摘 要：要配制高性能混凝土，不仅要求水泥的强度要高，同时也要求水泥的标准稠度用水量要低，水泥与减水剂的相容性要好。通过选择低需水量的原材料，对粉磨装备工艺进行改进，对工艺操作参数进行优化改善颗粒级配等措施实现了水泥标准稠度需水量的有效降低。

关键词：需水量；标准稠度；水泥；混凝土；粉磨

0 前言

水泥标准稠度用水量对混凝土的性能影响较大，近年来，各个企业对需水量的关注度逐步增加。如果水泥的标准稠度用水量大，为确保混凝土的施工性能而加大用水量，则会降低混凝土强度，增加混凝土干缩产生裂纹的可能性，降低混凝土的抗渗性和耐久性，而且影响混凝土的整体强度。因此，要配制高性能混凝土，不仅要求水泥的强度要高，同时也要求水泥的标准稠度用水量要低，水泥与减水剂的相容性要好。本文就影响水泥标准稠度用水量的因素和降低标准稠度用水量的措施进行探讨。

01 选择需水量低的原料

水泥净浆在特定用水量和测试方法下所达到的稠度称之为水泥的标准稠度，而水泥标准稠度需水量则是指能够使水泥浆体达到一定流动性与可塑性时所需要的拌合水量，它是水泥净浆需水性的一种体现。根据相关的研究，水泥标准稠度需水量由以下几部分组成：

(1)满足水泥的初期水化反应的称为水化水；

(2)水泥中如果含有疏松多孔组分，会将水分吸收到孔隙内部，此部分水为吸附水；

(3)填充水泥颗粒间隙的水为填充水；

(4)使水泥颗粒表面湿润，并且能够在表面形成一层足够厚的水膜的水为表层水。

在上述四部分用水量当中，水化水为水泥水化诱导期开始之前被新生成水化物相所结合的水量，主要取决于水泥中C₃A的转化量，一般在总用水量中所占比例为10%以下。而填充水(填充原始水泥颗粒间缝隙的水)和在水泥颗粒表面形成足够厚度的水膜等物理结合水，则占到了总比例的90%以上。

一般情况下，水泥的需水量和混凝土的需水量成正比，即水泥需水量小时混凝土单位需水量也小，水灰比就越小，此时的混凝土浇筑后强度高，耐久性好。而当水泥需水量大时就需要大量的水来拌合混凝土，容易导致混凝土浇筑后产生干缩性裂缝，降低混凝土的强度和耐久性。所以，从建筑工程质量的角度来讲都想选择需水量较少的水泥，这就要求水泥厂商在生产过程中尽量降低水泥标准稠度的需水量，从而满足建筑施工单位的需求。

水泥中的需水量高的混合材不仅有可能降低成品质量，而且当混凝土添加减水剂时，水泥中的混合。材对减水剂的适应性差，容易对减水剂进行吸附。

1.1 选择需水量低的熟料

从表1看出，当熟料矿物成分接近时游离氧化钙与碱含量是影响熟料标准稠度用水量的关键因素，选用游离氧化钙含量在1.0%及以下、碱含量低于0.60%的低碱熟料可以降低标准稠度用水量。

1.2 选择需水量低的矿粉

从表2看出，矿粉比表面积与细度是影响需水量的关键因素，选用比表面积在400～420m2/kg左右、细度在2.0%～3.0%的矿粉可以降低水泥的标准稠度用水量。

表1 孰料化学成分及标准稠度用水量

表2 矿粉比表面积、细度及标准稠度用水量

1.3 选择需水量低的粉煤灰

从表3看出，粉煤灰烧失量是影响需水量的关键因素，选用烧失量低于2.0%的粉煤灰，可以有效降低水泥的标准稠度用水量。

表3 粉煤灰烧失量及标准稠度用水量，%

1.4 适当配用需水量低的石膏

从表4看出，天然石膏需水量较低，鉴于天然石膏资源缺乏可考虑与其他类石膏搭配使用，从而降低水泥标准稠度需水量。

表4 石膏种类及标准稠度用水量，%

02 粉磨装备工艺改进

2.1 O型选粉机的转子间隔改进

水泥粉磨系统设备O型选粉机的转子间隔缝隙同等大小，则大小相当的水泥颗粒被选出的概率非常大，导致水泥微粒均齐性好，从而导致水泥颗粒分布较窄，水泥微粒紧密堆积性相对较差，空隙率相对较大，进而导致水泥标准稠度需水量较大。因此，需要对水泥磨O型选粉机的转子进行部分加密，将O型选粉机1、2、4层叶片用耐热钢筋加密(从上至下)后，O型选粉机的转子间隔缝隙大小不同，因此不同粒径的水泥微粒都增大了被选出的概率，利于形成较宽范围水泥颗粒级配，形成更紧密堆积，减小空隙率，改善水泥需水量、从而改善水泥使用性能，改进照片见图1。

图1 O型选粉机转子改造前后

2.2 出磨篦板改进

水泥磨内不同物料的流速和在磨内停留时间，直接对水泥标准稠度用水量及水泥的其他使用性能产生影响。如果是易磨性较好的混合材被磨细，则会加大对外加剂的吸附作用，从而提升水泥的标准稠度用水量，但如果是将易磨性相对较差的矿渣或熟料磨细，则对如对水泥的标准稠度用水量影响不大，同时会提升水泥在混凝土中的包浆能力。因此，对水泥磨的部分出磨篦板进行焊接封堵，将篦板五、篦板四(从中心圆向外排列)封堵，降低磨内物料流速，增加研磨时间。降低风速后，易磨性较好的轻质混合材更容易优先通过磨机，主要延长了熟料和矿渣等易磨性相对较差的重质物料在磨机的停留时间，使其充分磨细，特别是将影响使用凝结时间和包浆能力的熟料磨细，从而保证了在水泥标准稠度用水量变化不大的情况下，进一步优化水泥的使用性能，见图2。

图2 篦板改造

03 工艺参数调整

由于我司是Φ4.2m×13m双循环闭路磨，该磨设计利用产量提升、节能降耗，而它的缺点是水泥细度粉磨过细、水泥微粒的粒径均齐性太好导致颗粒级配不合理等，要想规避这些缺点，可以通过改变水泥磨的工艺操作思路，由闭路磨改为准开路磨工艺操作，降低磨内用风量增加磨内粉磨时间，提高出磨水泥比表面积；降低选粉机频率，降低磨内回粉、降低循环负荷率、提高系统风量。从而使回粉量大幅减少，过粉磨情况得到有效控制，＜3μm的微细粉含量大幅减少，同时有效缓解粒径均齐性问题，颗粒级配分布更为合理，颗粒堆积更为密实，从而改善标准稠度需水量，工艺参数调整前后主要变化见表5。从图3和图4可以看出，改善后颗粒分布更宽，＜3μm的微细粉含量大幅减少，同时保持3～32μm颗粒含量变化不大，32～65μm含量增加，使我们的产品摆脱了闭路磨常见问题，即易出现超细粉的困境和粒度均齐性问题，从而减少了水泥微粒对减水剂的吸附，进而改善了与减水剂的适应性，同时可以确保水泥在28d之后水泥能够达到持续增长的效果，即混凝土耐久性得到改善，而规避了水泥粒度粉磨过细引起的混凝土强度倒缩现象。

表5 工艺调整前后主要参数变化

图3 改善前粒度分布

图4 改善后粒度分布

04 结语

我公司通过对上述措施的实施，水泥标标准稠度需水量得到了有效降低由28.6%下降至27.6%，同时水泥比表面积由348m²/kg提高至359m²/kg，有利于提升水泥早期强度，凝结时间由187min缩短至172min，有利于施工进度。

有关本文：

作者：单超1，刘映德2，任春玲3

单位：山东东华科技有限公司、华润水泥(龙岩曹溪)有限公司、济南万华水泥有限责任公司

来源：水泥工程2023年第6期