水泥技术|我国北方地区冬春季节水泥长期贮存的探讨

防水之家讯：引言 我国北方地区霜冻期一般较长，如神东水泥厂所在区长达4个月，施工部门大多在0℃以下就停止户外施工，使水泥用量锐减，市场价格下降，水泥销售极为困难。多数企业不得不因水泥滞销而停产，年生产仅为9～10个月，生产能力只能发挥75%～85%左右。但到施工黄金季节(每年4～10月份)，企业开足马力也难以满足市场需求，水泥价格要比冬季高50～60元/t。因此，在冬季较多地贮存些水泥是充分发挥企业生产能力，平衡水泥淡季与旺季的供求矛盾，提高企业经济效益的有效措施。


但是，过去绝大多数水泥技术资料、论文都认为水泥强度会随着贮存时间的延长而明显下降。下降的幅度说法不一，有的资料〔1〕认为:用4层纸袋封存水泥试样15d后，28d抗压强度下降约10%左右，用普通塑料袋(聚氯乙烯塑料制品)存放1个月，其抗压强度下降12%；也有资料〔2〕认为:普通水泥存放3个月活性下降约20%，存放半年下降约30%，存放1年下降约40%。受此影响，水泥厂一般都不长时间存放水泥，存放最多不超过1个月。但神东水泥厂几年来冬贮水泥实践证实，在我国北方的冬春季节贮存3～6个月，强度无明显下降，有的还有不同程度升高，尤其3d抗压强度升高最为显著。文献〔3〕也证实了这一点。本文针对北方地区冬贮水泥的特点，总结神东水泥厂经验，对冬贮中有关问题进行试验和研究，对冬贮水泥强度变化原因进行了初步探讨。

1　不同存放条件下水泥物理性能的变化


1.1　在相对密封条件下散装水泥变化情况
1.1.1　在密封筒中长期贮存
封存样可以说是水泥比较理想的密封环境，通过2组封存样与封存6个月后水泥强度进行对比看出，水泥强度均无明显降低，有些强度还有不同程度提高，尤其3d抗压强度平均升高20%左右，见表1。 表1 水泥封存样与封存6个月的物理性能对比 编号 成型日期 凝结时间/(h:min) 安定性 抗折强度/MPa 抗压强度/MPa 初凝 终凝 3d 28d 3d 28d 237－0 1998.12.2 2:40 4:05 松 5.29 7.80 25.08 53.40 237－6 1999.6.1 2:28 3:58 合格 5.47 8.15 30.81 51.15 237－0/237－6 　 100/92.5 100/97.1 　 100/103 100/104 100/123 100/96 251－0 1998.12.17 　 裂 5.43 7.40 25.40 49.10 251－6 1999.6.1 　 合格 5.42 8.57 30.17 54.28 251－0/251－6 　 　 100/100 100/116 100/119 100/111
1.1.2　在圆库内长期贮存


圆库内散装水泥除库中最上层与不流动大气接触较多外，其余均可视为在密封条件较好情况下贮存。将入库水泥与在圆库内贮存3个月的水泥进行强度比较看出，水泥在圆库内强度变化同封存样基本相同，结果见表2。

表2 入库水泥与圆库内贮存3个月水泥物理性能比较 成型时间 凝结时间/(h:min) 安定性 抗折强度/MPa 抗压强度/MPa 备注 初凝 终凝 3d 28d 3d 28d 1998.12.26 2:42 4:17 曲 5.26 7.87 25.71 48.2 入库样品 1999.3.12 2:57 4:58 合格 5.04 7.98 26.57 51.77 出库样品 入库/出库 100/109 100/116 　 100/96 100/101 100/103 100/107
注：入库样品为3个人库编号平均值；出库样品为包装该库3个编号平均值。 有资料介绍，水泥凝结时间与空气中CO2浓度有关。从表1、2中看出凝结有快、有慢，本文不再探讨。
结论一:散装水泥在密封条件相对较好情况下长期贮存，水泥强度无明显降低，多数龄期还有不同程度提高，尤其3d抗压强度升高概率与幅度最大。
1.2　袋装水泥不同存放条件下物理性能变化


1.2.1　成品库房内长期贮存
试验条件:包装袋为单层聚氯乙烯编织袋；成品库房为两侧敞开式库房，水泥垛上无遮盖物，库内通风状况良好。
成品库中长期存放袋装水泥的物理性能变化见表3。长期存放水泥质检部门抽检结果见表4。

表3 成品库中长期存袋装水泥物理性能变化 编号 成型日期 安定性 抗折强度/MPa 抗压强度/MPa 备注 3d 28d 3d 28d 230－0 1998.11.28 合格 5.16 8.11 24.12 52.06 封存样 230－3 1999.3.16 合格 5.37 7.87 27.40 50.20 垛内样 230－0/230－3 　 100/104 100/97 100/114 100/97 238－0 1998.12.3 松 5.40 7.20 27.06 54.80 封存样 238－3 1999.3.19 合格 5.30 8.08 28.10 54.43 垛内样 238－0/238－3 　 100/98 100/112 100/104 100/99 255－0 1998.12.19 裂 4.71 7.1 23.69 45.30 封存样 255－5 1999.5.27 合格 5.48 8.03 29.83 53.16 垛内样 255－0/255－5 　 100/116 100/113 100/126 100/117 表4 长期贮存水泥质检部门抽检结果和兄弟厂长期贮存试验结果 编号 成型日期 安定性 抗折强度/MPa 抗压强度/MPa 备注 3d 28d 3d 28d 246－0 1998.12.12 弯 5.48 8.30 26.05 53.80 本厂封存样 246－3 1999.3.25 合格 5.72 8.07 29.03 53.16 现场3个月后复检 246－抽 1999.3.29 合格 5.35 8.65 29.40 55.20 质检站现场抽样 246－0/246－3 　 100/104 100/97 100/111 100/99 246－0/246－抽 　 100/98 100/104 100/113 100/103 2－25 2.25 不合格 4.4 7.2 21.7 50.6 牡丹江水泥厂〔3〕 3个月后复检 5.21 合格 5.1 7.8 25.0 50.2 牡丹江水泥厂 2－25/复检 　 100/116 100/108 100/115 100/99 袋装水泥在成品库内长期贮存，水泥强度均无明显下降，多数龄期强度有所增长，质检部门抽查结果和牡丹江水泥厂试验的结果验证了以上结论。从表3中还可以发现长期贮存水泥强度增长与水泥安定性有关，即安定性愈差的水泥，随贮存时间的延长，强度增长的概率和幅度也增大。


1.2.2　露天长期贮存
试验条件:包装袋同上。
袋装水泥露天，高于地面80cm水泥平台存放，蓬布遮盖。
袋装水泥露天长期贮存，强度无明显降低，与成品库内存放效果基本相同。需要指出的是:由于雨淋，该编号5%左右水泥袋结为硬块，然而垛内未硬结的袋装水泥强度依然没有降低，多数还有所增长(见表5中编号258-5)。

表5 露天存放袋装水泥长期贮存物理性能变化 编号 成型日期 安定性 抗折强度/MPa 抗压强度/MPa 备注 3d 28d 3d 28d 258－0 1998.12.21 溃 5.31 8.10 29.99 48.4 封存样 258－3 1999.3.4 松 5.11 7.45 24.47 49.9 垛表层样 258－5 1999.5.30 合格 5.77 8.11 30.48 51.93 垛内样 258－0/258－3 　 100/96 100/92 100/82 100/103 258－0/258－5 　 100/107 100/100 100/102 100/107 结论二:1)袋装水泥库房内长期贮存与露天长期贮存其贮存效果基本一样，水泥强度均无明显下降，多数有所增长。
2)水泥长期贮存强度增长概率和幅度与水泥安定性有一定相关关系。


1.3　水泥强度与接触大气程度的关系


1.3.1　袋装水泥在成品垛不同位置上强度变化
我们在长期冬贮水泥实践中发现:无论是库房还是露天存放，水泥垛最表层水泥与垛内水泥强度差别甚大，垛第二层与垛内差别就不大了(见表6)。我们认为，垛表层水泥强度降低原因是接触大气流动空气最多，吸收空气中水分进行水化的概率最大，故强度有所降低。垛内水泥接触空气面积较少，而且是相对不流动的空气，吸收空气中水蒸气进行水化可能性较小，所以强度值较高。

表6 存放3个月水泥垛最表层与垛内水泥强度对比 编号 成型时期 抗折强度/MPa 抗压强度/MPa 3d 28d 3d 28d 230－表层 1999.3.7 4.25 7.91 19.59 49.41 230－垛内 1999.3.17 5.37 7.87 27.40 50.20 表层/垛内 　 100/126 100/99 100/139 100/102 238－表层 1999.3.7 4.93 8.00 25.59 51.30 238－垛内 1999.3.19 5.30 8.08 28.10 54.43 表层/垛内 　 100/108 100/101 100/110 100/106
1.3.2　垛最表层水泥袋中不同位置水泥强度变化
为探究最表层袋装水泥袋内不同位置强度值的变化，我们按照接触大气程度，对袋内水泥进行分类强度试验。
试验方法:抽取10袋存放期3个月以上，垛最表层水泥，按照接触大气程度进行分组强度试验。分组方法见表7和图1。 表7 最表层袋装水泥袋内不同位置水泥强度试验 编号 存放时间 取样位置 抗折强度/MPa 抗压强度/MPa 3d 28d 3d 28d D0 包装时 密封样 5.40 7.91 25.21 54.87 D1 3个月 接触大气最多袋表皮样 4.73 8.02 23.64 49.50 D2 3个月 接触大气袋头样 5.10 8.37 24.96 52.36 D3 3个月 不接触大气袋中心样 5.09 8.36 26.60 53.70 D4 3个月 D1～D310袋混合样 5.14 7.92 26.18 53.67 　

　图1　袋内水泥取样位置示意图
(阴影为直接接触大气部位，即取样部位)

从表7可以看出，袋内水泥强度的高低与大气接触面积呈负相关。D1接触面积最多，强度下降幅度也最大；D2次之；D3袋中心样不直接接触空气，强度值与密封样基本持平，3d强度还有所升高。需要指出一点，10袋样品混合在一起，水泥强度与封存样相比却无明显降低。说明由于水泥是粉状物料，对空气流动阻力较大，空气中水蒸气仅能与袋装水泥中表层化合，难以再往里渗透，所以袋水泥中因水化强度降低水泥所占比例很少，故混合样强度无明显下降。
　

　结论三:1)水泥长期贮存强度下降与大气直接接触程度有关。对每垛水泥来说，最外层水泥比垛内水泥强度要低；具体到每袋水泥来说，直接接触流动空气表层水泥比袋中心强度要低。


2)装袋水泥水化仅发生在袋表层水泥中，所占比例很少，整袋水泥平均强度无明显下降。

2　水泥强度变化原因探析


2.1　水泥强度下降的原因


水泥长期贮存强度会下降主要因为水泥是活性物质，水泥细粉与空气中水蒸气和CO2发生化学反应所造成。反应在水泥颗粒表面薄薄一层进行，颗粒中未水化的大部分被已水化的部分包裹，发挥不了作用，从而造成强度损失。反应虽然较慢，但由于长时间持续不断进行也会发生量变到质变的过程。据此，可把影响长期贮存水泥强度下降因素分为二大类，一是对水泥本身来说:水泥矿物组成、细度和水分。二是水泥贮存环境:空气含水量、环境温度、空气流动度、水泥与空气接触的面积和贮存时间等。通过本文试验，我们认为影响水泥长期贮存强度降低的首要因素是空气湿度、温度和流动度。其次是水泥与大气直接接触的程度。北方地区冬春长期贮存水泥强度无明显下降主要是气温较低，空气干燥，为减少水泥水化提供有利条件，见表8。

表8 陕西省府谷县1998年月平均温度、降水量和平均相对温度 月份 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 平均温度/℃ －9 0.1 4.5 15.6 16.7 23.0 24.1 22.2 19.8 11.0 4.3 －2.9 降水量/ml 5.4 2.1 18.4 44.4 59.2 91.5 117.9 60.0 51.8 27.6 0 0.9 相对湿度/% 53 51 46 47 53 45 65 62 53 56 38 44
2.2　我国北方地区冬贮水泥强度升高原因


我国北方地区冬春季节水泥长期贮存强度不但不下降，反而有所升高的原因，至今还在探索之中。本文认为水泥中fCaO在长贮中得到充分消解，大大减少了fCaO水化时体积膨胀对强度的不利影响，尤其对fCaO膨胀比较敏感的早期强度效果最为显著，故3d抗压强度增长幅度最大(见本文结论二)。

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