水泥材料范文

水泥材料范文（精选12篇）

水泥材料 第1篇

我国岩溶发育地区分布较广,在工程中经常遇到复杂岩溶地层,会给工程设计及施工,特别是基础的设计和施工带来一定的问题,很多情况下我们需要通过室内试验来研究岩体介质物理力学特性。

模型试验是一种发展较早、应用广泛、形象直观的岩体介质物理力学特性研究方法。模型试验的基础是相似理论,即要求模型和原型相似,模型能够反映原型的各种情况。制作模型选用的相似材料要求与原型具有的物理、几何、力学性质相似。

根据资料以及以前的试验研究经验,水泥石膏砂浆制作模型进行模拟试验对如何确定岩体介质物理力学特性等等一些问题是一种凑效的方法。在该复合砂浆中,水泥作为粒状浆材,可以提高复合砂浆的强度,石膏粉能调节胶结时间。因此,该复合砂浆不但保留了水泥砂浆的流动性好等优点,而且克服了普通砂浆强度低的弱点,它大幅度提高了砂浆的抗压强度和抗剪强度,具有很好的复合性能。研究水泥砂浆的破坏特性以及配合比对其性能的影响对室内模型试验具有重要的意义。

1 水泥石膏砂浆的破坏特点

许多相似模型试验都要进行破坏试验,模拟试验大多针对沉积岩地层,大部分沉积岩如砂岩、页岩、灰岩基本上都是由骨料及胶结物构成,或者骨料本身就是具有胶结性的颗粒,它们与选用的水泥石膏材料的结构相似。

通过很多人的试验研究发现,水泥石膏相似材料和现场岩石的破坏特性基本相似,即经弹性阶段到弹塑性阶段,最后是脆性大大破坏阶段。因此水泥砂浆作为模拟岩石的相似材料比较合适。

2 水泥石膏砂浆单轴试验

注:1)数据为试验的综合平均值;2)材料试件均在自然干燥条件下养护7 d后进行试验

石膏是一种以硫酸钙为主要成分的气硬性胶凝材料,在本文研究中我们选取模型石膏为试验的材料,其参数如表1所示,通过对6种不同配比制作得到的模块进行单轴试验,测得不同配比下时间的力学参数值(如表2所示)。

3 试验结果分析

从图1,图2中可看出水泥石膏的抗压强度、抗弯强度和弹性模量都随砂胶比的不同而产生较大的差异,砂胶比越小则水泥石膏的抗压、抗弯强度及弹性模量就越大,这就说明砂胶比对水泥石膏的强度起主要作用。

当砂胶比固定时,水泥石膏的抗压强度和抗弯强度随水泥与石膏比值的增大呈较为明显的规律。

当固定用水量和砂的用量时,水泥石膏砂浆的抗压强度、抗折强度在小范围内随石膏用量的增大呈明显增大的趋势。这是因为熟石膏粉遇水生成二水硫酸钙,减少了砂浆中游离态的水;同时,石膏粉水化时形成凝胶,增大了凝胶体与骨料间的接触面积,因而提高了凝胶与骨料间的粘结力。

水泥砂浆的强度主要取决于水泥凝胶与骨料间的粘结力。当水泥用量增大时,水泥砂浆中形成的水泥凝胶量增多,从而增大了水泥凝胶与骨料间的接触面积,因而提高了水泥凝胶与骨料间的粘结力。

4 结语

采用水泥石膏相似材料制作模型,工艺简单、材料来源广且经济,其材料与岩石的结构及破坏方式均类似,是一种较好的相似材料。

选用水泥石膏配比时,应先根据配比资料确定合理的砂胶比,再改变水泥与石膏的比例进行小范围调节试验。本文试验砂胶比为4的情况比砂胶比为6的情况的水泥石膏试样的强度大。进行室内试样试验时,试样应在自然干燥的条件下养护7 d后测量其强度值,如果是制作成的模型应在自然干燥条件下养护18 d后再进行模型试验。

相似材料的抗压强度和抗拉强度在小范围内随石膏用量的增大呈明显增大,随用水量的增大呈明显减小的规律,加缓凝剂使强度有所降低。

参考文献

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[2]李世华.新编建筑材料简明手册[M].北京:机械工业出版社,1998.

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[4]彭海明,彭振斌.岩性相似材料研究[J].广东土木与建筑,2002(12):4-5.

水泥项目汇报材料 第2篇

按照公司要求，现将今年4-6月份水泥项目建设进展情况,以及存在问题，下一步工作措施汇报如下：

一、水泥项目建设进展情况

水泥项目总投资3.5亿元，4-6月份共完成投资5000万元左右。工程目前已经整体完成约90%，进入收尾阶段，各车间证按计划进行调试，正在进行安全设施的完善，设备隐患的消缺工作。原料车间与6.15日投料，烧成车间6.12日点火，6.22日投料。这两大车间已经进入生产状态。制成车间计划6.30日单台磨机试车。为下一步水泥生产线整体达标达产做好准备。

二、工程形象进展情况

根据公司要求，加强现场的5S管理。及时清理整顿施工现场。设备安装的同时正在按进度推进厂区的地面、道路的硬化、绿化、美化等工作。完善制作安装标语牌10块，五项制度公示牌1块。铸成水泥发光广告也在安装中，计划

6.30日完工。厂区内主要道路约6000平米硬化工作已经完成，正在按计划进行辅助地面，道路的硬化。主干道两侧的绿化带随工程进度，清理出一块就绿化一块，已完成约4000平米。针对时间节气，种植向日葵等绿化植物。

三、存在问题

总体来看，4-6月份项目建设进展良好。但也存在一些不容忽视的困难和问题。

1、水泥项目部计划性不够强，对生产调试盲目乐观。工作中的提前量不够，总是在关键节点出现问题。

2、重点施工进度，现场协调不力。要求的加班、增加施工人员等，没有及时落实，致使整体进度不尽如人意。

3、工程整体历时较长，人员更替频繁，致使相互交接不清晰，缺失事项较多。

4、各设备厂家配合不力，如飞鹏厂家供货、风机供货等均在不同程度上影响了整体安装进度。

5、设备前期调研选型和设计生产厂家存在的质量问题较多，导致安装后无法使用延误开车等。

四、下一步工作计划

1、“重质量”

坚持“百年大计、质量第一”的理念。严格按照安装要求和规范，精量细测把关好设备安装质量，严格按照水泥质量要求，仔细钻研，确保水泥出厂合格率100%，树立铸成水泥形象。

2、“抢时间”

在项目建设和水泥市场的黄金期，严格按照计划进行施工和生产。尽量在施工过程中减少设备隐患，及时整改，整体缩短调试期。多向建设单位和厂家调试人员学习，尽早达标达产。

3、“建团队”

水泥项目人员构成复杂，相互文化理念存在明显差异。来到大地就要适应大地，学习大地文化。对原企业的习惯要留其精华，去其糟粕。在突出个人能力的同时，积极打造团队精神。

4、“抓管理”

水泥材料 第3篇

关键词水泥工艺学教学改革教学内容教学方法

中图分类号:G427文献标识码:A

《水泥工艺学》是河南理工大学为材料类专业学生开设的一门专业必修课,目的在于拓宽学生专业知识面,使学生了解水泥的生产种类,生产工艺。鉴于专业课时有限,该校在教材选择、教学内容、教学手段和课程考试上进行了有益的探索。

1 教材的选择与教学内容的思考

一本优秀的教材,是进行教学的基本条件,也是教学质量的保障。①国内供材料类专业选用的两本教材均为武汉理工大学编写的水泥工艺学教材,②③内容覆盖了水泥工艺学的主干内容,其中李坚利编写的教材为中等专业学校用教材,内容多、理论推导多,适合于较多学时的教学,而沈威编写的教材条理清晰、重点突出、推导较少,适合于工科院校少学时教学。我校材料专业目前《水泥工艺学》课时较短,仅有32学时。因此我们选用教材为沈威编写的教材;目前水泥领域不论在理论研究还是生产实践等方面都有不少新的进展,而且各校教育改革的深入也提供了更多有益的经验。沈威编写的《水泥工艺学》,其教材引用了最新颁布的国家标准,介绍最新水泥生产工艺、水化研究、水泥品种,并且其教材更好地注意了与“硅酸盐物理化学”、“水泥热工基础与设备”以及“水泥工厂工艺设备设计概论”等课程的衔接与分工,避免不必要的重复,同时还保持必要的系统性。

针对专业课教学学时较少的情况,在教学内容上我校进行了有效的选择,重点介绍硅酸盐水泥的组成、煅烧、粉磨、质量控制;简单介绍水化、硬化的内容,为进一步掌握工艺要求、改善性能、研制新品种水泥提供必要的基础。对火山灰质水泥、矿渣水泥和粉煤灰水泥着重介绍工艺和性能方面的特点;而对于水泥制品混凝土因有专门的专业课《混凝土学》,所以混凝土就不再讲了。

2 改革教学方法与手段

高校教学工作有两个主体。一个是教师,一个是学生,教学效果的好坏取决于教师和学生的积极性与否。教师要积极探索灵活多样的教学方法,确立教师和学生双重主体地位,注重教学活动的双向交流,启发学生学习的主动性,才能取得良好的教学效果。我们在教学实践中,采取了多样灵活的手段以提高教学质量:

2.1 现场参观法

专业课课时少,学生对水泥工艺认识有限,因此,安排2学时到学校附近水泥厂参观,使学生对水泥工艺有直观的认识。

2.2 对比法

通过对最新生产工艺和旧的生产工艺的对比,使学生充分认识到最新生产工艺优点,对环境更加环保,生产效率更高,提高了学生学习的积极性,对新工艺的探索。

2.3 制作工艺动画

针对教学内容和时间安排,开发了一套生动形象的多媒体课件,并针对一些因实践条件和学时限制无法完成的实践项目,制作成工艺动画,增强了教学效果,提高学生的学习兴趣。

3 课程考试改革,综合评定学生的成绩

3.1 加强课程论文的训练

课程论文是新型建筑材料教学不可缺少的环节之一,学生通过对课程论文的撰写,能够更好地掌握《水泥工艺学》基础理论和基本知识,了解国内、国外最新水泥工艺;学生通过写课程论文,既可以培养他们的科技文写作能力,又可以培养他们的独立分析、独立思考问题的能力,从而培养他们的科研能力。在训练学生课程论文的写作过程中,严格把关,防止学生的抄袭,并可由学生根据学习科目自定与科目有关的论文题目,使学生学以致用,多样化发展。

3.2 综合评定学生最终成绩

学生在该课程的最终成绩由多个指标构成,如课堂参与成绩、作业成绩、期末考试成绩、课程论文质量。教师可根据培养目标对这些指标分配不同的权重,在一般情况下,期末考试成绩在总分中的比重不超过70%。通过这种多指标评估体系,考试不再是学生的记忆能力,而是综合考虑学生的口头表达能力、分析判断能力、反应能力、写作能力。

水泥基多孔吸声材料研究进展 第4篇

随着现代工业建设和交通建设的迅猛发展,噪声问题日益严重,噪声污染已成为影响人民生活最为严重、最为广泛的环境污染问题之一。针对噪声污染,目前的主要解决方法是采用吸声材料或吸声结构进行吸声降噪处理。多孔吸声材料相对共振吸声结构,具有吸声频带更为宽广的优点,有着较广泛的应用。在众多多孔吸声材料中,水泥基多孔吸声材料由于相对其它材料具有更好的性价比,得到了更多的研究和关注。

1 性能特点

水泥基多孔吸声材料是以水泥为主要胶凝材料,辅以轻质多孔材料及其它辅助原材料加工而成的复合吸声材料,相对其它多孔吸声材料有着多方面的优势:相对棉、麻、毛毡等天然多孔有机材料,具有防火、防潮、防腐蚀的优势;相对玻璃棉、矿棉等无机矿物纤维材料,具有不污染环境的优势;相对泡沫高分子吸声材料,具有防火、耐老化的优势;相对泡沫金属、金属纤维等多孔性金属吸声材料,具有生产成本低,生产工艺控制简单的优势。因而,水泥基多孔吸声材料兼具防火、防潮、防腐蚀、耐老化、生产成本低、工艺控制简单、施工简便、不污染环境等性能优势,综合性能优异,可应用范围广泛。

2 吸声机理

水泥基多孔吸声材料也属多孔吸声材料,因而其吸声机理也是一致的。水泥基多孔吸声材料内部结构中具有无数微小、相互连通的孔隙,当声波入射到材料表面时,一部分声波在材料表面产生反射或散射,另一部分则沿孔隙进入材料内部继续传播。声波在材料内部传播过程中与孔壁产生摩擦,得益于孔内空气运动的粘滞性和热传导效应,使声能转化为热能,从而使声波衰减,达到吸声目的[1]。

3 材料组成

材料的合理组成是水泥基多孔吸声材料达到优异吸声性能的保证。可以根据吸声机理的要求,选择合适的原料进行水泥基多孔吸声材料的设计和配制。通常,水泥基多孔吸声材料主要由以水泥为主的胶凝材料、轻质多孔材料、纤维、发泡剂组成,同时辅以必要的憎水剂、减水剂等其它辅助材料,通过合理调配,使材料达到最优的吸声性能。

3.1 轻质多孔材料

轻质多孔材料是配制水泥基多孔吸声材料的理想骨料,陶粒、陶砂均被广泛采用。国外学者采用膨胀页岩陶粒、膨胀黏土陶粒进行了水泥基多孔吸声材料的研究[2,3],国内学者也采用淤污泥陶砂进行了水泥基交通降噪材料的研究[4]。除陶粒陶砂在水泥基多孔吸声材料中的应用研究外,国内学者还进行了大量采用膨胀珍珠岩制备水泥基多孔吸声材料的研究[5,6,7]。火山浮石被国外学者作为骨料进行了多孔混凝土的配制研究[8],虽然没有关于吸声性能的测试研究,但同样作为轻质多孔材料,火山浮石也可以作为多孔轻骨料应用于水泥基多孔吸声材料。聚苯颗粒、聚甲基酰亚胺泡沫、以及木梗也都曾被分别用于制备水泥基多孔吸声材料[9,10,11],但由于有机材料的存在,它们只能被应用于对防火无要求的领域。膨胀蛭石亦可作为轻骨料用于制作适用于隧道壁面的水泥基多孔吸声材料[12]。另外,燃煤炉渣在国外也被作为轻骨料,制备高速公路吸声屏障;研究表明,燃煤炉渣在吸声材料中达到80%时,其综合性能仍然不低于常规对比材料[13,14]。将对环境有污染的工业副产品燃煤炉渣转变为降低环境噪声的吸声材料,对我国环境保护有重要的借鉴意义。

3.2 纤维

纤维是制备水泥基多孔吸声材料的关键组分。在水泥基多孔吸声材料中加入纤维,可以在材料中形成空间网架结构,这不仅可改善材料的力学性能,且纤维可以更好地连通材料内部的封闭孔隙,在材料内部形成良好的吸声孔道,因而可显著提高材料吸声性能。聚丙烯纤维、玻璃纤维、水镁石纤维以及纤维素纤维等均可用于改善水泥基多孔吸声材料的综合吸声性能。

聚丙烯纤维的掺入对材料的高频吸声性能改善明显,不仅可使材料的吸收峰向高频移动,且可加大吸收峰宽度、增大吸收峰面积;聚丙烯纤维长度在19mm时,相对其它纤维长度有更好的吸声效果[15,16,17]。玻璃纤维对水泥基多孔吸声材料的吸声性能影响规律与聚丙烯纤维基本一致,但聚丙烯纤维对水泥基多孔吸声材料综合吸声性能的改善要优于玻璃纤维[18]。水镁石纤维的掺入也可显著提高材料的综合吸声性能,对材料在低频500Hz和高频2000Hz吸声性能的改善尤为明显[19]。不同尺寸、形态的纤维素纤维均可改善水泥基多孔吸声材料的吸声性能,较大尺寸的纤维素纤维对吸声性能的改善效果优于小尺寸的纤维素纤维[20]。

3.3 发泡剂

发泡剂是水泥基多孔吸声材料不可或缺的组分[21,22,23]。在没有发泡剂的条件下,水泥基多孔吸声材料虽然内部孔隙丰富,但连通孔隙较少,且大小不一,在材料中掺入适宜、适量的发泡剂后,可以显著改善这一现象,使材料内部连通孔隙丰富,并使孔隙分布均匀、大小均一,从而显著提高材料吸声性能。由于发泡剂对材料抗压强度的负面影响很大,故掺量应严格控制,不宜过高。

3.4 憎水剂与减水剂

憎水剂的掺入可提高水泥基多孔吸声材料在潮湿状态下的吸声性能[24],因此,当材料应用于室外环境时,憎水剂也是水泥基多孔吸声材料的必要组分。有研究表明,在材料中加入1%的憎水剂后,水泥基多孔吸声材料浸水后的平均吸声系数提高了22%,但在材料未浸水时吸声系数有一定的降低[5]。另外,减水剂的引入虽可提高材料的强度,但对材料高频吸声系数有一定的负面影响[25],因此,这些外加剂在应用时均应根据具体试验情况确定。

4 构造

材料成分对水泥基多孔吸声材料吸声性能影响显著,材料的构造对吸声性能的影响同样显著。增加材料厚度,材料的吸声性能提高,且低频范围的吸声性能比全频率范围的提高更为显著;随着材料密度的增大,材料的低频吸声性能提高,但高频吸声性能反而有所下降[17]。材料的孔隙率对吸声性能影响很大,大量研究表明,材料孔隙率越高、开放气孔越多,吸声效果越好,但孔隙率的增大会导致材料力学性能显著下降。有研究发现,水泥基多孔吸声材料有效孔隙的中值孔径在0.71~1.44mm范围内,当其减少时,吸声性能降低,增加时,降噪系数NRC呈线性上升趋势[26]。通过对材料表面刻槽的方式,在材料背后引入空腔结构,可使材料在大于500Hz频段的吸声性能有所提高[27]。在材料后面留出50mm的背腔,相当于增加了材料厚度,材料低频吸声性能得到提高,共振吸收峰向低频移动,但平均吸声系数提高不多;通过改变材料背腔,可在不改变材料实际厚度的情况下改变吸声频率特性[24]。

5 应用领域

水泥基多孔吸声材料主要可以应用于铁路、公路、地铁、隧道、场馆大厅等领域。适用于城市地铁或高速铁路的轨道吸声板便是采用水泥基多孔吸声材料制备,吸声板主要以硅酸盐水泥为胶凝材料,以陶粒或膨胀珍珠岩为骨料,辅以辅助材料制成[28,29,30,31],该类吸声板已在北京地铁工程得到规模应用,现场使用效果良好[28];有关研究表明该类吸声板的降噪系数NRC可达0.82[30]。将陶粒混凝土应用于隧道路面,并结合陶砂砂浆衬砌隧道拱壁结构,可以降低隧道内行车噪声1.4~2.8d B[32]。水泥基复合多孔吸声材料的另一大应用领域是吸声屏障[33,34],我国第一条公路声屏障便是采用轻质陶粒砌块。陶砂砂浆以及硅酸盐水泥与膨胀珍珠岩的复合材料均可作为吸声材料应用于隧道壁面[35,36]。另外,国外一些公司的不定型吸声产品可直接喷涂施工应用于门厅、走廊、体育馆、生产车间等场合,这些产品不仅施工方便,吸声性能优异,而且具有装饰作用。

6 制备方法

水泥基多孔吸声材料目前主要有三种制备方法:挤压成型法、浇筑成型法、喷涂成型法。挤压成型法和浇筑成型法适用于制备定型的水泥基多孔吸声材料,如轨道吸声板和吸声屏障;喷涂成型法适用于制备不定型的水泥基多孔吸声材料,如隧道、场馆大厅与壁面直接粘合的吸声材料。目前,国内相关的研究主要集中在定型的水泥基多孔吸声材料,关于喷涂成型应用的不定型水泥基多孔吸声材料的研究很少。但不定型水泥基多孔吸声材料与定型水泥基多孔吸声材料相比,具有施工简便、无需二次安装、施工整体性好、降低施工成本、提高施工进度、更加适合应用于复杂异形结构等优势,具有更广阔的应用空间。

7 结论与展望

散装水泥专项补助申请材料 第5篇

招远汇丰预拌混凝土有限公司

二〇一五年十一月五日

目录

1、法人代表的承诺书…………………………………………..1

2、关于申请散装水泥专项资金补助的请示…………….…..2-3

3、散装水泥专项资金补助申请表…………………….……….4

4、购置预拌混凝土搅拌运输车、材料运输车、砂浆喷涂机合同、发票复印件、照片………………………………………5-20

水泥材料 第6篇

摘 要：采用优质镁砂、合成尖晶石、特种添加剂研制生产的新型环保耐火材料，微观结构分析及抗碱侵蚀、挂窑皮等性能试验表明，制品具有韧性好、抗侵蚀、耐热震、抗剥落及窑皮附着性强等特点，在2500t/d 、5000t/d、6500t/d新型干法水泥窑上取得了国内一流的使用效果。

关键词：水泥回转窑；烧成带；新型环保耐火材料

1 概述

随着新型干法水泥生产技术在我国的迅速普及，我国水泥工业得到飞速发展，2012年，水泥总产量达21.8亿吨，占世界总产量55%左右。在20世纪六、七十年代，镁铬质耐火材料因具有良好的挂窑皮和抗水泥熟料的化学侵蚀性能，而被广泛应用于新型干法水泥窑的烧成带[1]，并取得了良好的使用效果，但由于镁铬砖在使用过程中砖内的Cr2O3组分与窑气、窑料中的碱、硫等相结合，形成有毒的Cr6+化合物[2]。再加上原燃料中所带入的硫，碱与硫共存时形成另一种水溶性Cr6+有毒性致癌物质：R2（Cr，S）O4。水泥窑在正常运转中，其窑衬中镁铬砖内的一部分Cr6+化合物随着窑气和粉尘外逸，飘落在厂区及周边环境中，造成厂区大气的污染； 另一部分则残留在拆下的废砖中，废弃的残砖一遇到水就会造成地下水的污染；更直接的危害是在水泥窑折砖和检修作业时，窑气和碎砖粉尘中的Cr+6会给现场人员造成毒害，据有关专家论证，Cr6+腐蚀皮肤，使人易患上大骨病，进而致癌。因此，镁铬质耐火材料作为水泥窑内衬会对环境和人类造成长期污染和公害。

发达工业国家在水源、环境和卫生方面有着一系列配套的规范，其中德国对水泥厂预防“铬公害”的规定最普遍，执行也是最严格的，具体内容如表1所示：

我国于1988年4月颁布国家标准GB3838-88，对地面水中Cr6+含量进行明确规定，如表2所示：

这就使得水泥企业在使用镁铬砖做水泥窑内衬投入的环保费用加大，特别是用过镁铬残砖处理费用非常昂贵，因此，水泥窑用耐火材料无铬化是必然的发展趋势。

2 水泥窑烧成带新型环保耐火材料的研制

2.1 研制思路

目前，用于水泥回转窑烧成带的无铬环保耐火材料主要有镁白云石砖和镁铝尖晶石砖。镁白云石砖对水泥熟料具有良好的化学相容性和优良的挂窑皮性，但是抗热震性差，抗水化性差；镁铝尖晶石砖具有良好的抗热震性和抗侵蚀性，但是挂窑皮性差[3，4]。镁砖中引入铁铝尖晶石制成的第二代新型环保耐火材料—新型环保耐火材料，结构韧性好，抗碱盐及水泥熟料侵蚀能力强，具有良好的挂窑皮性能，在烧成带能有效延长使用寿命，是目前适合我国国情的新一代水泥窑烧成带用无铬耐火材料。但该产品的关键是铁铝尖晶石原料的合成、加入量、加入方式及有关工艺条件对制品性能的影响。

2.2 试验与研究

2.2.1 铁铝尖晶石的合成。铁铝尖晶石是一种自然界少有的矿物，化学分子式为FeAl2O4，其中含58.66%A12O3和41.34%FeO。铁铝尖晶石为立方体结构，二价阳离子占据四面体位置，三价阳离子填充在由氧离子构成的面心立方中。其理论密度为4.39g/cm3，莫氏硬度为7.5。要形成铁铝尖晶石，必须保证氧化亚铁（FeO或FeOn）是处于其穩定存在的条件下。只有在FeO能稳定存在的区域内，才能保证与Al2O3形成的化合物是FeO· Al2O3尖晶石，而在FeO稳定存在的区域以外的条件下，铁的氧化物与Al2O3作用得到的产物很难说是FeO·Al2O3尖晶石，而可能是含有大量或主要是Fe2O3-Al2O3的固溶体[5]。FeOn- Al2O3的系相图如图1所示：

为了得到高质量的合成铁铝尖晶石，我们特聘请了欧洲知名耐材专家进行专业技术指导，经过大量试验，掌握了烧结合成铁铝尖晶石的关键技术，为生产达到国际水平的新型环保耐火材料打下了良好的基础。在生产中把FeO与Al2O3按一定比例混合均匀后压制成荒坯，在保证“FeO”稳定存在的气氛下，经高温烧成，制得FeO· Al2O3尖晶石含量为97%以上的烧结铁铝尖晶石。产品衍射如图2所示：

2.2.2 原料与制品的性能 ①原料的选择。根据我们的生产经验，结合水泥窑烧成带对耐火材料的要求，我们选用优质镁砂、合成尖晶石为原料，并加入特殊添加剂来强化制品的性能，研制生产出第二代无铬镁尖晶石砖—新型环保耐火材料。所用原料理化指标如表3所示。②制品的性能。将原料破碎成所需的粒度，采用四级配料，经强力混碾、高压成型、高温烧成。产品的显微结构见图3，产品理化指标与国外同类产品对比情况如表4所示。

2.2.3 铁铝尖晶石对制品性能的影响 ①铁铝尖晶石加入量对制品耐压强度的影响。从图4可以看出：随着铁铝尖晶石增加制品的耐压强度呈现出先升后降的趋势，这是由于铁铝尖晶石与镁砂互溶的结果，铁铝尖晶石的加入量在10%时，制品的强度达到最大值。②铁铝尖晶石加入形式对制品抗热震性能的影响。从实验结果表5可以看出：以颗粒形式加入铁铝尖晶石制品的抗热震性比以细粉形式加入铁铝尖晶石制品相对较好。

2.3 产品的性能

2.3.1 结构韧性好、热震稳定性优良。新型环保耐火材料在烧成及使用过程中Fe2+离子扩散进入周边的氧化镁基质中，同时部分Mg2+离子扩散进入铁铝尖晶石颗粒，与铁铝尖晶石分解残留的氧化铝反应生成镁铝尖晶石，这一活化效应使制品在烧成或使用过程中，内部形成大量的微裂纹，重要的是铁铝尖晶石的分解过程、Fe2+离子和Mg2+离子的相互扩散在高温下持续进行，使得MgO-FeAl2O4耐

火材料在整个高温使用过程中，可以形成大量的微裂纹，这些微裂纹的存在有利于缓冲热应力、提高制品的结构柔韧性和热震稳定性。

2.3.2 强度高。从制品显微结构可以看出：制品内部铁铝尖晶石与高纯镁砂互溶，结构非常均匀致密，晶粒发育良好，颗粒与基质间通过晶间尖晶石相连接，结合良好，明显的提高了砖的密度和高温强度。

2.3.3 具有良好的粘挂窑皮性能。在使用过程中，制品中的Fe2O3与Al2O3都易与水泥熟料中的CaO反应生成C2F、C4AF等低熔点矿物，该矿物具有一定的粘度，可牢固粘附在新型环保耐火材料的热面，形成稳定的窑皮。我们把新型环保耐火材料和直接结合镁铬砖分别制成40mm×40mm×60mm样块，用90%水泥生料+5%煤粉+5%K2SO4，压制成Φ30×10mm圆饼，把圆饼放在两个样块中间，放入电炉内加热，温度升到1500℃，保温3小时，冷却后测其抗折强度，二者基本相同。由此可见，新型环保耐火材料粘挂窑皮性能优良。

2.4 产品的应用

新型环保耐火材料自2012年研制成功投放市场以来，通过河北鹿泉曲寨水泥公司、宁夏瀛海天琛水泥公司、内蒙古哈达图水泥公司、陕西尧柏水泥集团、北方水泥集团、河南锦荣水泥公司、新疆天基水泥公司、安阳湖波水泥公司等二十多家大型水泥企业2500t/d、5000t/d、6500t/d水泥窑烧成带应用，寿命周期均达到12个月以上，受到用户认可。

3 结论

采用优质高纯镁砂和我公司自主研发的铁铝尖晶石为原料生产的新型环保耐火材料，具有柔韧性好、抗热震、强度高、耐磨损、易粘挂窑皮等特点，克服了白云石砖易水化和镁铝尖晶石砖不易粘挂窑皮的缺点，消除了Cr6+公害，是适用我国新型干法水泥窑烧成带理想的新一代环保耐火材料，可用于5000t/d～12000 t/d大型水泥回转窑烧成带。

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[4]陈肇友.水泥预分解窑用碱性耐火材料的技术进展[J]，耐火材料，2003，37（3）：164-169.

稻草增强水泥基复合材料的研究 第7篇

我国是农业大国, 水稻、小麦、玉米、花生、葵花、甘蔗等农作物的秸杆、壳、废渣类资源十分丰富。草本植物纤维价格低廉且基本上没有利用于工业, 因此, 开发农作物纤维用于建筑上的各种复合材料具有重要经济价值和广阔的应用前景[1~3]。农作物纤维复合材料目前主要用于工程、房屋建筑中的非承重墙体及装饰材料, 由于成本较低, 大力发展该材料可取代石棉纤维、玻璃纤维、合成纤维、钢纤维等增强的复合材料。农作物纤维材料本身具有投资小、能耗低等独特的优越性, 与其他建材相比具有优良的隔热保温、节能、轻质等性能, 是一种新型的绿色环保建材产品[4~5]。以稻谷加工剩余物为复合材料中的增强基, 以硅酸盐水泥为胶结材料, 以中细砂为骨料, 加入添加剂, 经简单的生产工艺制成的一种轻质保温材料稻草水泥板, 具有广阔的应用前景[6]。

1 主要原料及制备工艺

1.1 水泥

水泥作为一种传统的建筑材料沿用已久, 通常加入钢筋或高强纤维来增强, 以克服其脆性, 用植物纤维来增强水泥是一种有益的尝试[7~8]。本实验采用P·O32.5级普通硅酸盐水泥、P·O 32.5R级早强硅酸盐水泥和P·S 32.5级矿渣硅酸盐水泥。

1.2 粉煤灰

粉煤灰可以提高混凝土的保水性、塑性及强度, 同时又可节约水泥和石灰, 降低成本。实验所用粉煤灰来自哈尔滨某发电厂。

1.3 稻草

植物纤维的化学组成是:纤维素、半纤维素、木质素和果胶、蜡质等, 实验所用稻草经粉碎筛分后备用。

1.4 复合材料的制备工艺

将相应助剂加入水中, 与粉碎后的稻草在搅拌机中混合, 加入水泥, 再搅拌20min。铺装成型后在2.0MPa压力下冷压成尺寸为40cm×42cm×1.5cm的板材, 并保压72h, 喷水养护28d后切割并进行相关的性能测试。

2 结果与讨论

2.1 三种水泥凝固速度的比较

分别称取三种水泥400g、细砂400g, 在用湿布擦过的拌合锅内干拌4min, 加水120m L, 搅拌4min, 放入保温杯中进行水化热测定, 每30min记录一次温度, 三种水泥的水化温度随时间变化情况见图1。

从图1中可以看出早强水泥的凝固速率比普通水泥和矿渣水泥快5h左右, 水化反应最高温度也明显比普通水泥和矿渣水泥高, 同时, 水泥拌水后由于水泥水化使水泥浆呈碱性。因此, 水泥中加入农作物秸秆与加入矿物纤维不同, 农作物秸秆在水泥浆碱性溶液中浸泡, 淬取物对水泥有缓凝或阻凝作用, 所以在稻草-水泥复合材料体系中, 采用早强水泥有利于复合体系的固化。

2.2 添加剂的选择

水泥在碱性条件 (p H>12) 下凝固, 水泥中加入糖类、甘油、羧基甲基纤维素、单宁等, 将使水泥凝固延缓, 几乎所有农作物秸秆都对水泥有阻凝或缓凝作用, 因此, 需加入一定的添加剂才能解决秸秆与水泥基体的结合问题[8~9]。混凝土中加入稻草后, 稻草中的可溶性物质渗入到水泥浆中, 阻碍了水泥的正常凝固, 通常采取以下两种方法来解决:一是用化学加机械的方法把阻碍水泥凝固的成分除去;二是找到一种合适的添加剂, 以形成某种物质以堵塞植物细胞腔和微毛细孔或秸杆表面, 阻止萃取物渗出, 使萃取物反应不灵敏或中和某些萃取物, 使水泥固化过程顺利进行, 植物纤维与水泥形成良好界面[10]。目前可能的无机添加剂有:氯化钙、氯化镁、硫酸铝、水玻璃 (硅酸钠) 、氢氧化钠等。为了研究添加剂的影响, 我们将水泥、细砂、添加剂和稻草按下列配方进行实验, 各试样原料的组成见表1。

将各试样按上述配方搅拌均匀后, 加入水搅拌均匀, 倒入插入温度计的自制保温箱中, 读初始温度, 以后每隔1h读一次数据, 水化温度与时间的关系见图2。

从图2中可以看出, Mg Cl2的曲线最高点比空白样提前了5h左右, Ca Cl2和Al2 (SO4) 3的最高点分别提前了12h和10h, Ca Cl2的最高温度明显比Al2 (SO4) 3的最高温度要高。结合水化热曲线图可以得出结论:水泥水化是放热反应, 水泥凝固的快慢与温度有关, 随着温度的上升反应速率加快。上述三种添加剂对水泥水化反应都有影响, 特别是加入Ca Cl2后, 水化温度升高最快且水化温度最高, Ca Cl2遇水后放热对水泥水化反应有利, 促进了混凝土的固化, 降低了稻草在碱性环境中的萃取物对混凝土的阻凝影响, 且价格相对便宜, 所以选择Ca Cl2作为添加剂。

2.3 稻草的掺量对复合材料性能的影响

复合材料中添加0~30% (以水泥质量为标准) 的稻草, 添加8%的Ca Cl2, 水泥、砂、粉煤灰比为5:3:2时, 制备稻壳含量为0~30%系列样品配方见表2, 材料的密度及弯曲强度见图3。

由于稻草密度相对较小, 在混凝土中加入大量的稻草后与相同质量但没加稻草的水泥混凝土相比体积明显增大, 且随着稻草量的增加体积成正比增大。同时, 采用低密度的骨料, 如矿渣、粉煤灰等也同样能达到轻质的效果。随着稻草含量的增加, 密度明显降低, 当稻草添加量达到30%时, 密度从1800kg/m3降到1400kg/m3。抗折强度和抗折模量随着稻草添加量的增加而上升, 当稻草量为15%时强度达到最高, 然后随着稻草量的增加而明显下降, 所以稻草掺量在15%左右时材料力学性能最好, 即稻草的最佳含量为15%左右。

2.4 复合材料的扫描电镜分析

复合材料中添加15% (以水泥、砂、粉煤灰总质量为标准) 的稻草, 添加8%氯化钙, 水泥、砂、粉煤灰比为5:3:2时, 复合材料的断面扫描电镜微观状态见图4。

图4a为稻草水泥复合材料断面放大300倍时的扫描电镜照片, 从图中可以看到以水泥为胶粘材料的复合材料中细砂、粉煤灰、稻草的结合比较紧密, 能够观察到稻草断裂的痕迹, 说明稻草与水泥粘结程度较好, 起到了增强混凝土的作用。图4b为复合材料放大1000倍的扫描电镜照片, 从图中能够观察到材料中分布着一些小孔, 可能是稻草外表面的纤毛或气孔留下的。水泥渗入稻草的表面, 一定程度上形成机械互锁状态, 当材料受到外力时, 稻草在混凝土中传递应力, 由于界面结合牢固, 稻草很难从混凝土中被拔出, 只被拉断。这说明在材料受力时稻草增强了其强度, 即使混凝土已经断裂, 稻草也还能提供一定的连接力使出现裂纹的材料还有一定的力学强度, 这证明了稻草的增强作用[11~12]。图4c是断裂面放大10000倍的局部放大后的状态, 可以明显看出有不规则的细丝状物质, 是Ca Cl2·2H2O的白色晶体, 表明添加剂对混凝土的促凝作用。

3 结论

通过测定三种水泥水化温度随时间的变化情况, 得到早强水泥的凝固速率比普通水泥和矿渣水泥快, 且水化反应最高温度也明显比普通水泥和矿渣水泥高的结论。所以, 在稻草-水泥复合材料体系中, 采用早强水泥有利于复合体系的固化。比较不同的添加剂与空白样的水化温度随时间的变化曲线图可以看出, 加入Ca Cl2后, 水化温度升高最快且水化温度最高, 有利于混凝土的固化, 有利于降低稻草在碱性环境中的萃取物对混凝土的阻凝影响。

复合材料随着稻草含量的增加, 密度明显降低, 当稻草添加量达到30%时, 密度从1800kg/m3降到1400kg/m3。抗折强度随着稻草的增加而上升, 当稻草量为15%时强度达到了最高, 然后随着稻草量的增加而明显下降。复合材料的扫描电镜照片表明, 体系中细砂、粉煤灰、稻草的结合比较紧密, 一定程度上形成机械互锁状态, 能够观察到稻草断裂的痕迹, 说明稻草与水泥粘结程度较好, 起到了增强混凝土的作用。

参考文献

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[9]李国忠, 于衍真, 司志明等.植物纤维增强水泥基复合材料的性能研究.硅酸盐通报, 1997, 3:42-45.

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[11]Guozhong Li, Yanzhen Yu, Zhongjian Zhao, etal.Properties study of cotton stalk fiber/gypsum composite.Cement and Concrete Research, 2003, 33:43-46.

水泥基吸波材料现状及进展 第8篇

1 水泥基吸波材料现状及进展

随着电磁污染的日益加剧和电磁环境的恶化, 建立电磁屏蔽和吸波暗室以防止电磁波的干扰已越来越引起人们的重视。同时, 根据现代化的建筑设计理论, 一些跟电力变压器和部分通讯设施等相关的装备也开始渐渐转入地下, 对地下设施的屏蔽就显得尤为重要。为了防止和阻拦电磁波形式的间谍和窃听活动, 也需要对建筑物采取电磁屏蔽的防护措施。因而既作为结构材料, 又可以通过改性使其具有电磁屏蔽和吸收功能的水泥基复合材料越来越受到关注。

对水泥材料电磁性能的测试也是对水泥材料进行无损检测和成分检测的一种重要手段。通过测试水泥材料电导率的变化可以确定水泥基体与骨料之间结合强度的变化情况, 由此可以得知材料内部的破坏情况;通过测定水泥试样的介电常数的变化或者材料对入射电磁波的反射系数和透射系数的变化, 可以对水泥材料进行成分测定以及水分含量的测定。

水泥材料是民用和军事工程建设中最常用的建筑材料之一, 但水泥本身的电磁屏蔽效能和吸波性能都比较低, 通过对水泥材料加入一定的添加剂进行改性来达到对电磁辐射的屏蔽和吸收是一种简单而且可行的方法。在高性能水泥基复合材料的组成方面, 所用的无机材料大都是Portland水泥和高铝水泥体系, 可用于水泥基体中的吸波组分主要有三类:导电聚合物类、碳类和金属类。其中, 比较常见、应用也比较广的是碳素类 (包括石墨、炭黑及碳纤维) 和金属类 (主要有金属粉、金属纤维和金属片) 。

由于水泥成分比较复杂, 在选择合适的吸波剂时需要注意各掺合物料与水泥骨料之间的各种物理化学变化, 以及各物料的电磁吸波性能, 以确定掺合料的品种和比例, 同时还应充分考虑复合材料的电磁吸收频带、化学活性、颗粒级配和力学性能四个因素。在可供选用的吸波剂中, 考虑到经济性、实用性以及对材料性能的影响, 超微粉纤维以及磁性铁氧体等比较适合配制水泥基电磁吸收复合材料。目前已有的研究也表明, 它们都可以在实验测试的频段内达到-10~-20 d B的吸收效果, 可以满足民用对平板型吸波材料的要求。

2 其它水泥基吸波材料

随着纳米科技的迅速发展, 纳米吸波材料也引起了人们的极大关注。由于纳米颗粒尺寸远小于电磁波波长, 电磁波的透射率要比常规粒子大得多, 使材料具有了更好的匹配特性;同时纳米颗粒的活性和比表面积都远远大于传统吸波粒子, 当电磁波通过纳米吸波材料时, 将有更多微粒产生畴壁共振与涡流损耗, 从而使粒子对电磁波的吸收也大于大颗粒尺寸的吸波材料。将纳米Ti O2粉体掺入水泥净浆中制成10~15m m厚的试样, 发现其在2~18 GHz频段内具有较好的吸收性能。当Ti O2粉体的质量百分比为5wt%时, 反射率超过-10 d B的带宽为4.5GHz, 最大吸收峰值可达-16.34 d B。而且掺加纳米Ti O2粉体, 材料的力学性能会有一定程度的提高。

空心微珠 (或飘珠) 是一种新型的多功能材料, 它是燃煤电厂排出的粉煤灰中的一种细小、轻质、中空的球形颗粒, 其主要成分是硅、铝、铁的氧化物。如果对其进行表面改性处理, 则可以用于电磁波吸收或屏蔽材料的制备。粉煤灰粒径小, 一般只有3~300μm, 比重轻, 具有跟硅微粉类似的性质, 可以用作一种分散剂。以Portland水泥为原料, 粉煤灰为添加剂做成4.3mm厚度的试样, 测得在频率1.0 GHz和1.5GHz时的吸收性能为-4~-8d B。虽然粉煤灰在降低水泥试样电阻率方面比硅微粉差, 但其吸收性能比相同质量百分含量的硅微粉高。这是因为粉煤灰中含有部分Fe2O3, 起到了吸波作用[5]。

硅粉的具体成分为Si O2, 它属于二氧化硅体系透波剂。具有良好的稳定性和力学性能, 在塑料、橡胶、涂料和陶瓷等领域应用非常广泛, 是一种常用的工艺原料。常规Si O2又是无机材料中介电常数极低的物质之一, 具有良好的透波性能, 常被用来作为窗口材料。Kondo等曾以Si O2为基体, 以Ni-Zn铁氧体为吸波剂, 对吸波材料的吸波性能进行了研究, 发现随着复合材料中Si O2含量的增加, 材料的介电常数和磁导率都呈比例下降, 说明复合材料的复电磁参数符合Lichite ne ke r对数混合定律。对复合材料吸波性能的研究结果表明, Ni-Zn铁氧体复合硅粉后可以提高其吸波性能, 吸收达到-20d B的可供选择的厚度范围比单独Ni-Zn铁氧体材料得到拓宽。

参考文献

[1]巩晓阳, 董企铭.吸波材料的研究现状与进展[J].河南科技大学学报 (自然科学版) , 2003.

[2]熊国宣, 邓敏, 徐玲玲等.隐身材料和隐身混凝土的研究现状与趋势[J].功能材料与器件学报, 2003.

[3]王普照, 谭宏斌, 冯小明等.掺合材石墨不锈钢纤维对水泥基材料电磁屏蔽效能的影响研究[J].铸造技术, 2007.

绿色节能耐火材料服务于水泥工业 第9篇

关键词：环境友好,水泥工业,耐火材料

1 引言

水泥工业作为我国主要的高耗能、高排放产业, 是工业领域节能减排的重点和难点, 其节能减排效果对完成我国能源消耗目标、工业可持续发展起着举足轻重的作用。水泥窑通过使用隔热耐火材料节能减排的途径有两个方面。其一, 在窑尾预热系统、三次风管、冷却机使用高效能、长寿命隔热耐火材料;其二, 在回转窑使用高强隔热烧结耐火材料。窑尾预热系统等部位的高效能、长寿命耐火材料主要是解决隔热失效和使用寿命低的矛盾。回转窑使用高强隔热烧结耐火材料主要是在不丧失耐火材料机械强度的同时还要保证其隔热功能和抗碱的侵蚀。

水泥窑用耐火材料作为水泥窑内衬是水泥回转窑的关键材料, 起着维持烧成水泥熟料所需的高温, 同时保护窑炉设备并减少窑炉散热损失的作用。耐火材料质量优劣、配套的合理、施工水平的差异、使用及维护的好坏, 对水泥生产的产能、质量、能耗和设备寿命都有重要的影响。

2 耐火材料无铬化

2.1 耐材“铬公害”问题凸显

铬是一种银白色金属, 在自然界中主要形成铬铁矿, 化合价有+2、+3、+6三种。其中六价铬更易被人体吸收, 通过消化、呼吸道、皮肤及粘膜侵入人体, 而且可在人体内蓄积, 有致癌作用。

而在水泥中, 铬元素的存在状态不同, 其中Cr6+逐渐向外浸出时会对水质产生影响。曾经有学者指出, 随着p H值的变化, 水泥中Cr6+的溶出量是不同的。Cr6+在碱性条件下溶出量较小, p H值降低到6~8时, 溶出量骤然增加, 达到2.0~2.5mg/L, 而正常的饮用水中六价铬含量小于0.05mg/L。德国的研究表明, 尽管前7天内的溶出较快、溶出量大, 后期溶出量较少, 但是持续溶出时间还是很长的, 据统计, 六价铬在水泥中的溶出时间高达7个月。

除此之外, 铬在耐材中的应用更为广泛, 镁铬砖就是其中之一。镁铬砖是方镁石和尖晶石为主要矿物组分的耐火材料制品, 其中含有10%-20%的铬矿石, 因其具有抗热震性好, 挂窑皮性俱佳, 导热率低等优点, 深受水泥企业喜欢。然而就是如此优质的耐火材料, 由于铬的存在成为了环境污染的又一源头。

研究表明, 在水泥回转窑使用后的镁铬砖残砖中, Cr6+含量约为0.1%~0.5%, 平均为0.3%, 其主要有害物质为K2Cr O4。一般认为重铬酸根 (橙红色) 比铬酸根 (黄色) 危害性更大。

针对镁铬砖中铬的危害, 中国建筑材料科学研究总院做过专项研究, “我国一条4000t/d水泥窑年拆卸镁铬残砖180t, 向环境排放Cr6+共180kg。为使环境水达到IV级标准 (Cr6+<0.05mg·L-1) , 年需净水180kg/ (0.05×10-6) /1000=360万吨净水稀释。如达到I级标准 (Cr6+<0.01 m g/L-1) , 则年需1800万吨净水稀释。其中, 残砖最高的Cr6+含量高达2577mg/kg。该砖可以污染约相当于自身重量25万倍的纯净水, 危害可见一斑。”

目前, “铬公害”已经成为了引起国际关注的重大问题。为了限制、禁止六价铬产品的生产和使用, 各个国家相继制定了相关的法规, 其中欧盟发布了WEEE和ROHS两项指令, 日本的UE委员会表示采用欧盟两项指令, 全面废除六价铬的使用。

我国对六价铬产品的限制也较为严格。在《中国人共和国环境保护法》, 《中国人共和国清洁生产促进法》, 《关于加强含铬危险废物污染防护的通知》, 《重金属污染综合防治“十二五”规划》, 以及工信部编制并印发了《水泥行业清洁生产技术推行方案》、《关于促进耐火材料产业健康可持续发展的若干意见》等文件中对六价铬制品有明确的限制和制裁措施。其中, 我国国家标准GB-3838-88, 在地面水环境质量标准中对Cr6+的含量有明确规定。 (见表1)

2.2 无铬化材料急需大力推广

我国针对无铬化材料的研究由来已久, 早在“九五”攻关计划和“863”资助项目中, 就已经开始了无铬化材料的研究。目前已经研发成功多种环境友好碱性耐火材料, 分为“高铁、中铁、低铁、无铁”四个系列, 其中高Fe Ox产品主要有方镁石-镁铁尖晶石、方镁石-铁铝尖晶石和方镁石-镁铁/铁铝尖晶石;中Fe Ox产品为方镁石-镁铁/镁铝尖晶石砖;低Fe Ox产品:方镁石-镁铝/镁铁尖晶石砖、方镁石-镁铝/铁铝尖晶石砖;无Fe Ox产品:方镁石-镁铝尖晶石砖、方镁石-镁铝尖晶石-氧化锆砖、方镁石-镁铝尖晶石-氧化锆-氧化镧砖。

2008年, 由瑞泰科技股份有限公司承担的领域内唯一国家“863”项目环境友好碱性耐火材料成果实施产业化, 建设了“水泥窑用环境友好高档碱性耐火材料”的生产基地, 采用全自动配料、全自动液压压砖机、天然气超高温隧道窑生产用于大型水泥回转窑烧成带和下过渡带的镁铁尖晶石砖等无铬碱性耐火材料。镁铁尖晶石砖挂窑皮性能良好, 具有优异的结构柔韧性, 对水泥物料分解的碱盐侵蚀和渗透能力强, 荷重软化温度和抗热震性较好等优势, 成为替代镁铬砖的最佳选择。制品外观及生产系统如图1、图2、图3、图4、图5。

3 耐材减量化、节能化趋势日趋明显

根据工信部《关于水泥工业节能减排的指导意见》的要求, 到“十二五”末, 全国水泥生产平均可比熟料综合能耗小于114千克标准煤/吨, 水泥综合能耗小于93千克标准煤/吨。水泥颗粒物排放在2009年基础上降低50%, 氮氧化物在2009年基础上降低25%, 二氧化碳排放强度进一步下降, 由此可见, 节能已经成为水泥行业关注的又一热点。表2为我国新型干法水泥技术能耗指标与国际能耗指标的对比[1]。

据业内专家介绍, 新型干法水泥窑的庞大的预热系统因为有隔热效果极佳的硅酸钙板作为隔热材料, 只要整体结构不发生变化, 不会再有明显的节能提升。国内外水泥回转窑内一般都根据各个区间温度的差异和耐火材料的主要消耗原理严格的分为上过渡带、烧成带、下过渡带、分解带、预热带, 并根据各个带的不同, 选择不同性能的耐火材料。某一国外知名的设计及装备公司对水泥回转窑的耐火材料配置方案及性能见表3、表4、表5、表6。

据资料显示, 在1998年华新水泥厂5#窑 (5000TPD) 耐火材料的配置情况和国外基本相同, 可见在国外水泥回转窑耐火材料配置这些年来基本没有发生变化。

如今的水泥回转窑在耐火材料的选择上一般只分为碱性砖和硅莫砖两种。据专家介绍, 碱性砖和硅莫砖的导热系数都较高, 其中碱性砖在1000℃时的导热系数要达到3.0w/m.k左右, 硅莫砖在1000℃时的导热系数也要达到2.0-2.2w/m.k左右。能耗消耗大。

瑞泰科技研发了水泥回转窑用低导砖, 主要应用与水泥回转窑的预热分解带, 起到了极好的使用效果。平均筒体的温度下降60-70℃左右, 并在南方水泥等企业的应用取得满意的使用效果。

通过研究, 低导砖在满足工艺使用条件的基础上, 与硅莫砖相比较具有如下特点:

导热系数低, 隔热性好, 减少窑体的散热损失, 直接节能。配合其他耐火材料技术可以获得节省标煤1kg/t熟料的效果。

稳定性好, 较强的耐磨性和抗侵蚀能力, 使用寿命能够满足回转窑检修的同步性。

体积密度小, 降低水泥窑的负载, 间接节能。节能效果如表7[2]。

此外, 在保证水泥窑正常运转的情况下, 尽量减少耐火材料的使用量, 从而达到间接节能的目的。

耐火材料在水泥窑整体设备成本中所占比例较低, 但在影响水泥窑设备运转成本中却非常高—某耐火材料一旦出现出问题就可能导致整窑停止运转, 导致水泥窑上百万的损失。因此在每年的检修中, 耐火材料是其重要组成部分。

据业内专家介绍, 就目前国内耐火材料的生产水平以及水泥企业对窑炉的操控水平来说, 达到水泥窑3年2修这个目标是完全可行的, 但要在以下几方面进一步研究和提高:

对窑炉耐火材料的配置和使用情况深入了解

每个窑炉都有其不同的特点, 原材料的差异化、窑炉运行特性的差异化、耐火材料配套使用的差异化、窑炉用耐火材料砌筑和使用的差异化等, 这些都会导致耐火材料使用结果的差异化。

耐火材料损毁机理的研究

对耐火材料损毁机理的研究是项基础工作, 对提高和改进耐火材料现有性能起到理论支撑作用, 同时也对未来耐火材料的发展指明方向。

最合理耐火材料配置方案的确定

最合理的耐火材料配置, 并不是水泥窑的每个部位都用最好的材料, 而是将最适用的符合最佳部位使用性能的耐火材料加以应用。

优质优价的耐火材料提供

可信赖的耐火材料施工队伍和质量。耐火材料施工的质量是决定耐火材料使用性能的主要因素之一, 对施工水平的重视程度应该和对耐火材料本身质量的重视程度同等重要。

耐火材料全生命周期跟踪服务和持续改进。

4 结语

耐火材料是水泥窑炉必不可少的关键材料之一, 目前中国水泥工业的现状赋予了耐火材料产业更多的发展机遇, 同时也提出了新的问题和挑战。中国水泥窑用耐火材料无铬化进程经历了相当漫长的阶段, 一些耐火材料生产企业已经走在了前面, 成功研制和生产了无铬化产品并应用到市场中。水泥企业节能减排的发展目标使得水泥窑用耐火材料节能保温要求日益突出, 耐火材料的应用技术是个系统工程, 它以科技研发为依托才会得以更好的发挥应有作用。综合、专业、配套服务的体现必将引领耐火材料供应商成为水泥生产商的战略合作伙伴, 通过互动服务, 达到双赢, 从而整体提高我国水泥工业耐火材料应用水平。

参考文献

[1]李燕京, 田江涛等.水泥窑耐火材料优化配置对水泥窑节能降耗的作用.http://www.ccement.com/tech/detail/detail_1074.html

水泥稳定材料结构层施工注意事项 第10篇

关键词：沥青路面,水泥稳定材料,配合比,施工

在我国沥青路面的多种早期破坏现象中,通常是因为由水泥稳定材料结构层作为基层、底基层的施工质量不好或施工管理不善和过程控制不严引起的。因此,研究其施工,保证其施工质量是防止沥青路面早期破坏的关键。

1 材料的选择

1.1 最大粒径的控制

高等级公路路面基层、底基层集料的最大粒径为31.5 mm,大于26.5 mm的颗粒最多可达10%。最大粒径过大,影响平整度和表面的均匀性,集料粒径愈大,基层表面的离析就愈严重,离析越严重则结构层的强度就无法保证。因此,不建议采用粒径过大的集料。

1.2 集料的级配

集料的级配对混合料,特别是水泥混合料的强度有显著影响。因此,在集料的选择中要加强对样品的试验工作。根据试验的结果挑选级配、强度等指标符合规范要求的原材料。

2 配合比设计

根据图纸的说明及有关的技术规范选定合理的配合比,在目标配合比阶段,采用工程实际需用材料计算各种材料的用量比例,生产配合比阶段对拌合机所产生的成品料进行取样,并进行筛分,确定各料仓的材料比例,对拌合机配料进行标定,同时,反复调整料仓比例,使供料均衡。拌合机采用生产配合比进行试拌,铺筑试验段,根据试验段确定生产用的标准配合比进行施工,设计确定的标准配合比在施工过程中不得随意变动。

3 水泥稳定材料的拌和

3.1 保证级配的三个重要环节

3.1.1 堆放

必须事先计算各种不同粒级集料的需要量,计划进料的时间,并计算各种不同粒级集料所需堆放场地的面积。堆放场地应事先整平、碾压并作适当的硬化处理,不同粒级集料应采取适当措施隔开,避免料多时互相交错,保持同一粒级集料颗粒组成无大变化。

3.1.2 覆盖

细集料包括石屑和砂,如生产的是二灰稳定粒料,则石灰和粉煤灰均需要用篷布覆盖,防止雨淋。

3.1.3 下料斗上口的改进

国产稳定土拌合机通常有4个下料斗,可以容纳4种不同粒级的集料。但4个料斗的上口却紧靠在一起,一字排列和上口齐平。当装载机往料斗中装料时,常发生以下几种现象:1)装载机前面的装料斗宽度过宽,甚至超过下料斗的上口宽度,当装载机往下料斗中装料时,必然有部分料进入相邻的下料斗中,造成不同粒级的集料在下料斗相混;2)装载机装料斗的宽度不会超过下料斗的上口宽度,开始装料时可以使不同粒级的集料不产生串斗,但一旦料斗中的料已经装满到下料斗的上口,料就流向相邻的下料斗中,造成不同粒级的集料在下料斗中相混。

3.2 水泥用量的控制

虽然现场混合料抗压强度的影响因素较复杂,但抗压强度的差异主要与水泥用量控制不好和用量误差过大有重要关系。因此在拌合机使用前要标定计量称重系统,在拌和过程中要注重拌和的连续性,切不可出现“停停走走”的现象。

3.3 含水量的控制

出厂混合料的含水量对现场施工及今后混合料的强度和干缩应变或基层干缩裂缝的多少都有很大影响。若混合料的含水量过小,则现场基层难于碾压密实,混合料在碾压过程中容易起皮及产生细而短的横向裂纹,并且直接影响混合料的强度,使混合料在使用过程中容易松散。

3.4 拌合时间的控制

从试验可知,如果水泥稳定粒料在拌合机中拌和,并且直接用拌成的混合料制成试件,则发现养生后试件的抗压强度随拌合时间增长而增加,但有一极限段;在拌合时间为3 min以前,混合料的抗压强度随拌合时间直线上升。目前,多数国产拌合机的拌合室,长者不到2 m,短者不到1.5 m,拌合时间只有几十秒。如此短的拌合时间严重影响混合料的均匀性和混合料所能达到的强度,使基层在使用过程中容易产生局部早期破坏。所以施工单位在订购稳定土拌合机时,要求生产厂家增长拌合室到3 m或3 m以上,同时拌合时间应在1 min以上。

3.5 运输

混合料运输采用自卸汽车运输,以尽量减少摊铺机停顿次数。为分散运输车辆对已铺好路面的压力,均匀地使车辆在已完成的铺筑层整个表面上通过时,应专人指挥,速度减慢。

4 混合料的铺筑

4.1 加强结合面的控制

当前我国高等级公路半刚性路面结构中,半刚性材料层一般有三层,即两个层间结合面、半刚性基层与沥青面层的结合面。在施工过程中,为了使上下层结合得牢固,铺筑上层之前,下层表面不得有任何松散材料,不得有来自下层材料的砂土薄层、二灰薄层或外来素土薄层。

4.2摊铺机摊铺

摊铺机的振动频率,以及行驶速度的均匀性对平整度影响较大。在施工中应根据实际情况选择合适的振动频率,行驶速度宜选1.5 m/min～3 m/min。振级过大,易造成机械损坏,铺层会出现小横梗;行驶速度过大,预压实度变小,不利于消除路基的不平整度,或碾压时易产生推移,使铺层平整度受影响。

实践证明,用摊铺机摊铺基层混合料与用平地机和推土机摊铺基层混合料相比,具有以下优点:基层表面结构比较均匀,离析现象明显减少;结构层内部混合料强度的均匀性较好,局部小块强度较差和不成整体的位置显著减少;基层表面的平整度显著提高,使沥青面层厚度的变异性明显减少,既有利于提高竣工路面的平整度,又有利于延长路面的使用寿命;容易进行质量管理。上述优点对沥青路面的使用性能和使用寿命都有显著影响。

4.3保证厚度要求

分析研究表明,基层厚度均值的变化对路面可能产生的破坏率的影响大于底基层厚度均值变化的影响,但小于面层厚度均值变化的影响。因此,保证底基层和基层的实际厚度(通常以均值衡量)符合实际要求,对路面的实际使用寿命有显著影响。为了保证各结构层的厚度,必须严格控制各层厚度。

4.4保证压实度

从施工实践可知,对一般的半刚性材料,使用压路机适当提高其现场压实度是可以达到要求的,也有利于提高这些材料的刚度和强度。在施工过程中要严格控制压实度指标,绝不允许不符合规范要求。

4.5水泥稳定材料结构层的养生

水泥稳定材料结构层采用土工布覆盖洒水养生法,养生期不少于7 d,在养生期间应始终保持表面一定湿度,不应过湿或忽干忽湿。养生期间如果出现损害或病害,要及时挖补,并进行修整达到要求。养生期间,严禁施工车辆以外的任何车辆通行,且施工车辆的行驶速度不得超过15 km/h,并不得急刹车,车辆行驶应在全宽范围内均匀分布。

5结语

通过水泥稳定材料结构层工程实践证明,在施工过程中要认真注意上述问题,加强施工质量或施工管理的控制。这样生产出的混合料的实际级配组成就不会产生明显变化,铺筑的结构层就可满足强度、刚度、水泥稳定性、冰冻稳定性、抗冲刷能力、收缩性小、平整度等技术要求。

参考文献

[1]JTJ034-2000,公路路面基层施工技术规范[S].

水泥材料 第11篇

【摘要】聚乙烯醇（PVA）纤维作为一种新型合成纤维，在工程领域已经得到了广泛的应用。综述了PVA纤维的基本性能及近年来国内外关于PVA纤维对水泥基复合材料抗冻与抗侵蚀性能影响的研究进展，分析并总结冻融、氯盐侵蚀以及硫酸盐侵蚀情况下，PVA纤维对水泥基复合材料性能的改善。在改善抗冻性能方面，研究主要集中在PVA纤维掺量及国内外PVA纤维对抗冻性能的影響；在抗侵蚀性能提高方面，研究主要集中在PVA纤掺量对水泥基复合材料抗侵蚀性能的影响。在此基础上，提出进一步研究的方向。

【关键词】聚乙烯醇纤维；水泥基复合材料；抗冻性；抗侵蚀；纤维掺量

【中图分类号】TU528.581

【文献标识码】A

【Abstract】Polyvinyl alcohol （PVA） fiber as a new type of synthetic fiber has been widely used in the field of engineering. In this paper， the basic properties of PVA fiber and its influence on the frost resistance and corrosion resistance of PVA fiber in cementitious composites are reviewed. The properties of PVA fiber in cementitious composites are also analyzed and summarized under the condition of freeze-thaw， chloride and sulfate attack. In the aspect of the frost resistance improvement， the research mainly concentrates on the influence of the PVA fiber content and the PVA fiber at home and abroad on the frost resistance. In terms of the anti erosion performance improvement， the research mainly concentrates on the influence of PVA fiber content on cementitious composites. On this basis， it puts forward the direction of further research.

【Key words】Polyvinyl alcohol fiber；Cementitious composites；Frost resistance；Corrosion resistance；Fiber content

1. 引言

（1）冻融、侵蚀等环境因素是导致混凝土及其他水泥基复合材料结构耐久性下降的重要因素。Mehta[1]指出：“当今世界混凝土破坏原因，按重要性递减顺序排列是：钢筋锈蚀、冻害、腐蚀作用”。因此，改善混凝土及其他水泥基复合材料的抗冻性与抗侵蚀性对其耐久性的提高意义重大。在高层建筑、桥梁、隧道、地铁、港口码头、铁路等工程建设领域，对高强高性能混凝土的需求日益增加，但我国南方地区的混凝土均处在一定的受侵蚀环境下，北方地区的混凝土均处在一定的受冻环境下，导致一些混凝土结构存在严重耐久性不足的问题，制约了其发展。因此，为了进一步提高混凝土的耐久性，对提高其抗冻性与抗侵蚀性提出了更高的要求。

（2）自从水泥基复合材料（ECC）出现以后，其高抗拉强度、高韧性、高耐久性等优点，受到了国内外广大学者的重视，尤其在耐久性方面已经取得了一系列研究成果[2～7]。高抗拉强度和高弹性模量的PVA纤维是实现ECC优良性能的关键材料，对提高ECC的抗冻性能与抗侵蚀性能有重要的作用。

（3）但是，在掺加高强高模的PVA纤维来提高水泥基复合材料的抗冻性与抗侵蚀性的试验研究与工程应用方面，目前还缺少系统的研究。本文综述了近年来PVA纤维对水泥基复合材料抗冻与抗侵蚀性能影响的研究进展，并对进一步研究作了展望。

2. PVA纤维的基本性能

与常见的合成纤维相比，PVA纤维具有以下几点优势：（1）高弹性模量与高抗拉强度；（2）亲水性好；（3）与水泥基复合材料具有较好的界面结合状态；（4）直径适中。此外，由于其环保、无毒、分散性好、成本较低等优点，成为制备ECC的首选而得到广泛应用。PVA纤维在水泥基复合材料中分散均匀、乱向分布，在水泥基复合材料中起到增强整体性、提高抗裂性的作用，从而提高水泥基复合材料的抗冻及抗侵蚀性能。

3. PVA纤维对水泥基复合材料抗冻性影响的试验研究

（1）近年来，国内外逐渐开展了采用PVA纤维提高水泥基复合材料抗冻性的研究。

在北方寒冷地区，冻融作用往往是导致建筑物劣化乃至破坏的最主要因素， 为了评价PVA纤维增强水泥基复合材料抗冻融能力，国内外学者进行了一系列抗冻性能试验。

（2）Nam[8]通过以PVA纤维增强水泥基复合材料、聚丙烯纤维增强水泥基复合材料及普通混凝土三者为对比，对相对动弹性模量的变化和质量损失进行了试验研究，结果表明：相对于原始试件，经过300次冻融循环后PVA纤维增强水泥基复合材料仍具有较好的耐久性。说明PVA纤维的掺入对PVA纤维增强水泥基复合材料的抗冻性提高具有相当大的作用。

（3）ahmaran等[9]通过掺加PVA纤维与不掺加PVA纤维的两组非引气ECC试件的对比，得出结论：PVA纤维的掺入明显改善了ECC的抗冻性能，且由PVA纤维掺入所带来的更大体积的孔隙也可能对ECC抗冻性能的改善有一定作用。

（4）刘曙光等[10]通过快速冻融试验方法，研究了不同PVA纤维掺量（0%、1.0%、1.5%、2.0%）的PVA纤维水泥基复合材料试件在不同冻融循环次数下的动弹性模量，进而研究了材料的抗盐冻性能。试验结果表明：1.5%纤维体积掺量的PVA纤维水泥基复合材料的抗盐冻性能较好。

（5）徐世烺[11]通过对掺加PVA纤维的超高韧性水泥基复合材料（UHTCC）在冻融循环条件下质量损失、动弹性模量损失的试验研究及与普通混凝土、钢纤维混凝土和引气混凝土的对比可知，经过300次冻融循环后UHTCC动弹性模量损失不超过5%、质量损失不超过1%，抗冻性指数为92%，抗冻等级大于F300，而普通混凝土与钢纤维混凝土的抗冻等级则分别为F100和F150。在不掺加引气剂的条件下，UHTCC质量损失和动弹性模量损失方面与引气4.7%的引气混凝土接近。由此可知，掺加PVA纤维的UHTCC材料的抗冻性明显优于普通混凝土和钢纤维混凝土。

（6）Yun等[12]通过快速冻融试验，以总体积掺量为1.5%的PVA与PE混合纤维及水胶比为试验变量，研究了延性纤维增强水泥基复合材料（DFRCCs）100mm×100mm×400mm棱柱体试件在不同冻融循环次数下的相对动弹性模量及质量损失，结果指出：经过300次冻融循环后，四种不同工况DFRCC试件的相对动弹性模量均下降约3%，质量损失均小于2%，表明PVA与PE混合纤维的掺入提高了DFRCC的抗冻融破坏能力。

（7）纤维掺量过大会降低混凝土抗冻融能力，其主要原因是由于過多纤维的存在会阻塞毛细孔，致使混凝土吸水率降低，冻融循环过程中混凝土需要大量结晶水，而由于纤维掺量过多导致的吸水率降低，使得抗冻融性能有所下降[13]。

（8）通过国内外学者的研究可知，PVA纤维的掺入能够显著改善水泥基复合材料的抗冻性能。现今国内外主要研究PVA纤维掺量及不同种类PVA纤维对水泥基复合材料抗冻耐久性能的影响，而PVA纤维取向、分布、长径比、锚固长度及不同种类PVA混合纤维对水泥基复合材料抗冻性能影响的研究略有不足，需要进一步探讨。

4. PVA纤维对水泥基复合材料抗侵蚀性影响的试验研究

（1）遭受环境因素的侵蚀是导致水泥基材料性能退化的直接原因之一，氯盐与硫酸盐侵蚀是水泥基复合材料受环境因素作用而发生侵蚀破坏的重要形式。具有优良性能的PVA纤维的掺入在一定程度上改善了水泥基复合材料的抗裂性能，有效地降低了外界有害物质的侵入，提高了水泥基复合材料的抗侵蚀性能。

（2）氯离子侵蚀是导致结构耐久性下降的一个重要因素，氯离子是各种侵蚀介质中侵蚀性最强的离子之一。加入纤维后，大量纤维均匀分布于水泥基复合材料中，从而起到约束裂缝的的作用。由于纤维的阻裂作用，显著减少裂缝的数量、长度和宽度，降低生成贯通缝的可能性，从而使抗氯离子渗透性得到加强[13]。

（3）闫长旺等[14]通过在试验研究基础上，应用灰色模型GM（1.1）对氯离子浓度沿PVA纤维水泥基复合材料深度的变化规律进行研究，结果表明：在基体中掺入PVA纤维可对基体起到良好的约束作用，从而减小微裂缝的产生，改善了PVA纤维水泥基复合材料抗氯离子渗透性能，从而对抗氯离子侵蚀能力起到了积极的作用。研究通过对氯离子浓度的分布情况进行分析，认为1.5%PVA纤维掺量对水泥基复合材料抗氯离子渗透性的改善效果最好。

（4）刘曙光等[15]通过湿通电法研究了将不同纤维掺量的150mm×150mm×150mm标准立方体试件浸泡在5%氯化钠溶液中的钢筋锈蚀试验。试验结果表明：不掺纤维的试件锈蚀率最大，纤维掺量1.5%和2%的试件钢筋锈蚀率最小。在恒电流条件下PVA纤维掺量的增加会降低钢筋的锈蚀率，但降低幅度很小，最大降低幅度仅为6.27%。表明PVA纤维的掺入明显降低了氯离子的侵蚀速度，改善了氯离子对水泥基复合材料的侵蚀作用，增强了其抗渗透性能。

（5）近年来，国内外主要研究混凝土的抗侵蚀性能，而关于水泥基复合材料抗侵蚀性能的研究较少，主要集中于单一侵蚀环境下PVA纤维掺量对水泥基复合材料抗侵蚀性能的影响。随着试验研究的发展，PVA纤维取向、分布、长径比及锚固长度对水泥基复合材料在多重盐侵环境下抗侵蚀性能的影响将会成为未来土木工程领域的重要研究方向。

5. 结语与展望

（1）PVA纤维是具有多种优良性能的新型合成纤维。在水泥基复合材料中掺入PVA纤维，能够对整体起到一定的约束与裂缝控制作用，降低外界有害物质的侵入，显著改善水泥基复合材料的抗冻及抗侵蚀性能；

（2）目前主要集中于在冻融、氯盐侵蚀、硫酸盐侵蚀等单一因素作用下纤维增强水泥基复合材料的研究上，而在多因素共同作用下对纤维增强水泥基复合材料的研究还很少，应对多因素共同作用下纤维增强水泥基复合材料的性能、微观结构、损伤机理等方面进行更深层次的研究。

参考文献

[1]Mehta P D. Concrete durability： fifty year's progress[C]// The 2nd International Conference On Concrete Durability. America， 1991： 1～33.

[2]徐世烺， 李贺东. 超高韧性水泥基复合材料研究进展及其工程应用[J]. 土木工程学报， 2008， 06： 45～60.

[3]王晓伟， 刘品旭， 田稳苓， 等. PVA纤维增强水泥基复合材料的耐久性能[J]. 中国港湾建设， 2013（5）： 8～11.

[4]刘品旭. PVA纤维增强水泥基复合材料的耐久性能研究[D]. 河北：河北工业大学，2014.

[5]邓宗才， 薛会青， 徐海宾. ECC材料的抗冻融性能试验研究[J]. 华北水利水电学院学报， 2013， 01： 16～19.

[6]ahmaran M， Lachemi M， Li V C. Assessing the durability of engineered cementitious composites under freezing and thawing cycles[J]. Journal of Astm International， 2009， 6（7）.

[7]刘曙光， 闫长旺. PVA纤维水泥基复合材料性能与抗冻、抗盐腐蚀研究[M]. 北京：科学出版社， 2013.

[8]Nam J， Kim G， Lee B， et al. Frost resistance of polyvinyl alcohol fiber and polypropylene fiber reinforced cementitious composites under freeze thaw cycling[J]. Composites Part B Engineering， 2016， 6（242）： 241～250.

[9]ahmaran M， zbay E， Yücel H E， et al. Frost resistance and microstructure of engineered cementitious composites： influence of fly ash and micro poly-vinyl-alcohol fiber[J]. Cement & Concrete Composites， 2012， 34（2）： 156～165.

[10]刘曙光， 王志伟， 闫长旺， 等. PVA纤维水泥基复合材料盐冻损伤分析及寿命预测[J]. 混凝土与水泥制品， 2012， 11： 46～48.

[11]徐世烺， 蔡新华， 李贺东. 超高韧性水泥基复合材料抗冻耐久性能试验研究[J]. 土木工程學报， 2009， 09： 42～46.

[12]Yun H D， Rokugo K. Freeze-thaw influence on the flexural properties of ductile fiber-reinforced cementitious composites （DFRCCs） for durable infrastructures[J]. Cold Regions Science & Technology， 2012， 78（4）： 82～88.

[13]唐巍， 张广泰， 董海蛟， 等. 纤维混凝土耐久性能研究综述[J]. 材料导报， 2014， 11： 123～127.

[14]闫长旺， 张华， 刘曙光， 等. PVA纤维水泥基复合材料氯离子浓度分布规律的研究[J]. 混凝土， 2013， 05： 38～41.

水泥稳定碎石层及其材料的分析探讨 第12篇

水泥稳定碎石基层在公路工程领域的运用越来越多。在工程应用方面, 对水泥稳定碎石结构层施工控制参数的研究也就成为了工程质量最重要的工作, 这对于道路建设有着非常大的影响。废料再生技术由于其快速、经济、环保、节约资源的优点而得到广泛的利用。

高等级公路可以分为沥青路面和水泥混凝土路面两大类。这两类高等级公路很多都采用水泥稳定碎石做道路基层。在沥青面层和废弃混凝土的再生利用方面, 国内外均取得了很大的成绩, 但是水泥稳定碎石基层结构及其材料分析方面的系统理论研究尚为少见。

1 水泥稳定碎石层结构分析

水泥稳定碎石混合料的路用性能与它的结构特点有着非常密切的关系。混合料的结构是指混合料各组成材料之间相互作用的特点, 相对位置分布及相互联系的状况。因此, 混合料的结构特性与其材料组成、材料力学性能及各组成部分之间的相对位置密切相关, 混合料受力变形特性是各结构特性组成因素的综合反映, 即混合料力学特性与结构特性成对应关系。当组成水泥稳定碎石混合料结构特点的各因素发生变化时, 混合料的力学特性也会发生变化。其结构特点主要有三种情况

1.1 密实结构分析

这种结构形态的水泥稳定碎石混合料, 通常采用连续型密级配, 骨料的颗粒尺寸由大到小连续存在。这种结构中细骨料较多, 而粗骨料较少, 且相互之间没有接触, 不能形成骨架, 粗颗粒犹如“悬浮”于细颗粒之中。三轴试验表明, 该种结构虽然具有较高的粘结力, 但内摩阻角较低, 其强度主要受粘结力所控制, 在外部荷载作用下, 易产生破坏。按这种结构修筑的水泥稳定碎石基层, 其路用性能受结合料性质的影响较大, 特别是其抗收缩性能较差, 基层容易产生收缩裂缝, 裂缝的产生严重破坏了基层的整体性, 这样很容易造成路面结构的破坏。因此, 在水泥稳定碎石混合料组成设计时应避免骨料形成悬浮密实结构。

1.2 空隙结构分析

采用连续型级配的水泥稳定碎石混合料属于这一结构类型。在这种结构中, 粗骨料较多, 而细骨料数量过少。因此, 骨料能够形成骨架, 但其残余空隙较大。三轴试验表明, 虽然这种结构粘结力较低, 但其内摩阻角较大, 其强度主要取决于内摩阻力, 粘结力相对是次要的。由此而修筑的水泥稳定碎石基层, 受结合料性质的影响较小, 因而其抗收缩性能较好。但由于这种结构的空隙率太大, 使基层的耐久性又受到影响。

1.3 悬浮密实结构分析

骨架密实结构是综合以上两种类型组成的结构。水泥稳定碎石混合料既有一定数量的粗骨料形成骨架, 又根据残余空隙的多少加入细骨料, 从而使混合料形成较高的密实度。三轴试验表明, 这种结构的混合料不仅具有较高的内摩阻角, 而且具有较高的粘结力。理论上讲, 属于该种结构类型的水泥稳定碎石混合料具有最优的力学性能、抗收缩性能、抗裂性能、抗冲刷性能和疲劳性能等。

2 水泥稳定碎石层材料分析

2.1 水泥粉煤灰材料分析

水泥稳定类材料与二灰稳定类材料是我国高等级公路修筑时广泛采用的二种路面基层材料, 但水泥稳定类材料抗裂性能差、二灰稳定类材料早期强度低、施工工艺复杂、对环境污染严重等缺点已经严重影响到我国高等级公路路面的建设质量。在原有二灰稳定类材料中掺入水泥, 是一种有效提高材料早期强度的途径。但却使本来就很复杂的二灰类基层材料的施工工艺进一步复杂, 并同样避免不了石灰的运输、存放、消解对环境造成的极大污染;同时也有研究认为石灰的掺入, 在一定程度上会抑制水泥的水化, 从而降低材料的强度。于是, 有关研究人员提出直接采用水泥粉煤灰来稳定碎石做路面基层材料。水泥粉煤灰稳定碎石路面基层材料利用了水泥水化硬化快和粉煤灰的火山灰活性的特点, 提高了基层材料的强度 (特别是早期强度) 、抗裂性能和经济效益。

水泥粉煤灰稳定类基层材料是兼具了水泥稳定类以及二灰稳定类路面基层材料优点并同时克服两者缺点的一种新型的半刚性基层材料。对于它的研究在国内外刚刚起步, 因此有许多问题需要解决, 这些问题的解决对基层材料与工程技术的进步将起到有力的推动作用。

2.2 再生骨料材料分析

骨料分为粗骨料和细骨料, 骨料构成水泥稳定碎石的空间骨架结构, 密实骨架结构是最理想的结构。实际生产中的骨料通常是按照石子规格设计、生产的, 因此也很难做到级配连续, 其密实程度必然要低于级配连续的结构。由此, 首先对再生骨料的组成进行分析, 然后再对再生骨料的级配连续性加以试验、讨论。再生骨料按颗粒大小可分为再生粗骨料和再生细骨料。

颗粒粒径大于4.75mm的颗粒为再生粗骨料。再生粗骨料颗粒一般为表面包裹着部分水泥砂浆的石子, 小部分与水泥砂浆完全脱离的石子, 还有极少一部分水泥砂浆颗粒。再生骨料表面是否粘附水泥砂浆以及粘附水泥砂浆的多少等情况与基准水泥稳定碎石强度等级、骨料种类等因素有关。基准水泥稳定碎石水泥含量越高, 则表面粘附的水泥砂浆越多, 碎石表面粘附的水泥砂浆比卵石表面的多。

颗粒粒径范围中粒径尺寸范围为0.08~5mm的颗粒归为再生细骨料, 主要包括水泥稳定碎石破碎后形成的表面附着水泥砂浆的石屑粒, 表面无水泥砂浆的石屑粒, 部分破碎过程中产生的石屑颗粒和石粉。水泥稳定碎石混合料在压实成型后, 系由固相结合料、碎石、液相水溶液和气相空气三相组成。三相之间相互作用的结果, 使得水泥稳定碎石混合料具有较高的强度和刚度, 从而满足了水泥稳定碎石混合料作为路面基层的性能要求。水泥稳定碎石混合料由于刚度高而属于塑性比较小的材料, 因此莫尔强度理论适应于水泥稳定碎石混合料。

根据公路工程无机结合料稳定材料试验规程和公路工程骨料试验规程, 对再生骨料的级配组成进行评估, 对于符合规范和配合比要求的再生骨料直接进行最大干密度、最佳含水率及水泥含量的确定, 对不符合相关规定的再生骨料则重新进行配合比的设计。配合比确定后通过检测试件的抗压强度对配合比进行检验。配合比确定后, 根据再生骨料的特点制定详细、可行的施工工艺和措施, 确保工程质量控制。

3 水泥稳定碎石层施工注意事项

水泥稳定碎石混合料中各组成成分的空间位置排列不同, 会导致混合料整体性质发生变化。而骨架密实结构汲取了悬浮密实结构和骨架空隙结构的优点, 适应了目前的施工水平。在振碾施工工艺条件下, 骨架密实结构的混合料能够使粗骨料之间的紧密嵌挤作用充分发挥出来, 提高了混合料各方面的性能指标, 再加上严格的基层养生, 将会在减小收缩系数, 提高混合料抗裂性方面取得较为突出效果。因此, 水泥稳定碎石混合料组成设计应该围绕着骨架密实结构展开。

水泥粉煤灰稳定碎石材料的施工工艺基本上与水泥稳定碎石材料一致, 具有很好的推广性, 但在施工过程中, 应该重点关注粉煤灰含水率以及养生方式等关键问题。试验路的成功铺设表明, 水泥粉煤灰稳定碎石路面基层材料在具备很好的技术效益同时, 也极具经济效益, 并且可以使基层的开裂现象明显好转, 平整度大大提高。

通过实验路段再生水泥稳定碎石基层的结构性能试验证明, 再生混和料的无侧限抗压强度随基、面层掺配比例的改变而发生变化, 表明再生混合料的级配对强度有较显著的影响, 当再生骨料比新骨料级配连续时, 基层的再生水泥稳定碎石结构基层完全可以满足实际生产需要。

4 结语

水泥稳定碎石骨料生产工艺简单, 且经济、方便, 对施工来说不增加额外费用, 施工直接费用可节省不少, 其它施工辅助及行政管理费用也将节省较多, 在现阶段的推广和实施, 只存在理论研究和实践检验的问题, 此项技术的推广呼吁十分紧迫。水泥稳定碎石材料再生技术不仅仅具有节约原材料、保护环境和降低成本等优点, 同时具有明显的经济效益和社会效益, 符合我国经济、环境、社会可持续协调发展的要求。

摘要：随着公路建设投资多元化体制的不断深入, 公路建设受市场经济制约的特点越来越突出, 对公路建设投资效益的要求也越来越高。为了使有限的资金能够发挥最大的效益, 新技术、新材料和新工艺逐渐受到建设单位和工程技术人员的重视, 也越来越多的应用于公路工程建设中。详细分析了水泥稳定碎石层的结构和材料, 并提出了相关施工注意事项。