管桩试验员学习资料

浙江浦高管桩试验员学习资料浙江浦高管桩试验员学习资料 第一部分第一部分 原材料原材料 水泥水泥 管桩厂主要原材料水泥是管桩生产的关键 混凝土早期强度 混疑土 和易性 管桩内壁成型 减水剂掺量 后期增长强度等都与水泥的各主要 质量指标有很大的关系 我们作为试验室工作人员对水泥的生产工艺 种 类以及主要质量指标必须有所了解 熟悉这些质量指标对管桩生产的影响 为管桩厂的水泥品牌 型号选择提供理论基础和依据 水泥的品种很多 按大类可分为通用水泥 特种水泥和专用水泥 三类 普通混凝土常用的是通用水泥 主要有五种 即硅酸盐水泥 普通硅酸盐水泥 参考学习国家标准GB175 2008 矿渣硅酸盐水泥 火山灰质硅酸盐水泥及粉煤灰硅酸盐水泥 以上三种水泥参看国家标准 GB1344 2003 各类水尼主要组成成分特性如下 一 硅酸盐水泥 凡由硅酸盐水泥熟料 0 5 石灰石或粒化高炉矿渣 适量石膏磨细制 成的水硬性胶凝材料 称为硅酸盐水泥 即国外通称的波特兰水泥 硅 酸盐水泥分两种类型 不掺加混合材料的称I类硅酸盐水泥 代号P 在 硅酸盐水泥粉磨时掺加不超过水泥质量5 石灰石或粒化高炉矿渣混合材料 的称 型硅酸盐水泥 代号P 其特性是 早期及后期强度都较高 在 低温下强度增长比其他水泥低 抗冻 耐磨性都好 但水化热较高 抗腐 蚀性较差 二 普通硅酸盐水泥 凡由硅酸盐水泥熟料 6 15 混合材料 适量石膏磨细制成的 水硬性胶凝材料 称为普通硅酸盐水泥 简称普通水泥 代号P O 普通硅酸盐水泥的特性除早期强度比硅酸盐水泥稍低外 其他性质与硅酸 盐水泥相近 说明1 掺活性混合材料掺活性混合材料时 最大掺量不得超过15 其中允许用不超 过水泥质量5 的窑灰窑灰或不超过水泥质量10 的非活性混合材料非活性混合材料来代替 掺非活性混合材料时 最大掺量不得超过水泥质量10 说明2 活性混合材料活性混合材料 指符合GB1596 的粉煤灰 符合GB2847 的火山 灰质混合材料和符合GB203的粒化高炉矿渣 窑灰窑灰 指从水泥回转窑窑尾废气中收集下的粉尘 其质量必须符 合国家建材行业标准 标准号失忆待查 的规定 非活性混合材料非活性混合材料 指活性指标低于 GB T203 GB T1596 GB T2847 标准要求的粒化高炉矿渣 粉煤灰 火山 灰性质混合材料以及砂岩和石灰石 石灰石中的三氧化二铝含量不得超过 2 5 目前国内管桩行业使用的水泥都是硅酸盐水泥和普通硅酸水泥两种 按 着管桩的生产工艺要求 如果仅仅是出于技术层面原因硅酸盐水泥是最好 的选择 但对水泥品种的选择时 水泥价格 采购渠道等综合因素都是要 考虑的因素 所以使用普通硅酸盐水泥目前是管桩行业的主流 但我们无 防对矿渣硅酸盐水泥也做一些粗步的了解 矿渣水泥的特性是 早期强度 较低 在低温环境中强度增长较慢 但后期强度增长快 水化热较低 抗 硫酸盐侵蚀性较好 耐热性较好 所以一般用于有酸性蚀腐 又大又厚体 积 严寒环境下的工程选用 水泥的生产工艺分为三种 机立窑生产 湿法回转窑生产 干法回转窑 生产 机立窑生产锻烧工艺简单 一般都产能小 质量不稳定 所以一般 都是小厂 单台生产规模一般都小于20万吨 年 所以管桩生产原则上禁 用立窑生产的水泥 温法回转窑就是将各种原材料加水磨成料浆再进行煅 烧的生产工艺 所以生料均化效果好 煅烧均匀 熟料质量稳定 是在我 国90年代以前大型水泥厂最主要的生产工艺 产品也广泛用于国家重点工 程 但湿法生产是把料浆锻烧成水泥熟料 所以能耗特别高 90年代后这 种生产工艺逐步淘汰 干法窑外分解回转窑生产是我国90年后从国外引进 的水泥生产艺 就是把各种原材料预先加热烘干分解锻烧 能耗低 产能 大 是我国目前大型水泥厂最主要的生产方式 但这种生产工艺决定水泥 质量的关键是对水泥生料的均化效果 所以如果我们去考察水泥厂的质量 时 水泥厂均化库的设计 管理是考察的重点 水泥的主要是由石灰石 粘土 铁矿粉按比例磨细混合 这时候的混合 物叫生料 然后进行煅烧 一般温度在 1450 度左右 煅烧后的产物叫熟料 然后将熟料和石膏一起磨细 按比例混合 才称之为水泥 熟料矿物组成 成份主要有 硅酸三钙 3CaO SiO2 通常简写为 C3S 硅酸二钙 2CaO SiO2 通常简写为 C2S 铝酸三钙 3CaO Al2O3 通常简写 为 C3A 铁铝酸四钙 4CaO Al2O3 Fe2O3 通常简写为 C4AF 石膏 化学名称就是二水硫酸钙 用分子表示就是 Ca2SO4 H2O 其在水泥中的 作用主要是起到缓凝作用 水泥的化学成分主要是氧化钙 CaO 二 氧化硅 SiO2 三氧化二铁 Fe2O3 三氧化二铝 Al2O3 三氧化硫 SO3 并且还有少量的氧化镁 MgO 游离氧化钙 F CaO 这两 种成份都遇水成碱化物是水泥的有害成份 且化学反速度极慢 是水泥厂 严格控制的指标 它是影响水泥安定性不合格的主要原因之一 以下是江苏金峰水泥和江苏扬子水泥的某生产日期某水泥熟料试样的化 学分析报告 表一 金峰水泥 LOSSLOSSSiO2Fe2O3Al2O3CaOMgOSO3F CaO KHKH KH KHSMSMIMIMC3SC2SC3AC4AFCL CL 3 843 8422 022 02 732 735 565 5660 7460 742 042 042 102 100 980 9896 9196 910 7980 7980 7820 7822 652 652 042 0428 9328 9341 2941 2910 1010 108 308 300 0080 008 表二 扬子水泥 LOSSLOSSSiO2Fe2O3Al2O3CaOMgOSO3F CaO KHKH KH KHSMSMIMIMC3SC2SC3AC4AFCL CL 3 843 8422 3222 323 443 444 664 6666 1466 141 831 8398 5398 530 9160 9160 8970 89758 6158 6119 7919 796 516 5110 4610 46 首先我们学习如何通过上表分析这两种水泥质量对比 对上表还有几个不 知道的名称 在这里补充一下 LOSSLOSS 就是水泥的烧失量 是指生料生料在烧成过程中所排出的结晶水 碳酸 盐分解出的二氧化碳 CO2 硫酸盐分解出的二氧化硫 SO2 以及有机 杂质被排除后物量的损失 烧失量是用来限制石膏和混合材中杂质的 以 保证水泥质量 所以 所有水泥厂的常规试验都必须做这项的 在这里成顺带讲解一下什么叫生料 由石灰质原料 粘土质原料及少量校正原料 有 时还加入矿化剂 晶种等 机立窑生产时还要 加煤 按比例配合 粉磨到一定 细度的物 料 称为水泥生料 其化学成分随 水泥品种 原料和燃料质量 生产方法 窑型及其他生 产条件的不同而有所不同 生料随水泥生产方法的不同有生料浆 生料粉 生料球和生料 块等形态 他们分别适用于湿法 干法 半干法和半湿法生产的要求 不论何种形态的生 料 均要求化学成分稳定 细度和水分要保证满足不同生产方法的要求 以免影响窑的 煅烧和熟料质量 1 生料粉 干法生产用的生料 一般水分 1 据生料中是否含煤 又分为三种 白生料 出磨生料中不含煤 干法回转窑及采用白生料法煅烧 立窑用黑 生料 出磨生料中含有煅烧所需的全部煤 采用全黑生料法煅烧的立窑用 半黑生料 出磨生料中只含有煅烧所需煤的一部分 采用半黑生料法煅烧的立窑用 2 生料浆 湿法生产所用的生料 一般含水分32 40 左右 什么叫水泥熟料 以石灰石和 粘土 铁质原料为主要原料 按适当比例配制成生 料 烧至部分或全部熔融 并经冷却而获得的半成品 在水泥工业中 最常用的硅酸盐水 泥熟料主要化学成分为 氧化钙 二氧化硅和少量的氧化铝和氧化铁 主要矿物组成为硅酸 三钙 硅酸二钙 铝酸三钙和铁铝酸四钙 其含量总和通常都在 95 以上 且通常熟料 中硅酸三钙和硅酸二钙含量约占 73 左右 铝酸三钙和铁铝酸四钙的理论含量约占22 左右 硅酸盐水泥熟料加适量石膏共同磨细后 即成硅酸盐水泥 水泥熟料的形成过 程 是一个很复杂的过程 我们只 稍为了解一下 1 水分蒸发 自由水分随物料温度而逐渐蒸发 当温度升高至100 150 时 生料中自由水分全部被排除 湿法生产中 料浆可达 32 40 故此干燥过程对产量 质量及热耗影响极大 2 粘土质原料脱水 生料温度升至 450 时 高岭土脱去化学结合水 在 900 950 时 无定形物质又转变为晶体 同时放出热量 3 碳酸盐分解 碳酸钙与碳酸镁在 600 都开始分解 碳酸镁在 750 时分解即剧烈进行 而碳酸钙约在900 时才快速分解 MgCO3 MgO CO2 CaCO3 CaO CO2 4 固相反应 水泥熟料中的主要矿物在 800 1300 时可以由固相物质相互反应而生成 800 900 时 CaO 与 Al2O3 Fe2O3 反应 生成 CA CF 900 1100 时 生成 C12A7 C2F C2S 1100 1300 时 生成 C3A C4AF 以上反应进行时放出一定热量 物料本身温度上升很快 5 硅酸三钙 C3S 的形成和烧成反应 硅酸三钙要在液相中才能大量形成 当温度升高到近1300 时 C3A C4AF R2O 等熔剂矿 物变成液相 C2S 与 CaO 溶解在高温液相中 互相反应生成C3S C3S 的生成速度与烧成温度和反 应时间有关 其生成温度范围一般为1300 1450 1300 熟料烧成后 温度开始下降 C3S 形成速度减慢直至液相凝固 6 熟料的冷却过程 在冷却过程中 将有部分熔剂矿物形成晶体析出 另一部分来不及析晶而呈玻璃态存在 C3S 在 1250 时容易分解 所以要求在 1300 以下熟料要快冷 使 C3S 来不及分解 越过 1250 以后 C3S 就比较稳定了 C2S 在 500 时 由 C2S 转变为 C2S 密度减少而使体积增大 10 左右 从而使熟料 块变成粉末状 粉化后的 C2S 与水反应时 几乎没有水硬性 因此在 500 温度段时应急冷 使其来不及转化 熟料急冷的优点 1 防止 C3S 晶体长大或熟料矿物完全变成晶体 晶体粗大的C3S 将使熟料强度下降 矿物完 全晶化使熟料难磨 2 使 MgO 凝结于玻璃体中或以细小晶体析出 能加快MgO 的水化速度 改善安定性 3 使 C3A 晶体减少 避免快凝现象 且有利于提高抗硫酸盐性能 4 使熟料块内部产生应力 增大了熟料的易磨性 在熟料冷却过程中 可部分回收熟料带出窑的热量 从而降低热耗 熟料形成过程是复杂的 各个过程之间互相影响 互相联系而又互相交 KH 全称石灰饱和系数 表示水泥熟料中的总 CaO 含量扣除饱和 酸性氧化物 如 Al2O3 Fe2O3 所需要的氧化钙后 剩下的与二氧化硅 化合的氧化钙的含量与理论上二氧化硅全部化合成硅酸三钙所需要的氧化 钙含量的比值 简言之 石灰饱和系数表示熟料中二氧化硅被氧化钙饱和 成硅酸三钙的程度 其用数学公式表达的话有两种表达方式 理论值 KH CaO 1 65Al2O3 0 35Fe2O3 2 8SiO2 实际值 KH CaO fCaO 1 65Al2O3 0 35Fe2O3 0 7SO3 2 8 SiO2 fSiO2 式中 CaO SiO2 Al2O3 Fe2O3 SO3 分别为熟料中相应氧化物的质量百分数 f CaO f SiO2 分别为熟料中呈游离状态的氧化钙 二氧化硅的质量百分数 SM 全称硅酸率 简称硅率 也有的管桩厂用符号n 表示 硅率 就是熟料中 SiO2 含量与 Al2O3 Fe2O3 之和的比例 反映了熟料中硅酸盐 矿物 C3S C2S 熔剂矿物 C3A C4AF 的相对含量 其用数学公式表 达即为 SM SiO2 Al2O3 Fe2O3 其主要反应熟料中硅酸盐矿物 C3S C2S 熔剂矿物 C3A C4AF 的相对含量 SM 值与熟料矿物及煅烧之间的关系 因管桩厂所用水泥都是窑外分解干法生产 一般取值 2 4 2 7 SM 值越高 表示硅酸盐矿物多 熔剂矿物少 对熟料强度有利 但 SM 值过高时 熟料较难烧成 煅烧时液相量较少 不易挂窑皮 随 SM 值的降低 液相量增加 对熟料的易烧性和操作有利 但 SM 值过 低 熟料强度低 回转窑内易结圈 结大块 操作困难 IM 全称铝氧率 也有铝率或铁率的叫法 也有的水泥厂用符号 P 来 表式 铝氧率就是熟料中氧化铝和氧化铁之比 也表示熟料熔剂矿物中 C3A 与 C4AF 的比例 其主要反映了熟料中 C3A 和 C4AF 的相对含量 也反映煅烧过程中液相的性质 主要是液相的粘度 C3A 形成的液相粘 度大 C4AF 形成的液相粘度小 其用数学公式表达即为 IM Al2O3 Fe2O3 p 值与熟料矿物及煅烧的关系 因管桩厂所用水泥都是窑外分解干法生产一般取值 1 3 1 7 p 值 过大 C3A 多 液相粘度大 不利于 C3S 的形成 易引起熟料快凝 p 值过低 C4AF 量相对较多 液相粘度小 对 C3S 的形成有利 但窑内烧结范围窄 易使窑内结大块 对煅烧不利 不易掌握煅 烧操作 硅酸盐水泥熟料中各氧化物之间的比例关系的系数称作率值 硅酸盐 水泥熟料中各氧化物并不是以单独状态存在 而是由各种氧化物化合成的 多矿物集合体 因此在水泥生产中不仅控制各氧化物含量 还应控制各氧 化物之间的比例即率值 在一定工艺条件下 率值是质量控制的基本要素 因此 国内外水泥厂都把率值作为控制生产的主要指标 我国主要采用石 灰饱和系数 KH 硅率 n 铝率 p 三个率值 当熟料 p 大于 0 64 时 熟料中的矿物为 C3S C2S C3A C4AF 当 p 小于 0 64 时熟料中的矿物为 C3S C2S C4AF C2F KH 1 时 熟料中硅酸盐矿物全部为 C3S KH 2 3 0 667 时 硅酸盐 矿物全部为 C2S 故 KH 值介于 0 667 1 之间 KH 高 C3S 含量多 有利 于提高水泥质量 但煅烧困难 热耗高 易产生 f CaO KH 低则 C2S 高 易烧性好 水化热低 但水泥凝结硬化慢 早期强度低 所以为保证熟料质量 同时不出现过量所以为保证熟料质量 同时不出现过量 f CaO 通常 通常 KH 值控制在值控制在 0 82 0 96 之间 这是我们管桩厂到水泥厂考察时的一个重要指标之间 这是我们管桩厂到水泥厂考察时的一个重要指标 KH 值直值直 观反映水泥的质量 最好是调阅该水泥厂一个月的数据作为参考观反映水泥的质量 最好是调阅该水泥厂一个月的数据作为参考 MgO F CaO 即氧化镁 游离氧化钙 上述有讲过这是水泥熟料中的有 害成份 在国家水泥标准中对MgO的含量作出了严格规定 熟料中氧化镁的 含量不得超过5 如水泥经压蒸安定性试验合格 则熟料中氧化镁的含量 也只允许放宽到6 如果熟料中氧化镁的含量为5 6 时 矿渣水泥 粉煤灰水泥中混合材料总掺加量都作了严格的范围规定 游离氧化钙通俗 的说法就是水泥的主要原材料石灰石粉 主要成份为碳酸钙CaCO3 在高温 煅烧过程中分解成我们平时经常见到的生石灰 CaO 与粘土中的主要成份 SiO2没有完全化学反应没烧结的熔融晶状体物即为游离氧化钙 其水化反应 相当慢 混凝土硬化后才会逐渐与空气中的水分子慢慢反应 造成局部膨 胀产生局部应力破坏混凝土结构 所以国家重点工程 机场建设对游离氧所以国家重点工程 机场建设对游离氧 化钙的含量都有特别规定 一般都要求低于化钙的含量都有特别规定 一般都要求低于0 50 5 管桩作为高标号混凝土 管桩作为高标号混凝土 我们也要严格要求低游离氧化钙含量 我们也要严格要求低游离氧化钙含量 通过以上知识 我们就可知道对混凝土强度影响最大的成份就 C3S C2S 所 以管桩行业选用水泥的通用的标准要求 75 且对脱模强度发挥重要的 C3S成份一般都要求大于55 C3S含量的多少直接影响混凝土早期强度 3 天 7天 C2S主要是后期强度 7天后 的强度增长 我们据此再看金峰 水泥和扬子水泥的分析报告数据 金峰水泥的C3S含量与C2S含量应该是数 据填反了 C3S含量应为41 29 C2S含量应为28 93 金峰水泥 C3S C2S 含 量只有 41 29 28 93 70 22 远远低于75 的五个百分点 且C3S含量41 29也远远低于 55 的近十四个百分点 扬子水泥C3S含量为58 61 C2S含量为19 79 其 C3S C2S 含量只有 58 61 19 79 78 4 都好于通用的标准要求 因此推 断金峰水泥不适宜用做生产管桩 表一 金峰水泥 LOSSLOSSSiO2Fe2O3Al2O3CaOMgOSO3F CaO KHKH KH KHSMSMIMIMC3SC2SC3AC4AFCL CL 3 843 8422 022 02 732 735 565 5660 7460 742 042 042 102 100 980 9896 9196 910 7980 7980 7820 7822 652 652 042 0428 9328 9341 2941 2910 1010 108 308 300 0080 008 表二 扬子水泥 LOSSLOSSSiO2Fe2O3Al2O3CaOMgOSO3F CaO KHKH KH KHSMSMIMIMC3SC2SC3AC4AFCL CL 3 843 8422 3222 323 443 444 664 6666 1466 141 831 8398 5398