我国北方地区冬春季节水泥长期贮存的探讨

水泥 2007-06-04

　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
编号	成型日期	初凝	终凝	安定性	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
成型时间	初凝	终凝	安定性	3d	28d	3d	28d	备注
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
编号	成型日期	安定性	3d	28d	3d	28d	备注
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
编号	成型日期	安定性	3d	28d	3d	28d	备注
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
编号	成型日期	安定性	3d	28d	3d	28d	备注
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
编号	成型时期	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
编号	存放时间	取样位置	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