氯在水泥生产和使用中的影响

第18卷第4期

2001年11月新疆大学学报(理工版)

Jou rnal of X in jiang U n iversity V o l . 18,N o. 4N ov . , 2001

氯在水泥生产和使用中的影响

谭月华1, 张　军2Ξ

(1. 新疆大学化学与化工学院, 新疆乌鲁木齐　830046; 2. 新疆昌吉屯河水泥厂, 新疆昌吉　831100)

摘　要:论述了在生产及施工中加入氯对水泥熟料煅烧、新型干法煅烧工艺、设备的锈蚀、耐火材料的破坏作用, 以及对混凝土建筑物的影响.

关键词:氯; 水泥生产; 混凝土建筑物

中图分类号:TQ 172. 1　　　文献标识码:A 　　　文章编号:100022839(2001) 0420472204

0　前　言除了氯氧镁水泥等某些特殊用途的水泥以外, 料中氯含量极低, 熟料中几乎不含有氯化物, 可不考虑其对建筑物耐久性的不良影响. , 在水泥生产和使用过程中, . ; 水泥立窑上为改善水泥的安定性, l ; 或在混凝土拌制过程中为提高水泥早强, 这些都对水泥的生产及施工产生了一定的影响, 影响了混凝土.

1　氯对水泥生产的影响

1. 1　对水泥生产过程中熟料煅烧的影响

在白色硅酸盐水泥生产中, 由于熟料中含铁量低、液相量少, 导致煅烧困难, 烧成温度可高达1550～1600℃. 为改善熟料的烧成, 以往一般是采用在水泥生料中加入0. 2%～0. 4%的CaF 2作矿化剂的方法来改善. 近年来, 武汉工业大学在添加剂方面进行了大量的研究, 并取得了一定的进展. 试验研究表明, CaC l 2可作为白水泥生产的有效矿化剂和增白剂. CaC l 2的引入, 无论从改善熟料的烧成过程, 促进熟料矿物C 3S 的形成数量, 还是在煅烧过程中促进铁质的挥发, 降低熟料中着色氧化物Fe 2O 3的数量, 均作用明显, 可使白度大幅度提高, 且可降低白水泥熟料的烧成温度(100℃左右) 至1450～1500℃, 熟料中游离氧化钙的数量大幅度降低, 优于单掺CaF 2的白水泥熟料. 在水泥传统的生料中加入氯化钙, 在1000～1100℃即可烧成阿利尼特矿; 还可以用氯化钙作为矿化剂在1100～1200℃烧成高贝利特熟料, 在1250～1300℃烧成波特兰水泥熟料, 降低烧成温度, 强化烧结.

1. 2　氯对新型干法煅烧工艺的影响在新型干法回转窑生产过程中, 从原料、燃料中引入的氯等挥发性物质随生产的进行, 大系统内产生循环和富集, 严重时可影响、干扰回转窑的正常操作. 如某些窑内产生的熟料Ξ收稿日期:2000204210作者简介:谭月华(19662) , 女, 讲师.

第1期谭月华等:氯在水泥生产和使用中的影响473结大块现象, 严重地影响生产的正常运行; 在预热系统内物料产生不同程度的结皮, 导致系统的堵塞, 严重时需停窑处理. 因此, 窑尾预热干法生产中通常要求原、燃料中氯、碱、硫含量应控制在比较安全的含量以下, 同时采取一定的防止结皮的措施, 以保证回转窑系统的长期、安全运转. 不同水泥设备制造公司生产的设备对生料中氯含量均有不同的限定范围, 见表1.

表1　国外部分公司生产的设备对生料中氯含量的规定

公司名称

丹麦史密斯

德国洪堡

德国伯力鸠斯

日本川琦

日本三菱

法国拉法日公司

英国兰圈公司C l -含量的限制规定(%) ≤0. ≤0. ≤0. ≤0. ≤0. ≤0. ≤0. [1**********]215

1. 3　对耐火材料的破坏作用

20世纪80年代初, 侵蚀引起的开裂和剥落现象, , 破. , 其耐火材料内侧直接与高温物料、气流接触, , 内外侧表面的温差较大. 随热量不断从, . 随着生产过程中窑系统内碱性挥发物的富集, , 冷凝结晶. 随气态物的不断凝聚, 结晶物不断长大, 产生内部应力, 引起耐火材料的腐蚀、开裂、剥落, 最终结构破坏, 这无疑增加了停产检修时间, 降低设备的运转率.

1. 4　对设备的锈蚀

水泥工业生产所用设备几乎全部是钢铁制品. 一般情况下, 在高碱性环境中, 钢铁表面会形成一层钝化膜, 铁维持正常的钝化, 起到保护作用. 但当有氯离子存在时, 即使在高碱性的情况下, 也会发生坑锈, 使钝化膜破坏, 产生局部锈蚀. 如铁在电解质环境中产生电化学腐蚀反应如下:

阴极:Fe →2e -+Fe 2+, 　　阳极:1 2O 2+H 2O +2e -→2(O H ) -.

这时, 局部的坑蚀部分成为阳极, 其余钝化部分为阴极, 大阴极与小阳极产生宏观电流, 使坑蚀迅速发展并向内扩展, 加大了对设备危害性.

2　对混凝土建筑物的影响

无论是在水泥的生产中, 还是在混凝土的施工过程中, 由外加剂等引入氯盐, 在使用过程均会对混凝土建筑物产生影响. 由于氯盐属于强电解质, 溶于水后将全部电解成离子, 氯离子吸附于水泥熟料颗料C 3S 和C 2S 的表面, 加剧了水泥颗粒的分散度, 加速了水泥初期水化反应速度. 由于溶液中氯离子与大量的钙离子同时存在, 水化物晶核的形成及生长速度加快. 同时氯化钙还可与水泥中的C 3A 作用, 生成不溶性复盐——水化氯铝酸钙及固溶体(C 3A ・Ca ・C

l 2・10H 2O ) , 它可与氧化钙作用生成不溶于氯化钙溶液的氢氧化钙(3CaO ・CaC l 2・

474新疆大学学报(自然科学版) 2002年12H 2O ) , 这些综合作用使水泥浆体中固相比例增大, 促进水泥浆的凝结硬化, 从而提高了混凝土的早强. 氯化钠与硅酸钙水化产物氢氧化钙作用生成氯化钙, 当有石膏存在时, 氯化钙能加速C 3A 与石膏的反应, 生成水化硫铝酸钙(C 3A ・3CaSO 4・31H 2O ) , 当硫酸根耗尽时, C 3A 与CaC l 2形成氯铝酸钙(C 3A ・CaC l 2・10H 2O ) , 上述复盐生成时, 发生体积膨胀, 促使水泥更为密实, 从而提高水泥强度. 从这一点可以看出, 一定的氯化物有利于水泥早强的提高. 氯化物可作为混凝土早强剂. 但在钢筋混凝土及预应力混凝土中, 由于氯离子的存在, 则会产生电化学腐蚀, 致使钢筋的锈蚀加速, 从而影响结构的稳定性. 因此, 国内(见表2) 、国外(见表3) 在混凝土建筑工程中, 对使用含有氯的添加剂均有严格的规定, 且国外对氯离子的含量限制更为严格.

表2　国内对不同建筑物施工过程外加剂中氯化物含量限制要求

品　　种

预应力钢筋混凝土

干燥环境中钢筋混凝土潮湿环境中

无筋混凝土

表3国名

氯离子含量(以水泥重量%计) ≤0. 06%潮湿环境并接触氯化物应不大于0. 10%潮湿环境不接触氯化物应不大于0. 15%

预应力混凝土

蒸汽养护结构混凝土

英国建筑设计施工标准钢筋混凝土及埋置金属的素混凝土(CP -110)

钢筋混凝土中海砂CaC l 2含量

预应力混凝土中海砂CaC l 2含量

英国混凝土外加剂

标准规程(BS 5075)

联邦德国D I N 4226

日本钢筋混凝土钢筋混凝土预应力混凝土钢筋混凝土中海砂N aC l 含量

预应力混凝土中海砂N aC l 含量≤0. 06%≤0. 06%95%的试验结果应在0. 35以内(不允许有一个结果大于0. 50) (%) 氯化物含量(以水泥重量%计) ≤0. 1%≤1%≤0. ≤1%≤0. 1%≤0. 1%(C 以无水CaC l 2计) 以钢筋不受锈蚀为准≤0. 02%≤0. 1%≤0. 01%

　　注:氯离子量=0. 6×CaC l 2量

3　结束语

水泥工业生产中, 无论在原料、燃料中引入的, 还是在生产过程中由矿化物引入的氯, 不可避免地影响熟料的煅烧过程及熟料的质量; 同时

, 气态的氯化物在水泥窑内挥发和富集必然会损伤窑内耐火材料、筒体以及其它的钢铁设备; 在工程施工中, 适当时可提高混凝土的早强, 但过多则会产生不利的影响, 使钢筋发生锈蚀, 导致结构破坏. 因此, 无论是在生产中原料、燃料引入的, 还是人为添加的, 或者作为混凝土外加剂加入的, 都有其有益的一面, 也有其不利的一面, 必须按照有关技术规范规定添加, 以确保水泥生产、建筑物的耐久及安全.

第1期谭月华等:氯在水泥生产和使用中的影响475参考文献:

[1]殷维君. 水泥工艺学[M ]. 武汉:武汉工业大学出版社, 1996. 902108.

[2]胡道和. 水泥工业热工设备[M ]. 武汉:武汉工业大学出版社, 1992. 41285.

[3]项玉璞. 冬期施工手册[M ]. 北京:中国建筑工业出版社, 1988. 1312136.

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[5]刁玉玮. 化工设备机械基础[M ]. 大连:大连理工大学出版社, 1987. 41246.

[6]胡曙光. 特种水泥[M ]. 武汉:武汉工业大学出版社, 1999. 3212329.

The I nf luence of Chlor i ne on Cem en t Production and Con struction

12TAN Yue 2hua , ZHAN G J un

(1. Colleg e of Che m istry and Che m ical E ng ineering , X inj iang V niversity , U rum qi , X inj iang 830008, Ch ina ;

2. X inj iang T unhe Ce m ent P lont , Changj i , X inj iang 831100, Ch ina ) Abstract :T he au tho r discu sses the influence of ch lo rine on cem en t p roducti on cem en t calcificati on ,

. new calcificati on techon logy , equ i pm en t co rro si on , refracto ry , and concrete bu Key words :ch lo rine ; cem en t p roducti on ; bu ilding

:陈　勇

(上接第467页)

3　结果与讨论

, pH 为2～5的酸性及弱酸性条件下稳定, 在此条件下耐热性也较好. , 食品添加剂柠檬酸、酒石酸、抗坏血酸及防腐剂苯甲酸钠对色素无影响. 色素的耐糖性好, 而淀粉对色素有增色作用. 本色素适合应用在酸甜味的食品中. 但色素抗氧化性差, 应避免与氧化性较强的物质共存.

2+3+结果还表明, N a +、. 因此, 在开发和Zn 对色素无不良影响, Fe 对色素有一定程度影响

利用该色素时, 应尽量避免与铁器接触.

参考文献:

[1]江苏医学院编. 中药大辞典[M ]. 上海:上海人民出版社, 1977. 1533.

[2]新疆八一农学院编. 新疆植物检索表(第三册) [M ]. 乌鲁木齐:新疆人民出版社, 1981. 307.

Extraction of Tamar ix Ch i nen sis i n X i n j i ang and

Study of Physica l Chem ica l Properties

M am u ti ・KU RBAN , D ilibair ・SU L ITAN

(Colleg e of Che m istry and Che m ical E ng ineering , X inj iang U niversity , U rum qi , X inj iang 830046, Ch ina )

Abstract :T he article is m ain ly abou t the ex tract of red p igm en t from tam arix ch inen sis lou r in X in jiang and

. It p rovides scien tific basis fo r the ex tracti on of red p igm en t the research on its physical chem ical p roperties

from tam arix ch inen sis lou r and its app licati on .

Key words :tam arix ch inen sis lou r ; red p igm en t ; ex tracti on ; physical chem ical p roperties

责任编辑:刘　岩