粉磨工藝對(duì)水泥粒度分布和性能的影響

黃耀志

(華潤水泥（防城港）有限公司 531400)

粉磨工藝對(duì)水泥粒度分布和性能的影響

黃耀志

(華潤水泥（防城港）有限公司 531400)

在時(shí)代發(fā)展的進(jìn)步中，高性能混凝土的出現(xiàn)對(duì)水泥的性能提出了更高的要求，制備高性能水泥已成為必然的趨勢。為了調(diào)整粉體的粒度分布，本文采用了兩種不同的粉磨方式，選用不同的混合材種類及摻量，制備出不同粒度組合的水泥樣品，單獨(dú)粉磨體系的水泥可以通過改變混合材的摻量及細(xì)度設(shè)計(jì)其粒度分布，混合粉磨體系的水泥采用化學(xué)分析的方法得到混合材及熟料的分布情況；通過不同的計(jì)算模型，對(duì)各個(gè)體系的水泥進(jìn)行堆積密實(shí)度的研究，進(jìn)而分析了粉磨方式、混合材種類及摻量、粒度分布及堆積情況對(duì)各體系水泥性能的影響。

粉磨工藝；水泥粒度分布；水泥性能

引言：高性能混凝土的出現(xiàn)出現(xiàn)源自于粉磨工藝粒度分布的性能的改變，于現(xiàn)在社會(huì)而言，是建筑發(fā)展的一大利器，其不但是建筑的不可缺少的一項(xiàng)材料，更是一種可以依據(jù)其粒度的大小和對(duì)水泥的特性所產(chǎn)生的不同密度的水泥漿，也因此可以對(duì)水泥的特性產(chǎn)生相應(yīng)的改變，如其的粒度大小，這也是其改變性能的關(guān)鍵，但水泥的粒度的堆積密實(shí)度是與現(xiàn)代的粉磨工藝的發(fā)展相關(guān)聯(lián)的。也因此產(chǎn)生了水泥粒度的相關(guān)實(shí)驗(yàn)，進(jìn)而研究水泥的不同顆粒的特性使其更加的方便于我們的建筑生活，這也是我們對(duì)時(shí)代前進(jìn)的一種改善和追求。

一.分析水泥的粒度分布情況

選擇四種典型的新型水泥粉磨工藝作為研究對(duì)象,即輥壓機(jī)+V型選粉機(jī)+球磨機(jī)開路水泥粉磨工藝、輥壓機(jī)+V型選粉機(jī)+球磨機(jī)閉路水泥粉磨工藝、立式磨作為水泥終粉磨工藝和立式磨+球磨機(jī)閉路水泥粉磨工藝,通過篩析法測定細(xì)度,利用羅辛-拉姆勒-本尼特(Rosin-Rammlar-Bennet)表達(dá)式計(jì)算水泥的均勻性系數(shù)和特征粒徑,分析水泥的粒度分布情況,同時(shí)還采用激光粒度儀測定水泥的粒度分布。

研究結(jié)果顯示:

(1)所研究的四種粉磨工藝的水泥產(chǎn)品的顆粒分布比傳統(tǒng)球磨機(jī)開路粉磨工藝的更加均勻;其磨粉工藝可根據(jù)輥壓機(jī)+V型選粉機(jī)+球磨機(jī)開路水泥粉磨工藝之間的相互合作進(jìn)而控制水泥產(chǎn)品的顆粒分布的均勻程度，進(jìn)一步實(shí)驗(yàn)表明水泥的顆粒分布的均勻程度有利于控制水泥的粘性和持久性，進(jìn)而更加的有利于控制水泥的使用量和作用。

(2)所研究的四種粉磨工藝有利于水泥有效利用率的提高;四種機(jī)械磨粉水泥因?yàn)閷?duì)水泥的質(zhì)變產(chǎn)生了一定的改變，也因此是水泥工藝的磨粉工藝得到一定的使用率和發(fā)展前景。

(3)在傳統(tǒng)球磨機(jī)粉磨工藝中增設(shè)由輥壓機(jī)和 V型選粉機(jī)組成的預(yù)粉磨系統(tǒng),縮小了球磨機(jī) 開路系統(tǒng)與閉路系統(tǒng)在粒度分布特征上的差異;使水泥的特征更加明細(xì)，產(chǎn)生一定的新舊配方的結(jié)合使其作用更加明顯，使用時(shí)效也因此加強(qiáng)，進(jìn)而產(chǎn)生以良好的發(fā)展前景。

(4)立式磨作為終粉磨工藝的產(chǎn)品粒度分布特征和輥壓機(jī)或立式磨與球磨機(jī)組合系統(tǒng)產(chǎn)品的粒度分布特征相近。

二.研究結(jié)果

采用混合粉磨方式制備水泥,易磨性較好的粉煤灰趨向于細(xì)顆粒范圍富集,易磨性較差的礦渣趨向于粗顆粒范圍富集,且干粉的堆積密實(shí)度較小,采用單獨(dú)粉磨方式制備水泥,粗顆粒含量較低,細(xì)顆粒含量也略顯不足,增大混合材的比表面積對(duì)顆粒分布的影響較大,干粉堆積密實(shí)度也較大。各體系水泥顆粒的粒度分布與水泥顆粒在漿體中的堆積密度具有良好的相關(guān)性,隨著顆粒均勻性系數(shù)的增加,其在漿體中的堆積密實(shí)度呈線性關(guān)系下降,對(duì)于混合粉磨體系的水泥,摻入粉煤灰后,其漿體的堆積密實(shí)度較大,而摻入礦渣的水泥漿體堆積密實(shí)度較小,單獨(dú)粉磨時(shí),增大混合材的比表面積,漿體密實(shí)度明顯提高。

當(dāng)混合材摻量一定時(shí),顆粒在漿體中堆積密實(shí)度越大,其強(qiáng)度越高。比較兩種粉磨方式水泥的強(qiáng)度可以發(fā)現(xiàn),單獨(dú)粉磨摻入粉煤灰的水泥,當(dāng)粉煤灰的比表面積為400m2/kg時(shí),其強(qiáng)度不及同摻量下混合粉磨體系水泥的強(qiáng)度;單獨(dú)粉磨摻礦渣的水泥其強(qiáng)度均優(yōu)于混合粉磨體系。

且摻粉煤灰的水泥外加劑相容性比摻礦渣的水泥要差,隨著混合材摻量的增加,其標(biāo)準(zhǔn)稠度用水量增加,凝結(jié)時(shí)間明顯延長,不同齡期的化學(xué)結(jié)合水量均不同程度下降。比較兩種不同粉磨體系的水泥,總體說來,單獨(dú)粉磨體系的水泥其力學(xué)性能較好,摻入礦渣的水泥比摻粉煤灰的水泥性能好。

三.粉磨工藝水泥在生活中的應(yīng)用

水泥是一種重要的建筑材料，它的生產(chǎn)會(huì)消耗大量的能量。在提倡節(jié)能減排的今天，如何盡量減少能量的消耗，獲得性能好的產(chǎn)品十分重要。影響水泥性能的重要因素之一就是水泥的粒度分布。通過對(duì)水泥粒度分布的優(yōu)化，可以使水泥的性能得到更好的發(fā)揮。這也是低能耗水泥制備的要求。 水泥顆粒在不同粒徑區(qū)間的分布情況和顆粒體系的整體堆積情況是研究水泥粒度分布的兩個(gè)重要方面。本文對(duì)這兩個(gè)方面進(jìn)行了探討，在此基礎(chǔ)上對(duì)水泥的粒度分布進(jìn)行了優(yōu)化并提出了一種新的水泥顆粒初始緊密堆積的模型。 通過研究不同粒徑區(qū)間水泥顆粒的強(qiáng)度發(fā)展發(fā)現(xiàn):水泥強(qiáng)度的產(chǎn)生主要是由于水泥顆粒及水化物之間相互連生、搭接、水化從而產(chǎn)生可以抵抗外力的作用。水泥顆粒的大小與水化速度和程度有著直接的聯(lián)系，不同粒 徑的水泥的水化速度和程度差異很大。在組成水泥的所有顆粒中，3-32μm的顆粒對(duì)水泥強(qiáng)度增長起主導(dǎo)作用。在此范圍內(nèi)各粒級(jí)的分布應(yīng)是連續(xù)的，且總的含 量不應(yīng)低于65%。進(jìn)一步研究發(fā)現(xiàn)，16-24μm之間的顆粒對(duì)水泥性能的影響更為重要，它們的含量愈多愈好。小于3μm的細(xì)顆粒的水化速度很快，有的甚 至在攪拌過程中就已經(jīng)完成，所以這些細(xì)顆粒僅對(duì)早期強(qiáng)度有利。32-60 μm的顆粒的水化程度較低，而大于60μm的粗顆粒的活性很小，水化作用甚微，幾乎僅起填料作用?？梢娝嘀写笥?2μm顆粒的含量越多，熟料的利用率就越低，水泥的性能就越差。

通過研究不同粒徑區(qū)間水泥顆粒的強(qiáng)度發(fā)展發(fā)現(xiàn):(0，3)μm區(qū)間水泥顆粒雖然強(qiáng)度發(fā)展很快，但3d強(qiáng)度并不是最高，28d以后的強(qiáng)度甚至產(chǎn)生了倒縮。這一區(qū)間的水泥顆粒應(yīng)該適量，不應(yīng)過多，最好不要超過10%。(3，16)μm區(qū)間水泥顆粒3d強(qiáng)度最大，(16，32)μm區(qū)間水泥顆粒28d強(qiáng)度最大。綜合來看，(3，32)μm區(qū)間水泥顆粒對(duì)強(qiáng)度增長起主要作用，越多越好。(32，64)μm區(qū)間的顆粒雖然對(duì)早期強(qiáng)度貢獻(xiàn)不大，但180d以后的長齡期強(qiáng)度趕上甚至超過了(3，32)μm區(qū)間水泥顆粒的強(qiáng)度。為了保證水泥強(qiáng)度長齡期的發(fā)展，這一粒徑區(qū)間的水泥顆粒不可缺少，最好不少于10%。64μm以上水泥顆粒的強(qiáng)度發(fā)展非常緩慢，需要限制這部分水泥顆粒的含量，最好不要超過5%。 理論分析和實(shí)驗(yàn)結(jié)果都證明了分形維數(shù)作為粒度分布的一個(gè)特征參數(shù)是可行的。水泥粒度分布的分形維數(shù)與其它特征參數(shù)有良好的對(duì)應(yīng)關(guān)系。研究發(fā)現(xiàn)在文中給定的實(shí)驗(yàn)原料和條件下，均勻性指數(shù)n=1時(shí)，隨著特征粒徑X由16μm增加到32μm，水泥粒度分布的分形維數(shù)D由2.50減小到2.27;特征粒徑 X=29μm，隨著均勻性指數(shù)n由0.6增加到2.2，分形維數(shù)D由2.73減小到0.21;均勻性指數(shù)n=1時(shí)，隨著比表面積S由324m2/kg增加到405m2/kg，分形維數(shù)D由2.28增加到2.36。 描述水泥最緊密堆積的Fuller曲線并不能滿足不同粒徑區(qū)間水泥顆粒分布的要求，F(xiàn)uller曲線會(huì)帶來細(xì)粉過多的問題?？梢詫?6μm以下的細(xì)顆粒和 45μm以上的粗顆粒同時(shí)用活性摻合料如粉煤灰、礦粉等替代，提高對(duì)強(qiáng)度貢獻(xiàn)的主要粒徑區(qū)間(16，45)μm的含量，以此來優(yōu)化水泥的粒度分布。通過這種方式，可以節(jié)約水泥熟料的用量.本文提出了一種新的描述水泥顆粒初始緊密堆積的模型，即LH模型。該模型的最大粒徑為60μm，最小粒徑為0.6μm。小于3μm的顆粒含量不超過5%， (3，32)μm區(qū)間顆粒的含量大于70%。通過計(jì)算機(jī)模擬得到LH模型的空隙率27.9%。LH模型即能滿足最佳性能的要求又具有較低的空隙率。

總結(jié)：在粉磨工藝的發(fā)展下，水泥的質(zhì)量也逐步的提升和改善，不同的水泥粒度的大小也決定著水泥的使用情況，因?yàn)樗嗟牧６确秶臄U(kuò)大也使水泥的密度不斷地得到不同的使用率，進(jìn)而使水泥的發(fā)展也進(jìn)入了新的潮流，使其有更多的發(fā)展機(jī)會(huì)，進(jìn)而促進(jìn)城市化發(fā)展的進(jìn)程，同時(shí)加快了時(shí)代的發(fā)展步伐。因此水泥粉磨工藝的發(fā)展也得到使用。

[1]陳智韜.哈爾濱工業(yè)大學(xué)哈爾濱工業(yè)大學(xué)陳智韜.粉磨工藝對(duì)水泥粒度組合及性能的影響[D]. 哈爾濱工業(yè)大學(xué) 2009. 國內(nèi)圖書分類號(hào):U45 學(xué)校代碼:10213國際圖書分類號(hào)

[2]陳智韜;聯(lián)合粉磨工藝改為半終粉磨工藝的體會(huì)[D];哈爾濱工業(yè)大學(xué);2009年

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1007-6344（2016）03-0005-01

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