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2018年01月11日 11:14:29
水泥细度指标及其粉磨控制
摘要:混凝土凝结时间异常,混凝土容易出现裂缝等,但水泥检测结果却是符合国家标准,究其原因,都是水泥粉磨细度指标控制不合理所致。本文就水泥粉磨过程中的细度指标及其合理控制问题作一分析探讨。
  0 前 言
  随着我国水泥工业的持续、快速发展,水泥质量也得到了较大的提高,但同时市场竞争也变得日益激烈。水泥企业为在市场竞争中获胜,一是要降低生产成本,如提高混合材掺量;二是必须提高水泥质量,如细度指标控制合适,既能提高水泥强度,又能满足水泥使用性能。近些年来,相关水泥企业及质量行政管理部门常收到水泥用户的各类问题投诉。如:混凝土凝结时间异常,混凝土容易出现裂缝等,但水泥检测结果却是符合国家标准(这种情况在大型回转窑企业也有发生)。究其原因,都是水泥粉磨细度指标控制不合理所致。本文就水泥粉磨过程中的细度指标及其合理控制问题作一分析探讨。
  1  水泥粉磨的细度指标
  水泥粉磨的质量控制,主要有细度、混合材掺量和SO,含量等。在水泥粉磨过程中,因混合材掺量和石膏掺量(SO,含量)已经确定,通过检测水泥细度来调整粉磨工艺参数,从而控制水泥产品质量。水泥细度对水泥的性能有很大的影响,如水泥颗粒越细,其表面积就越大,因而水化较快也较充分,水泥的早、后期强度都较高;但硬化时收缩较大,与外加剂的相容性较差,且磨制成本增高。因此,细度指标应控制在合适的范围。
  对水泥细度的表述概括起来主要有筛余、比表面积、颗粒级配三项,企业在生产中通常采用筛余或比表面积来进行水泥细度的测定和评判。实际应用中发现,即使是筛余相同或比表面积相近,但由于颗粒粒级和形貌不同也会导致水泥性能表现出较大的差异。
  (1)筛余。筛余是水泥生产最常用,也是延续很久的方法。《通用硅酸盐水泥》(GB 175—2007)国家标准规定,矿渣硅酸盐水泥、火山灰质硅酸盐水泥、粉煤灰硅酸盐水泥和复合硅酸盐水泥以筛余表示,要求其80um方孔筛筛余不大于10%或45um方孔筛筛余不大于30%;另GB 175—2007中也将细度指标也由强制性指标改为推荐性指标(选择性指标)。目前在水泥生产中水泥磨得很细,有的80um筛筛余小于l%,这样筛余指标就不能全面反映水泥细度的真实性,据此也很难控制水泥强度。此种状况下,用80um筛余控制水泥细度就失去了意义,因此大多数水泥企业采用45um方孔筛筛余作为水泥细度的控制指标。
  (2)比表面积。比表面积即单位质量水泥颗粒的总表面积(m2/kg),其值越大,表明水泥颗粒越细。比表面积所代表的细度含义比筛余更确切,它与水泥性能的相关性比筛余更密切,但也存在局限。如:比表面积很高的水泥其强度可能不高,而比表面积不很高的水泥,若水泥颗粒级配合理,其水泥强度可能会很高。显然80um筛余和比表面积只能部分体现水泥的颗粒大小情况,据此无法完全了解水泥颗粒级配情况,因此完全依据80um筛余或比表面积,来控制和判断水泥性能是远远不够完善的,甚至会出现较大的偏差。
  (3)颗粒级配。水泥是由不同粒径的小颗粒组成,最小颗粒小于1um,最大颗粒大于80um。水泥的颗粒级配(也称粒度分布)反映了各粒径区间内的颗粒质量分数,是水泥颗粒大小的全面描述;颗粒级配对水泥性能(如强度、流动性、混合材的掺加比例等)有强烈影响。笔者所在实验室于2003年购买了l台LS—C(I)颗粒分布测定仪,就为当地水泥企业提供了水泥颗粒级配的检测服务;其结果能直观地反映各水泥试样的粒径分布情况,企业据此可进行粉磨工艺控制参数的调整,从而可使水泥颗粒级配更趋合理。
  2  水泥粉磨工艺参数的合理控制及其相应措施
  如何合理控制水泥粉磨的工艺参数,以优化水泥的颗粒级配,改善水泥性能,是水泥科学工作和生产工艺技术人员不断探索并且亟待解决的课题。近年来,相关企业在原有工艺条件下,通过适当调整水泥粉磨控制方法,以及依据颗粒级配检测结果进行粉磨工艺参数的调控等技术措施,从而使得其水泥颗粒级配更为合理。
  (1)比表面积与45um筛余相结合,可有效控制水泥的合理颗粒组成。如前所述,目前水泥都磨得很细,有的企业80um筛余控制在l%以下,显然这种状况下若以80um筛余作为粉磨过程例行控制的依据,那么几乎无法对粉磨设备及其系统操作进行任何调整,为此许多企业采用比表面积与45um筛余相结合的控制方法。实践表明,在粉磨设备及其运行参数没有明显改变时,45um筛余能够很好地反映颗粒级配和水泥中有效颗粒的含量,而使用比表面积则可及时掌握与水泥需水性等密切相关的微细颗粒的含量。因此二者相结合进行粉磨工艺参数控制,将使水泥性能达到最优化。若粉磨设备及其运转参数发生明显改变时,水泥的颗粒级配可能已有明显变化,必须进行颗粒级配检测并依据检测结果进行调整。
  (2)依据颗粒级配检测结果,进行粉磨工艺参数的合理控制和磨机研磨体级配合理调整,以优化水泥颗粒级配,具体调控指标和操作如下。
  第一,采取调整磨机内研磨体级配等措施,以尽量降低成品中1um以下的细颗粒含量。因小于1um的细颗粒在和水拌和过程中就会完全水化,引起水泥早期水化热高且集中,对水泥强度没有贡献,反而会造成混凝土较大收缩而产生表面开裂。
  另若小于1um含量较高,说明系统存在过粉磨,产品能耗也较高。
  第二,合理控制小于3um的颗粒含量。因≤3um的水泥颗粒中除了少量易磨的混合材外,主要是被破碎的c,s和c,A晶体,水化快,基本上1 d内水化完,对提高水泥ld和3d强度有利;但≤3um水泥颗粒过高,容易引起水泥(混凝土)需水量大,混凝土坍落度损失大。因此只要能够满足3d强度,≤3um的水泥颗粒应控制在一定范围。据统计,在我单位检测的大部分企业≤3um的水泥颗粒含量在12%~15%。
  第三,尽可能增加3~32um的颗粒含量。水泥中3~32um颗粒有利于形成密实的水泥石结构,对水泥3d和28d强度贡献大,对混凝土施工性能负面影响小,又能保证水泥28d到3个月内充分水化,使熟料的作用充分发挥,因此尽可能增加3~32um颗粒含量。若这一范围颗粒含量太少,粗颗粒就会过多,水泥强度不高,并造成资源浪费。从检测结果统计,大部分企业3—32um的颗粒质量分数在50%。58%,只有个别企业高达68%。造成3~32um颗粒含量偏低的主要原因,是磨内各仓配球和填充率不合理造成,生产中应进行相应的调整。
  (3)将难磨的混合材与熟料分别粉磨,将石灰石、粉煤灰等易磨性好的混合材和熟料一起粉磨。
  在水泥颗粒中混合材的粒径比熟料小,小于1um的细粉状混合材填充于水泥熟料颗粒之间的空隙,使水泥颗粒的堆积趋向紧密。而比熟料更难磨的矿渣,应与熟料分开粉磨。因为共同粉磨时,水泥的比表面积为350m2/kg时,矿渣的比表面积只有230~280 m2/kg。因此,矿渣烘干后单独粉磨至比表面积450m2/kg左右,在水泥磨尾经计量后掺人出磨水泥并混合均匀,可优化水泥的颗粒级配。同时,对矿渣进行高细粉磨,扩大了其水化反应时的表面积,可以较大幅度地提高它们的水化速度,使它们能在较短时间内产生较高的强度。
 3 结 语
  (1)在粉磨设备及其运行参数没有明显改变时,比表面积与45um筛余相结合的控制方法,能够很好地反映颗粒级配。但工艺控制指标在目标值范围内,水泥强度却下降时,则应进行水泥颗粒级配检测和调整。
  (2)在粉磨设备及其运转参数明显改变时,应进行颗粒级配检测,通过调整生产控制工艺参数、磨机研磨体级配等,优化水泥的颗粒级配。
  (3)各企业原材料、工艺条件各异,如何优化水泥颗粒级配,应进行不断摸索和总结,才能找到适合自身企业的工艺控制参数。
作者:童庆盐  
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