粉磨工藝對水泥品質(zhì)與生產(chǎn)能耗的影響

粉磨工藝對水泥品質(zhì)與生產(chǎn)能耗的影響吳笑梅，樊粵明華南理工大學材料學院2015.04.22南京一、主要內(nèi)容影響水泥品質(zhì)（強度、標稠、外加劑相容性）的主要因素（1）熟料的礦物組成（配方設計）（2）礦物的生長狀況（燒成及冷卻工藝）（3）水泥的顆粒組成（粉磨工藝系統(tǒng)）（4）混合材的品種與摻量（5）石膏的品種與摻量（6）其他（堿含量等）水泥及混凝土性能水泥顆粒組成粉磨系統(tǒng)粉磨電耗混合材摻量節(jié)能減排a）從最緊密堆積（構件結構致密性）角度出發(fā)，顆粒組成靠攏Fuller曲線（<3um顆粒含量22.5%，n=0.62），如開流系統(tǒng)，康必丹磨；——電耗高b）根據(jù)S.Tsivills的研究結果，從水泥28d膠砂強度出發(fā)，3～32um含量越多越好（>65％）即S.T級配最有利于熟料強度的發(fā)揮；——混合材摻量大C）從系統(tǒng)效率出發(fā)，產(chǎn)量高，電耗低，投資少，維護方便。（立磨系統(tǒng)）二、從三種理念出發(fā)設計的粉磨系統(tǒng)理想狀態(tài)：三方面均可最大限度地得到滿足。但事實上因這些因素均存在著關聯(lián)，不可能完全統(tǒng)一，取決于我們在建造粉磨系統(tǒng)時側重考慮哪個因素或如何更合理地處理好這三者的關系。三、水泥顆粒組成、部分性能及能耗的關系表1.不同大型粉磨系統(tǒng)磨制的PO42.5R水泥的檢測結果，比表面積360±10m2/kg注：顆粒分布數(shù)據(jù)為馬爾文激光粒度檢測儀所測得1.粉磨系統(tǒng)的影響表1中各樣品的RRSB曲線輥壓機＋閉路（高效）Fuller開路磨n?lnx-n?lnx’

R（x）-——粒徑x的篩余量，%x——粒徑，μm；x‘——當量粒徑或特征粒徑，μm;n——曲線斜率或均勻性系數(shù).

由表1數(shù)據(jù)可見：隨系統(tǒng)效率提高（電耗低，產(chǎn)量高）3um以下顆粒減少n值增大（顆粒集中）堆積密度下降標稠增大堆積密度與n值的關系斜率較大2.顆粒組成對水泥膠砂強度的影響Sb=450m2/kg時S28=0.219(%3-32μm)

+40.17S28=22.22n+33.54Sb=400m2/kg時S28=0.145(%3-32μm)

+41.70S28=15.75n+36.37Sb=350m2/kg時S28=0.128(%3-32μm)

+40.60S28=12.25n+37.40Sb=300m2/kg時S28=0.133(%3-32μm)

+38.32S28=11.23n+35.62S.T.sivills對某II型水泥的研究表明：膠砂28d強度與顆粒組成及n值關系為：上述結果的原因如下：（1）C3A、石膏與混合材易磨性較好，在<32um的細顆粒中含量較多；增加比表面積可增加C3S、C2S在3～32um顆粒中的含量，故提高比表面積，強度系數(shù)增大。需注意：混合材易磨性好，摻量多時，要發(fā)揮熟料的作用，比表面積要合理控高些；注：比表面積過大，水泥需水量大。當比表面積360m2/kg以上時，n值增大，3～32um含量增多，28d膠砂強度越高；比表面積300m2/kg以下時，n越大，3～32um含量減少，28d膠砂強度降低?！@里描述的主要是熟料顆粒，若摻混合材較多，易磨性差異較大時，該規(guī)律會變化。c）粉磨系統(tǒng)的技術進步可以顯著改變水泥的顆粒組成

——粉磨效率越高，往往顆粒分布越集中。對于輥壓機+閉路磨系統(tǒng)，立磨系統(tǒng)，在其設備相應許可范圍內(nèi)，也可通過調(diào)整改變水泥顆粒分布，但隨之會帶來粉磨效率的變化。若助磨劑摻量增大或助磨效果增強，上述指標還可向閉路系統(tǒng)接近。輥壓機與球磨機功率比越高，系統(tǒng)節(jié)電效果越顯著；在輥壓機處理能力較大時，通過調(diào)整輥壓機的操作也可以調(diào)整水泥的顆粒分布（高壓低循環(huán)—n下降；低壓大循環(huán)—n上升）。d）混合材對水泥顆粒組成的影響

易磨性較好且自身需水量較低的混合材（如石灰石）有利于增加5um以下的細顆粒，對降低水泥標準稠度有利此時水泥比表面積需稍控高一些，否則熟料不易磨細，引起強度下降。易磨性較差的混合材（比熟料易磨性還差，如礦渣、鐵渣等），有利于增加<32um中熟料的含量，即熟料顆粒更接近S.T級配，對提高水泥膠砂強度有幫助，但由于顆粒組成與Fuller級配差異增大，對標準稠度改善不大。因此，混合材的選擇既要考慮就地取材，也要考慮其對水泥顆粒組成，生產(chǎn)能耗，及水泥使用性能的影響。e）混凝土中礦物摻合料（輔助性膠凝材料）的作用及要求

無論采用哪種粉磨系統(tǒng)磨制水泥，其顆粒組成均與理論上最緊密堆積的顆粒組成（Fuller級配）相差甚遠。以接近Fuller級配要求，即從細顆粒的致密性作用角度出發(fā)：開流磨>輥壓機＋開流磨>閉路磨>輥壓機＋閉路磨

使用助磨劑雖可以起到提產(chǎn)、節(jié)能的效果，但助磨劑的過量加入會使水泥顆粒更加集中，n值增大，堆積孔隙率增大，對混凝土結構不利。

在混凝土中需要使用礦物摻合料，其原理之一就是增加粉料中10um以下的顆粒，使粉料級配更接近Fuller級配，從而達到減水、致密化的目的——“微細集料效應”。微細集料：顆粒組成——要求10um以下的顆粒（尤其是3um以下的顆粒）要比水泥多2~3倍以上（3um以下顆粒希望達到30~40％以上）；作用——填充水泥顆粒間的空隙，降低孔隙率，提高混凝土的密實性。這里也說明一個道理：無論水泥顆粒組成如何，只要有相應的摻合料及其配套技術，均可改善水泥的顆粒組成，配制出好的混凝土。這就是分別粉磨和摻合料校正工藝的基本原理。目前中國混凝土行業(yè)尚未到此階段！尚依賴于水泥的原有級配。三、顆粒組成對水泥與減水劑相容性的影響1.對相容性的影響a）對飽和點的影響——影響成本b）對流出時間的影響——c）對經(jīng)時損失的影響（1）分別對比1＃－3＃，4＃－6＃，隨n值增大，飽和點摻量增大，飽和點Marsh時間延長；（2）對比1＃與4＃，比表面積增大，飽和點摻量增大（開路）。（3）對比3＃與6＃，比表面積增大，飽和點摻量增大，Marsh時間變化明顯（閉路）。由此可見：水泥顆粒集中，n值增大，比表面積增大，對水泥與減水劑相容性的不利影響十分顯著，這將直接影響水泥的使用價值及高標號混凝土的配制。1＃1*＃3＃3*＃10＃12＃10*＃12*＃粗摻合料：堆積空隙率增大，飽和點摻量增大，飽和點Marsh時間延長細摻合料：堆積空隙率減小，飽和點摻量下降，飽和點Marsh時間縮短2、摻合料的校正作用四、水泥顆粒組成對混凝土性能的影響1、顆粒組成對混凝土強度的影響a）對水泥膠砂強度的影響——固定水灰比法b）對混凝土強度的影響——固定工作性能鮑羅米公式：

Rh＝ARc（C/W－B）

Rc－水泥實際強度（MPa）；C/W－灰水比；

A、B－與骨料性能、砂率等因素有關的常數(shù)

Rh——試配強度（MPa）當C＝（C＋F）時，Rc＝R(C+F)為達到同一和易性，n值越大，(1)減水劑摻量越大，成本增大;(2)增大用水量，水灰比增大，混凝土強度下降。即由于砼強度是在同一工作性能條件下檢測的，它可充分發(fā)揮開路系統(tǒng)磨制顆粒組成的優(yōu)勢，足以抵消其膠砂強度稍低的劣勢即使在水灰比相同的情況下，仍有細顆粒對混凝土中界面（過渡區(qū)）填隙作用的差異。顆粒組成對混凝土強度的影響*水泥的膠砂強度高，若配制混凝土時膠凝材料的顆粒分布不合理，在混凝土中并不能在同等配制成本條件下發(fā)揮其膠凝性好的優(yōu)勢。水泥生產(chǎn)企業(yè)在粉磨水泥過程中應該重視水泥顆粒分布的影響。2、顆粒組成對混凝土耐磨性的影響a）對膠砂耐磨性的影響注：顆粒分布數(shù)據(jù)為沉降天平法測得。由此可見：水灰比越低，水泥顆粒繼配對耐磨性的影響越大。原因：C-1小孔多，大孔少，20nm以上的孔影響較大；即使C-2的水化率較高也彌補不了孔隙率大的缺陷b）對混凝土耐磨性的影響混凝土中水泥砂漿的耐磨度分析：從結果看出ZK的碳化曲線大致上在ZB碳化曲線下方，因此可以認為顆粒分布較寬的水泥配制的混凝土抗碳化性能好于顆粒分布較窄的水泥配制的混凝土。3、顆粒組成對混凝土抗碳化性能的影響閉路磨開路磨n值越大，干縮率越大比表面積增大，干縮率增大。由此可見：n值對干縮性能的影響比比表面積的大4、顆粒組成對混凝土干縮性能的影響a）對膠砂干縮的影響b）對混凝土保水性的影響同等比表面積條件下，顆粒集中，n值大，保水性差，易造成混凝土表面的水灰比增大，沉降收縮與干燥收縮增大，開裂幾率增多。（1）品質(zhì)優(yōu)良（標準稠度低、外加劑相容性好、遠齡期強度高、有利于提高混凝土的耐久性能；標準稠度<25.0%，外加劑飽和點<1.4%，3d抗壓強度29MPa，28d抗壓強度≥50MPa的優(yōu)質(zhì)PO42.5R水泥）——建筑節(jié)能減排的需要；（2）顆粒分布：比表面積360-380m2/kg0.045mm篩細度10%-14%均勻性系數(shù)n<1五、水泥粉磨系統(tǒng)產(chǎn)品與消耗管理目標

——實現(xiàn)最大的節(jié)能減排1、產(chǎn)品目標2