磨磨機(jī)對(duì)礦粉形貌與粒度分布的影響

磨磨機(jī)對(duì)礦粉形貌與粒度分布的影響

粒度高砂（gbs）一直是水泥生產(chǎn)的優(yōu)質(zhì)混合材料。細(xì)磨粉（fggbs）已廣泛用于高性能混凝土（hpc）中的細(xì)粒料。FGGBS不僅能等量取代水泥,具有較好的經(jīng)濟(jì)效益,而且還能顯著地改善、提高混凝土的綜合性能,諸如:改善混凝土的工作性、降低水化熱的溫升、改善混凝土的內(nèi)部結(jié)構(gòu)、提高混凝土的抗腐蝕能力和耐久性、增加混凝土的后期強(qiáng)度等等。對(duì)組成相同的礦渣來(lái)說(shuō),由于粉磨技術(shù)的差異,礦粉的形貌和顆粒組成分布會(huì)發(fā)生很大的變化,因而對(duì)水泥和混凝土性能的影響也是不一樣的。長(zhǎng)期以來(lái),我國(guó)的粉磨設(shè)備普遍采用的是球磨機(jī),但其能量的有效率僅有2%～5%,其余絕大部分都轉(zhuǎn)變成熱能而消耗。近十多年來(lái),粉磨技術(shù)得到了迅速地發(fā)展,如立磨、擠壓磨、輥式磨和氣流磨等先后投入使用,極大地降低了粉磨能耗,提高了粉磨效率,當(dāng)然,由于粉磨工藝的改進(jìn),粉磨產(chǎn)品的顆粒群特性如級(jí)配、粒形和粒徑分布也都會(huì)發(fā)生變化。采集了工業(yè)球磨機(jī)、工業(yè)氣流磨以及實(shí)驗(yàn)室振動(dòng)磨所加工的部分礦粉樣品,通過(guò)SEM和激光粒度分析分別對(duì)礦粉的顆粒形貌與粒徑分布進(jìn)行了分析,同時(shí)研究了它們對(duì)水泥砂漿的流動(dòng)性及強(qiáng)度的影響。1實(shí)驗(yàn)1.1化學(xué)成型與設(shè)備試驗(yàn)所用的硅酸鹽水泥熟料,石膏,?；郀t礦渣都取自武漢某水泥廠,化學(xué)成份如表1,硅酸鹽水泥由96%熟料與4%石膏在實(shí)驗(yàn)室ue001φ500mm×500mm球磨機(jī)共同磨細(xì)制成,其比表面積為320m2/kg。1.2開(kāi)流球磨機(jī)研磨所有的樣品均來(lái)自同一批?；郀t礦渣。樣品A取自一粉磨站的ue001φ2.2m×6.5m開(kāi)流球磨機(jī),研磨介質(zhì)為鋼球;樣品B是在試驗(yàn)室振動(dòng)磨粉磨20min制得;樣品C是由工業(yè)氣流磨(德國(guó)Alpine制造),轉(zhuǎn)速為2500r/min制得。1.3試驗(yàn)樣品及試樣組成利用勃氏比表面積儀測(cè)定其比表面積,采用SEM觀察各樣品的顆粒形貌和利用激光粒度分析儀(MalvernMastersizer2000)測(cè)定樣品的顆粒群組成分布。礦粉的活性指數(shù)及流動(dòng)度比分別測(cè)定用礦粉取代50%硅酸鹽水泥的試驗(yàn)樣品與參比試樣的抗壓強(qiáng)度比值和流動(dòng)度比值。試驗(yàn)樣品組成為:270g硅酸鹽水泥,270g礦渣微粉,1350g標(biāo)準(zhǔn)砂和238mL水;參比試樣組成為:540g硅酸鹽水泥,1350g標(biāo)準(zhǔn)砂和238mL水。所有試驗(yàn)樣品在成型前均在自動(dòng)混料機(jī)上混料8h。水泥膠砂的強(qiáng)度與流動(dòng)性分別根據(jù)GB177和GB2419進(jìn)行測(cè)定。2結(jié)果與討論2.1斷中間體中si-o鍵導(dǎo)致礦粉破碎所指的顆粒群形狀特征包括圓度、表面粗糙度和形態(tài)。所有樣品的SEM圖片如圖1～3所示,從所有圖中可以清楚看出,所有礦粉的形狀并不完全呈球形,顆粒越小,呈球形的幾率越大,而所有大顆粒都是有輪有角的不規(guī)則形狀,這是因?yàn)榱；郀t礦渣主要組成為玻璃體,其結(jié)構(gòu)為連續(xù)網(wǎng)絡(luò),并不存在應(yīng)力集中的界面,礦渣的粉磨就意味著要切斷玻璃體中的Si-O鍵,從而導(dǎo)致礦粉破裂時(shí)沒(méi)有特殊的解理面。圖1是球磨機(jī)加工的礦粉,較大顆粒都呈不規(guī)則的形狀,棱角鋒利,所有小顆粒都呈球形,這是球磨機(jī)里的鋼球相互沖擊,相互研磨的結(jié)果。振動(dòng)磨的樣品B大多類似球形,表面圓滑(如圖2),因?yàn)樵谡駝?dòng)磨中有一圓形鋼環(huán)和圓形鋼柱,在粉磨過(guò)程中,圓柱與鋼環(huán),鋼環(huán)與鋼缽壁相互擠壓、研磨,增加了顆粒之間相互研磨的機(jī)會(huì),從而導(dǎo)致礦粉顆粒輪角被磨圓滑。氣流磨粉磨的樣品C(如圖3),顆粒大小均勻,形態(tài)不規(guī)則,輪角鋒利、清晰,呈球形顆粒明顯比樣品A少,表面也比樣品A粗糙,這是因?yàn)闅饬髂ピ诠ぷ鲿r(shí),通過(guò)噴嘴產(chǎn)生高速氣流,使礦粉顆粒相互之間和顆粒與固定的錳板之間發(fā)生激烈的沖擊、碰撞而粉碎,減少了顆粒之間相互研磨的機(jī)會(huì),因此顆粒都呈棱角鋒利的形狀,很少呈球形。綜上所述,振動(dòng)磨所加工的礦粉,顆粒圓度最好,顆粒圓度最差的是氣流磨加工的礦粉;氣流磨所加工的礦粉,顆粒表面最粗糙,而振動(dòng)磨加工的礦粉,顆粒表面最光滑;球磨機(jī)加工的礦粉,不論是顆粒的圓度,還是顆粒表面的粗糙度都介于振動(dòng)磨與氣流磨之間。2.2充填采礦顆粒分布在粉體工程中,顆粒群粒度分布可用正態(tài)分布、對(duì)數(shù)分布或Rosin-Rammler-Bennett(RRB)分布來(lái)表達(dá)。但對(duì)粒度小、分布范圍廣的顆粒群來(lái)說(shuō),一般認(rèn)為RRB分布偏差較小,該分布函數(shù)的形式為R=100e?(xx0)n(1)R=100e-(xx0)n(1)式中,R為x篩孔上的累計(jì)篩余質(zhì)量分?jǐn)?shù);x0為相當(dāng)于篩余為100/e時(shí)的粒徑,稱為特征粒徑或臨界粒徑;x為篩孔尺寸;e為自然對(duì)數(shù)的底2.718;n為指數(shù),稱為均勻性系數(shù)。對(duì)方程式(1)取二次對(duì)數(shù)可得雙對(duì)數(shù)坐標(biāo)圖法主要反映了顆粒分布范圍寬窄程度。式(3)中直線斜率n表示均勻性系數(shù),n值越大,粉體顆粒分布范圍愈窄,表明顆粒分布愈均勻;反之,n值越小,顆粒分布愈不均勻。式(1)中x0值為特征粒徑(累計(jì)篩余為36.8%時(shí)的粒徑),x0值愈大,粉磨產(chǎn)品中粗顆粒比例愈多,反之,細(xì)顆粒比例愈多。通過(guò)勃氏比表面積儀測(cè)定礦粉的比表面積如表2,利用激光粒度分析儀測(cè)定礦粉顆粒群組成分布如表3,也可以直觀地從圖4觀察礦粉群的分布情況。從圖4可知,樣品C的斜率n值最大(1.38),樣品A的斜率最小(0.72),表明樣品C中礦粉顆粒分布最均勻,而樣品A中礦粉顆粒分布最寬;樣品A的特征粒徑最大(14.3μm),樣品B的特征粒徑最小(8.7μm),表明樣品A中含粗顆粒比例最多,而樣品B中含的粗顆粒比例最少。2.3比表面積對(duì)強(qiáng)度的影響眾所周知,礦粉自身的活性要比水泥弱得多,只有在堿性環(huán)境條件下,它的活性才能被完全激發(fā)出來(lái),從而進(jìn)一步加速水泥水化反應(yīng)的進(jìn)程,并為水化產(chǎn)物提供充裕的空間,改善了水泥水化產(chǎn)物分布的均勻性,使水泥石結(jié)構(gòu)比較致密。從表4可以看出,同一比表面積的顆粒群可能分布較寬,也可能是分布較窄,前者的水化特征是早期有較多的微小顆粒水化,強(qiáng)度較高,但到后期,大顆粒水化速度慢,甚至只起微集料作用,強(qiáng)度增進(jìn)率很低;后者雖對(duì)早期強(qiáng)度貢獻(xiàn)小,但對(duì)長(zhǎng)期強(qiáng)度有較大的貢獻(xiàn),如樣品A和樣品C,比表面積相近,樣品A的7d抗壓強(qiáng)度只略高于樣品C的0.4MPa,而28d強(qiáng)度卻比樣品C低3MPa。礦粉的比表面積越大,膠砂的流動(dòng)性越好,強(qiáng)度越高,這已在資料進(jìn)行了討論。前面已述,礦粉作摻合料時(shí)有微集料作用,理論上類似于混凝土中集料的性質(zhì),但實(shí)際上,微小顆粒之間的機(jī)械咬合力非常小,顆粒表面的性質(zhì)基本不起作用,而真正起作用的是微小顆粒的填充效果,它使水泥石或混凝土改善了孔結(jié)構(gòu),從而變得更加致密。2.4礦粉比表面積對(duì)粒徑及流動(dòng)性的影響在水泥水化初期,礦粉顆粒分布并包裹在水泥顆粒的表面,起到了延緩和減少水泥初期水化產(chǎn)物相互搭接的隔離作用,具有類似的減水效果,可使水泥砂漿的流動(dòng)度增大。從表4可以看出,利用礦粉等量取代50%硅酸鹽水泥的所有試樣,其流動(dòng)度都增大了,且流動(dòng)性隨礦粉的比表面積增大而增大;當(dāng)?shù)V粉的比表面積超過(guò)700m2/kg,時(shí),含有礦粉的水泥混凝土需水量加大,同時(shí),粉磨礦粉的成本急劇增加,失去了其經(jīng)濟(jì)意義,因此,用作混凝土礦物細(xì)摻料的礦粉,其比表面積一般控制在400～650m2/kg較適宜。從表4還可看出,當(dāng)比表面積相同時(shí),顆粒粒徑分布越均勻,流動(dòng)性越大。如:試樣C與試樣A,兩者的比表面積相近,但試樣C的流動(dòng)性比試樣A的流動(dòng)性要好些。理論上,礦粉顆粒的表面特征對(duì)砂漿的流動(dòng)性是有影響的,顆粒表面越粗糙,砂漿的流動(dòng)性應(yīng)越小。但實(shí)際上,由于礦粉顆粒粒徑都很小,顆粒表面的形貌影響已不明顯,試樣A與試樣C的流動(dòng)性就正好說(shuō)明了這一點(diǎn)。3顆粒表面特征對(duì)強(qiáng)度和流動(dòng)性的影響a.不同的粉磨工藝,加工的礦粉即使比表面積相同,其顆粒群粒徑分布及形貌都不一樣。氣流磨加工的礦粉粒徑分布最窄(5～20μm占59.3%),球磨機(jī)加工的礦粉粒徑范圍最寬;振動(dòng)磨加工的礦粉,顆粒大多呈球形,表面也最光滑,而氣流磨加工的礦粉,大多數(shù)顆粒形狀不規(guī)則,輪角清晰、鋒利,表面也最粗糙。b.礦粉的比表面積越大,其活性越大;當(dāng)?shù)V粉的比表面