粉磨工藝對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)

在時代發展的進步中，高性能混凝土的出現對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，單獨粉磨體系的水泥可以通過改變混合材的摻量及細度設計其粒度分布，混合粉磨體系的水泥采用化學分析的方法得到混合材及熟料的分布情況；通過不同的計算模型，對各個體系的水泥進行堆積密實度的研究，進而分析了粉磨方式、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出現源自于粉磨工藝粒度分布的性能的改變，于現在社會而言，是建筑發展的一大利器，其不但是建筑的不可缺少的一項材料，更是一種可以依據其粒度的大小和對水泥的特性所產生的不同密度的水泥漿，也因此可以對水泥的特性產生相應的改變，如其的粒度大小，這也是其改變性能的關鍵，但水泥的粒度的堆積密實度是與現代的粉磨工藝的發展相關聯的。也因此產生了水泥粒度的相關實驗，進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，這也是我們對時代前進的一種改善和追求。

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象,即輥壓機+V型選粉機+球磨機開路水泥粉磨工藝、輥壓機+V型選粉機+球磨機閉路水泥粉磨工藝、立式磨作為水泥終粉磨工藝和立式磨+球磨機閉路水泥粉磨工藝,通過篩析法測定細度,利用羅辛-拉姆勒-本尼特(Rosin-Rammlar-Bennet)表達式計算水泥的均勻性系數和特征粒徑,分析水泥的粒度分布情況,同時還采用激光粒度儀測定水泥的粒度分布。

研究結果顯示:

(1)所研究的四種粉磨工藝的水泥產品的顆粒分布比傳統球磨機開路粉磨工藝的更加均勻;其磨粉工藝可根據輥壓機+V型選粉機+球磨機開路水泥粉磨工藝之間的相互合作進而控制水泥產品的顆粒分布的均勻程度，進一步實驗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;四種機械磨粉水泥因為對水泥的質變產生了一定的改變，也因此是水泥工藝的磨粉工藝得到一定的使用率和發展前景。

(3)在傳統球磨機粉磨工藝中增設由輥壓機和 V型選粉機組成的預粉磨系統,縮小了球磨機 開路系統與閉路系統在粒度分布特征上的差異;使水泥的特征更加明細，產生一定的新舊配方的結合使其作用更加明顯，使用時效也因此加強，進而產生以良好的發展前景。

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

二.研究結果

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,且干粉的堆積密實度較小,采用單獨粉磨方式制備水泥,粗顆粒含量較低,細顆粒含量也略顯不足,增大混合材的比表面積對顆粒分布的影響較大,干粉堆積密實度也較大。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性,隨著顆粒均勻性系數的增加,其在漿體中的堆積密實度呈線性關系下降,對于混合粉磨體系的水泥,摻入粉煤灰后,其漿體的堆積密實度較大,而摻入礦渣的水泥漿體堆積密實度較小,單獨粉磨時,增大混合材的比表面積,漿體密實度明顯提高。

當混合材摻量一定時,顆粒在漿體中堆積密實度越大,其強度越高。比較兩種粉磨方式水泥的強度可以發現,單獨粉磨摻入粉煤灰的水泥,當粉煤灰的比表面積為400m2/kg時,其強度不及同摻量下混合粉磨體系水泥的強度;單獨粉磨摻礦渣的水泥其強度均優于混合粉磨體系。

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,其標準稠度用水量增加,凝結時間明顯延長,不同齡期的化學結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,單獨粉磨體系的水泥其力學性能較好,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用

水泥是一種重要的建筑材料，它的生產會消耗大量的能量。在提倡節能減排的今天，如何盡量減少能量的消耗，獲得性能好的產品十分重要。影響水泥性能的重要因素之一就是水泥的粒度分布。通過對水泥粒度分布的優化，可以使水泥的性能得到更好的發揮。這也是低能耗水泥制備的要求。 水泥顆粒在不同粒徑區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重要方面。本文對這兩個方面進行了探討，在此基礎上對水泥的粒度分布進行了優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間水泥顆粒的強度發展發現:水泥強度的產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的顆粒對水泥強度增長起主導作用。在此范圍內各粒級的分布應是連續的，且總的含 量不應低于65%。進一步研究發現，16-24μm之間的顆粒對水泥性能的影響更為重要，它們的含量愈多愈好。小于3μm的細顆粒的水化速度很快，有的甚 至在攪拌過程中就已經完成，所以這些細顆粒僅對早期強度有利。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。可見水泥中大于32μm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間水泥顆粒的強度發展發現:(0，3)μm區間水泥顆粒雖然強度發展很快，但3d強度并不是最高，28d以后的強度甚至產生了倒縮。這一區間的水泥顆粒應該適量，不應過多，最好不要超過10%。(3，16)μm區間水泥顆粒3d強度最大，(16，32)μm區間水泥顆粒28d強度最大。綜合來看，(3，32)μm區間水泥顆粒對強度增長起主要作用，越多越好。(32，64)μm區間的顆粒雖然對早期強度貢獻不大，但180d以后的長齡期強度趕上甚至超過了(3，32)μm區間水泥顆粒的強度。為了保證水泥強度長齡期的發展，這一粒徑區間的水泥顆粒不可缺少，最好不少于10%。64μm以上水泥顆粒的強度發展非常緩慢，需要限制這部分水泥顆粒的含量，最好不要超過5%。 理論分析和實驗結果都證明了分形維數作為粒度分布的一個特征參數是可行的。水泥粒度分布的分形維數與其它特征參數有良好的對應關系。研究發現在文中給定的實驗原料和條件下，均勻性指數n=1時，隨著特征粒徑X由16μm增加到32μm，水泥粒度分布的分形維數D由2.50減小到2.27;特征粒徑 X=29μm，隨著均勻性指數n由0.6增加到2.2，分形維數D由2.73減小到0.21;均勻性指數n=1時，隨著比表面積S由324m2/kg增加到405m2/kg，分形維數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間水泥顆粒分布的要求，Fuller曲線會帶來細粉過多的問題?？梢詫?6μm以下的細顆粒和 45μm以上的粗顆粒同時用活性摻合料如粉煤灰、礦粉等替代，提高對強度貢獻的主要粒徑區間(16，45)μm的含量，以此來優化水泥的粒度分布。通過這種方式，可以節約水泥熟料的用量.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區間顆粒的含量大于70%。通過計算機模擬得到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：在粉磨工藝的發展下，水泥的質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，因為水泥的粒度范圍的擴大也使水泥的密度不斷地得到不同的使用率，進而使水泥的發展也進入了新的潮流，使其有更多的發展機會，進而促進城市化發展的進程，同時加快了時代的發展步伐。因此水泥粉磨工藝的發展也得到使用。

[1]陳智韜.哈爾濱工業大學哈爾濱工業大學陳智韜.粉磨工藝對水泥粒度組合及性能的影響[D]. 哈爾濱工業大學 2009. 國內圖書分類號:U45 學校代碼:10213國際圖書分類號

[2]陳智韜;聯合粉磨工藝改為半終粉磨工藝的體會[D];哈爾濱工業大學;2009年

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1007-6344（2016）03-0005-01

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