吳笑梅： 水泥粉磨如何滿足提高熟料利用率及改善 水泥與外加劑相容性的需要

　　8月15日，由中國水泥網(wǎng)主辦的“2019中國水泥智能化高峰論壇暨第十一屆國際粉磨峰會”在南京隆重召開。會議以“數(shù)字生產(chǎn)智慧工廠”為主題，吸引到水泥企業(yè)、技術(shù)專家、科研單位等600余人共聚一堂，全面梳理當(dāng)前水泥工業(yè)技術(shù)成就，深入探討水泥生產(chǎn)系統(tǒng)智能化未來。

　　華南理工大學(xué)材料學(xué)院副教授吳笑梅在會議上作《水泥粉磨如何滿足提高熟料利用率及改善水泥與外加劑相容性的需要》主題報告。

　　報告中吳笑梅提出了水泥行業(yè)節(jié)能減排怎么實現(xiàn)和水泥粉磨如何滿足提高熟料利用率及改善水泥與外加劑相容性的需要。

　　一、水泥行業(yè)節(jié)能減排怎么實現(xiàn)？

　　一方面降煤耗；降電耗；使用替代原燃材料；脫硫技術(shù)，低氮燃燒技術(shù)，二氧化碳捕集技術(shù)；同等力學(xué)性能前提下，降低熟料的用量。

　　另一方面，水泥品質(zhì)滿足下游行業(yè)的性能需求。比如滿足建筑業(yè)節(jié)能減排的需要；提高建筑物，基礎(chǔ)建設(shè)的耐久壽命！——最大的節(jié)能減排；提高水泥基材料的建筑施工性能！——水泥基材料其他性能的基礎(chǔ)和保障！

　　二、水泥粉磨如何滿足提高熟料利用率及改善水泥與外加劑相容性的需要？

　　粉磨系統(tǒng)關(guān)系到水泥顆粒的組成，水泥及混凝土性能，混合材摻量以及粉磨電耗。因此，我們需要關(guān)注粉磨系統(tǒng)的參數(shù)怎么設(shè)置才是最有效的。

　　利用熟料參與水化的能力來提供水泥的力學(xué)性能，來產(chǎn)生強(qiáng)度性能。水泥的強(qiáng)度等級是以28天的強(qiáng)度來劃分。

　　S.T.sivills對某II型水泥（混合材摻量較少的水泥）的研究表明：膠砂28d強(qiáng)度與顆粒組成及n值關(guān)系為：

　　上述結(jié)果的原因：

　　（1）水泥的水化速度與水化程度與顆粒大小有關(guān)；3um以下顆粒水化速度快，但需水量極大；大于60um的顆粒水化緩慢。

　　（2） C3A、石膏與C3S易磨性較好，在<32um的細(xì)顆粒中含量較多；

　?。?） 增加比表面積可增加C3S、在3～32um顆粒中的含量，故提高比表面積，強(qiáng)度系數(shù)增大。

　　從提高熟料利用率的角度：

　　（1）提高熟料顆粒的集中度，提高3-32um顆粒含量——高效選粉設(shè)備，助磨劑技術(shù)

　?。?）提高水泥比表面積有利于28天膠砂強(qiáng)度的提高。

　　負(fù)面作用：易帶來水泥標(biāo)準(zhǔn)稠度大，外加劑相容性差的負(fù)面作用

　　1.1通過粉磨方式和助磨劑可以改變水泥顆粒分布

　　1.1.1吳笑梅在報告中指出，通過大量調(diào)查，獲取不同水泥廠的粉磨方式所生產(chǎn)的P.O42.5水泥的調(diào)查得知，大部分水泥廠所生產(chǎn)的p.o42.5比表面積都在360左右，檢測它們顆粒分布的情況，計算他的均勻性系數(shù)。

　　按S28=12.25n+37.40計算，第一行與第三行強(qiáng)度相差2.94Mpa按S28=15.75n+36.37計算，兩者強(qiáng)度相差3.78MPa.

　　由此可見，通過粉磨工業(yè)改變顆粒的集中度變化，相差3-4Mpa是王權(quán)可能的。

　　1.1.2通過助磨劑改變顆粒分布

　　由上圖可知，隨著助磨劑摻量的增加均勻性系數(shù)逐漸增大。助磨效果非常強(qiáng)的助磨劑可以使均勻性系數(shù)從0.9到1.02。

　　1.2改變熟料的水化速度

　　助磨劑不僅可以改變水泥的顆粒，另一方面還可以改變水泥的水化速度；

　　上圖可以看出，不加助磨劑的水化速率在73%左右，最高的水化速率達(dá)87%左右。28天的水化速率和空白樣的90天水化速率差不多。也就是說我們可以通過助磨劑大幅度的加快水泥的水化速率，使得28天的水化速率可以更快速的發(fā)揮出來。

　　上圖可看出，摻了不同助磨劑后，28天水化熱也得到了大幅度的提高，這說明助磨劑的加入影響了水化速率。

　　綜上所述，我們需注意幾點：

　　1.提高熟料的有效顆粒含量

　　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；（比表面積過大，水泥需水量大）

　　2.分別粉磨時，需要將熟料磨細(xì)，增加熟料顆粒3-32um的含量；聯(lián)合粉磨時，摻入一些比熟料易磨性差的混合材，有利于將熟料磨細(xì)至有效粒徑范圍。

　　3.用有活性的輔助性膠凝材料（活性混合材）替代部分熟料。

　　2.水泥粉磨如何滿足改善水泥與外加劑相容性的需求

　　a）從最緊密堆積（構(gòu)件結(jié)構(gòu)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）；

　　b）從水泥與外加劑相容性的角度，在合適的比表面積條件下水泥的顆粒分布越窄（n越大），達(dá)到同等流動性能時所需的用水量或外加劑用量越大；

　　水泥的顆粒分布會影響外加劑相容性，水泥的強(qiáng)度，膠砂干燥收縮，混凝土的耐磨性和碳化等等。

　　2.1外加劑相容性的檢測方法與評價指標(biāo)：

　　攪拌站及客戶檢測和評價方法分為兩種：凈漿流動度法和Marsh筒法

　　a)凈漿流動度法（W/C=0.29）

　　評價指標(biāo)：達(dá)到200±20mm時的摻量；

　　凈漿流動度經(jīng)時損失：每批膠凝材料的穩(wěn)定性

　　b)Marsh筒法（W/C=0.35）

　　評價指標(biāo)：飽和點摻量及其對應(yīng)的流出時間；

　　流出時間經(jīng)時損失：每批膠凝材料的穩(wěn)定性

　　2.2相容性對混凝土性能的影響：

　　a)相容性好的水泥——混凝土成本低，性能好

　　b)相容性差的水泥——混凝土成本高，泵送難度大，開裂風(fēng)險大——保水性好的水泥，在配制混凝土?xí)r有利于減少內(nèi)部的泌水腔和表面的泌水層，改善混凝土的界面結(jié)構(gòu)與表面硬度，可提高混凝土的勻質(zhì)性、強(qiáng)度及耐久性能 。

　　2.3顆粒組成對水泥與外加劑相容性的影響

　　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

　　上圖可知（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；

　?。?）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(biāo)號混凝土的配制。

　　吳笑梅指出，綜上所述，“提高熟料利率用率需要顆粒盡可能集中在3-32um；均勻性系數(shù)n值越大越好！”這一說法與“改善水泥與外加劑相容性需要水泥顆粒分散，在現(xiàn)有水泥粉磨設(shè)備條件下，均勻性系數(shù)n值越小越好！”產(chǎn)生了矛盾。

　　3.如何化解該矛盾？

　　3.1從顆粒組成的角度

　?。?）分別粉磨，配制水泥

　　<3um 需水量小的材料

　　3-32um以熟料（高活性材料）為主

　　32-45um以中低活性混合材為主

　　45-80um以非活性混合材為主

　　搭配后的42.5等級水泥比表面積360-400m2/kg，均勻性系數(shù)n<1.0;

　?。?）聯(lián)合粉磨

　　?粉磨物料易磨性的組合搭配（比熟料難磨的物料）

　　?42.5等級水泥比表面積360-400m2/kg，均勻性系數(shù)n<1.0;

　　3.2從助磨劑技術(shù)的角度

　　——合理的助磨效果，強(qiáng)大的增強(qiáng)功能

　　3.3從混合材選用角度

　　——考慮混合材的易磨性，需水性，活性

　　石灰石>礦渣>粉煤灰>細(xì)磨粉煤灰

　　自身需水量小，又有利于改善水泥顆粒分布的混合材對改善相容性有利，

　　石灰石對早期強(qiáng)度有利，礦渣火山灰活性最強(qiáng)，對提高強(qiáng)度最有利。

　　3.4從石膏選擇的角度

　　——石膏對凝結(jié)時間，膠砂強(qiáng)度，外加劑相容性的綜合影響

　　（1）石膏品種與摻量對水泥凝結(jié)時間與抗壓強(qiáng)度的影響

  （2）石膏品種與摻量對相容性的影響