水泥細(xì)度指標(biāo)及其粉磨控制

  摘要：混凝土凝結(jié)時(shí)間異常，混凝土容易出現(xiàn)裂縫等，但水泥檢測(cè)結(jié)果卻是符合國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)，究其原因，都是水泥粉磨細(xì)度指標(biāo)控制不合理所致。本文就水泥粉磨過(guò)程中的細(xì)度指標(biāo)及其合理控制問(wèn)題作一分析探討。

  0  前 言

  隨著我國(guó)水泥工業(yè)的持續(xù)、快速發(fā)展，水泥質(zhì)量也得到了較大的提高，但同時(shí)市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)也變得日益激烈。水泥企業(yè)為在市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)中獲勝，一是要降低生產(chǎn)成本，如提高混合材摻量；二是必須提高水泥質(zhì)量，如細(xì)度指標(biāo)控制合適，既能提高水泥強(qiáng)度，又能滿(mǎn)足水泥使用性能。近些年來(lái)，相關(guān)水泥企業(yè)及質(zhì)量行政管理部門(mén)常收到水泥用戶(hù)的各類(lèi)問(wèn)題投訴。如：混凝土凝結(jié)時(shí)間異常，混凝土容易出現(xiàn)裂縫等，但水泥檢測(cè)結(jié)果卻是符合國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)(這種情況在大型回轉(zhuǎn)窯企業(yè)也有發(fā)生)。究其原因，都是水泥粉磨細(xì)度指標(biāo)控制不合理所致。本文就水泥粉磨過(guò)程中的細(xì)度指標(biāo)及其合理控制問(wèn)題作一分析探討。

  1  水泥粉磨的細(xì)度指標(biāo)

  水泥粉磨的質(zhì)量控制，主要有細(xì)度、混合材摻量和SO，含量等。在水泥粉磨過(guò)程中，因混合材摻量和石膏摻量(SO，含量)已經(jīng)確定，通過(guò)檢測(cè)水泥細(xì)度來(lái)調(diào)整粉磨工藝參數(shù)，從而控制水泥產(chǎn)品質(zhì)量。水泥細(xì)度對(duì)水泥的性能有很大的影響，如水泥顆粒越細(xì)，其表面積就越大，因而水化較快也較充分，水泥的早、后期強(qiáng)度都較高；但硬化時(shí)收縮較大，與外加劑的相容性較差，且磨制成本增高。因此，細(xì)度指標(biāo)應(yīng)控制在合適的范圍。

  對(duì)水泥細(xì)度的表述概括起來(lái)主要有篩余、比表面積、顆粒級(jí)配三項(xiàng)，企業(yè)在生產(chǎn)中通常采用篩余或比表面積來(lái)進(jìn)行水泥細(xì)度的測(cè)定和評(píng)判。實(shí)際應(yīng)用中發(fā)現(xiàn)，即使是篩余相同或比表面積相近，但由于顆粒粒級(jí)和形貌不同也會(huì)導(dǎo)致水泥性能表現(xiàn)出較大的差異。

  （1）篩余。篩余是水泥生產(chǎn)最常用，也是延續(xù)很久的方法?！锻ㄓ霉杷猁}水泥》(GB 175—2007)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定，礦渣硅酸鹽水泥、火山灰質(zhì)硅酸鹽水泥、粉煤灰硅酸鹽水泥和復(fù)合硅酸鹽水泥以篩余表示，要求其80um方孔篩篩余不大于10％或45um方孔篩篩余不大于30％；另GB 175—2007中也將細(xì)度指標(biāo)也由強(qiáng)制性指標(biāo)改為推薦性指標(biāo)(選擇性指標(biāo))。目前在水泥生產(chǎn)中水泥磨得很細(xì)，有的80um篩篩余小于l％，這樣篩余指標(biāo)就不能全面反映水泥細(xì)度的真實(shí)性，據(jù)此也很難控制水泥強(qiáng)度。此種狀況下，用80um篩余控制水泥細(xì)度就失去了意義，因此大多數(shù)水泥企業(yè)采用45um方孔篩篩余作為水泥細(xì)度的控制指標(biāo)。

  （2）比表面積。比表面積即單位質(zhì)量水泥顆粒的總表面積(m²／kg)，其值越大，表明水泥顆粒越細(xì)。比表面積所代表的細(xì)度含義比篩余更確切，它與水泥性能的相關(guān)性比篩余更密切，但也存在局限。如：比表面積很高的水泥其強(qiáng)度可能不高，而比表面積不很高的水泥，若水泥顆粒級(jí)配合理，其水泥強(qiáng)度可能會(huì)很高。顯然80um篩余和比表面積只能部分體現(xiàn)水泥的顆粒大小情況，據(jù)此無(wú)法完全了解水泥顆粒級(jí)配情況，因此完全依據(jù)80um篩余或比表面積，來(lái)控制和判斷水泥性能是遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠完善的，甚至?xí)霈F(xiàn)較大的偏差。

  （3）顆粒級(jí)配。水泥是由不同粒徑的小顆粒組成，最小顆粒小于1um，最大顆粒大于80um。水泥的顆粒級(jí)配(也稱(chēng)粒度分布)反映了各粒徑區(qū)間內(nèi)的顆粒質(zhì)量分?jǐn)?shù)，是水泥顆粒大小的全面描述；顆粒級(jí)配對(duì)水泥性能(如強(qiáng)度、流動(dòng)性、混合材的摻加比例等)有強(qiáng)烈影響。筆者所在實(shí)驗(yàn)室于2003年購(gòu)買(mǎi)了l臺(tái)LS—C(I)顆粒分布測(cè)定儀，就為當(dāng)?shù)厮嗥髽I(yè)提供了水泥顆粒級(jí)配的檢測(cè)服務(wù)；其結(jié)果能直觀地反映各水泥試樣的粒徑分布情況，企業(yè)據(jù)此可進(jìn)行粉磨工藝控制參數(shù)的調(diào)整，從而可使水泥顆粒級(jí)配更趨合理。

  2  水泥粉磨工藝參數(shù)的合理控制及其相應(yīng)措施

  如何合理控制水泥粉磨的工藝參數(shù)，以?xún)?yōu)化水泥的顆粒級(jí)配，改善水泥性能，是水泥科學(xué)工作和生產(chǎn)工藝技術(shù)人員不斷探索并且亟待解決的課題。近年來(lái)，相關(guān)企業(yè)在原有工藝條件下，通過(guò)適當(dāng)調(diào)整水泥粉磨控制方法，以及依據(jù)顆粒級(jí)配檢測(cè)結(jié)果進(jìn)行粉磨工藝參數(shù)的調(diào)控等技術(shù)措施，從而使得其水泥顆粒級(jí)配更為合理。

  (1)比表面積與45um篩余相結(jié)合，可有效控制水泥的合理顆粒組成。如前所述，目前水泥都磨得很細(xì)，有的企業(yè)80um篩余控制在l％以下，顯然這種狀況下若以80um篩余作為粉磨過(guò)程例行控制的依據(jù)，那么幾乎無(wú)法對(duì)粉磨設(shè)備及其系統(tǒng)操作進(jìn)行任何調(diào)整，為此許多企業(yè)采用比表面積與45um篩余相結(jié)合的控制方法。實(shí)踐表明，在粉磨設(shè)備及其運(yùn)行參數(shù)沒(méi)有明顯改變時(shí)，45um篩余能夠很好地反映顆粒級(jí)配和水泥中有效顆粒的含量，而使用比表面積則可及時(shí)掌握與水泥需水性等密切相關(guān)的微細(xì)顆粒的含量。因此二者相結(jié)合進(jìn)行粉磨工藝參數(shù)控制，將使水泥性能達(dá)到最優(yōu)化。若粉磨設(shè)備及其運(yùn)轉(zhuǎn)參數(shù)發(fā)生明顯改變時(shí)，水泥的顆粒級(jí)配可能已有明顯變化，必須進(jìn)行顆粒級(jí)配檢測(cè)并依據(jù)檢測(cè)結(jié)果進(jìn)行調(diào)整。

  (2)依據(jù)顆粒級(jí)配檢測(cè)結(jié)果，進(jìn)行粉磨工藝參數(shù)的合理控制和磨機(jī)研磨體級(jí)配合理調(diào)整，以?xún)?yōu)化水泥顆粒級(jí)配，具體調(diào)控指標(biāo)和操作如下。

  第一，采取調(diào)整磨機(jī)內(nèi)研磨體級(jí)配等措施，以盡量降低成品中1um以下的細(xì)顆粒含量。因小于1um的細(xì)顆粒在和水拌和過(guò)程中就會(huì)完全水化，引起水泥早期水化熱高且集中，對(duì)水泥強(qiáng)度沒(méi)有貢獻(xiàn)，反而會(huì)造成混凝土較大收縮而產(chǎn)生表面開(kāi)裂。

  另若小于1um含量較高，說(shuō)明系統(tǒng)存在過(guò)粉磨，產(chǎn)品能耗也較高。

  第二，合理控制小于3um的顆粒含量。因≤3um的水泥顆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晶體，水化快，基本上1 d內(nèi)水化完，對(duì)提高水泥l(xiāng)d和3d強(qiáng)度有利；但≤3um水泥顆粒過(guò)高，容易引起水泥(混凝土)需水量大，混凝土坍落度損失大。因此只要能夠滿(mǎn)足3d強(qiáng)度，≤3um的水泥顆粒應(yīng)控制在一定范圍。據(jù)統(tǒng)計(jì)，在我單位檢測(cè)的大部分企業(yè)≤3um的水泥顆粒含量在12％～15％。

  第三，盡可能增加3～32um的顆粒含量。水泥中3～32um顆粒有利于形成密實(shí)的水泥石結(jié)構(gòu)，對(duì)水泥3d和28d強(qiáng)度貢獻(xiàn)大，對(duì)混凝土施工性能負(fù)面影響小，又能保證水泥28d到3個(gè)月內(nèi)充分水化，使熟料的作用充分發(fā)揮，因此盡可能增加3～32um顆粒含量。若這一范圍顆粒含量太少，粗顆粒就會(huì)過(guò)多，水泥強(qiáng)度不高，并造成資源浪費(fèi)。從檢測(cè)結(jié)果統(tǒng)計(jì)，大部分企業(yè)3—32um的顆粒質(zhì)量分?jǐn)?shù)在50％。58％，只有個(gè)別企業(yè)高達(dá)68％。造成3～32um顆粒含量偏低的主要原因，是磨內(nèi)各倉(cāng)配球和填充率不合理造成，生產(chǎn)中應(yīng)進(jìn)行相應(yīng)的調(diào)整。

  (3)將難磨的混合材與熟料分別粉磨，將石灰石、粉煤灰等易磨性好的混合材和熟料一起粉磨。

  在水泥顆粒中混合材的粒徑比熟料小，小于1um的細(xì)粉狀混合材填充于水泥熟料顆粒之間的空隙，使水泥顆粒的堆積趨向緊密。而比熟料更難磨的礦渣，應(yīng)與熟料分開(kāi)粉磨。因?yàn)楣餐勰r(shí)，水泥的比表面積為350m²／kg時(shí)，礦渣的比表面積只有230～280 m²／kg。因此，礦渣烘干后單獨(dú)粉磨至比表面積450m²／kg左右，在水泥磨尾經(jīng)計(jì)量后摻人出磨水泥并混合均勻，可優(yōu)化水泥的顆粒級(jí)配。同時(shí)，對(duì)礦渣進(jìn)行高細(xì)粉磨，擴(kuò)大了其水化反應(yīng)時(shí)的表面積，可以較大幅度地提高它們的水化速度，使它們能在較短時(shí)間內(nèi)產(chǎn)生較高的強(qiáng)度。

  3 結(jié) 語(yǔ)

  (1)在粉磨設(shè)備及其運(yùn)行參數(shù)沒(méi)有明顯改變時(shí)，比表面積與45um篩余相結(jié)合的控制方法，能夠很好地反映顆粒級(jí)配。但工藝控制指標(biāo)在目標(biāo)值范圍內(nèi)，水泥強(qiáng)度卻下降時(shí)，則應(yīng)進(jìn)行水泥顆粒級(jí)配檢測(cè)和調(diào)整。

  (2)在粉磨設(shè)備及其運(yùn)轉(zhuǎn)參數(shù)明顯改變時(shí)，應(yīng)進(jìn)行顆粒級(jí)配檢測(cè)，通過(guò)調(diào)整生產(chǎn)控制工藝參數(shù)、磨機(jī)研磨體級(jí)配等，優(yōu)化水泥的顆粒級(jí)配。

  (3)各企業(yè)原材料、工藝條件各異，如何優(yōu)化水泥顆粒級(jí)配，應(yīng)進(jìn)行不斷摸索和總結(jié)，才能找到適合自身企業(yè)的工藝控制參數(shù)。