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我國大型水泥企業水泥粒徑分布檢測與分析

類別:技術|水泥技術   日期:2011-11-22        點擊率:125976        

 

龍世宗1,2,劉延生2,張福根3
(1.武漢理工大學,湖北 武漢 430070;2.襄樊安格爾建材科技有限公司,湖北 襄樊 441000;
3.珠海歐美克儀器有限公司,廣東 珠海  519085)

中圖分類號:TQ172.12  文獻標識碼:B  文章編號:1002-9877(2010)10-0020-05

0 引言
  筆者于2009年8月18日~9月19日,走訪了北京琉璃河、蕪湖海螺、英德海螺、衛輝天瑞、徐州中聯、青州中聯、英德臺泥、湖北亞東、唐山冀東、濟南山水、武穴華新、河南同力、吉林亞泰、廣東塔牌、福建水泥、廣州越堡、荊門葛洲壩、浙江長興、蘭溪紅獅和鼎鑫水泥20家大型水泥集團水泥廠;于2009年11月27日~2010年1月25日,走訪了武漢亞東、英德臺泥、香港青州、海南國投、江西萬年青、廣西魚峰、貴州興義泰安、紅塔滇西、大理三德水泥、重慶拉法基和四川亞東等20多家水泥廠。采用專門裝配的一臺車載水泥粒徑分析儀,對這些企業的水泥進行現場檢測,所取得的數據代表了我國新型干法水泥粒徑分布狀況。這些檢測結果我們都在第一時間與各企業進行了分析與交流。
  水泥的粒徑組成、分布對水泥物理力學性能、混凝土施工性能以及耐久性能都有重要影響。水泥粒徑分析數據還可以給我們提供生產控制工藝參數、磨機研磨體級配是否合理等信息,提供調整依據。合理的水泥粒徑分布一直是水泥科學和生產工藝技術人員探求的課題。
  近幾年來,由于ISO標準的實施和新型干法水泥技術的快速發展,我國大型水泥的粒徑分布發生了巨大變化,因此這次全國大范圍的水泥粒徑分布檢測活動具有重要意義。
1 水泥顆粒粒徑分布檢測結果
  檢測儀器:LS-C(Ⅱ) 干法顆粒分析儀。
  為保證各樣品間有較好的可比性,我們在這里僅列出了P·O42.5(含R型)等級水泥的數據。磨制這些水泥的磨機包括Φ3.0m~Φ5.5m管磨,以Φ4.2m磨機最多,還有2臺立磨;多數磨前配有輥壓機、閉路。表1是所有水泥樣的粒徑測試結果。
2 水泥粒徑分布統計與分析
  對表1中數據進行統計分析的結果見表2。
  1)從上述統計可以看到,所檢測的水泥樣品中,≤3μm的顆粒含量≥13%的高達78.1%,含量≥15%的32.9%,而<13%含量的只有21.9%。檢測結果表明,我國大型企業水泥≤3μm的顆粒含量總體偏高,水泥細度偏細。
  大家都知道,≤3μm的水泥顆粒數量對水泥磨機產量,對水泥物理力學性能、施工性能、與混凝土外加劑適應性,甚至對混凝土結構和耐久性能都有重要影響。≤3μm的顆粒屬水泥的過細顆粒,過細顆粒比表面積大,表面能高,如果含量過高容易造成黏球、黏襯板和團聚等,形成粉磨阻力,導致磨機產量下降、電耗增加和磨內溫度升高等。≤3μm的水泥顆粒中除了少量易磨的混合材外,主要是被破碎的C3S和C3A晶體,水化快,基本上1d內水化完,對提高水泥1d和3d強度有利;但容易引起水泥(混凝土)需水量大,混凝土坍落度經時損失大;同時早期水化熱高且集中,容易引起混凝土塑性開裂,形成的水泥石結構不密實而影響混凝土耐久性能。為了避免這些不利的情況發生,許多人提出≤3μm的水泥顆粒含量應≤10%。考慮到水泥顆粒形狀的不規則性、檢測儀器的檢測誤差以及混合材摻量、易磨性的差異等,我們認為P·O42.5水泥中≤3μm的顆粒控制范圍在8%~13%為宜。如果水泥中易磨性材料多,可以用上限控制;反之則用下限控制。
  據我們了解,水泥細度偏細控制的原因主要是追求水泥1d和3d強度。所檢測水泥許多1d抗壓強度≥15MPa,3d抗壓強度28~30MPa,遠遠高于我國P·O42.5R型3d抗壓強度21MPa的指標。1d和3d強度高,混凝土拆模快,還可少用一點水泥,可是失去的可能是建筑物壽命減少10年,甚至更多,是得不償失的。
  2)從檢測的水泥樣品看,78.6%的水泥3~32μm的顆粒含量在60%以上,38.6%的水泥3~32μm的顆粒含量在70%以上。
  水泥中3~32μm顆粒是水泥顆粒最重要的部分。這些水泥顆粒水化速度適中,有利于形成密實的水泥石結構,對水泥3d、28d強度貢獻大,對混凝土施工性能負面影響小,又能保證水泥在28d到3個月內充分水化,使熟料的作用充分發揮。
  我們認為,3~32μm的顆粒含量控制在65%~75%是比較合理的。這一范圍顆粒含量太少(如      ≤60%),粗顆粒就會太多,水泥強度會下降,粗顆粒熟料內核長時間都不水化,造成資源浪費;但這一區間的顆粒含量也不能太高(如≥75%),它會使水泥細度整體過細,顆粒分布過窄,水泥混凝土施工性能(需水量、流動性、混凝土與外加劑相容性和坍落度經時損失等)劣化,水泥粉磨能耗增加。
  3)所檢測的水泥中有24.7%的樣品D90≤35μm,有15.1%的樣品D90≥50μm。D90≤35μm,則表明水泥過細;D90≥50μm,表明水泥顆粒偏粗。
  4)n值大小一般反映顆粒分布狀況,n值大,分布窄,反之則寬。但在這次檢測結果中,n值與顆粒分布寬窄的關系并不好。n≤1的幾個樣品≤3μm的顆粒含量都高,而3~32μm的顆粒含量偏低,但顆粒分布并不寬。例如6號樣n=0.93,≤3μm的顆粒含量19.64%,≥65μm的顆粒含量只有0.76%,顆粒分布并不寬!相反有的樣品(例如2、3和7號樣)n   ≥1.2,但這些樣品≤3μm的顆粒含量≤12%,32~65μm顆粒含量13%~18%,顆粒分布也不窄。
  檢測結果中,n值與3~32μm的顆粒含量相關性很好,3~32μm的顆粒含量高,n值也高,反之則低。
  5)我們在這里特別計算了每個樣品的D(4,3)與D50的差值Δ。發現兩者差值Δ越大,顆粒分布越寬,反之則窄。Δ值大小與粒徑分布狀況有很好的相關性。其相關性比n值好。所測樣品52.1%的Δ值在3~4.5μm,這些樣品的粒徑分布比較合理。有7.1%樣品的Δ≤2μm,這些樣品粒徑分布過窄,對應的x''''≤13μm,這樣的粒徑分布將影響水泥混凝土施工性能。19.7%的樣品Δ≥4.5μm,這些水泥粒徑分布過寬,≤3μm顆粒和D90都偏高,細顆粒和粗顆粒對水泥性能的不利影響都存在。
  6)32~65μm是水泥中較粗的顆粒,從統計結果看,這一區間顆粒含量在10%~20%之間是適宜的。51.5%的檢測樣品都在這一范圍。這一區間的顆粒含量如果太少(<10%),樣品Δ值也小,水泥過細,顆粒分布窄。而這一區間顆粒含量>20%,水泥偏粗,Δ值則偏大,顆粒分布過寬。
  7)所檢測的水泥中有2個是立磨樣品,這2個水泥樣粒徑分布較好,Δ值為3.79μm和2.89μm,D90為43.67μm和43.39μm,≤3μm的顆粒含量為10.75%和13.34%,過粉磨現象不嚴重。只是3~32μm含量稍偏低,均<65%,32~65μm含量則稍偏高,均 >23%。
  8)粒徑分布與粉磨工藝關系:檢測的開路磨的水泥粒徑分布都比較合適,沒有過窄和過寬的問題。粒徑分布寬窄與磨前有無輥壓機無對應關系,≤3μm的顆粒的多少與有無輥壓機、開閉路工藝也沒有對應關系。粒徑分布不合理主要與控制有關,即通過生產控制是可以調整好的。
  9)粒徑分布過窄(Δ≤2μm)的樣品,水泥過細, ≤32μm的顆粒含量>92%,32~65μm含量<10%,主要是生產控制追求過高的1d和3d強度造成的。粒徑分布過寬(Δ≥5μm)的樣品,≤3μm的顆粒并不少(≥14.5%),但3~32μm顆粒含量偏低(大多≤56%)。粒徑分布過寬與磨內各倉配球不合理關系很大。如磨制22號樣品的粉磨系統,磨前有輥壓機,入磨粒徑≤1mm,二倉配段,研磨能力好;一倉平均球徑46mm,明顯偏高。后將一倉球徑降低后磨機產量提高,3~32μm顆粒含量也提高,粒徑分布趨于合理,水泥性能得到提高。
3 結論
  1)我國大型企業水泥顆粒偏細,≤3μm的顆粒含量≥13%的水泥高達78.1%,≥15%含量的占32.9%,而<13%含量的只有21.9%。將近48%的水泥3~32μm的顆粒含量在65%~75%之間,是比較合理的;有21.4%的水泥其含量≤60%,偏低;有16%的水泥其含量≥75%,偏高。
  2)可以用D(4,3)與D50的差值Δ來判斷水泥粒徑的分布狀況。Δ值越大,顆粒分布越寬,反之則窄,Δ值大小與粒徑分布狀況有很好的相關性。所測樣品52.1%的Δ值在3~4.5μm,比較合理;有7.1%樣品的Δ≤2μm,這些樣品粒徑分布過窄;19.7%的樣品Δ≥4.5μm,這些水泥粒徑分布過寬。
  粒徑分布過窄(Δ≤2μm)的樣品,水泥都過細, ≤32μm的顆粒>90%,32~65μm含量<10%,這樣的粒徑分布往往是追求過高的1d和3d強度造成的。粒徑分布過寬(Δ≥4.5μm)的樣品,≤3μm的顆粒并不少,但3~32μm顆粒含量偏低。這些情況往往是磨內各倉配球和填充率不合理造成的。
  3)檢測的立磨和開路磨的水泥粒徑分布都比較合適,沒有過窄和過寬的問題。粒徑分布寬窄與磨前有無輥壓機無對應關系,≤3μm的顆粒的多少與有無輥壓機、開閉路工藝也沒有對應關系。粒徑分布不合理主要與控制有關,通過生產控制可以調整好。
  4)究竟什么樣的水泥粒徑分布是最佳分布?可能沒有統一、標準的答案。每個企業的工藝條件、水泥組成材料的性能(水化活性和易磨性等)、品種和配比等都不一樣,因此每個企業的最佳顆粒組成需要根據自己的具體情況,根據水泥及混凝土性能的要求來做出決定。但以上通過統計結果給出的一些建議,對每個企業都是有參考價值的。用檢測水泥粒徑分布來指導水泥生產比用細度和比表面積更科學、有效。
(編輯 王新頻)

 



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