粉磨工艺对水泥粒度分布和性能的影响

黄耀志

(华润水泥（防城港）有限公司 531400)

粉磨工艺对水泥粒度分布和性能的影响

黄耀志

(华润水泥（防城港）有限公司 531400)

在时代发展的进步中，高性能混凝土的出现对水泥的性能提出了更高的要求，制备高性能水泥已成为必然的趋势。为了调整粉体的粒度分布，本文采用了两种不同的粉磨方式，选用不同的混合材种类及掺量，制备出不同粒度组合的水泥样品，单独粉磨体系的水泥可以通过改变混合材的掺量及细度设计其粒度分布，混合粉磨体系的水泥采用化学分析的方法得到混合材及熟料的分布情况；通过不同的计算模型，对各个体系的水泥进行堆积密实度的研究，进而分析了粉磨方式、混合材种类及掺量、粒度分布及堆积情况对各体系水泥性能的影响。

粉磨工艺；水泥粒度分布；水泥性能

引言：高性能混凝土的出现出现源自于粉磨工艺粒度分布的性能的改变，于现在社会而言，是建筑发展的一大利器，其不但是建筑的不可缺少的一项材料，更是一种可以依据其粒度的大小和对水泥的特性所产生的不同密度的水泥浆，也因此可以对水泥的特性产生相应的改变，如其的粒度大小，这也是其改变性能的关键，但水泥的粒度的堆积密实度是与现代的粉磨工艺的发展相关联的。也因此产生了水泥粒度的相关实验，进而研究水泥的不同颗粒的特性使其更加的方便于我们的建筑生活，这也是我们对时代前进的一种改善和追求。

一.分析水泥的粒度分布情况

选择四种典型的新型水泥粉磨工艺作为研究对象,即辊压机+V型选粉机+球磨机开路水泥粉磨工艺、辊压机+V型选粉机+球磨机闭路水泥粉磨工艺、立式磨作为水泥终粉磨工艺和立式磨+球磨机闭路水泥粉磨工艺,通过筛析法测定细度,利用罗辛-拉姆勒-本尼特(Rosin-Rammlar-Bennet)表达式计算水泥的均匀性系数和特征粒径,分析水泥的粒度分布情况,同时还采用激光粒度仪测定水泥的粒度分布。

研究结果显示:

(1)所研究的四种粉磨工艺的水泥产品的颗粒分布比传统球磨机开路粉磨工艺的更加均匀;其磨粉工艺可根据辊压机+V型选粉机+球磨机开路水泥粉磨工艺之间的相互合作进而控制水泥产品的颗粒分布的均匀程度，进一步实验表明水泥的颗粒分布的均匀程度有利于控制水泥的粘性和持久性，进而更加的有利于控制水泥的使用量和作用。

(2)所研究的四种粉磨工艺有利于水泥有效利用率的提高;四种机械磨粉水泥因为对水泥的质变产生了一定的改变，也因此是水泥工艺的磨粉工艺得到一定的使用率和发展前景。

(3)在传统球磨机粉磨工艺中增设由辊压机和 V型选粉机组成的预粉磨系统,缩小了球磨机 开路系统与闭路系统在粒度分布特征上的差异;使水泥的特征更加明细，产生一定的新旧配方的结合使其作用更加明显，使用时效也因此加强，进而产生以良好的发展前景。

(4)立式磨作为终粉磨工艺的产品粒度分布特征和辊压机或立式磨与球磨机组合系统产品的粒度分布特征相近。

二.研究结果

采用混合粉磨方式制备水泥,易磨性较好的粉煤灰趋向于细颗粒范围富集,易磨性较差的矿渣趋向于粗颗粒范围富集,且干粉的堆积密实度较小,采用单独粉磨方式制备水泥,粗颗粒含量较低,细颗粒含量也略显不足,增大混合材的比表面积对颗粒分布的影响较大,干粉堆积密实度也较大。各体系水泥颗粒的粒度分布与水泥颗粒在浆体中的堆积密度具有良好的相关性,随着颗粒均匀性系数的增加,其在浆体中的堆积密实度呈线性关系下降,对于混合粉磨体系的水泥,掺入粉煤灰后,其浆体的堆积密实度较大,而掺入矿渣的水泥浆体堆积密实度较小,单独粉磨时,增大混合材的比表面积,浆体密实度明显提高。

当混合材掺量一定时,颗粒在浆体中堆积密实度越大,其强度越高。比较两种粉磨方式水泥的强度可以发现,单独粉磨掺入粉煤灰的水泥,当粉煤灰的比表面积为400m2/kg时,其强度不及同掺量下混合粉磨体系水泥的强度;单独粉磨掺矿渣的水泥其强度均优于混合粉磨体系。

且掺粉煤灰的水泥外加剂相容性比掺矿渣的水泥要差,随着混合材掺量的增加,其标准稠度用水量增加,凝结时间明显延长,不同龄期的化学结合水量均不同程度下降。比较两种不同粉磨体系的水泥,总体说来,单独粉磨体系的水泥其力学性能较好,掺入矿渣的水泥比掺粉煤灰的水泥性能好。

三.粉磨工艺水泥在生活中的应用

水泥是一种重要的建筑材料，它的生产会消耗大量的能量。在提倡节能减排的今天，如何尽量减少能量的消耗，获得性能好的产品十分重要。影响水泥性能的重要因素之一就是水泥的粒度分布。通过对水泥粒度分布的优化，可以使水泥的性能得到更好的发挥。这也是低能耗水泥制备的要求。 水泥颗粒在不同粒径区间的分布情况和颗粒体系的整体堆积情况是研究水泥粒度分布的两个重要方面。本文对这两个方面进行了探讨，在此基础上对水泥的粒度分布进行了优化并提出了一种新的水泥颗粒初始紧密堆积的模型。 通过研究不同粒径区间水泥颗粒的强度发展发现:水泥强度的产生主要是由于水泥颗粒及水化物之间相互连生、搭接、水化从而产生可以抵抗外力的作用。水泥颗粒的大小与水化速度和程度有着直接的联系，不同粒 径的水泥的水化速度和程度差异很大。在组成水泥的所有颗粒中，3-32μm的颗粒对水泥强度增长起主导作用。在此范围内各粒级的分布应是连续的，且总的含 量不应低于65%。进一步研究发现，16-24μm之间的颗粒对水泥性能的影响更为重要，它们的含量愈多愈好。小于3μm的细颗粒的水化速度很快，有的甚 至在搅拌过程中就已经完成，所以这些细颗粒仅对早期强度有利。32-60 μm的颗粒的水化程度较低，而大于60μm的粗颗粒的活性很小，水化作用甚微，几乎仅起填料作用。可见水泥中大于32μm颗粒的含量越多，熟料的利用率就越低，水泥的性能就越差。

通过研究不同粒径区间水泥颗粒的强度发展发现:(0，3)μm区间水泥颗粒虽然强度发展很快，但3d强度并不是最高，28d以后的强度甚至产生了倒缩。这一区间的水泥颗粒应该适量，不应过多，最好不要超过10%。(3，16)μm区间水泥颗粒3d强度最大，(16，32)μm区间水泥颗粒28d强度最大。综合来看，(3，32)μm区间水泥颗粒对强度增长起主要作用，越多越好。(32，64)μm区间的颗粒虽然对早期强度贡献不大，但180d以后的长龄期强度赶上甚至超过了(3，32)μm区间水泥颗粒的强度。为了保证水泥强度长龄期的发展，这一粒径区间的水泥颗粒不可缺少，最好不少于10%。64μm以上水泥颗粒的强度发展非常缓慢，需要限制这部分水泥颗粒的含量，最好不要超过5%。 理论分析和实验结果都证明了分形维数作为粒度分布的一个特征参数是可行的。水泥粒度分布的分形维数与其它特征参数有良好的对应关系。研究发现在文中给定的实验原料和条件下，均匀性指数n=1时，随着特征粒径X由16μm增加到32μm，水泥粒度分布的分形维数D由2.50减小到2.27;特征粒径 X=29μm，随着均匀性指数n由0.6增加到2.2，分形维数D由2.73减小到0.21;均匀性指数n=1时，随着比表面积S由324m2/kg增加到405m2/kg，分形维数D由2.28增加到2.36。 描述水泥最紧密堆积的Fuller曲线并不能满足不同粒径区间水泥颗粒分布的要求，Fuller曲线会带来细粉过多的问题。可以将16μm以下的细颗粒和 45μm以上的粗颗粒同时用活性掺合料如粉煤灰、矿粉等替代，提高对强度贡献的主要粒径区间(16，45)μm的含量，以此来优化水泥的粒度分布。通过这种方式，可以节约水泥熟料的用量.本文提出了一种新的描述水泥颗粒初始紧密堆积的模型，即LH模型。该模型的最大粒径为60μm，最小粒径为0.6μm。小于3μm的颗粒含量不超过5%， (3，32)μm区间颗粒的含量大于70%。通过计算机模拟得到LH模型的空隙率27.9%。LH模型即能满足最佳性能的要求又具有较低的空隙率。

总结：在粉磨工艺的发展下，水泥的质量也逐步的提升和改善，不同的水泥粒度的大小也决定着水泥的使用情况，因为水泥的粒度范围的扩大也使水泥的密度不断地得到不同的使用率，进而使水泥的发展也进入了新的潮流，使其有更多的发展机会，进而促进城市化发展的进程，同时加快了时代的发展步伐。因此水泥粉磨工艺的发展也得到使用。

[1]陈智韬.哈尔滨工业大学哈尔滨工业大学陈智韬.粉磨工艺对水泥粒度组合及性能的影响[D]. 哈尔滨工业大学 2009. 国内图书分类号:U45 学校代码:10213国际图书分类号

[2]陈智韬;联合粉磨工艺改为半终粉磨工艺的体会[D];哈尔滨工业大学;2009年

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1007-6344（2016）03-0005-01

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