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水泥的粉磨工艺与颗粒级配和需水量(精华版)

发布:yiyang-tz 浏览:364次

水泥需水量已经引起水泥用户的高度重视,尤其是在商品混凝土发达的地区,越来越多的用户对水泥需水量提出了越来越高的要求。混凝土生产商都希望选择需水量小的水泥,以致影响到水泥企业产品的竞争力和售价,影响到水泥生产者的成本和效益。


影响水泥需水量的因素很多,粉磨工艺的制约就是其中之一。换句话说,就是不同的粉磨工艺生产出来的水泥,其需水量是不一样的,这个道理大家都明白。然而,正是因为大家都明白这个道理,如果要提升粉磨系统的效率,无论我们采用何种更为先进的粉磨工艺,都必须要考虑该种工艺水泥的需水量是否合适。否则,我们就必须在粉磨效率、粉磨成本和需水量三者之间寻求平衡。


水泥需水量

水泥标准稠度需水量(以下简称水泥需水量),准确的特征参数应该是混凝土的标准稠度用水量,是指能使水泥浆体达到一定的可塑性和流动性所需要的拌和水量,它是水泥使用性能的重要指标。


水泥需水量直接影响到混凝土的水灰比,继而影响到混凝土的强度、抗蚀性、抗冻性、耐久性,影响到混凝土生产的水泥用量以及外加剂用量,影响到用户的成本和效益。


水泥的标准稠度用水量越大,水泥净浆达到标准稠度的用水量、水泥砂浆达到规定流动度的用水量,以及水泥混凝土达到一定坍落度的用水量也都越大,使其净浆、砂浆、混凝土的水灰比越大,其颗粒间空隙越多、密实度越小,从而使水泥及其混凝土的施工性能、力学性能和耐久性能变差。


直观地看,混凝土的配方设计有三个基本参数:水灰比、用水量、砂率。


三个参数中,有两个涉及到水,足见水泥标准稠度用水量问题在混凝土中的重要性。混凝土强度同用水量成反比,为了提高混凝土强度必须减少其用水量。


理论上,要保持混凝土的强度不变,当混凝土的用水量发生变化时,应该保持水灰比不变,相应调整水泥用量,但这在实际生产操作中很难做到。


由于实验条件和工艺设备的限制,预拌混凝土厂很难做到根据每批水泥的需水性变化而调整水泥用量。大多数情况下的做法,反而是保持水泥用量及砂石等材料用量不变,而根据坍落度值来调整用水量。这样,混凝土实际水灰比将随水泥需水性的变化而变化,相应地影响混凝土的强度。因此,为了稳定混凝土的强度,必须稳定水泥的标准稠度用水量。


降低水泥的标准稠度需水量,对降低混凝土单立方用水量,进而提高其强度、降低水泥用量、以节约混凝土生产成本,对混凝土行业具有十分重要的意义。


影响水泥需水量的主要因素


一是水泥比表面积、颗粒级配、颗粒形状的影响。


二是水泥混合材种类和掺加量的影响。


三是石膏对水泥需水量的影响。


四是熟料对水泥需水量的影响。


五是粉磨工艺对需水量的影响。


一.水泥比表面积、颗粒级配、颗粒形状的影响

有关研究表明,水泥比表面积为300~400m2/kg时,如果水泥的粒径分布斜率n和熟料反应活性不变,则水泥的比表面积每增加100m2/kg,标准稠度需水量将增加l.6%。德国水泥研究所曾对一些不同强度等级的水泥,进行过比表面积、颗粒级配、颗粒形状对水泥需水量影响的试验,水泥需水量与比表面积的相关性很强,随比表面积的增大需水量上升明显。其试验结果如图10-1所示

 

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图10-1  水泥的比表面积与需水量的关系


试验表明,水泥颗粒级配对水泥的需水量有较大影响。良好的水泥颗粒级配其颗粒间空隙减小,可以降低填充水,以此进而减小水泥的需水量。因此,在我们这几年对粉磨系统的改进中感到,不论是选粉机还是整个粉磨系统,只要提高了选粉效率,需水量都是增加的。


水泥颗粒分布越窄——堆积空隙率越大——需水量越大


对于水泥强度,以3μm~32μm的颗粒起主导作用,尤其是16μm~24μm颗粒对水泥性能非常重要,其含量越多越好;<3μm的细颗粒容易结团,特别是<1μm的(主要指熟料)颗粒在加水后很快水化,对水泥的需水量影响较大,但对混凝土强度作用很小,还容易引起混凝土开裂,影响混凝土的耐久性,也影响水泥与外加剂的适应性;>65μm的颗粒水化很慢,对28d强度贡献很小。


试验表明,水泥颗粒形状对水泥的需水量也有较大影响。水泥颗粒球形度对其需水量的影响见表10-3。水泥颗粒的球形度越高,则:

(1)颗粒表面积就会越小,所需润滑的表面积越小→水泥需水量就越小;


(2)颗粒间的内摩擦越小,流动所需表面水膜厚度越小→水泥需水量就越小;


(3)颗粒堆积的空隙越小,所需填充水越小→水泥需水量就越小。


表10-3  水泥颗粒球形度对其需水量的影响

项目

比表面积

颗粒球形度

水泥需水量

单位

M2/kg

%

%

试样A

345

47

30.40

试样B

348

73

27.30


在比表面积基本一致的情况下,当水泥颗粒球形度从47%提高到73%时,水泥需水量从30.4%下降到27.3%。


二.粉磨工艺对需水量的影响

尽管影响水泥需水量的因素不止一个,但粉磨工艺这个因素在建设期间是可以选择的,而且一旦选定是不易改变的。因其对后续的生产以及因需水量影响到对其他因素平衡的制约,是要付出代价的。所以,在最初选择粉磨工艺时,应该考虑需水量这个因素。


在相同原材料的情况下,不同粉磨工艺生产的水泥,由于其颗粒级配和颗粒形状的差别,其需水量是不同的。就现有常用的粉磨工艺来讲,其生产的泥需水量的排列顺序大致为:辊压机半终粉磨>双闭路联合粉磨>单闭路联合粉磨>闭路磨>开路磨。


与普通圈流磨水泥相比,开流磨水泥颗粒分布较宽,圆度系数大,水泥需水量较小;而采用辊压机、立磨生产的水泥,包括终粉磨、半终粉磨、联合粉磨,由于水泥颗粒分布范围较窄,以及颗粒形状球形度较低,水泥需水量相对较大。


目前大多数水泥企业的水泥粉磨,采用了“辊压机+球磨机”的双闭路联合粉磨系统。