水泥細度指標及其粉磨控制

  摘要：混凝土凝結(jié)時間異常，混凝土容易出現(xiàn)裂縫等，但水泥檢測結(jié)果卻是符合國家標準，究其原因，都是水泥粉磨細度指標控制不合理所致。本文就水泥粉磨過程中的細度指標及其合理控制問題作一分析探討。

  0  前 言

  隨著我國水泥工業(yè)的持續(xù)、快速發(fā)展，水泥質(zhì)量也得到了較大的提高，但同時市場競爭也變得日益激烈。水泥企業(yè)為在市場競爭中獲勝，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，如細度指標控制合適，既能提高水泥強度，又能滿足水泥使用性能。近些年來，相關(guān)水泥企業(yè)及質(zhì)量行政管理部門常收到水泥用戶的各類問題投訴。如：混凝土凝結(jié)時間異常，混凝土容易出現(xiàn)裂縫等，但水泥檢測結(jié)果卻是符合國家標準(這種情況在大型回轉(zhuǎn)窯企業(yè)也有發(fā)生)。究其原因，都是水泥粉磨細度指標控制不合理所致。本文就水泥粉磨過程中的細度指標及其合理控制問題作一分析探討。

  1  水泥粉磨的細度指標

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

  對水泥細度的表述概括起來主要有篩余、比表面積、顆粒級配三項，企業(yè)在生產(chǎn)中通常采用篩余或比表面積來進行水泥細度的測定和評判。實際應(yīng)用中發(fā)現(xiàn)，即使是篩余相同或比表面積相近，但由于顆粒粒級和形貌不同也會導(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)國家標準規(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中也將細度指標也由強制性指標改為推薦性指標(選擇性指標)。目前在水泥生產(chǎn)中水泥磨得很細，有的80um篩篩余小于l％，這樣篩余指標就不能全面反映水泥細度的真實性，據(jù)此也很難控制水泥強度。此種狀況下，用80um篩余控制水泥細度就失去了意義，因此大多數(shù)水泥企業(yè)采用45um方孔篩篩余作為水泥細度的控制指標。

  （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。比表面積所代表的細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度可能不高，而比表面積不很高的水泥，若水泥顆粒級配合理，其水泥強度可能會很高。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)此無法完全了解水泥顆粒級配情況，因此完全依據(jù)80um篩余或比表面積，來控制和判斷水泥性能是遠遠不夠完善的，甚至會出現(xiàn)較大的偏差。

  （3）顆粒級配。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。水泥的顆粒級配(也稱粒度分布)反映了各粒徑區(qū)間內(nèi)的顆粒質(zhì)量分數(shù)，是水泥顆粒大小的全面描述；顆粒級配對水泥性能(如強度、流動性、混合材的摻加比例等)有強烈影響。筆者所在實驗室于2003年購買了l臺LS—C(I)顆粒分布測定儀，就為當?shù)厮嗥髽I(yè)提供了水泥顆粒級配的檢測服務(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)此可進行粉磨工藝控制參數(shù)的調(diào)整，從而可使水泥顆粒級配更趨合理。

  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)，以優(yōu)化水泥的顆粒級配，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，相關(guān)企業(yè)在原有工藝條件下，通過適當調(diào)整水泥粉磨控制方法，以及依據(jù)顆粒級配檢測結(jié)果進行粉磨工藝參數(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，有的企業(yè)80um篩余控制在l％以下，顯然這種狀況下若以80um篩余作為粉磨過程例行控制的依據(jù)，那么幾乎無法對粉磨設(shè)備及其系統(tǒng)操作進行任何調(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。實踐表明，在粉磨設(shè)備及其運行參數(shù)沒有明顯改變時，45um篩余能夠很好地反映顆粒級配和水泥中有效顆粒的含量，而使用比表面積則可及時掌握與水泥需水性等密切相關(guān)的微細顆粒的含量。因此二者相結(jié)合進行粉磨工藝參數(shù)控制，將使水泥性能達到最優(yōu)化。若粉磨設(shè)備及其運轉(zhuǎn)參數(shù)發(fā)生明顯改變時，水泥的顆粒級配可能已有明顯變化，必須進行顆粒級配檢測并依據(jù)檢測結(jié)果進行調(diào)整。

  (2)依據(jù)顆粒級配檢測結(jié)果，進行粉磨工藝參數(shù)的合理控制和磨機研磨體級配合理調(diào)整，以優(yōu)化水泥顆粒級配，具體調(diào)控指標和操作如下。

  第一，采取調(diào)整磨機內(nèi)研磨體級配等措施，以盡量降低成品中1um以下的細顆粒含量。因小于1um的細顆粒在和水拌和過程中就會完全水化，引起水泥早期水化熱高且集中，對水泥強度沒有貢獻，反而會造成混凝土較大收縮而產(chǎn)生表面開裂。

  另若小于1um含量較高，說明系統(tǒng)存在過粉磨，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，對提高水泥l(xiāng)d和3d強度有利；但≤3um水泥顆粒過高，容易引起水泥(混凝土)需水量大，混凝土坍落度損失大。因此只要能夠滿足3d強度，≤3um的水泥顆粒應(yīng)控制在一定范圍。據(jù)統(tǒng)計，在我單位檢測的大部分企業(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的水泥石結(jié)構(gòu)，對水泥3d和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28d到3個月內(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，粗顆粒就會過多，水泥強度不高，并造成資源浪費。從檢測結(jié)果統(tǒng)計，大部分企業(yè)3—32um的顆粒質(zhì)量分數(shù)在50％。58％，只有個別企業(yè)高達68％。造成3～32um顆粒含量偏低的主要原因，是磨內(nèi)各倉配球和填充率不合理造成，生產(chǎn)中應(yīng)進行相應(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)與熟料分開粉磨。因為共同粉磨時，水泥的比表面積為350m²／kg時，礦渣的比表面積只有230～280 m²／kg。因此，礦渣烘干后單獨粉磨至比表面積450m²／kg左右，在水泥磨尾經(jīng)計量后摻人出磨水泥并混合均勻，可優(yōu)化水泥的顆粒級配。同時，對礦渣進行高細粉磨，擴大了其水化反應(yīng)時的表面積，可以較大幅度地提高它們的水化速度，使它們能在較短時間內(nèi)產(chǎn)生較高的強度。

  3 結(jié) 語

  (1)在粉磨設(shè)備及其運行參數(shù)沒有明顯改變時，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配。但工藝控制指標在目標值范圍內(nèi)，水泥強度卻下降時，則應(yīng)進行水泥顆粒級配檢測和調(diào)整。

  (2)在粉磨設(shè)備及其運轉(zhuǎn)參數(shù)明顯改變時，應(yīng)進行顆粒級配檢測，通過調(diào)整生產(chǎn)控制工藝參數(shù)、磨機研磨體級配等，優(yōu)化水泥的顆粒級配。

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