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我国大型水泥企业水泥粒径分布检测与分析

类别:技术|水泥技术   日期:2011-11-22        点击率:112620        

 

龙世宗1,2,刘延生2,张福根3
(1.武汉理工大学,湖北 武汉 430070;2.襄樊安格尔建材科技有限公司,湖北 襄樊 441000;
3.珠海欧美克仪器有限公司,广东 珠海  519085)

中图分类号:TQ172.12  文献标识码:B  文章编号:1002-9877(2010)10-0020-05

0 引言
  笔者于2009年8月18日~9月19日,走访了北京琉璃河、芜湖海螺、英德海螺、卫辉天瑞、徐州中联、青州中联、英德台泥、湖北亚东、唐山冀东、济南山水、武穴华新、河南同力、吉林亚泰、广东塔牌、福建水泥、广州越堡、荆门葛洲坝、浙江长兴、兰溪红狮和鼎鑫水泥20家大型水泥集团水泥厂;于2009年11月27日~2010年1月25日,走访了武汉亚东、英德台泥、香港青州、海南国投、江西万年青、广西鱼峰、贵州兴义泰安、红塔滇西、大理三德水泥、重庆拉法基和四川亚东等20多家水泥厂。采用专门装配的一台车载水泥粒径分析仪,对这些企业的水泥进行现场检测,所取得的数据代表了我国新型干法水泥粒径分布状况。这些检测结果我们都在第一时间与各企业进行了分析与交流。
  水泥的粒径组成、分布对水泥物理力学性能、混凝土施工性能以及耐久性能都有重要影响。水泥粒径分析数据还可以给我们提供生产控制工艺参数、磨机研磨体级配是否合理等信息,提供调整依据。合理的水泥粒径分布一直是水泥科学和生产工艺技术人员探求的课题。
  近几年来,由于ISO标准的实施和新型干法水泥技术的快速发展,我国大型水泥的粒径分布发生了巨大变化,因此这次全国大范围的水泥粒径分布检测活动具有重要意义。
1 水泥颗粒粒径分布检测结果
  检测仪器:LS-C(Ⅱ) 干法颗粒分析仪。
  为保证各样品间有较好的可比性,我们在这里仅列出了P·O42.5(含R型)等级水泥的数据。磨制这些水泥的磨机包括Φ3.0m~Φ5.5m管磨,以Φ4.2m磨机最多,还有2台立磨;多数磨前配有辊压机、闭路。表1是所有水泥样的粒径测试结果。
2 水泥粒径分布统计与分析
  对表1中数据进行统计分析的结果见表2。
  1)从上述统计可以看到,所检测的水泥样品中,≤3μm的颗粒含量≥13%的高达78.1%,含量≥15%的32.9%,而<13%含量的只有21.9%。检测结果表明,我国大型企业水泥≤3μm的颗粒含量总体偏高,水泥细度偏细。
  大家都知道,≤3μm的水泥颗粒数量对水泥磨机产量,对水泥物理力学性能、施工性能、与混凝土外加剂适应性,甚至对混凝土结构和耐久性能都有重要影响。≤3μm的颗粒属水泥的过细颗粒,过细颗粒比表面积大,表面能高,如果含量过高容易造成黏球、黏衬板和团聚等,形成粉磨阻力,导致磨机产量下降、电耗增加和磨内温度升高等。≤3μm的水泥颗粒中除了少量易磨的混合材外,主要是被破碎的C3S和C3A晶体,水化快,基本上1d内水化完,对提高水泥1d和3d强度有利;但容易引起水泥(混凝土)需水量大,混凝土坍落度经时损失大;同时早期水化热高且集中,容易引起混凝土塑性开裂,形成的水泥石结构不密实而影响混凝土耐久性能。为了避免这些不利的情况发生,许多人提出≤3μm的水泥颗粒含量应≤10%。考虑到水泥颗粒形状的不规则性、检测仪器的检测误差以及混合材掺量、易磨性的差异等,我们认为P·O42.5水泥中≤3μm的颗粒控制范围在8%~13%为宜。如果水泥中易磨性材料多,可以用上限控制;反之则用下限控制。
  据我们了解,水泥细度偏细控制的原因主要是追求水泥1d和3d强度。所检测水泥许多1d抗压强度≥15MPa,3d抗压强度28~30MPa,远远高于我国P·O42.5R型3d抗压强度21MPa的指标。1d和3d强度高,混凝土拆模快,还可少用一点水泥,可是失去的可能是建筑物寿命减少10年,甚至更多,是得不偿失的。
  2)从检测的水泥样品看,78.6%的水泥3~32μm的颗粒含量在60%以上,38.6%的水泥3~32μm的颗粒含量在70%以上。
  水泥中3~32μm颗粒是水泥颗粒最重要的部分。这些水泥颗粒水化速度适中,有利于形成密实的水泥石结构,对水泥3d、28d强度贡献大,对混凝土施工性能负面影响小,又能保证水泥在28d到3个月内充分水化,使熟料的作用充分发挥。
  我们认为,3~32μm的颗粒含量控制在65%~75%是比较合理的。这一范围颗粒含量太少(如      ≤60%),粗颗粒就会太多,水泥强度会下降,粗颗粒熟料内核长时间都不水化,造成资源浪费;但这一区间的颗粒含量也不能太高(如≥75%),它会使水泥细度整体过细,颗粒分布过窄,水泥混凝土施工性能(需水量、流动性、混凝土与外加剂相容性和坍落度经时损失等)劣化,水泥粉磨能耗增加。
  3)所检测的水泥中有24.7%的样品D90≤35μm,有15.1%的样品D90≥50μm。D90≤35μm,则表明水泥过细;D90≥50μm,表明水泥颗粒偏粗。
  4)n值大小一般反映颗粒分布状况,n值大,分布窄,反之则宽。但在这次检测结果中,n值与颗粒分布宽窄的关系并不好。n≤1的几个样品≤3μm的颗粒含量都高,而3~32μm的颗粒含量偏低,但颗粒分布并不宽。例如6号样n=0.93,≤3μm的颗粒含量19.64%,≥65μm的颗粒含量只有0.76%,颗粒分布并不宽!相反有的样品(例如2、3和7号样)n   ≥1.2,但这些样品≤3μm的颗粒含量≤12%,32~65μm颗粒含量13%~18%,颗粒分布也不窄。
  检测结果中,n值与3~32μm的颗粒含量相关性很好,3~32μm的颗粒含量高,n值也高,反之则低。
  5)我们在这里特别计算了每个样品的D(4,3)与D50的差值Δ。发现两者差值Δ越大,颗粒分布越宽,反之则窄。Δ值大小与粒径分布状况有很好的相关性。其相关性比n值好。所测样品52.1%的Δ值在3~4.5μm,这些样品的粒径分布比较合理。有7.1%样品的Δ≤2μm,这些样品粒径分布过窄,对应的x''''≤13μm,这样的粒径分布将影响水泥混凝土施工性能。19.7%的样品Δ≥4.5μm,这些水泥粒径分布过宽,≤3μm颗粒和D90都偏高,细颗粒和粗颗粒对水泥性能的不利影响都存在。
  6)32~65μm是水泥中较粗的颗粒,从统计结果看,这一区间颗粒含量在10%~20%之间是适宜的。51.5%的检测样品都在这一范围。这一区间的颗粒含量如果太少(<10%),样品Δ值也小,水泥过细,颗粒分布窄。而这一区间颗粒含量>20%,水泥偏粗,Δ值则偏大,颗粒分布过宽。
  7)所检测的水泥中有2个是立磨样品,这2个水泥样粒径分布较好,Δ值为3.79μm和2.89μm,D90为43.67μm和43.39μm,≤3μm的颗粒含量为10.75%和13.34%,过粉磨现象不严重。只是3~32μm含量稍偏低,均<65%,32~65μm含量则稍偏高,均 >23%。
  8)粒径分布与粉磨工艺关系:检测的开路磨的水泥粒径分布都比较合适,没有过窄和过宽的问题。粒径分布宽窄与磨前有无辊压机无对应关系,≤3μm的颗粒的多少与有无辊压机、开闭路工艺也没有对应关系。粒径分布不合理主要与控制有关,即通过生产控制是可以调整好的。
  9)粒径分布过窄(Δ≤2μm)的样品,水泥过细, ≤32μm的颗粒含量>92%,32~65μm含量<10%,主要是生产控制追求过高的1d和3d强度造成的。粒径分布过宽(Δ≥5μm)的样品,≤3μm的颗粒并不少(≥14.5%),但3~32μm颗粒含量偏低(大多≤56%)。粒径分布过宽与磨内各仓配球不合理关系很大。如磨制22号样品的粉磨系统,磨前有辊压机,入磨粒径≤1mm,二仓配段,研磨能力好;一仓平均球径46mm,明显偏高。后将一仓球径降低后磨机产量提高,3~32μm颗粒含量也提高,粒径分布趋于合理,水泥性能得到提高。
3 结论
  1)我国大型企业水泥颗粒偏细,≤3μm的颗粒含量≥13%的水泥高达78.1%,≥15%含量的占32.9%,而<13%含量的只有21.9%。将近48%的水泥3~32μm的颗粒含量在65%~75%之间,是比较合理的;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)与D50的差值Δ来判断水泥粒径的分布状况。Δ值越大,颗粒分布越宽,反之则窄,Δ值大小与粒径分布状况有很好的相关性。所测样品52.1%的Δ值在3~4.5μm,比较合理;有7.1%样品的Δ≤2μm,这些样品粒径分布过窄;19.7%的样品Δ≥4.5μm,这些水泥粒径分布过宽。
  粒径分布过窄(Δ≤2μm)的样品,水泥都过细, ≤32μm的颗粒>90%,32~65μm含量<10%,这样的粒径分布往往是追求过高的1d和3d强度造成的。粒径分布过宽(Δ≥4.5μm)的样品,≤3μm的颗粒并不少,但3~32μm颗粒含量偏低。这些情况往往是磨内各仓配球和填充率不合理造成的。
  3)检测的立磨和开路磨的水泥粒径分布都比较合适,没有过窄和过宽的问题。粒径分布宽窄与磨前有无辊压机无对应关系,≤3μm的颗粒的多少与有无辊压机、开闭路工艺也没有对应关系。粒径分布不合理主要与控制有关,通过生产控制可以调整好。
  4)究竟什么样的水泥粒径分布是最佳分布?可能没有统一、标准的答案。每个企业的工艺条件、水泥组成材料的性能(水化活性和易磨性等)、品种和配比等都不一样,因此每个企业的最佳颗粒组成需要根据自己的具体情况,根据水泥及混凝土性能的要求来做出决定。但以上通过统计结果给出的一些建议,对每个企业都是有参考价值的。用检测水泥粒径分布来指导水泥生产比用细度和比表面积更科学、有效。
(编辑 王新频)

 



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