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1、不同粉磨系统对水泥及混凝土性能的影响一、前言1课题内容水泥性能包括强度、标稠、外加剂相容性等指标，影响水泥性能主要因素 包括（1）熟料的矿物组成；（2）矿物的生长条件（烧成条件）；（3）水泥的颗粒组成 （粉磨系统）；（4 ）混合材的品种与掺量。我们判断粉磨系统的优劣或者水泥颗粒组成的优劣的前提，是以水泥及混 凝土性能（工作性能，力学性能，耐久性）为核心，探讨水泥颗粒组成的影响， 及其与粉磨系统的关系。水泥的终端产品是混凝土，我们是以混凝土的性能来判断粉磨系统优劣。 但是因为两个产业间跨度大，混凝土产业的从业者不一定懂得水泥生产工艺， 生产水泥的企业家不一定懂混凝土企业的需求。我们需要通过了解混
2、凝土一这 个终端产品的性能，最终了解水泥的生产目标、探讨水泥颗粒组成对于粉磨系 统的要求。2、关于水泥颗粒组成的基本认识3um3101032332 32 HL 11.1424.2342.8067.0321.84 F22.5013.9221.5735.4942.02 a）从最紧密堆积（构件结构致密性）角度出发，最 佳颗粒组成符合Fuller曲线；材料质量好是指材料的致密度好，粘结性要好。如何达到材料的致密呢?首 先我们就要考虑材料的堆积密度，只有堆积紧密了，再通过颗粒的粘结性能， 材料的泌水性能就要好。粉状颗粒如何才能堆积紧密呢?行业内通常我们都以 Fuller曲线作为其中的一个标准。当然，Fu
3、ller曲线以不水化的颗粒为样本，水泥是边搅拌边水化，因此水 泥的颗粒大小是随着时间在变化的，所以研究水泥是非常困难的。从图中可以 看出，332um区间的颗粒组成可以达到最紧密堆积。b）根据S.Tsivills的研究结果，从水泥28d胶砂强度出发，332um含量 越多越好（65%）即S.T级配最有利于熟料强度的发挥；大多数的研究表明，332um水泥颗粒组成对强度的贡献是最大的。C）从系统效率出发（产量高，电耗低，投资少，维护方便）。这也是我们考 虑粉磨系统很重要的因素。理想状态：上述三方面均可最大限度地得到满足。但事实上因这些因素均 存在着关联，不可能完全统一，取决于我们在建造粉磨系统时侧重考
4、虑哪个因 素或如何更合理地处理好这三者的关系。二、粉磨系统对水泥颗粒组成、部分性能及能耗的影响表2.不同大型粉磨系统磨制的P042.5R水泥的检测结果，比表面积360 10m2/kg粉磨系统颗粒组成um（%）n值标稠（%）电耗（度/吨）出磨水泥温度。C评价33323245 45开路磨/康比丹磨1561.8810.0113.110.9324.2038很高，（磨内喷水120C） 与Fuller级配最接近，砼性能优越辊压机+开路磨 13.8462.0412.6112.511.0324.8032 高（130C）配制混凝土 性能较好辊压机+开路磨+助磨剂 1362.3212.1312.551.0725.
5、0030 高（120130C）辊压机+闭路磨（人为降低选粉效率后）13.3262.6411.1312.911.025.00303290100C辊压机 + 闭路磨（高效选粉）11.1467.0311.909.931.1727.20283090100C 配制混凝土性能较差立磨26.530242890100C电耗低，配制砼性能差Fuller 级配 22.5035.4942.010.62注：颗粒分布数据为马尔文激光粒度检测仪所测得由表中可以看出，效率是从上往下逐渐提高的，随着粉磨效率的提高，可 以看到，3um的水泥颗粒在逐渐减少，离Fuller曲线中，最紧密堆积区间越来 越远；3um-32um区间内逐
6、渐增多，也就是说强度性能越来越好，但紧密堆积性 能是越来越差；标准稠度越来越大，均匀性系数也在不断提高，也就是说颗粒 度越来越集中，比表面积越高，3um-32um的颗粒就越多。反之，亦然。由于效 率的提高，电耗在降低，水泥出磨温度也由上往下降低。由此可见，由上往下变化，效率越高，节能减排的效果越好，但是离混凝 土最紧密堆积是越来越远。简单的来说，当粉磨系统效率越高时，磨出的水泥往往是里需求标准越来 越远的产品，使用起来越来越不好用的水泥，做出来的混凝土是越来越差，当 然也可以有其他的办法进行改善。由数据可见：a）随系统效率提高（电耗低，产量高）一3um以下颗粒减少一n值增大（颗粒 集中）f堆积
7、密度下降f标稠增大。也就是说颗粒越均匀，颗粒之间的空隙就越多，堆积的密度就越小，意味 着达到一定流动度时，需水量就越大。因此，用助磨剂、选粉机或者立磨，随 着系统效率越高，均匀性系数越来越大，水泥颗粒间的孔隙率也越来越大。需 水量越大的水泥一般就是比较难用的水泥。b) 胶砂强度与比表面积、颗粒组成及n的关系(S.T级配)S.T.sivills对某II型水泥的研究表明：胶砂28d强度与颗粒组成及n值 关系为：Sb=450m2/kg 时，S28=0.219(%3-32um)+40.17, S28=22.22n+33.54 Sb=400m2/kg 时，S28=0.145(%3-32um)+41.70
8、, S28=15.75n+36.37 Sb=350m2/kg 时，S28=0.128(%3-32um)+40.60, S28=12.25n+37.40 Sb=300m2/kg 时，S28=0.133(%3-32um)+38.32，S28=11.23n+35.62当比表面积360m2/kg以上时，n值增大，332um含量增多，28d胶砂强度 越高；比表面积300m2/kg以下时，n越大，332um含量减少，28d胶砂强度降 低。一这里描述的主要是熟料颗粒，若掺混合材较多，易磨性差异较大时，该 规律会变化。Sb(m2/kg)强度系数与(3-32um)含量关系强度系数与n关系4500.21922.2
9、2 4000.14515.75 3500.12812.25 3000.13311.23上述结果的原因如下：(1) C3A、石膏与混合材易磨性较好，在32um的细颗粒中含量较多；增加比表面积可增加C3S、C2S在332um颗粒中的含量，故提高比表面积, 强度系数增大。需注意：混合材易磨性好，掺量多时，要发挥熟料的作用，比表面积要合 理控高些；注：比表面积过大，水泥需水量大。c) 开路系统的技术进步足以显著改变水泥的颗粒组成传统开路磨辊压机+开路磨内技术改造辊压机+开路磨+助磨剂评价电耗(度/吨水泥)383230电耗接近闭路磨n 值 0.900.930.920.960.991.05不断提高，接近闭
10、路磨标稠（%）24.525.0 25.5性能变差332um含量（%）58626064 64与闭路磨接近若助磨剂掺量增大，上述指标还可向闭路系统接近。总体感受在开路系统 更易控制较理想的颗粒组成。总的来说，目前国内的开流磨经过辊压机、助磨剂的使用，所磨的水泥颗 粒组成和能耗可以逐渐接近闭路磨。用开流磨抹水泥选择性更大，可以磨出颗 粒比较分散的水泥，也可以通过调整效率，磨出颗粒比较集中的水泥，加入助 磨剂之后，效率提高效率更好。劣势：出磨水泥温度比较高，虽然利用磨内洒水可以适当降温，但喷雾效 果与喷水量较难控制，储存时间较长时易引起水泥强度倒缩与结库现象。d）混合材对水泥颗粒组成的影响易磨性较好且
11、自身需水量较低的混合材（如石灰石）有利于增加5um以下的 细颗粒，对降低水泥标准稠度有利此时水泥比表面积需稍控高一些，否则熟料 不易磨细，引起强度下降。（因为不同水泥颗粒组成之间的差异主要在于10M 以下的颗粒，10卩以下的颗粒比较少，堆积起来的孔隙率就比较大。）易磨性较差的混合材（比熟料易磨性还差，如矿渣、铁渣等），有利于增加 32um中熟料的含量，即熟料颗粒更接近S.T级配，对提高水泥胶砂强度有帮助, 但由于颗粒组成与Fuller级配差异增大，对标准稠度改善不大。因此，混合材的选择既要考虑就地取材，也要考虑其对水泥颗粒组成，生 产能耗，及水泥使用性能的影响。e）混凝土中微细集料的作用及要求
12、无论采用哪种粉磨系统磨制水泥，其颗粒组成均与混凝土要求最紧密堆积 的颗粒组成（Fuller级配）相差甚远。以接近Fuller级配要求，即从细颗粒的 致密性作用角度出发：开流磨辊压机+开流磨闭路磨辊压机+闭路磨因此往往开流磨的水泥老百姓最欢迎，立磨的水泥最不受欢迎，主要原因 是产品间，水泥颗粒组成和材料的紧密堆积性能的差距。使用助磨剂虽可以起到提产、节能的效果，但助磨剂的过量加入会使水泥 颗粒更加集中，n值增大，堆积孔隙率增大，对混凝土结构不利。因为助磨剂的原理就是取消过粉碎，从混凝土的角度、从Fuller曲线分布 来说，我们很需要过粉碎，但是从节能减排的角度来说，我们不需要过粉碎。 所以这是一
13、对矛盾。由于无论怎么做出来的水泥都没有办法满足混凝土的要求，所以在配置混 凝土时，就需要加入掺合料，专门为补偿水泥颗粒组成的不足而发明的。在混凝土中需要使用微细集料，其原理之一就是增加粉料中10um以下的 颗粒，使粉料级配更接近Fuller级配，从而达到减水、致密化的目的一微细 集料效应。微细集料：颗粒组成一要求10um以下的颗粒（尤其是3um以下的颗粒）要比 水泥多23倍以上（3um以下颗粒希望达到3040%以上）；作用一填充水泥颗粒间的空隙，降低孔隙率，提高混凝土的密实性。理想的状态是在磨水泥的时候，最大限度地将熟料的强度发挥出来，那么 他的颗粒组成在配置混凝土的时候，他的颗粒分布的不理想
14、是通过掺合料来改 善。或者专门生产掺合料，专门来补足水泥颗粒差异。这里也说明一个道理：无论水泥颗粒组成如何，只要有相应的掺合料及其 配套技术，均可改善水泥的颗粒组成，配制出好的混凝土。这就是分别粉磨和 掺合料校正工艺的基本原理。目前中国混凝土行业尚未到此阶段！尚依赖于水 泥的原有级配。在目前我们国家，混凝土的配置过程中，我们认识到水泥颗粒组成的差异, 我们知道可以通过掺合料来弥补，但是我们找不到理想的掺合料。我们用粉煤 灰，在商品混凝土产业比较发达的地区，已经成为了稀缺资源，优质粉煤灰已 经找不到。颗粒很粗、含碳量很高的粉煤灰，作用适得其反。目前还没有人专门生产掺合料，如果大家都能意识到这种差
15、异，专门生产 优质掺合料，我觉得这是一个很大的商机。目前我们国家掺合料的资源很少，也没有制造工艺，混凝土的主要性能还 是依赖于水泥的颗粒组成。所以水泥颗粒组成的不理想，直接影响到混凝土的 性能，所以我们感受到水泥粉磨系统效率越高，磨出来的水泥越不好用。我们在拼命做水泥粉磨系统的节能减排工作，实际上是在把我国混凝土产 业越高越差。三、颗粒组成对水泥与减水剂相容性的影响1. 对相容性的影响a）对饱和点的影响一影响成本b）对流出时间的影响一c）对经时损失的影响比表面积样品N值饱和点流出时间320m2/kg1#0.8130.722.09 2#0.8300.728.98 3#1.0351.126.61 380m2/kg4#0.9341.222.63 5#0.9601.241.23 6#1.1111.447.67（1）分别对比1#-3#，4#-6#，随n值增大，饱和点掺量增大，饱和点Marsh 时间延长；(2) 对比1#与4#,比表面积增大，饱和点掺量增大(开路)。(3) 对比3#与6#,比表面积增大，饱和点掺量增大，Marsh时间变化明显 (闭路)。由此可见：水泥颗粒集中，n值增大，比表面积增大，对水泥与减水剂相 容性的不利影响十分显著，这将直接影响水泥的使用价值及高标号混凝土的配 制。比表面积越大，外加剂的适应性、相容性也越差。颗粒越集中，外加剂的 适应性越大
