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吴笑梅: 水泥粉磨如何满足提高熟料利用率及改善 水泥与外加剂相容性的需要

2019/09/20 中国水泥网信息中心

华南理工大学材料学院副教授吴笑梅在会议上作《水泥粉磨如何满足提高熟料利用率及改善水泥与外加剂相容性的需要》主题报告。......

  8月15日,由中国水泥网主办的“2019中国水泥智能化高峰论坛暨第十一届国际粉磨峰会”在南京隆重召开。会议以“数字生产智慧工厂”为主题,吸引到水泥企业、技术专家、科研单位等600余人共聚一堂,全面梳理当前水泥工业技术成就,深入探讨水泥生产系统智能化未来。

  华南理工大学材料学院副教授吴笑梅在会议上作《水泥粉磨如何满足提高熟料利用率及改善水泥与外加剂相容性的需要》主题报告。

  报告中吴笑梅提出了水泥行业节能减排怎么实现和水泥粉磨如何满足提高熟料利用率及改善水泥与外加剂相容性的需要。

  一、水泥行业节能减排怎么实现?

  一方面降煤耗;降电耗;使用替代原燃材料;脱硫技术,低氮燃烧技术,二氧化碳捕集技术;同等力学性能前提下,降低熟料的用量。

  另一方面,水泥品质满足下游行业的性能需求。比如满足建筑业节能减排的需要;提高建筑物,基础建设的耐久寿命!——最大的节能减排;提高水泥基材料的建筑施工性能!——水泥基材料其他性能的基础和保障!

  二、水泥粉磨如何满足提高熟料利用率及改善水泥与外加剂相容性的需要?

  粉磨系统关系到水泥颗粒的组成,水泥及混凝土性能,混合材掺量以及粉磨电耗。因此,我们需要关注粉磨系统的参数怎么设置才是最有效的。

  利用熟料参与水化的能力来提供水泥的力学性能,来产生强度性能。水泥的强度等级是以28天的强度来划分。

  S.T.sivills对某II型水泥(混合材掺量较少的水泥)的研究表明:胶砂28d强度与颗粒组成及n值关系为:

  上述结果的原因:

  (1)水泥的水化速度与水化程度与颗粒大小有关;3um以下颗粒水化速度快,但需水量极大;大于60um的颗粒水化缓慢。

  (2) C3A、石膏与C3S易磨性较好,在<32um的细颗粒中含量较多;

  (3) 增加比表面积可增加C3S、在3~32um颗粒中的含量,故提高比表面积,强度系数增大。

  从提高熟料利用率的角度:

  (1)提高熟料颗粒的集中度,提高3-32um颗粒含量——高效选粉设备,助磨剂技术

  (2)提高水泥比表面积有利于28天胶砂强度的提高。

  负面作用:易带来水泥标准稠度大,外加剂相容性差的负面作用

  1.1通过粉磨方式和助磨剂可以改变水泥颗粒分布

  1.1.1吴笑梅在报告中指出,通过大量调查,获取不同水泥厂的粉磨方式所生产的P.O42.5水泥的调查得知,大部分水泥厂所生产的p.o42.5比表面积都在360左右,检测它们颗粒分布的情况,计算他的均匀性系数。

  按S28=12.25n+37.40计算,第一行与第三行强度相差2.94Mpa按S28=15.75n+36.37计算,两者强度相差3.78MPa.

  由此可见,通过粉磨工业改变颗粒的集中度变化,相差3-4Mpa是王权可能的。

  1.1.2通过助磨剂改变颗粒分布

  由上图可知,随着助磨剂掺量的增加均匀性系数逐渐增大。助磨效果非常强的助磨剂可以使均匀性系数从0.9到1.02。

  1.2改变熟料的水化速度

  助磨剂不仅可以改变水泥的颗粒,另一方面还可以改变水泥的水化速度;

  上图可以看出,不加助磨剂的水化速率在73%左右,最高的水化速率达87%左右。28天的水化速率和空白样的90天水化速率差不多。也就是说我们可以通过助磨剂大幅度的加快水泥的水化速率,使得28天的水化速率可以更快速的发挥出来。

  上图可看出,掺了不同助磨剂后,28天水化热也得到了大幅度的提高,这说明助磨剂的加入影响了水化速率。

  综上所述,我们需注意几点:

  1.提高熟料的有效颗粒含量

  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;(比表面积过大,水泥需水量大)

  2.分别粉磨时,需要将熟料磨细,增加熟料颗粒3-32um的含量;联合粉磨时,掺入一些比熟料易磨性差的混合材,有利于将熟料磨细至有效粒径范围。

  3.用有活性的辅助性胶凝材料(活性混合材)替代部分熟料。

  2.水泥粉磨如何满足改善水泥与外加剂相容性的需求

  a)从最紧密堆积(构件结构致密性)角度出发,颗粒组成靠拢Fuller曲线(<3um颗粒含量22.5%,n=0.62);

  b)从水泥与外加剂相容性的角度,在合适的比表面积条件下水泥的颗粒分布越窄(n越大),达到同等流动性能时所需的用水量或外加剂用量越大;

  水泥的颗粒分布会影响外加剂相容性,水泥的强度,胶砂干燥收缩,混凝土的耐磨性和碳化等等。

  2.1外加剂相容性的检测方法与评价指标:

  搅拌站及客户检测和评价方法分为两种:净浆流动度法和Marsh筒法

  a)净浆流动度法(W/C=0.29)

  评价指标:达到200±20mm时的掺量;

  净浆流动度经时损失:每批胶凝材料的稳定性

  b)Marsh筒法(W/C=0.35)

  评价指标:饱和点掺量及其对应的流出时间;

  流出时间经时损失:每批胶凝材料的稳定性

  2.2相容性对混凝土性能的影响:

  a)相容性好的水泥——混凝土成本低,性能好

  b)相容性差的水泥——混凝土成本高,泵送难度大,开裂风险大——保水性好的水泥,在配制混凝土时有利于减少内部的泌水腔和表面的泌水层,改善混凝土的界面结构与表面硬度,可提高混凝土的匀质性、强度及耐久性能 。

  2.3颗粒组成对水泥与外加剂相容性的影响

  a)对饱和点的影响——影响成本

  b)对流出时间的影响——

  c)对经时损失的影响

  上图可知(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。

  吴笑梅指出,综上所述,“提高熟料利率用率需要颗粒尽可能集中在3-32um;均匀性系数n值越大越好!”这一说法与“改善水泥与外加剂相容性需要水泥颗粒分散,在现有水泥粉磨设备条件下,均匀性系数n值越小越好!”产生了矛盾。

  3.如何化解该矛盾?

  3.1从颗粒组成的角度

  (1)分别粉磨,配制水泥

  <3um 需水量小的材料

  3-32um以熟料(高活性材料)为主

  32-45um以中低活性混合材为主

  45-80um以非活性混合材为主

  搭配后的42.5等级水泥比表面积360-400m2/kg,均匀性系数n<1.0;

  (2)联合粉磨

  ?粉磨物料易磨性的组合搭配(比熟料难磨的物料)

  ?42.5等级水泥比表面积360-400m2/kg,均匀性系数n<1.0;

  3.2从助磨剂技术的角度

  ——合理的助磨效果,强大的增强功能

  3.3从混合材选用角度

  ——考虑混合材的易磨性,需水性,活性

  石灰石>矿渣>粉煤灰>细磨粉煤灰

  自身需水量小,又有利于改善水泥颗粒分布的混合材对改善相容性有利,

  石灰石对早期强度有利,矿渣火山灰活性最强,对提高强度最有利。

  3.4从石膏选择的角度

  ——石膏对凝结时间,胶砂强度,外加剂相容性的综合影响

  (1)石膏品种与掺量对水泥凝结时间与抗压强度的影响

  (2)石膏品种与掺量对相容性的影响

(责任编辑:余婷)

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