水泥性能與粒度分布關係的數值窮析與應用 - 水泥技術--水泥行業...

2020-11-26 水泥人網

摘要:

定量分析了水泥物理性能與粒度分布的關係，旨在指導水泥粉磨過程的質量控制。根據試驗結果和實際生產經驗，提出水泥粉磨細度控制應該以控制粒度分布為最終目標。控制方法應能以足夠的準確度確定水泥的粒度分布。以45μm篩餘作為日常生產控制參數，同時定期檢驗30～35μm或55～60μm區間內某一個粒徑的篩餘，是值得推薦的水泥粉磨細度控制方法。介紹了水泥粒度分布的重要影響因素，包括選粉機選粉效率、助磨劑和分別粉磨等。

0  前言

水泥廠的工程實踐表明，通過優化水泥的粉磨工藝，改善粒度分布，可以顯著改善水泥性能。通過調整水泥粒度分布還可以滿足顧客對水泥性能的不同要求。近年對水泥、混凝土性能與水泥粒度分布的關係進行了廣泛研究,已經基本闡明從水泥性能角度提出的對水泥粒度分布的要求。國內一些水泥廠進行了改善水泥粒度分布的嘗試。本文在比表面積、均勻性係數和特徵粒徑中固定某一個參數，改變另外二個參數，探討了水泥強度、標準稠度用水量與粒度分布之間的定量關係。在水泥廠進行工業試驗，觀察凝結時間與均勻性係數的關係。在此基礎上，根據實際生產控制經驗，提出了水泥粉磨工藝細度、均勻性係數的控制方法。本文的細度一詞，使用了GB/T4131一1997《水泥的命名、定義和術語》中的定義，某一孔徑的篩餘、比表面積和粒度分布都作為細度的表示方法之一。

1 水泥粒度分布與物理性能的數值分析

1.1粒度分布特性對強度的影響

使用水泥廠正常生產的熟料在試驗室閉路磨機和間歇式磨機．製得一系列不同均勻性係數、特徵粒徑和比表面積的水泥，檢驗其強度、標準稠度用水量和凝結時間等物理性能，以觀察物理性能與粒度分布之間的關係。粒度分布特性對強度影響的定量關係見圖1～圖3。

(1)試驗中保持比表面積為220m2/kg不變時，水泥抗壓強度與均勻性係數、特徵粒徑與均勻性係數的關係見圖1。圖1顯示，在相同的比表面積下，3，7，28 d抗壓強度均與均勻性係數具有良好的正比線性關係。均勻性係數提高0.1時，3，7，28d抗壓強度分別提高1.6，3.6，4.8 MPa，其中28d抗壓強度對均勻性係數的變化更加敏感。在相同的比表面積下，隨均勻性係數增加，特徵粒徑以近於乘冪關係降低。特徵粒徑曲線表明，相同的比表面積的水泥，其粒度分布參數可以在一個非常大的範圍內變化。換言之，比表面積不是均勻性係數或特徵粒徑的單值函數。均勻性係數的提高意味著較粗和較細的顆粒都減少：特徵粒徑降低意味著顆粒平均粒徑降低，水化速率較慢的大顆粒減少；二者綜合效果是提高了水化速率和水化程度，從而提高了水泥強度。

(2)試驗中保持水泥的特徵粒徑為18μm不變時，水泥抗壓強度與均勻性係數、比表面積與均勻性係數的關係見圖2。圖2顯示，在相同的特徵粒徑下，3d抗壓強度與均勻性係數具有良好的反比線性關係。均勻性係數提高0.1時，3d抗壓強度降低2.4 MPa。7.28 d抗壓強度與均勻性係數相關性非常微弱。在相同的特徵粒徑下，隨均勻性係數增加，比表面積以近於乘冪關係降低。均勻性係數的提高意味著較粗和較細的顆粒都減少；比表面積降低意味著水化速率較快的細顆粒減少；二者綜合效果是降低了早期水化速率，導致早期強度明顯下降。

(3)試驗中保持水泥的均勻性係數為0.80時，水泥抗壓強度與特徵粒徑、比表面積與特徵粒徑的關係見圖3。圖3顯示，在相同的均勻性係數下，3，7，28 d抗壓強度均與特徵粒徑具有良好的反比線性關係。特徵粒徑提高1μm，3，7，28 d抗壓強度分別降低0.80，0．83，0.78MPa。在相同的均勻性係數下，隨特徵粒徑增加．比表面積以近於乘冪關係降低。特徵粒徑增加意味著顆粒普遍變粗，水化速率很慢的大顆粒增加；比表面積降低意味著水化速率較陝的細顆粒減少；綜合效果是降低了水化速率，導致強度下降。

與特徵粒徑比較，均勻性係數對強度具有更加顯著的影響。獲得提高均勻性係數0.1對應的3，7，28 d抗壓強度的增加值，如果依靠降低特徵粒徑，則特徵粒徑降低的數值分別是：2.0，4.3，6.2μm。特徵粒徑對於28 d抗壓強度更加敏感，為了獲得相同的28 d抗壓強度提高幅度，可以使均勻性係數降低0.1，或者使特徵粒徑降低6.2μm。在實際生產中後者的難度和付出的代價更高，前者則會帶來需水量增加的弊端。

1.2 粒度分布特性對標準稠度用水量影響的定量關係

保持相同比表面積為220m2/kg時，水泥標準稠度用水量與均勻性係數、特徵粒徑與均勻性係數的關係見圖4。圖4顯示，在相同的比表面積下，標準稠度需水量與均勻性係數具有良好的正比線性關係。均勻性係數提高0.1，標準稠度需水量提高0.77%。均勻性係數提高導致水泥顆粒的堆積密度降低，顆粒間的填充水增加；特徵粒徑降低意味著水化速率較快的小顆粒增加，初期水化程度增加，初期水化需要的水量增加。二者綜合效果是提高了水泥標準稠度用水量。

1.3粒度分布特徵對凝結時間影響的定量關係

在一臺閉路水泥磨進行了均勻性係數對凝結時間影響的試驗。調整粉磨工藝參數，保持水泥32μm篩餘沒有大幅度變化，改變水泥均勻性係數。水泥凝結時間與均勻性係數的關係見圖5。圖5表明，水泥的初凝時間、終凝時間均與均勻性係數具有良好的正比線性關係。均勻性係數增加0.1，水泥初凝時間延長0.22 h，終凝時間延長0.32 h。較小的均勻性係數意味著水泥的粒度分布較寬，粗顆粒和細顆粒均較多，其中<3μm的細熟料顆粒對水泥的凝結時間具有顯著影響。因此隨均勻性係數的增加，水泥凝結時間延長。

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