粉磨工艺对水泥品质与生产能耗的影响,吴笑梅，樊粤明 华南理工大学材料学院 2015.04.22 南京,一、主要内容,影响水泥品质（强度、标稠、外加剂相容性）的主要因素,（1）熟料的矿物组成（配方设计） （2）矿物的生长状况（烧成及冷却工艺） （3）水泥的颗粒组成（粉磨工艺系统） （4）混合材的品种与掺量 （5）石膏的品种与掺量 （6）其他（碱含量等）,水泥及 混凝土性能,水泥颗粒组成,粉 磨 系 统,粉磨电耗,混合材掺量,节能减排,a）从最紧密堆积（构件结构致密性）角度出发，颗粒组成靠拢曲线（65）即级配最有利于熟料强度的发挥；混合材掺量大 C）从系统效率出发，产量高，电耗低，投资少，维护方便。（立磨系统）,二、 从三种理念出发设计的粉磨系统,理想状态：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虑哪个 因素或如何更合理地处理好这三者的关系。,三、水泥颗粒组成、部分性能及能耗的关系,表1.不同大型粉磨系统磨制的42.5R水泥的检测结果，比表面积36010m2,注：颗粒分布数据为马尔文激光粒度检测仪所测得,1.粉磨系统的影响,表1中各样品的曲线,辊压机闭路（高效）,开路磨,n - n,R（x）粒径x的筛余量，% x粒径，m； x当量粒径或特征粒径，m; n曲线斜率或均匀性系数.,由表1数据可见：随系统效率提高（电耗低，产量高） 3以下颗粒减少 n值增大（颗粒集中） 堆积密度下降 标稠增大,堆积密度与n值的关系,斜率较大,2.颗粒组成对水泥胶砂强度的影响,450m2时 S28=0.219(%3-32m) +40.17 S28=22.2233.54,400m2时 S28=0.145(%3-32m) +41.70 S28=15.7536.37,350m2时 S28=0.128(%3-32m) +40.60 S28=12.2537.40,300m2时 S28=0.133(%3-32m) +38.32 S28=11.2335.62,对某型水泥的研究表明：胶砂28d强度与颗粒组成及n值关系为：,上述结果的原因如下： （1） C3A、石膏与混合材易磨性较好，在32的细颗粒中含量较多； 增加比表面积可增加C3S、C2S在332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。,当比表面积360m2以上时，n值增大， 332含量增多，28d胶砂强度越高；比表面积300m2以下时，n越大，332含量减少，28d胶砂强度降低 。 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。,c）粉磨系统的技术进步可以显著改变水泥的颗粒组成 粉磨效率越高，往往颗粒分布越集中。,对于辊压机+闭路磨系统，立磨系统，在其设备相应许可范围内，也可通过调整 改变水泥颗粒分布，但随之会带来粉磨效率的变化。,若助磨剂掺量增大或助磨效果增强，上述指标还可向闭路系统接近。,辊压机与球磨机功率比越高，系统节电效果越显著；在辊压机处理能力较大时，通过调整辊压机的操作也可以调整水泥的颗粒分布（高压低循环n下降；低压大循环n上升）。,d）混合材对水泥颗粒组成的影响 易磨性较好且自身需水量较低的混合材（如石灰石） 有利于增加5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。 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32中熟料的含量，即熟料颗粒更 接近级配，对提高水泥胶砂强度有帮助，但由于颗粒组 成与级配差异增大，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）混凝土中矿物掺合料（辅助性胶凝材料）的作用及要求 无论采用哪种粉磨系统磨制水泥，其颗粒组成均与理论上最紧密堆 积的颗粒组成（级配）相差甚远。以接近级配要求，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 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。 在混凝土中需要使用矿物掺合料，其原理之一就是增加粉料中10以下的颗粒，使粉料级配更接近级配，从而达到减水、致密化的目的“微细集料效应”。 微细集料：颗粒组成要求10以下的颗粒（尤其是3以下的颗 粒）要比水泥多23倍以上（3以下颗粒希望达到3040以上）； 作用填充水泥颗粒间的空隙，降低孔隙率，提高混凝土的密实性。,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。,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）对饱和点的影响影响成本 b）对流出时间的影响 c）对经时损失的影响,（1）分别对比13，46，随n值增大，饱和点掺量增大，饱和点时间延长； （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，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。,1,1*,3,3*,10,12,10*,12*,粗掺合料：堆积空隙率增大，饱和点掺 量增大，饱和点时间延长,细掺合料：堆积空隙率减小，饱和点掺 量下降，饱和点时间缩短,2、掺合料的校正作用,四、水泥颗粒组成对混凝土性能的影响,1、颗粒组成对混凝土强度的影响 a）对水泥胶砂强度的影响固定水灰比法,b）对混凝土强度的影响固定工作性能,鲍罗米公式： A （B） 水泥实际强度（）； 灰水比； A、B与骨料性能、砂率等因素有关的常数 试配强度（） 当C（CF）时， R(),为达到同一和易性，n值越大， (1)减水剂掺量越大，成本增大; (2)增大用水量，水灰比增大， 混凝土强度下降。即由于砼强度 是在同一工作性能条件下检测的， 它可充分发挥开路系统磨制颗粒组 成的优势，足以抵消其胶砂强度 稍低的劣势,即使在水灰比相同的情况下，仍有细颗粒对混凝土中界面（过渡区）填隙作用的差异。,颗粒组成对混凝土强度的影响,*水泥的胶砂强度高，若配制混凝土时胶凝材料的颗粒分布不合理，在混凝土中并不能在同等配制成本条件下发挥其胶凝性好的优势。水泥生产企业在粉磨水泥过程中应该重视水泥颗粒分布的影响。,2、颗粒组成对混凝土耐磨性的影响,a）对胶砂耐磨性的影响,注：颗粒分布数据为沉降天平法测得。,由此可见：水灰比越低，水泥颗粒继配对耐磨性的影响越大。,原因：1小孔多，大孔少，20以上的孔影响较大；即使2的水化率较高也弥补不了孔隙率大的缺陷,b）对混凝土耐磨性的影响,混凝土中水泥砂浆的耐磨度,分析：从结果看出的碳化曲线大致上在碳化曲线下方，因此可以认为颗粒分布较宽的水泥配制的混凝土抗碳化性能好于颗粒分布较窄的水泥配制的混凝土。,3、颗粒组成对混凝土抗碳化性能的影响,闭路磨,开路磨,n值越大， 干缩率越大,比表面积增大， 干缩率增大。,由此可见： n值对干缩性能 的影响比比 表面积的大,4、颗粒组成对混凝土干缩性能的影响,a）对胶砂干缩的影响,b）对混凝土保水性的影响 同等比表面积条件下，颗粒集中，n值大，保水性差，易造成混凝土表面的水灰比增大，沉降收缩与干燥收缩增大，开裂几率增多。,（1）品质优良（标准稠度低、外加剂相容性好、远龄期强度高、有利于提高混凝土的耐久性能；标准稠度25.0%，外加剂饱和点1.4%，3d抗压强度29， 28d抗压强度50的优质42.5R水泥）建筑节能减排的需要； （2）颗粒分布：比表面积360-380m2 0.045筛细度1014% 均匀性系数n1,五、水泥粉磨系统产品与消耗管理目标 实现最大的节能减排,1、产品目标,2、管理目标：生产过程的低能耗熟料用量少，粉磨电耗较低。在粉磨系统实现42.5等级的优质水泥粉磨电耗达32度/吨以下，熟料用量8085。 功率管理（辊压机功率，球磨机功率-料球比） 球磨机仓长管理（粗磨仓、细磨仓） 球段级配管理（根据各仓物料细度） 温度与水分管理,3、掺合料研制的目标,使水泥行业减少颗粒要求的约束。,效率管理,谢谢关注！,