水泥的最佳顆粒分布及其評價方法

1、精選優(yōu)質(zhì)文檔-傾情為你奉上水泥的最佳顆粒分布及其評價方法水泥的粉體狀態(tài)一般表達為磨細程度（細度和比表面積）、顆粒分布和顆粒形貌。水泥產(chǎn)品必須磨制到一定細度狀態(tài)時，才具有膠凝性。水泥細度直接影響著水泥的凝結(jié)、水化、硬化和強度等一系列物理性能。細度狀態(tài)可用以下方式表達：平均粒徑法、篩析法、比表面積法、顆粒級配法。如細度指標(biāo)（80m 和45m 篩篩余），主要反映水泥中粗顆粒含量（%）；再如比表面積指標(biāo)（m2/kg ），主要反映水泥中細顆粒含量；而顆粒級配分析可以全面反映水泥中粗細顆粒分布狀態(tài)，是當(dāng)前水泥企業(yè)調(diào)整、控制水泥性能的先進手段。在水泥粉磨過程中得到的水泥顆粒不是均勻的單顆粒，而是包含不同粒徑

2、的顆粒群體。水泥顆粒的平均粒徑是表現(xiàn)水泥顆粒體系的重要幾何參數(shù)，但其所能提供的粒度特性信息則非常有限，因為兩個平均粒徑相同的粒群，完全可能有不一樣的粒度組成（顆粒級配）。我國水泥標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定，水泥產(chǎn)品的細度0.08mm 方孔篩篩余不得超過10%?？刂萍毝鹊姆椒ê唵我仔校谝欢ǖ姆勰スに嚄l件下，水泥強度與其細度有一定的相關(guān)關(guān)系。細度值是指0.08mm 篩的篩余量，即水泥中80m 的顆粒含量（%）。眾所周知，64m 的水泥顆粒的水化活性已經(jīng)很低了，所以用80m 顆粒含量多少進行水泥質(zhì)量控制，不能全面反映水泥的真實活性。現(xiàn)在，水泥普遍磨得很細，所以這條標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定就失去了控制意義。國外水泥標(biāo)準(zhǔn)大多規(guī)定比表面

3、積指標(biāo)，采用勃氏比表面積儀測定水泥比表面積。我國的硅酸鹽水泥和熟料的國家標(biāo)準(zhǔn)已與國外標(biāo)準(zhǔn)相一致。一般情況下，水泥比表面積與水泥性能都保持著較好的關(guān)系；但用比表面積控制水泥質(zhì)量時，卻有以下不足：（1）比表面積數(shù)值主要反映5m 以下的顆粒含量，數(shù)值比較單一。在固定的工藝條件下，控制水泥的45m 篩余量和比表面積在一個合理的水平上，限制3m以下和45m 以上的顆粒，能夠獲得良好的水泥性能和較低的生產(chǎn)成本。（2）比表面積對水泥中細顆粒含量的多少反應(yīng)很敏捷。有時比表面積并不是很高，但由于水泥顆粒級配合理，水泥強度卻很高。（3）摻有混合材料的水泥，比表面積不能真實反映水泥的總比表面積。如摻有火山灰質(zhì)混合材

4、料，水泥比表面積往往會產(chǎn)生偏高現(xiàn)象。（4）大量的實踐證明，摻助磨劑的水泥如果細度下降了，比表面積往往也下降。這可能與水泥的顆粒形貌有關(guān)。平均粒徑法、篩析法及比表面積法單一地表示水泥顆粒細度狀態(tài)，并不能真實準(zhǔn)確地反映水泥性能。人們有時采取兩種優(yōu)化組合的方式來控制水泥細度狀態(tài)，操作簡便，控制有效。而顆粒級配對水泥顆粒群體用連續(xù)、分區(qū)間的尺寸范圍來表示大小顆粒的百分含量，更加準(zhǔn)確地反映了水泥細度狀態(tài)，是水泥性能的決定性因素。水泥最佳性能的顆粒級配為332m 顆粒總量不能<65%，<3m 的細顆粒不要超過10%，>65m 和<1m 的顆粒越少越好，最好沒有。因為332m 的顆粒

5、對強度增長起主要作用，特別是1624m 的顆粒對水泥性能尤為重要，含量越多越好。而<3m的細顆粒容易結(jié)團，<1m的小顆粒在加水?dāng)嚢柚泻芸炀退?，對混凝土強度作用很小，且影響水泥與外加劑的適應(yīng)性，易影響水泥性能而導(dǎo)致混凝土開裂，嚴(yán)重影響混凝土的耐久性。至于>65m 的顆粒則水化很慢，對水泥28天強度貢獻很小。在水泥粉磨過程中加入助磨劑，可以改善水泥產(chǎn)品的顆粒組成。使用水泥助磨劑后，磨機中的過粉磨現(xiàn)象會減少或消失，因此水泥中<3m 的顆粒含量會有所減少，大顆粒的比例也會因粉磨強度的增加而降低。但是，水泥企業(yè)要組合水泥的顆粒級配則需要結(jié)合其他工藝措施才能實現(xiàn)。不同廠家的水泥助

6、磨劑，其配方、選料、生產(chǎn)工藝各不相同，即使同一廠家的助磨劑，也會因其目的不同，在粉磨過程中會有不同的效果。由于不同的助磨劑其性能存在較大的差異，水泥企業(yè)在使用時應(yīng)針對本企業(yè)的實際情況進行科學(xué)選擇。我國水泥標(biāo)準(zhǔn)同國際接軌后改進產(chǎn)品質(zhì)量的分析【】 作者:姚燕，王文義 單位:中國建筑材料科學(xué)研究院 【2007-04-09】 摘要：水泥新標(biāo)準(zhǔn)實施已有2年時間，實施效果逐步顯現(xiàn)出來，水泥生產(chǎn)工藝進行了和正在進行大的調(diào)整，水泥產(chǎn)品質(zhì)量已明顯提高。但是我們必須清醒的認(rèn)識到，提高水泥產(chǎn)品質(zhì)量的工作任重道遠，特別是根據(jù)用戶的要求改進產(chǎn)品質(zhì)量，以至修訂標(biāo)準(zhǔn)中不適應(yīng)的規(guī)定等工作更是長期任務(wù)。這里根據(jù)我國水

7、泥生產(chǎn)、使用實施新標(biāo)準(zhǔn)的經(jīng)驗教訓(xùn)，反映出來的新問題，就改進水泥產(chǎn)品質(zhì)量的途徑進行簡要分析。 水泥新標(biāo)準(zhǔn)實施已有2年時間，實施效果逐步顯現(xiàn)出來，水泥生產(chǎn)工藝進行了和正在進行大的調(diào)整，水泥產(chǎn)品質(zhì)量已明顯提高。但是我們必須清醒的認(rèn)識到，提高水泥產(chǎn)品質(zhì)量的工作任重道遠，特別是根據(jù)用戶的要求改進產(chǎn)品質(zhì)量，以至修訂標(biāo)準(zhǔn)中不適應(yīng)的規(guī)定等工作更是長期任務(wù)。這里根據(jù)我國水泥生產(chǎn)、使用實施新標(biāo)準(zhǔn)的經(jīng)驗教訓(xùn)，反映出來的新問題，就改進水泥產(chǎn)品質(zhì)量的途徑進行簡要分析。1提高水泥熟料活性實施新標(biāo)準(zhǔn)前，同國外水泥熟料相比，我國水泥熟料普遍存在著硅酸鹽礦物含量偏低，鐵含量偏高的問題，它是熟料活性偏低的重要原因。2002年6月

8、全國抽樣調(diào)查表明，實施新標(biāo)準(zhǔn)后，有75.1%的企業(yè)調(diào)整了熟料配料方案，提高了熟料活性，這對于我國順利實施水泥新標(biāo)準(zhǔn)起到了重要作用。但目前仍有許多中小型企業(yè)的熟料質(zhì)量太差，在350m2/kg比表面積下熟料28d抗壓強度不足48MPa。如何提高熟料的活性，應(yīng)從影響熟料燒成的各個環(huán)節(jié)進行全面分析，找出主要影響因素適時解決。根據(jù)國內(nèi)外的試驗研究1和實施新標(biāo)準(zhǔn)的經(jīng)驗，歸納如下2個方面。1.1選擇最佳熟料率值熟料配料的三率值決定了熟料的礦物組成和熟料的活性狀況。企業(yè)應(yīng)根據(jù)原燃材料實際、易燒性和窯爐的熱工狀況，選擇最佳的熟料率值。在熟料率值選擇和確定中應(yīng)努力提高硅酸鹽礦物(C3S+C2S)含量，回轉(zhuǎn)窯可在7

9、5%以上，立窯可在72%以上。在這個基礎(chǔ)上適當(dāng)提高C3S含量，適當(dāng)調(diào)整C3A含量，適當(dāng)降低C4AF含量。我國不同窯型的典型率值見表1。 表1 不同窯型熟料典型率值 窯型 廠家 KH n P C3S C2S C3A C4AF 新型干法窯 北京水泥廠 0.90 2.7 1.6 59 19 8 10 濕法窯 安陽水泥廠 0.92 2.4 1.3 62 15 7 12 立窯 齊銀水泥廠 0.96 2.0 1.4 67 7 8 131.2強化燒成快速冷卻迅速升高燒成溫度，使熟料礦物迅速形成，A礦和B礦晶體尺寸較小，約為1030m，且分布均勻時，熟料活性最高。相反，如果熟料易燒性差，如生料細度粗，有難燒的

10、石灰石，或緩慢升高燒成溫度，會使A礦尺寸增大到50100m，B礦尺寸增大到3050m，此時，熟料活性會降低，表2是我院部分研究結(jié)果2。 表2 A礦尺寸大小對熟料活性的影響 窯型 A礦結(jié)晶狀況 熟料28d抗壓強度差值(RGBRISO)/MPa 立窯 2040m，大小均齊 3.2 立窯 2070m，大小欠均齊 10.3 回轉(zhuǎn)窯 2050m，大小均齊 3.6 回轉(zhuǎn)窯 4070m，粗大 11.0熟料礦物都有不同的溫度變體，各種變體的水化速度和強度是不同的?？焖倮鋮s可使A礦、B礦的高溫變體在常溫下穩(wěn)定下來，對熟料活性有利。一般認(rèn)為，熟料從12501150開始快速冷卻可以獲得最高的強度?？焖倮鋮s還可以形成

11、一定的玻璃體，它對熟料活性有利。重視微量組分對熟料活性的影響。K2O、Na2O、SO3、Cl-等微量組分在數(shù)量較少時對熟料活性影響不明顯，但超過一定數(shù)量后對熟料煅燒工藝和活性會造成很大影響。欠燒的熟料活性低是眾所周知的。過燒的熟料，如熔融的熟料，其活性低于燒結(jié)的熟料。在還原氣氛中，被還原的Fe2+進入C3S固溶體中取代Ca2+，并促使C3S在冷卻時分解。Fe2+進入-C2S固溶體中，能促使它向-C2S轉(zhuǎn)變。2控制水泥的細度狀態(tài)提高水泥粉磨細度是提高ISO強度的有效途徑，在我國實施水泥新標(biāo)準(zhǔn)過程中，有近60%的企業(yè)調(diào)整了粉磨工藝，提高了水泥細度，明顯提高了ISO強度。但是，不少建筑施工單位反映，

12、水泥太細，需水性大，混凝土開裂嚴(yán)重等。目前我國水泥企業(yè)幾乎都采用80m篩余和比表面積控制水泥的粉磨細度，它對于控制水泥性能和充分發(fā)揮水泥各組分的作用是遠遠不夠的。相同篩余或比表面積的水泥性能會有很大差別，為此應(yīng)全面考慮磨制水泥的細度狀態(tài)，包括:細度(篩余和比表面積)、顆粒分布、顆粒形貌和堆積密度。2.1水泥顆粒分布對水泥性能的影響對于相同組分(熟料、混合材和石膏)水泥而言，水泥的顆粒分布決定水泥的性能，如水化速度、水化熱、強度、需水量等，表3是80年代我院施娟英的試驗結(jié)果。表3 水泥顆粒級配與水泥性能關(guān)系 編號 顆粒級配/% 平均粒徑/m 比表面積/(m2/kg) 標(biāo)準(zhǔn)稠度用水量/% C3S/

13、% 小試體膠砂強度/MPa <10m 1030m 3060m >60m 1d 3d 28d 1a d1 98.5 1.5 0 0 4.76 920 43.0 56.7 27.3 29.8 38.6 42.0 e1 13.2 86.8 0 0 16.56 200 28.5 54.9 3.5 7.1 17.6 34.1 F1 1.4 23.6 75.0 0 39.49 74 28.0 51.5 2.5 5.1 7.5 14.3 H1 2.7 3.0 5.3 89.0 74.05 40 28.0 46.8 1.4 2.7 3.9 7.6 原水泥 27.7 42.0 25.1 5.1 30

14、0 28.0 52.7 6.4 11.9 16.4 26.5 注：試體為1.6cm×1.6cm小試體，數(shù)據(jù)只作參考。由表3看出，<10m為主的水泥，比表面積達920m2/kg，水泥標(biāo)準(zhǔn)稠用水量高達43.0%，水泥早期強度很高。1030m為主的水泥，比表面積降至200m2/kg，水泥標(biāo)準(zhǔn)稠度用水量正常，早期強度下降。水泥顆粒級配對水泥性能產(chǎn)生的各種影響，主要是因為不同大小顆粒的水化速度不同，施娟英的測定結(jié)果是:010m顆粒，1d水化達75%，28d接近完全；1030m顆粒，7d水化接近一半；3060m顆粒，28d水化接近一半；>60m顆粒，3個月后水化還不到一半。學(xué)者Mer

15、ic認(rèn)為，粒徑<1m的小顆粒，在加水拌和中很快水化了，對混凝土強度作用很小，反而造成混凝土體積較大收縮。一個20m顆粒硬化1個月只水化了54%，水化進入深度才5.48m，剩留的熟料核只能起骨架作用，潛在活性沒有發(fā)揮。 國內(nèi)外試驗研究證明，水泥顆粒級配對水泥性能有直接影響，目前比較公認(rèn)的水泥最佳顆粒級配為: 332m顆粒對強度增長起主要作用，其間粒度分布是連續(xù)的，總量不低于65%。1624m的顆粒對水泥性能尤為重要，含量愈多愈好。<3m的細顆粒，易結(jié)團，不要超過10%。>65m的顆粒活性很小，最好沒有。19982001年在世界水泥檢測大對比中選用了不同強度等級的法國水泥，國際試

16、驗室的檢測結(jié)果列于表4中。 表4 法國水泥顆粒級配與性能 時間 強度等級 水泥品種 顆粒級配(累計通過量)/% 抗壓強度/MPa 密度/(g/cm3) 比表面積/(m2/kg) 標(biāo)準(zhǔn)稠度用水量/% 2m 4m 8m 16m 32m 40m 50m 63m 80m 2d 28d 1998 52.5R 波特蘭 13.6 24.3 39.6 59.0 85.1 90.9 95.7 98.6 99.3 38.0 68.1 3.10 408 26.0 2000 52.5 波特蘭 17.0 26.2 35.0 46.9 63.3 65.6 74.5 80.1 86.3 29.9 58.1 3.16 348

17、 25.6 2001 42.5 波特蘭礦渣(36%64%) 9.5 17.0 29.3 48.5 73.0 85.2 90.8 94.7 99.7 17.0 52.8 3.00 334 29.0 1997 32.5R 波特蘭復(fù)合(6%20%) 10.0 18.0 30.4 49.2 74.8 85.1 90.7 95.3 97.7 21.4 41.1 3.09 374 23.0 表5為2001年我院對我國部分水泥企業(yè)不同粉磨工藝下的實物水泥進行的顆粒級配測定結(jié)果。 表5 我國部分水泥企業(yè)的水泥顆粒級配(平均值) 序號 企業(yè)類型 粉磨工藝 水泥品種 顆粒級配(累計通過量)/% 統(tǒng)計個數(shù) 3m 8

18、m 16m 24m 32m 45m 60m 1 大中型 一般閉路磨 P·O 42.5 16 31 43 52 65 82 91 9 2 大中型 高效選粉機閉路磨 P·O 42.5 17 29 43 51 61 83 92 6 3 大中型 帶輥壓機閉路磨 P·O 42.5 18 34 49 56 71 92 96 6 4 大中型 開路磨 P·O 42.5 21 35 47 56 69 83 90 6 5 大中型 高細磨 P·O 42.5 19 34 36 50 64 90 94 1 6 小型 一般閉路磨 P·O 32.5 12 28 4

19、4 56 66 81 89 8在通常細度的水泥中，可能有20%40%的熟料對混凝土強度增長沒有發(fā)揮作用。如何挖掘熟料活性潛力，改善水泥性能，應(yīng)根據(jù)水泥強度等級、混合材狀況和具體粉磨工藝，確定合理顆粒級配。這里從顆粒分布對水泥和混凝土性能的影響上提出表6的大致關(guān)系。2.2水泥顆粒形貌對水泥性能的影響 表6 水泥顆粒分布與水泥混凝土性能、粉磨工藝的大致關(guān)系 粒徑 參考指標(biāo) 水泥性能 粉磨工藝 混凝土性能 比表面積 需水性 強度 子力學(xué)<3m(熟料) <10% 正常 正常 正常 正常 正常 增加 增大 增大 早強 過粉磨現(xiàn)象 施工性變差 <3m(礦渣) 適當(dāng) 正常 正常 強度高 分

20、別粉磨 混凝土性能優(yōu) 332m >65% 正常 正常 強度高 研磨能力好 混凝土性能優(yōu) 3264m 增加 變小 正常 強度低 研磨能力差 正常 >64m 增加 變小 易泌水 強度低 粉磨能力差 混凝土保水性差 連續(xù)分布 一個凸型 正常 正常 正常 正常 正常 兩個凸型 研磨能力差 一個 型 粉磨能力差 水泥顆粒形貌通常用圓度系數(shù)表示，正圓形顆粒圓度系數(shù)等于1，其他形狀都小于1。國外水泥的圓度系數(shù)大多在0.67左右，我院測定的我國部分大中型水泥企業(yè)水泥的圓度系數(shù)波動在0.510.73之間3，平均值為0.63。日本一家惟俊等試驗研究表明，將水泥顆粒的圓度系數(shù)由0.67提高0.85時，水

21、泥砂漿28d抗壓強度可提高20%30%，配制混凝土的水灰比可降低6%8%，達到相同坍落度時的單位體積用水量可減少14%30%，減水劑摻量可減少1/3，水泥早期水化熱可降低25%。近2年我院就水泥顆粒形貌對水泥性能的影響研究表明，在水泥顆粒圓度系數(shù)由0.65提高到0.73時，水泥用水量減少，水泥膠砂流動度增大25%；相同流動度下，W/C可減少8%，水泥28d和60d抗壓強度可提高20%以上；水泥粉體的堆積密度明顯提高；水化水泥石中的微孔增多，大孔減少；在相同W/C下，水泥抗壓強度28d約提高6MPa，60d約提高10MPa。2.3最佳堆積密度理論4水泥顆粒的堆積密度對配制出的混凝土施工性、強度和

22、耐久性有很大影響，水泥顆粒的堆積密度最佳時，混凝土性能最好。2.4改進粉磨工藝1)磨機改造我國大部分水泥企業(yè)目前使用的小規(guī)格磨機大多內(nèi)部結(jié)構(gòu)不合理，技術(shù)落后，效率低。在磨機改造中可使用史密斯公司的康必丹磨技術(shù)及其它各種新型襯板、隔倉板和研磨體技術(shù)。研磨體級配和尾倉的小型研磨體對于改善水泥顆粒分布和顆粒形貌具有重要作用。如合肥院高細磨水泥顆粒圓度系數(shù)可達0.70以上；沈陽水泥機械研究所的磨機改造技術(shù)，可明顯改善水泥的顆粒分布，提高圓度系數(shù)。2)輥壓機(或立磨)與球磨機組合采用輥壓機(或立磨)與球磨機聯(lián)合的粉磨工藝，可明顯改善水泥顆粒形貌，圓度系數(shù)可達0.580.73，水泥顆粒分布也很好。3)采用

23、高效選粉機的閉路磨帶高效選粉機的閉路磨工藝，通過改變選粉機轉(zhuǎn)速、風(fēng)量等可按需要調(diào)整水泥的顆粒分布，而開路磨及帶離心選粉機、旋風(fēng)選粉機的閉路磨要進行這種調(diào)整就比較困難。4)采用分別粉磨工藝目前水泥企業(yè)大都是熟料與混合材一起混合粉磨，由于不同物料的易磨性差別很大，造成混合粉磨的許多問題。而采用分別粉磨不但可以解決這些問題，還可以根據(jù)熟料和混合材料細度的不同要求，制備出不同性能的水泥產(chǎn)品。3發(fā)揮混合材的作用混合材料在水泥中主要起3個作用:一是活化效應(yīng)，它與混合材料活性和細度有關(guān)。二是填料作用，它同水泥水化產(chǎn)物結(jié)合在一起，起骨架作用。三是最佳堆積密度效應(yīng)，當(dāng)混合材料的粒徑很小時，如<3m，可以明

24、顯提高水泥石的密實度，改善水泥混凝土性能，提高水泥混凝土的強度。高性能混凝土的迅速發(fā)展，需要礦渣等細磨混合材料替代部分水泥，替代量可達水泥質(zhì)量的30%以上，細磨混合材料應(yīng)符合高強高性能混凝土用礦物外加劑國家標(biāo)準(zhǔn)(GB/T 18736-2002)。在水泥中多摻加一些混合材料生產(chǎn)出高質(zhì)量的水泥主要有如下途徑。3.1提高熟料粉磨細度早在60年代，我院為了提高礦渣水泥的強度，將熟料比表面積磨制到450550m2/kg，熟料顆粒<30m含量達到80%以上，在礦渣摻加量為35%和45%的條件下，可以生產(chǎn)出早期和后期強度都很高的礦渣水泥。7080年代，我院在研究沸石-石灰石水泥和粉煤灰-石灰石水泥中，

25、將熟料比表面積磨制400m2/kg，<20m含量達60%70%時，混合材摻量30%后，仍能生產(chǎn)出早期和后期強度都較高的優(yōu)質(zhì)水泥，并具有節(jié)能10%，增產(chǎn)水泥20%的效果。3.2提高礦渣的細度1999年我院在制訂GB/T 18046-2000<用于水泥和混凝土中的?；郀t礦渣粉>的試驗研究中發(fā)現(xiàn)，將礦渣磨細到400600m2/kg比表面積后，大量摻入到水泥中時，不但不降低水泥強度，反而能大幅度提高水泥強度，見表7。 表7 水泥中摻礦渣微粉對RISO與RGB的影響 水泥樣品 礦渣微粉 28d抗壓強度/MPa RISO/RGB 摻加量/% 比表面積/(m2/kg) RGB RISO

26、P·I 0 54.3 53.5 0.99 50 536 72.3 69.1 0.96 P·O 0 67.2 59.6 0.87 50 536 69.6 66.1 0.953.3提高粉煤灰細度粉煤灰活性的特點是早期強度很低，后期強度很高，因此在通常細度的情況下，限制了粉煤灰混合材料的摻入量。如果將粉煤灰細磨，可明顯提高粉煤灰的早期活性，表8是江西同濟豐宇公司采用振動磨細磨粉煤灰后的試驗結(jié)果。 表8 細磨粉煤灰活性試驗結(jié)果 序號 比表面積/(m2/kg) 膠凝材料/% 抗折強度/MPa 抗壓強度/MPa P·I 粉煤灰 3d 28d 3d 28d F0 100 0 6

27、.3 9.0 33.0 57.0 F1 466 70 30 5.2 8.1 25.5 54.2 F2 646 70 30 5.2 8.6 27.4 59.4 F3 700 70 30 5.6 9.5 29.0 63.64提高水泥質(zhì)量的均勻性水泥質(zhì)量的均勻性對于水泥的使用具有重要意義。我國預(yù)拌混凝土和集中攪拌的混凝土28d抗壓強度標(biāo)準(zhǔn)偏差要求3.04.0MPa。水泥質(zhì)量的均勻性成為施工單位普遍關(guān)注的大問題。當(dāng)前施工單位對水泥質(zhì)量均勻性不滿意主要集中在強度、用水量和凝結(jié)時間波動太大上。我國實施水泥新標(biāo)準(zhǔn)后水泥質(zhì)量均勻性仍未得到解決。表9為北京市某工地現(xiàn)場使用的水泥28d抗壓強度的波動情況。 表9

28、北京市某工地使用的普通水泥28d抗壓強度統(tǒng)計結(jié)果 類別 P·O 32.5 P·O 32.5R P·O 42.5R 樣品數(shù) 55 5 6 生產(chǎn)廠家 22 3 3 平均值/MPa 48.6 51.4 56.2 標(biāo)準(zhǔn)偏差/MPa 6.4 4.34 3.73 最大值/MPa 61.2 55.8 61.8 最小值/MPa 34.5 44.0 51.6表10為北京市某預(yù)拌混凝土攪拌站使用同一個水泥廠同一品種(32.5等級)的水泥標(biāo)準(zhǔn)稠度用水量和初凝時間的波動情況。 表10 某水泥廠32.5水泥用水量和初凝時間 水泥編號 1 2 3 4 5 6 標(biāo)準(zhǔn)稠度用水量/% 27 26

29、29 30 27 28 初凝時間/(h:min) 2：00 1：20 1：10 2：55 1：30 2：40施工單位對水泥質(zhì)量這么大的波動意見很大，但很無奈，因為水泥質(zhì)量都符合水泥標(biāo)準(zhǔn)要求。水泥質(zhì)量的均勻性在水泥標(biāo)準(zhǔn)中并沒有規(guī)定，只在“水泥企業(yè)質(zhì)量管理規(guī)程”中對出廠水泥強度的均勻性提出了要求，即28d抗壓強度變異系數(shù)(Cv)目標(biāo)值不大于3.0%。大型水泥企業(yè)都有完備的工藝設(shè)施和嚴(yán)格的內(nèi)部管理規(guī)程，而中小水泥企業(yè)無論在工藝設(shè)施和管理上都需大力加強。對后者提出如下途徑供參考：1)建立大型的原燃材料堆場，將足夠多的原燃材料進行簡易預(yù)均化處理。2)建立大型熟料均化庫(場)，特別是立窯生產(chǎn)廠，窯的單機產(chǎn)

30、量低，質(zhì)量波動大，尤為重要。3)建立水泥聯(lián)合粉磨車間，將數(shù)個小型磨機的產(chǎn)品混合在一起進行均化。4)用3.5m或3.8m大磨機替代小磨機。5改善水泥與混凝土外加劑的適應(yīng)性混凝土外加劑已經(jīng)成為混凝土中必不可少的第5組分，因此水泥與外加劑的適應(yīng)性就顯得十分重要。適應(yīng)性也稱為相容性，即將某種外加劑摻入某種水泥所配制的混凝土中，若能產(chǎn)生應(yīng)有的效果，認(rèn)為該水泥與這種外加劑適應(yīng)性好，否則認(rèn)為適應(yīng)性差。為判別水泥與外加劑適應(yīng)性好壞，Aitein等提出可用3個指標(biāo)來衡量:初始流動性、飽和點和流動性損失。初始流動性是指水泥混凝土的流動性能；飽和點是指流動性不再明顯增大時的外加劑摻量值；流動性損失是指在6090mi

31、n內(nèi)水泥混凝土流動性保持狀況。水泥與外加劑適應(yīng)性好應(yīng)體現(xiàn)在初始流動性大、有明確的飽和點和流動性損失小。適應(yīng)性檢測方法有多種，如混凝土坍落度法、砂漿流動度法、漏斗法、水泥稠度法及凈漿流動度法等。經(jīng)我院大量試驗驗證，認(rèn)為凈漿流動度法簡便易行，并能較好地反映適應(yīng)性狀況，因此建議水泥企業(yè)采用此方法。凈漿流動度法是采用現(xiàn)行水泥凈漿攪拌機拌制水泥凈漿，W/C一般采用0.29，拌制時按需要加入一定量外加劑。拌制好的凈漿裝入錐模(上口36mm下口60mm，高60mm)中，錐模下放一塊足夠大的玻璃板，將模中凈漿用餐刀插動后刮平，提取錐模，漿體流開，用直尺測量初始流動度值。又根據(jù)不同外加劑摻量和不同時間間隔進行多

32、數(shù)檢測，即得知是否有明確的飽和點和流動度損失大小。水泥與外加劑的適應(yīng)性既取決于外加劑品種和質(zhì)量，也取決于水泥品種和質(zhì)量。實施水泥新標(biāo)準(zhǔn)后，由于水泥生產(chǎn)工藝調(diào)整，水泥性能的變化，不少建筑施工單位對水泥與外加劑適應(yīng)性變差了提出意見。就水泥而言，影響適應(yīng)性的因素歸納起來有如下幾方面:5.1水泥熟料礦物組成水泥熟料中C3S、C2S、C3A、C4AF對高效減水劑的吸附能力是不一樣的，其吸附順序為C3A>C4AF>C3S>C2S，即鋁酸鹽礦物對高效減水劑的吸附能力大于硅酸鹽礦物。這是因為鋁酸鹽礦物在水泥水化初期其動電電位是正值，能吸附較多的陰離子型高效減水劑，而硅酸鹽礦物在水泥水化初期其

33、動電電位是負(fù)值，吸附高效減水劑的能力較弱。因此，為了提高水泥與外加劑適應(yīng)性，應(yīng)提高熟料中的硅酸鹽礦物(C3S+C2S)含量，降低鋁酸鹽礦物，特別是C3A的含量。5.2石膏的形態(tài)和摻量石膏是水泥的緩凝劑，石膏遇水后溶解為Ca2+，如果在水泥水化初期能抑制C3A水化速度，水泥和混凝土就可以得到所需的工作性能，因此水泥中硫酸鹽的數(shù)量和溶解度至關(guān)重要。不同形態(tài)石膏的溶解度不同:二水石膏為2.08g/L，-半水石膏為6.20g/L，-半水石膏為8.15g/L，可溶性無水石膏為6.30g/L，天然無水石膏為2.70g/L。二水石膏應(yīng)用的最多，但它的溶解度不是最大的，因此控制好磨機溫度很重要:磨內(nèi)溫度適當(dāng)高

34、，使部分二水石膏脫水為溶解度大的半水石膏適應(yīng)性好；磨內(nèi)溫度過高會形成大量半水石膏，導(dǎo)致假凝；磨內(nèi)溫度過低，半水石膏量少，會導(dǎo)致急凝。5.3水泥細度狀態(tài)高效減水劑一般都是陰離子型高分子表面活性劑，而水泥顆粒表面一般帶正電，對陰離子表現(xiàn)出較強的親合力。在水泥和水后，減水劑迅速吸附在水泥顆粒表面，增大了水泥漿體的流動性。因此水泥細度狀態(tài)，如比表面積、顆粒分布、顆粒形貌等對減水劑與水泥適應(yīng)性影響很大。實施水泥新標(biāo)準(zhǔn)后，我國水泥細度普遍變細，是造成適應(yīng)性變差的重要原因。在這種情況下如何提高適應(yīng)性，我院作了大量試驗研究工作。1)水泥比表面積適當(dāng)提高(如446m2/kg)，外加劑飽和摻量增大，新拌混凝土的初

35、始坍落度仍較大。水泥比表面積過高(如550m2/kg)，即使加大外加劑摻量，混凝土的初始坍落度仍較小。隨水泥比面積的提高，混凝土lh后的坍落度損失增大。2)在水泥比表面積相近(約300m2/kg)時，水泥顆粒中<3m含量對外加劑飽和摻量影響不大，但<3m含量增多會加劇水泥漿體的流動度損失。3)水泥顆粒圓度系數(shù)由0.67提高到0.74時，對減水劑飽和摻量影響不大，但可以提高水泥漿的流動度和混凝土坍落度，坍落度損失減小。5.4混合材料水泥中混合材料的種類、細度、顆粒形貌及摻量等對外加劑的吸附作用是有影響的。根據(jù)試驗和實踐表明，減水劑對礦渣水泥和粉煤灰水泥的適應(yīng)性較好，而對火山灰、煤矸石

36、、窯灰為混合材料的水泥適應(yīng)性較差。5.5水泥中的堿含量隨著水泥中堿含量的增大，減水劑對水泥的塑化效果變差。堿含量的增大，還會導(dǎo)致混凝土的凝結(jié)時間縮短和坍落度損失變大。5.6水泥的陳放時間水泥陳放時間越短，出磨溫度愈高，減水劑對水泥的塑化效果越差，減水率低，坍落度損失快。因此使用陳放時間稍長的水泥有利于提高適應(yīng)性。6調(diào)整通用水泥品種根據(jù)2002年6月全國抽樣調(diào)查，目前我國六大通用水泥產(chǎn)量的分布見表11。 表11 我國六大通用水泥產(chǎn)量分布 % 硅酸鹽水泥(P·、 P·) 普通水泥(P·O) 礦渣水泥(P·S) 粉煤灰水泥(P·F) 火山灰水泥(P&

37、#183;P) 復(fù)合水泥(P·C) 4.4 78.4 14.9 0.5 0.2 1.4 由表11可以看出：1)我國六大通用水泥產(chǎn)品結(jié)構(gòu)同90年代初期相比發(fā)生了很大變化，那時普通水泥約占50%，礦渣水泥約占35%，而目前普通水泥產(chǎn)量急增達78.4%，這種變化有市場需求驅(qū)動的結(jié)果，也有一些企業(yè)把混合材摻量超過15%的水泥作為普通水泥銷售的結(jié)果。2)國外發(fā)達國家通用水泥產(chǎn)量以波特蘭水泥(我國的硅酸鹽水泥)為主，而我國以普通水泥為主，硅酸鹽水泥產(chǎn)量太少，只有4.4%，這說明我國六大通用水泥產(chǎn)品結(jié)構(gòu)不合理，有待調(diào)整。如何調(diào)整我國六大通用水泥產(chǎn)品結(jié)構(gòu)，我們提出如下建議：大力發(fā)展硅酸鹽水泥，適應(yīng)重

38、點工程和高強度高性能混凝土發(fā)展的需要。提高普通水泥質(zhì)量檔次。各級水泥質(zhì)量監(jiān)督檢驗機構(gòu)應(yīng)按GB/T 12960-1996<水泥組分的定量測定>方法，加大監(jiān)督檢驗力度；建議取消普通水泥中32.5強度等級水泥。宣傳、發(fā)展粉煤灰水泥、復(fù)合水泥以及砌筑水泥等大量摻加混合材料水泥品種，為不同建筑工程提供廣泛選擇水泥品種的余地。不同粉磨系統(tǒng)對水泥及混凝土性能的影響 一、前言1. 課題內(nèi)容水泥性能包括強度、標(biāo)稠、外加劑相容性等指標(biāo)，影響水泥性能主要因素包括（1）熟料的礦物組成；（2）礦物的生長條件（燒成條件）；（3）水泥的顆粒組成（粉磨系統(tǒng)）；（4）混合材的品種與摻量。 我們判斷粉磨系統(tǒng)的優(yōu)劣或者

39、水泥顆粒組成的優(yōu)劣的前提，是以水泥及混凝土性能（工作性能，力學(xué)性能，耐久性）為核心，探討水泥顆粒組成的影響，及其與粉磨系統(tǒng)的關(guān)系。水泥的終端產(chǎn)品是混凝土，我們是以混凝土的性能來判斷粉磨系統(tǒng)優(yōu)劣。但是因為兩個產(chǎn)業(yè)間跨度大，混凝土產(chǎn)業(yè)的從業(yè)者不一定懂得水泥生產(chǎn)工藝，生產(chǎn)水泥的企業(yè)家不一定懂混凝土企業(yè)的需求。我們需要通過了解混凝土這個終端產(chǎn)品的性能，最終了解水泥的生產(chǎn)目標(biāo)、探討水泥顆粒組成對于粉磨系統(tǒng)的要求。2、關(guān)于水泥顆粒組成的基本認(rèn)識 <3um3101032332>32HL11.1424.2342.8067.0321.84F22.5013.9221.5735.4942.02

40、a）從最緊密堆積（構(gòu)件結(jié)構(gòu)致密性）角度出發(fā)，最佳顆粒組成符合Fuller曲線；材料質(zhì)量好是指材料的致密度好，粘結(jié)性要好。如何達到材料的致密呢？首先我們就要考慮材料的堆積密度，只有堆積緊密了，再通過顆粒的粘結(jié)性能，材料的泌水性能就要好。粉狀顆粒如何才能堆積緊密呢？行業(yè)內(nèi)通常我們都以Fuller曲線作為其中的一個標(biāo)準(zhǔn)。當(dāng)然，F(xiàn)uller曲線以不水化的顆粒為樣本，水泥是邊攪拌邊水化，因此水泥的顆粒大小是隨著時間在變化的，所以研究水泥是非常困難的。從圖中可以看出，332um區(qū)間的顆粒組成可以達到最緊密堆積。b）根據(jù)S.Tsivills的研究結(jié)果，從水泥28d膠砂強度出發(fā)，332um含量越多越好（>

41、;65%）即S.T級配最有利于熟料強度的發(fā)揮；大多數(shù)的研究表明，332um水泥顆粒組成對強度的貢獻是最大的。C）從系統(tǒng)效率出發(fā)（產(chǎn)量高，電耗低，投資少，維護方便）。這也是我們考慮粉磨系統(tǒng)很重要的因素。理想狀態(tài)：上述三方面均可最大限度地得到滿足。但事實上因這些因素均存在著關(guān)聯(lián)，不可能完全統(tǒng)一，取決于我們在建造粉磨系統(tǒng)時側(cè)重考慮哪個因素或如何更合理地處理好這三者的關(guān)系。二、粉磨系統(tǒng)對水泥顆粒組成、部分性能及能耗的影響表2 不同大型粉磨系統(tǒng)磨制的PO42.5R水泥的檢測結(jié)果，比表面積360±10m2/kg粉磨系統(tǒng)顆粒組成um（%）n值標(biāo)稠（%）電耗（度/噸）出磨水泥溫度評價<3332

42、3245>45開路磨/康比丹磨1561.8810.0113.110.9324.2038很高，（磨內(nèi)噴水120）與Fuller級配最接近，砼性能優(yōu)越輥壓機開路磨13.8462.0412.6112.511.0324.8032高（130）配制混凝土性能較好輥壓機開路磨助磨劑1362.3212.1312.551.0725.0030高（120130）輥壓機閉路磨（人為降低選粉效率后）13.3262.6411.1312.911.025.00303290100輥壓機閉路磨（高效選粉）11.1467.0311.909.931.1727.20283090100配制混凝土性能較差立磨  

43、   26.530242890100電耗低，配制砼性能差Fuller級配22.5035.4942.010.62    注：顆粒分布數(shù)據(jù)為馬爾文激光粒度檢測儀所測得由表中可以看出，效率是從上往下逐漸提高的，隨著粉磨效率的提高，可以看到，3um的水泥顆粒在逐漸減少，離Fuller曲線中，最緊密堆積區(qū)間越來越遠；3um-32um區(qū)間內(nèi)逐漸增多，也就是說強度性能越來越好，但緊密堆積性能是越來越差；標(biāo)準(zhǔn)稠度越來越大，均勻性系數(shù)也在不斷提高，也就是說顆粒度越來越集中，比表面積越高，3um-32um的顆粒就越多。反之，亦然。由于效率的提高

44、，電耗在降低，水泥出磨溫度也由上往下降低。由此可見，由上往下變化，效率越高，節(jié)能減排的效果越好，但是離混凝土最緊密堆積是越來越遠。簡單的來說，當(dāng)粉磨系統(tǒng)效率越高時，磨出的水泥往往是里需求標(biāo)準(zhǔn)越來越遠的產(chǎn)品，使用起來越來越不好用的水泥，做出來的混凝土是越來越差，當(dāng)然也可以有其他的辦法進行改善。圖中各樣品的RRSB曲線由數(shù)據(jù)可見：a）隨系統(tǒng)效率提高（電耗低，產(chǎn)量高） 3um以下顆粒減少n值增大（顆粒集中）堆積密度下降標(biāo)稠增大。也就是說顆粒越均勻，顆粒之間的空隙就越多，堆積的密度就越小，意味著達到一定流動度時，需水量就越大。因此，用助磨劑、選粉機或者立磨，隨著系統(tǒng)效率越高，均勻性系數(shù)越來越大，水泥顆

45、粒間的孔隙率也越來越大。需水量越大的水泥一般就是比較難用的水泥。b）膠砂強度與比表面積、顆粒組成及n的關(guān)系（S.T級配）S.T.sivills對某II型水泥的研究表明：膠砂28d強度與顆粒組成及n值關(guān)系為：Sb=450m2/kg時，S28=0.219(%3-32um) +40.17，S28=22.22n+33.54Sb=400m2/kg時，S28=0.145(%3-32um) +41.70，S28=15.75n+36.37Sb=350m2/kg時，S28=0.128(%3-32um) +40.60，S28=12.25n+37.40Sb=300m2/kg時，S28=0.133(%3-32um)

46、+38.32，S28=11.23n+35.62當(dāng)比表面積360m2/kg以上時，n值增大，332um含量增多，28d膠砂強度越高；比表面積300m2/kg以下時，n越大，332um含量減少，28d膠砂強度降低 。 這里描述的主要是熟料顆粒，若摻混合材較多，易磨性差異較大時，該規(guī)律會變化。Sb (m2/kg)強度系數(shù)與（3-32um) 含量關(guān)系強度系數(shù)與n關(guān)系4500.21922.224000.14515.753500.12812.253000.13311.23上述結(jié)果的原因如下：（1） C3A、石膏與混合材易磨性較好，在<32um的細顆粒中含量較多；增加比表面積可增加C3S、C2S在33

47、2um顆粒中的含量，故提高比表面積，強度系數(shù)增大。需注意：混合材易磨性好，摻量多時，要發(fā)揮熟料的作用，比表面積要合理控高些；注：比表面積過大，水泥需水量大。c）開路系統(tǒng)的技術(shù)進步足以顯著改變水泥的顆粒組成 傳統(tǒng)開路磨輥壓機開路磨內(nèi)技術(shù)改造輥壓機開路磨助磨劑評價電耗（度/噸水泥）383230電耗接近閉路磨n值0.900.930.920.960.991.05不斷提高，接近閉路磨標(biāo)稠（%）<24.525.0>25.5性能變差332um含量（%）58626064>64與閉路磨接近若助磨劑摻量增大，上述指標(biāo)還可向閉路系統(tǒng)接近。總體感受在開路系統(tǒng)更易控制較理想的顆粒組成。

48、60;總的來說，目前國內(nèi)的開流磨經(jīng)過輥壓機、助磨劑的使用，所磨的水泥顆粒組成和能耗可以逐漸接近閉路磨。用開流磨抹水泥選擇性更大，可以磨出顆粒比較分散的水泥，也可以通過調(diào)整效率，磨出顆粒比較集中的水泥，加入助磨劑之后，效率提高效率更好。劣勢：出磨水泥溫度比較高，雖然利用磨內(nèi)灑水可以適當(dāng)降溫，但噴霧效果與噴水量較難控制，儲存時間較長時易引起水泥強度倒縮與結(jié)庫現(xiàn)象。d）混合材對水泥顆粒組成的影響易磨性較好且自身需水量較低的混合材（如石灰石）有利于增加5um以下的細顆粒，對降低水泥標(biāo)準(zhǔn)稠度有利此時水泥比表面積需稍控高一些，否則熟料不易磨細，引起強度下降。（因為不同水泥顆粒組成之間的差異主要在于10以下

49、的顆粒，10以下的顆粒比較少，堆積起來的孔隙率就比較大。）易磨性較差的混合材（比熟料易磨性還差，如礦渣、鐵渣等），有利于增加<32um中熟料的含量，即熟料顆粒更接近S.T級配，對提高水泥膠砂強度有幫助，但由于顆粒組成與Fuller級配差異增大，對標(biāo)準(zhǔn)稠度改善不大。因此，混合材的選擇既要考慮就地取材，也要考慮其對水泥顆粒組成，生產(chǎn)能耗，及水泥使用性能的影響。e）混凝土中微細集料的作用及要求無論采用哪種粉磨系統(tǒng)磨制水泥，其顆粒組成均與混凝土要求最緊密堆積的顆粒組成（Fuller級配）相差甚遠。以接近Fuller級配要求，即從細顆粒的致密性作用角度出發(fā)：開流磨>輥壓機開流磨>閉路磨

50、>輥壓機閉路磨  因此往往開流磨的水泥老百姓最歡迎，立磨的水泥最不受歡迎，主要原因是產(chǎn)品間，水泥顆粒組成和材料的緊密堆積性能的差距。使用助磨劑雖可以起到提產(chǎn)、節(jié)能的效果，但助磨劑的過量加入會使水泥顆粒更加集中，n值增大，堆積孔隙率增大，對混凝土結(jié)構(gòu)不利。因為助磨劑的原理就是取消過粉碎，從混凝土的角度、從Fuller曲線分布來說，我們很需要過粉碎，但是從節(jié)能減排的角度來說，我們不需要過粉碎。所以這是一對矛盾。由于無論怎么做出來的水泥都沒有辦法滿足混凝土的要求，所以在配置混凝土?xí)r，就需要加入摻合料，專門為補償水泥顆粒組成的不足而發(fā)明的。在混凝土中需要使用“微細集料”，其原理之一就是

51、增加粉料中10um以下的顆粒，使粉料級配更接近Fuller級配，從而達到減水、致密化的目的“微細集料效應(yīng)”。微細集料：顆粒組成要求10um以下的顆粒（尤其是3um以下的顆粒）要比水泥多23倍以上（3um以下顆粒希望達到3040%以上）；作用填充水泥顆粒間的空隙，降低孔隙率，提高混凝土的密實性。理想的狀態(tài)是在磨水泥的時候，最大限度地將熟料的強度發(fā)揮出來，那么他的顆粒組成在配置混凝土的時候，他的顆粒分布的不理想是通過摻合料來改善?；蛘邔ｉT生產(chǎn)摻合料，專門來補足水泥顆粒差異。這里也說明一個道理：無論水泥顆粒組成如何，只要有相應(yīng)的摻合料及其配套技術(shù)，均可改善水泥的顆粒組成，配制出好的混凝土。這就是分別

52、粉磨和摻合料校正工藝的基本原理。目前中國混凝土行業(yè)尚未到此階段！尚依賴于水泥的原有級配。在目前我們國家，混凝土的配置過程中，我們認(rèn)識到水泥顆粒組成的差異，我們知道可以通過摻合料來彌補，但是我們找不到理想的摻合料。我們用粉煤灰，在商品混凝土產(chǎn)業(yè)比較發(fā)達的地區(qū)，已經(jīng)成為了稀缺資源，優(yōu)質(zhì)粉煤灰已經(jīng)找不到。顆粒很粗、含碳量很高的粉煤灰，作用適得其反。目前還沒有人專門生產(chǎn)摻合料，如果大家都能意識到這種差異，專門生產(chǎn)優(yōu)質(zhì)摻合料，我覺得這是一個很大的商機。目前我們國家摻合料的資源很少，也沒有制造工藝，混凝土的主要性能還是依賴于水泥的顆粒組成。所以水泥顆粒組成的不理想，直接影響到混凝土的性能，所以我們感受到水

53、泥粉磨系統(tǒng)效率越高，磨出來的水泥越不好用。我們在拼命做水泥粉磨系統(tǒng)的節(jié)能減排工作，實際上是在把我國混凝土產(chǎn)業(yè)越高越差。三、顆粒組成對水泥與減水劑相容性的影響1. 對相容性的影響a）對飽和點的影響影響成本b）對流出時間的影響c）對經(jīng)時損失的影響比表面積樣品n值飽和點流出時間320m2/kg1#0.8130.722.092#0.8300.728.983#1.0351.126.61380m2/kg4#0.9341.222.635#0.9601.241.236#1.1111.447.67（1）分別對比1#3#，4#6#，隨n值增大，飽和點摻量增大，飽和點Marsh時間延長；（2）對比1#與4#，比表面積增大，飽和點摻量增大（開路）。（3）對比3#與