水泥粉磨过程质量控制方法

四川鑫统领建材科技有限公司BuildingMaterialsIndustry用技术应AppliedTechnology张大康水泥粉磨过程控制质量方法《水泥》杂志社第八届水泥技术交流会2013-11南京《水泥》杂志社第八届水泥技术交流会2013-11南京四川鑫统领建材科技有限公司用技术应AppliedTechnology2/39目录水泥粒度分布的要求1水泥粒度分布与性能的关系2水泥粉磨质量控制参数3水泥粉磨质量控制参数3水泥粒度分布控制方法4四川鑫统领建材科技有限公司用技术应AppliedTechnology3/391水泥粒度分布的要求niiDdA1001.1最佳粒度分布的理论与表述1.1从颗粒最紧密堆积提出的要求——Fuller曲线式中：A——筛析通过量，%；di——各分级筛孔尺寸或分级粒径，μm；Di——混合集料中最大颗粒的直径，μm；n——指数，视集料颗粒形状特性而定。德国水泥厂协会提出取n＝0.4四川鑫统领建材科技有限公司用技术应AppliedTechnology4/391.2从最佳水泥性能提出的要求上个世纪末S.Tsivilis等学者明确提出，水泥中粒径3μm的颗粒应该10%，粒径3μm－30μm的颗粒应该在65%以上，粒径60μm和1μm的颗粒尽量减少。实际上这是从水泥的水化速率和水化程度角度提出的，对熟料粒度分布的要求。将3μm筛余＝90%，60μm筛余＝0.5%代入RRSB方程1水泥粒度分布的要求四川鑫统领建材科技有限公司用技术应AppliedTechnology5/39式中：R——水泥某一粒径x的筛余，%；——特征粒径，μm；n——均匀系数。即可求得一个最佳性能RRSB方程。其均匀性系数为1.31，特征粒径为16.77μm。粒径3μm－30μm的颗粒含量为78.24%。以该最佳性能RRSB方程计算的典型粒径的筛余与Fuller（最大粒径80μm，下同）曲线的对比见表1。最佳性能RRSB方程与Fuller曲线的累积分布见图1，微分分布见图2。exnxnRlglglglg100lglgx1水泥粒度分布的要求四川鑫统领建材科技有限公司用技术应AppliedTechnology6/39粒径/μmFuller曲线筛余/%最佳性能RRSB分布筛余/%差值/%0.0197.2599.99-2.740.193.1099.88-6.78182.6797.53-14.86373.1190.00-16.891056.4760.12-3.652042.5728.3814.183032.4511.7620.694520.562.6317.936010.870.5010.37705.200.155.05800.000.04-0.04表1最佳性能RRSB方程与Fuller曲线典型粒径筛余的比较1水泥粒度分布的要求四川鑫统领建材科技有限公司用技术应AppliedTechnology7/39图1由Fuller曲线计算值回归得到的RRSB方程与Fuller曲线的比较01020304050607080901000.010.11101001000粒径/μm累计筛析通过量/%Fuller曲线Fuller计算RRSB方程最佳性能RRSB方程Fuller曲线最佳性能RRSB方程Fuller曲线计算RRSB1水泥粒度分布的要求四川鑫统领建材科技有限公司用技术应AppliedTechnology8/391.3熟料、水泥的最佳粒度分布25.02tX1.3.1熟料的水化速率一定时间熟料水化深度与水化时间的关系可用下式表示：式中：X——水化深度，μm；t——水化时间，d。假定水泥颗粒为球形，按上式计算的不同粒径水泥颗粒完全水化的时间见表2。1水泥粒度分布的要求四川鑫统领建材科技有限公司用技术应AppliedTechnology9/39颗粒粒径/μm13571020完全水化时间/d0.00390.3162.449.3839.1625颗粒粒径/μm304045506080完全水化时间/a8.727.443.966.9138.7438.4表2不同粒径水泥颗粒完全水化时间1水泥粒度分布的要求四川鑫统领建材科技有限公司用技术应AppliedTechnology10/39水泥强度的本质假如不考虑客观条件的限制，在水泥石中熟料完全水化是否会得到更高的强度？粒度分布对水泥与减水剂相容性的影响早期（几分钟至几小时）水化速率、颗粒堆积密度对水泥与减水剂相容性影响明显1水泥粒度分布的要求四川鑫统领建材科技有限公司用技术应AppliedTechnology11/39英国著名水泥化学家H.F.Taylor将水泥浆体中结晶度差、尺寸细小的C-S-H凝胶粒子称为L（light）粒子；尺寸较大、致密的结晶物质称为H(hard)粒子。指出在空隙率一定时，对于水泥石的强度存在一个最佳的H/L粒子比。1水泥粒度分布的要求四川鑫统领建材科技有限公司用技术应AppliedTechnology12/39水泥石的强度首先取决于空隙率（胶空比）大小，更准确地说取决于空隙的数量、结构。较低的空隙率，较多的尺寸更加细小的空隙，可以得到更高的强度。水泥石在空隙率一定的前提下，存在一个最佳的晶胶比。过度的水化反而会降低强度。较多的水化产物和水化前较高的堆积密度都可以降低水泥石的空隙率。1水泥粒度分布的要求四川鑫统领建材科技有限公司用技术应AppliedTechnology13/393.2.3过多熟料细粉的危害•细粉指粒径小于3μm的熟料颗粒。•过多的熟料细颗粒对混凝土性能产生诸多危害：增加早期水化速率，增加早期水化热；增加混凝土收缩开裂危险；使水泥与减水剂相容性变差；使混凝土失去早期裂纹的自愈合能力。水泥中细粉不能过多，事实上是指熟料中细粉不能太多！1水泥粒度分布的要求四川鑫统领建材科技有限公司用技术应AppliedTechnology14/39熟料在保证较低细颗粒含量的前提下，尽量加大水化速度和提高水化程度与熟料配合后提高水泥颗粒的堆积密度混合材料水泥粒度分布对强度的影响主要体现在两个方面：①水泥颗粒原始堆积密度；②水化速率和水化程度。1水泥粒度分布的要求四川鑫统领建材科技有限公司用技术应AppliedTechnology15/39熟料粒度分布符合最佳性能RRSB方程水化速率和水化程度的要求水泥粉体颗粒堆积密度的要求混合材料与熟料混合后水泥符合Fuller曲线1水泥粒度分布的要求四川鑫统领建材科技有限公司用技术应AppliedTechnology16/391.2最佳粒度分布的实现1水泥粒度分布的要求前述粒度分布要求只能采用分别粉磨方式实现！混合粉磨必须在水化速率/程度、堆积密度之间取舍，不存在最佳粒度分布。四川鑫统领建材科技有限公司用技术应AppliedTechnology17/391.3混合粉磨的最佳粒度分布——伪命题混合粉磨必须在水化速率、堆积密度之间取舍，不存在最佳粒度分布！开路磨？闭路磨？1水泥粒度分布的要求四川鑫统领建材科技有限公司用技术应AppliedTechnology18/39粒度分布均匀性系数高颗粒堆积密度低水化速率、水化程度低粒度分布均匀性系数低1水泥粒度分布的要求四川鑫统领建材科技有限公司用技术应AppliedTechnology19/392水泥粒度分布与性能的关系使用水泥厂正常生产的熟料在试验室闭路磨机和间歇式磨机，制得一系列不同均匀性系数、特征粒径和比表面积的水泥，检验其强度、标准稠度用水量和凝结时间等物理性能，以观察物理性能与粒度分布之间的关系。水泥性能与粒度分布关系的数值分析与应用水泥工程2008.2粒度分布特性对强度影响的定量关系见图1－图3。水泥粒度分布与性能的关系四川鑫统领建材科技有限公司用技术应AppliedTechnology20/39图1相同比表面积，水泥抗压强度与匀性系数的关系、特征粒径与均匀性系数的关系015304560750.850.951.051.151.251.35均匀性系数抗压强度/MPa152025303540特征粒径/μm3天7天28天特征粒径2水泥粒度分布与性能的关系四川鑫统领建材科技有限公司用技术应AppliedTechnology21/39图2相同特征粒径，水泥抗压强度与均匀性系数的关系、比表面积与均匀性系数的关系015304560750.850.951.051.151.251.35均匀性系数抗压强度/MPa200250300350400450500比表面积/m2/kg3天7天28天比表面积2水泥粒度分布与性能的关系四川鑫统领建材科技有限公司用技术应AppliedTechnology22/3901530456075152025303540特征粒径/μm抗压强度/MPa200250300350400450500比表面积/m2/kg3天7天28天比表面积图3相同均匀性系数，水泥抗压强度与特征粒径的关系、比表面积与特征粒径的关系2水泥粒度分布与性能的关系四川鑫统领建材科技有限公司用技术应AppliedTechnology23/39y=7.6607x+19.03R2=0.94362526272829300.850.951.051.151.251.35均匀性系数标准稠度用水量/%152025303540特征粒径/μm标准稠度用水量特征粒径图4相同比表面积，水泥标准稠度用水量与均匀性系数的关系2水泥粒度分布与性能的关系四川鑫统领建材科技有限公司用技术应AppliedTechnology24/394951535557590.80.91.01.11.2均匀性系数堆积空隙率/%图5水泥堆积空隙率与均匀性系数的关系2水泥粒度分布与性能的关系四川鑫统领建材科技有限公司用技术应AppliedTechnology25/3925.025.526.026.527.027.528.045505560堆积空隙率/%标准稠度用水量/%图6水泥标准稠度用水量与堆积空隙率的关系2水泥粒度分布与性能的关系四川鑫统领建材科技有限公司用技术应AppliedTechnology26/39y=7.6607x+19.03R2=0.943625.025.526.026.527.027.528.028.529.029.50.80.91.01.11.21.31.4均匀性系数标准稠度用水量/%图7水泥标准稠度用水量与均匀性系数的关系2水泥粒度分布与性能的关系四川鑫统领建材科技有限公司用技术应AppliedTechnology27/392.02.53.03.54.04.50.911.11.21.3均匀性系数凝结时间/h初凝时间终凝时间图8凝结时间与均匀性系数的关系2水泥粒度分布与性能的关系四川鑫统领建材科技有限公司用技术应AppliedTechnology28/391.均匀性系数提高0.1，3d、7d、28d抗压强度分别提高1.6MPa、3.6MPa、4.7MPa。2.特征粒径每降低1μm，3d、7d、28d抗压强度均提高0.8MPa。3.均匀性系数提高0.1，标准稠度用水量提高0.8%。4.均匀性系数提高0.1，初凝时间增加0.2h，终凝时间增加0.3小时。2水泥粒度分布与性能的关系四川鑫统领建材科技有限公司用技术应AppliedTechnology29/393水泥粉磨质量控制参数长期的生产经验认为，水泥某一粒径粒径筛余或比表面积与水泥的性能相关。但是：水泥单一的某一粒径筛余或比表面积，如果与粒度分布没有很高的相关性，则不能精细控制水泥性能。或者更准确地说，水泥粒度分布不是某一粒径筛余或比表面积的单值函数，水泥性能也不是某一粒径筛余或比表面积的单值函数。四川鑫统领建材科技有限公司用技术应AppliedTechnology30/39粒度分布筛余/%均匀性系数特征粒径/mm80μm45μm32μm1.2621.950.68.42201.1619.510.67.21171.0416.740.66.04140.9213.50.64.8911表2不同粒度分布和对应的80μm、45μm和32μm筛余3水泥粉磨质量控制参数四川鑫统领建材科技有限公司用技术应AppliedT