礦渣水泥粉磨技術(shù)的應(yīng)用與探討
在水泥生產(chǎn)中，粒化礦渣盡管已成為水泥第二組分，但是其潛在活性遠(yuǎn)未得到充分發(fā)揮，礦渣水泥早期強(qiáng)度低即為其例證。粉碎機(jī)械力化學(xué)研究表明：粉磨過(guò)程不僅是粒子的細(xì)化過(guò)程，而且還往往伴隨有物料物理化學(xué)性能的改變，亦即該過(guò)程可提高材料的活性。依此論點(diǎn)，筆者通過(guò)在大志(無(wú)錫)AET技術(shù)研發(fā)中心試驗(yàn)室的試驗(yàn)，較系統(tǒng)地論述了水泥的不同粉磨技術(shù)以及粉磨工藝與硬化水泥漿體強(qiáng)度的關(guān)系，通過(guò)優(yōu)化粉磨過(guò)程，可提高礦渣水泥漿體強(qiáng)度，它比采用改善熟料礦物組成或添加激發(fā)劑等，以提高硬化水泥漿體強(qiáng)度的措施更為簡(jiǎn)便易行。因此，通過(guò)優(yōu)化粉磨工藝來(lái)制備高強(qiáng)度摻量礦渣水泥也就具有重要的技術(shù)經(jīng)濟(jì)價(jià)值。
一、實(shí)驗(yàn)
1．實(shí)驗(yàn)原料。所用的熟料密度為3.15g/cm3，3個(gè)率值分別為：硅率2.46、鋁率1.40、石灰飽和系數(shù)0.914。
2．實(shí)驗(yàn)內(nèi)容。①試樣制備。試驗(yàn)用雙倉(cāng)球磨機(jī)規(guī)格為2.2m×7.5m，填充率為33％，轉(zhuǎn)速為21.8r/min，制樣方式有：礦渣、熟料、石膏單獨(dú)粉磨后混合，混合操作在混料機(jī)中進(jìn)行，混合時(shí)間為8min；礦渣、熟料、石膏混合粉磨；礦渣預(yù)擠壓后混合粉磨。預(yù)擠壓礦渣的制備方法為：將一定量的經(jīng)過(guò)縮分、干燥的礦渣通過(guò)輥壓機(jī)，分別在100MPa、150MPa、200MPa的壓力下將礦渣壓成料餅，再把料餅打散，即得到預(yù)擠壓礦渣試樣。②試樣測(cè)試方法。采用VICOM.VDC圖像分析儀測(cè)定樣品粒度分布，用NTB型透氣比表面積測(cè)定儀測(cè)定試樣比表面積。水泥漿體強(qiáng)度測(cè)試方法為：按標(biāo)準(zhǔn)稠度用水量，采用20mm×20mm×20mm凈漿試塊，手工攪拌、振動(dòng)成型、標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)。
二、實(shí)驗(yàn)結(jié)果討論
1．粉磨工藝與礦渣水泥細(xì)度的關(guān)系。在研究單獨(dú)粉磨、混合粉磨以及礦渣預(yù)擠壓后，混合粉磨3種工藝對(duì)礦渣水泥產(chǎn)品細(xì)度的影響，當(dāng)不同礦渣摻量下，以比表面積經(jīng)時(shí)間變化，表示出混合粉磨效率試驗(yàn)結(jié)果。其效果：①熟料單獨(dú)粉磨的效率遠(yuǎn)大于礦渣單獨(dú)粉磨效率；②將熟料和礦渣混合粉磨時(shí)，隨礦渣摻量的增加，粉磨效率逐漸降低，但降低的幅度并不與礦渣摻量成比例。如礦渣摻量為30％時(shí)，混合料粉磨的比表面積變化曲線接近于熟料單獨(dú)粉磨，而當(dāng)?shù)V渣摻量為70％時(shí)，混合料的細(xì)度變化趨勢(shì)則近似于礦渣單獨(dú)粉磨，說(shuō)明隨礦渣摻量的變化，混合料的粉磨特性也發(fā)生了變化。由上述實(shí)驗(yàn)結(jié)果可以得到以下初步結(jié)論：從粉磨細(xì)度考慮，當(dāng)水泥中的礦渣摻量小于30％時(shí)，混后粉磨工藝可提高產(chǎn)品比表面積；當(dāng)?shù)V渣摻量大于45％時(shí)，采用單獨(dú)粉磨后再混合的工藝將優(yōu)于混合粉磨工藝，但若用礦渣預(yù)擠壓后混合粉磨工藝則更佳。
2．粉磨工藝與礦渣水泥粒度分布的關(guān)系。礦渣摻量為30％時(shí)，混合粉磨產(chǎn)品的粒度分布曲線與熟料單獨(dú)粉磨的曲線很接近，而同熟料和礦渣單獨(dú)粉磨后再混合的產(chǎn)品粒度分布曲線相比，混合粉磨的物料呈現(xiàn)軟特性，其產(chǎn)品粒度細(xì)于單獨(dú)粉磨后苒混合的產(chǎn)品。反之，當(dāng)?shù)V渣摻量為50％、70％時(shí)，混合粉磨的物料呈現(xiàn)硬特性，其產(chǎn)品粒度大于單獨(dú)粉磨后再混合產(chǎn)品的粒度，而且粒度分布也比較寬。礦渣預(yù)擠壓后與熟料混合粉磨的產(chǎn)品粒度分布，明顯地比未擠壓礦渣與熟料混合粉磨產(chǎn)品窄，尤其是其產(chǎn)品中的粗顆粒含量顯著減少，表現(xiàn)出了體積粉碎的特征。
3．粉磨機(jī)理分析。不同粉磨工藝下產(chǎn)品細(xì)度及粒度分布的差別，可以從其粉碎機(jī)理上的差別來(lái)解釋。①易磨性差的組分(礦渣顆粒)起著傳遞荷載的作用。在運(yùn)動(dòng)過(guò)程中，如果磨球的能量大于熟料的破壞而小于礦渣的破壞能量時(shí)，礦渣顆粒將所承受到的應(yīng)力傳遞給周圍的熟料粒子，而使得熟料粒子接受粉碎能量的幾率增大，形成了一種所謂的粒子間粉碎現(xiàn)象，其結(jié)果是礦渣粒子促進(jìn)了熟料粒子的粉碎，成為熟料粒子粉磨過(guò)程中的微粉磨介質(zhì)。②易磨性好的組分(熟料顆料)的荷載緩沖作用。在混合粉磨過(guò)程中，兩種組分被均勻混合，由于熟料粒子較易被粉碎，形成的細(xì)小顆粒會(huì)在礦渣料子周圍形成緩沖層，從而使得礦渣粒子所接受的沖擊應(yīng)力減弱，粉碎幾率降低，粉碎產(chǎn)品中粗顆粒含量上升。③粉磨物料顆粒團(tuán)聚的幾率上升。由于易磨性差的組分的微介質(zhì)作用，使得在這些顆粒周圍產(chǎn)生了大量的微細(xì)粒子，在粉磨過(guò)程中，這些微細(xì)粒子不但容易包覆在礦渣粒子周圍，而且還由于礦渣粒子的錘焊作用而使得這些小粒子間團(tuán)聚的幾率上升。
4．粉磨工藝與礦渣水泥漿體強(qiáng)度的關(guān)系。不同粉磨方式下，礦渣水泥漿體強(qiáng)度與礦渣摻量及產(chǎn)品細(xì)度之間關(guān)系(所有試樣中的石膏摻量均為5％)試驗(yàn)結(jié)果為：①當(dāng)?shù)V渣摻量為30％時(shí)，粉磨方式對(duì)3d、7d強(qiáng)度的影響不明顯，采用礦渣預(yù)擠壓后混合粉磨工藝或單獨(dú)粉磨工藝的28d強(qiáng)度略高于混合粉磨工藝；②當(dāng)?shù)V渣摻量為50％、70％時(shí)，采用礦渣預(yù)擠壓后混合粉磨工藝或單獨(dú)粉磨后再混合工藝的水泥漿體，28d強(qiáng)度顯著高于混合粉磨工藝；③在高礦渣摻量時(shí)，可通過(guò)提高水泥細(xì)細(xì)度來(lái)增加水泥漿體強(qiáng)度，如采用礦渣預(yù)擠壓后混合粉磨工藝，摻70％礦渣(比表面積為600m2/kg)時(shí)，其漿體強(qiáng)度可與細(xì)度為300m2/kg、摻30％礦渣的水泥漿體強(qiáng)度相當(dāng)。
不同粉磨工藝下，礦渣水泥漿體強(qiáng)度的差別顯然是由粒度分布不同所引起的，在混合粉磨過(guò)程中，由于微介質(zhì)效應(yīng)而使得產(chǎn)品中熟料粉磨過(guò)細(xì)、礦渣則較粗。由于熟料過(guò)細(xì)會(huì)使其水化速度過(guò)快，不利于成型搗實(shí)，而礦渣反應(yīng)率與細(xì)度關(guān)系很大，粗顆粒將限制礦渣反應(yīng)活性的發(fā)揮，因而漿體內(nèi)部大尺寸孔的數(shù)量較多，導(dǎo)致漿體強(qiáng)度下降。同時(shí)，當(dāng)?shù)V渣顆粒較大時(shí)，礦渣水泥的水化相當(dāng)微弱，而礦渣顆粒表面與漿體之間的粘接總是處于相對(duì)最弱處，這樣漿體的斷裂也就往往發(fā)生在礦渣顆粒表面，這也是混合粉磨工藝生產(chǎn)的礦渣水泥漿體強(qiáng)度低的一個(gè)原因。但混合粉磨工藝可以對(duì)水泥各組分的細(xì)度作合理匹配，既可使礦渣的活性得到充分發(fā)揮，又可使熟料水化后所產(chǎn)生的氫氧化鈣及時(shí)被礦渣玻璃體所吸收，使?jié){體結(jié)構(gòu)的密實(shí)性增加，水泥漿體強(qiáng)度得到充分發(fā)展。礦渣經(jīng)預(yù)擠壓后，易磨性得到了顯著提高，在其后的混合粉磨過(guò)程中，產(chǎn)品的粒度分布可得到顯著改善，從而提高了水泥漿體強(qiáng)度。
上述的實(shí)驗(yàn)結(jié)果及分析表明，在高礦渣摻量下，宜采用單獨(dú)粉磨工藝或預(yù)擠壓后混合粉磨工藝。因?yàn)閺姆勰ツ芎?、粉磨工藝的?jiǎn)便性及粉磨產(chǎn)品的質(zhì)量這3個(gè)方面來(lái)分析，單獨(dú)粉磨工藝或預(yù)擠壓后混合粉磨工藝均優(yōu)于混合粉工藝。
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