礦渣水泥粉磨技術(shù)的應(yīng)用與探討
在水泥生產(chǎn)中，?；V渣盡管已成為水泥第二組分，但是其潛在活性遠未得到充分發(fā)揮，礦渣水泥早期強度低即為其例證。粉碎機械力化學研究表明：粉磨過程不僅是粒子的細化過程，而且還往往伴隨有物料物理化學性能的改變，亦即該過程可提高材料的活性。依此論點，筆者通過在大志(無錫)AET技術(shù)研發(fā)中心試驗室的試驗，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度的關(guān)系，通過優(yōu)化粉磨過程，可提高礦渣水泥漿體強度，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度的措施更為簡便易行。因此，通過優(yōu)化粉磨工藝來制備高強度摻量礦渣水泥也就具有重要的技術(shù)經(jīng)濟價值。
一、實驗
1．實驗原料。所用的熟料密度為3.15g/cm3，3個率值分別為：硅率2.46、鋁率1.40、石灰飽和系數(shù)0.914。
2．實驗內(nèi)容。①試樣制備。試驗用雙倉球磨機規(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、石膏單獨粉磨后混合，混合操作在混料機中進行，混合時間為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)過縮分、干燥的礦渣通過輥壓機，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試樣測試方法。采用VICOM.VDC圖像分析儀測定樣品粒度分布，用NTB型透氣比表面積測定儀測定試樣比表面積。水泥漿體強度測試方法為：按標準稠度用水量，采用20mm×20mm×20mm凈漿試塊，手工攪拌、振動成型、標準養(yǎng)護。
二、實驗結(jié)果討論
1．粉磨工藝與礦渣水泥細度的關(guān)系。在研究單獨粉磨、混合粉磨以及礦渣預(yù)擠壓后，混合粉磨3種工藝對礦渣水泥產(chǎn)品細度的影響，當不同礦渣摻量下，以比表面積經(jīng)時間變化，表示出混合粉磨效率試驗結(jié)果。其效果：①熟料單獨粉磨的效率遠大于礦渣單獨粉磨效率；②將熟料和礦渣混合粉磨時，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，混合料粉磨的比表面積變化曲線接近于熟料單獨粉磨，而當?shù)V渣摻量為70％時，混合料的細度變化趨勢則近似于礦渣單獨粉磨，說明隨礦渣摻量的變化，混合料的粉磨特性也發(fā)生了變化。由上述實驗結(jié)果可以得到以下初步結(jié)論：從粉磨細度考慮，當水泥中的礦渣摻量小于30％時，混后粉磨工藝可提高產(chǎn)品比表面積；當?shù)V渣摻量大于45％時，采用單獨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，混合粉磨產(chǎn)品的粒度分布曲線與熟料單獨粉磨的曲線很接近，而同熟料和礦渣單獨粉磨后再混合的產(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)品粒度細于單獨粉磨后苒混合的產(chǎn)品。反之，當?shù)V渣摻量為50％、70％時，混合粉磨的物料呈現(xiàn)硬特性，其產(chǎn)品粒度大于單獨粉磨后再混合產(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．粉磨機理分析。不同粉磨工藝下產(chǎn)品細度及粒度分布的差別，可以從其粉碎機理上的差別來解釋。①易磨性差的組分(礦渣顆粒)起著傳遞荷載的作用。在運動過程中，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，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)果是礦渣粒子促進了熟料粒子的粉碎，成為熟料粒子粉磨過程中的微粉磨介質(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，形成的細小顆粒會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)生了大量的微細粒子，在粉磨過程中，這些微細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聚的幾率上升。
4．粉磨工藝與礦渣水泥漿體強度的關(guān)系。不同粉磨方式下，礦渣水泥漿體強度與礦渣摻量及產(chǎn)品細度之間關(guān)系(所有試樣中的石膏摻量均為5％)試驗結(jié)果為：①當?shù)V渣摻量為30％時，粉磨方式對3d、7d強度的影響不明顯，采用礦渣預(yù)擠壓后混合粉磨工藝或單獨粉磨工藝的28d強度略高于混合粉磨工藝；②當?shù)V渣摻量為50％、70％時，采用礦渣預(yù)擠壓后混合粉磨工藝或單獨粉磨后再混合工藝的水泥漿體，28d強度顯著高于混合粉磨工藝；③在高礦渣摻量時，可通過提高水泥細細度來增加水泥漿體強度，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，其漿體強度可與細度為300m2/kg、摻30％礦渣的水泥漿體強度相當。
不同粉磨工藝下，礦渣水泥漿體強度的差別顯然是由粒度分布不同所引起的，在混合粉磨過程中，由于微介質(zhì)效應(yīng)而使得產(chǎn)品中熟料粉磨過細、礦渣則較粗。由于熟料過細會使其水化速度過快，不利于成型搗實，而礦渣反應(yīng)率與細度關(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)致漿體強度下降。同時，當?shù)V渣顆粒較大時，礦渣水泥的水化相當微弱，而礦渣顆粒表面與漿體之間的粘接總是處于相對最弱處，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)的礦渣水泥漿體強度低的一個原因。但混合粉磨工藝可以對水泥各組分的細度作合理匹配，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)生的氫氧化鈣及時被礦渣玻璃體所吸收，使?jié){體結(jié)構(gòu)的密實性增加，水泥漿體強度得到充分發(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度。
上述的實驗結(jié)果及分析表明，在高礦渣摻量下，宜采用單獨粉磨工藝或預(yù)擠壓后混合粉磨工藝。因為從粉磨能耗、粉磨工藝的簡便性及粉磨產(chǎn)品的質(zhì)量這3個方面來分析，單獨粉磨工藝或預(yù)擠壓后混合粉磨工藝均優(yōu)于混合粉工藝。
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