粉煤灰、矿渣的粉磨对水泥性能的影响.pdf

籁验与i i i F 【二二。= 二 粉煤灰、矿渣的粉磨对水泥性能的影响 T h ei n f l u e n c eo fp u l v e r i z a t i o no ff l ya s ha n df u r n a c es l a go np r o p e r t i e so fc o m p o s i t ec e m e n t 曹晓非( 徐州市产品质量监督检验所，江苏徐州2 2 10 0 6 ) 摘要：研究了粉煤灰及高炉矿渣经不同粉磨工艺处理后，对所掺杂水泥的凝结时间及强度发展的影响。结果表明： 粉煤灰磨细后，会延长水泥的实际凝结时间并提升后期强度，而高炉矿渣磨细后，水泥的实际凝结时间缩短，早期强度得 到改善。但粉磨时间过长，则会使微细颗粒重新产生团聚，影响产品的实际性能。 关键词：粉煤灰；高炉矿渣；粉磨；复合硅酸盐水泥 A b s t r a c t ：F l ya s ha n db l a s tf u r n a c es l a gw e r ep u l v e r i z e dw i t hd i f f e r e n tp r o c e s s i n gp a r a m e t e r ，a n dt h ei n f l u e n c eo ns e t t i n gt i m e a n ds t r e n g t hd e v e l o p i n go ft h ea s d o p e dc e m e n tw e r es t u d i e d T h er e s u l t si n d i c a t et h a ts e t t i n gt i m ee x t e n da n dl o n g t e r ms t r e n g t h i n c r e a s ea st h ep a r t i c l es i z eo ff l ya s hi nc e m e n td e c r e a s e s I na d d i t i o n ，t h es e t t i n gt i m ea n de a r l ys t r e n g t ho fc e m e n ta r ei m p r o v e dw h e n f u r n a c es l a gw e r ef u r t h e rp u l v e r i z e d H o w e v e r ，p u l v e r i z i n gf o rt o om u c ht i m ew o u l dm a k ef i n ep a r t i c l e sa g g l o m e r a t e ，a n dd e g r a d ea c t u a l p r o p e r t i e so fc e m e n t K e yw o r d s ：f l ya s h ；b l a s tf u m a c es l a g ；p u l v e r i z a t i o n ；c o m p o s i t ep o r t l a n dc e m e n t 中图分类号：T U 5 2 1 文献标识码：B 文章编号：1 0 0 3 - 8 9 6 5 ( 2 0 11 ) 0 2 0 0 0 8 0 3 1 引言 根据可持续发展理念，近年来我国对水泥行 业提出了节能减排的要求，这需要通过有效措施 减少水泥生产中的能源和资源消耗量。相应途径 之一就是减少水泥中熟料的掺量，引入粉煤灰、 粒化高炉矿渣等工业固体废弃物加以补充。目前， 国内厂家生产复合硅酸盐水泥时多采用熟料、高 炉矿渣、粉煤灰等共同粉磨的工艺，但由于矿渣、 粉煤灰的易磨性不同于熟料，导致混磨水泥中的 工业废弃物混合材得不到充分细磨，平均粒度偏 大，相应活性得不到有效发挥，影响了水泥的凝 结时间、早期及后期强度，进而限制了混合材的 有效掺量【l 捌。而一些发达国家则早已采用熟料、 混合材分别用不同参数粉磨后再混合的生产工艺。 本试验研究旨在探讨在分别粉磨后混合以及 表1 水泥各原料的化学成分 掺量一定的工艺条件下，粉煤灰、高炉矿渣的不 同粉磨细度对复合硅酸盐水泥实际性能的影响， 从而在满足水泥国标的条件下，选择合理的粉磨 工艺参数，改良混合材对水泥实际性能的贡献作 用，提高其掺入的有效性。 2 试验 2 1 试验原料 试验采用的水泥熟料为徐州淮海中联水泥提 供的5 2 5 水泥熟料，相应混合材包括徐州热电厂 提供的粉煤灰、徐州钢铁厂提供的粒化高炉矿渣、 徐州淮海中联水泥提供的石膏及徐州本地开采的 石灰石。各组分的化学成分如表1 示。 r 名称C a 0 S i 0 2F e 2 0 3A 1 2 0 3 M o O S 0 3 烧失量 熟料 6 5 2 02 1 5 03 9 85 0 51 7 81 1 80 4 6 粉煤灰4 6 95 1 1 84 6 93 2 3 20 7 71 2 12 8 2 高炉矿渣3 7 5 7 3 1 3 4 1 6 21 9 2 88 8 4O 6 2 石膏2 3 6 92 2 1 81 5 63 2 ，1 41 8 2 3 石灰石 5 4 5 00 7 1O 1 90 0 71 1 24 3 2 4 8 2 2 试验方法 为考察经不同粉磨工艺处理后的 粉煤灰及矿渣对水泥性能的影响， 将复合硅酸盐水泥试样的组分配比 固定设计为：熟料5 6 、高炉矿渣 15 、粉煤灰2 0 、石灰石3 、石 膏6 。 将干燥后的粉煤灰、高炉矿渣用 万方数据 耱验与i A 证 【二。：一二：二】 表2 不同复合水泥试样的混合材组成 表3 不同粉磨工艺处理所得的混合材试样的颗粒级配 试样编号 粒径范围( ) 4 0um A 012 82 41 33 4 A 214 93 081 2 A 519 0 6O 3 A 1 018 11 710 B 001 01 62 64 8 B 2O2 33 41 51 8 B 517 91 037 B 1 018 41 1 4 O 5 0 0 m mx5 0 0 m m 的试验磨机分别粉磨2 h 、5 h 和1 0 h ，制备3 种粉煤灰试样和3 种高炉矿渣试样， 分别记为A 2 、A 5 、A 1O 、B 2 、B 5 、B 1 0 ，而未 进行二次粉磨的粉煤灰和矿渣记为A 0 和B 0 ，利 用L S C 一1 型激光粒度分析仪分别测试以上8 种混 合材粉磨样的颗粒级配。固定粉煤灰或矿渣的粉 磨工艺不变，与经不同工艺粉磨的另一种混合材 按设计配比均匀混合，制成不同的复合水泥试样， 试样的具体组成如表2 示。 各水泥试样凝结时间的测定按照G B 厂r 13 4 6 2 0 0 1 的规定进行，而3 天、2 8 天抗压强度的测 定则按照G B 丌1 7 6 7 1 1 9 9 9 ( I S O 法) 的规定进行。 3 试验结果及分析 经不同粉磨工艺处理的混合材试样的颗粒级 配如表3 示。 由表3 可知，未经粉磨时，粉煤灰的粒径分 布主要集中在1 0 3 0 9 m ，而高炉矿渣的粒径分布 主要集中在3 0 9 m 以上。随着粉磨时间的延长， 混合材中的粗大颗粒被细化，颗粒粒径分布向较 小的方向变化，1 0 2 0 9 m 的颗粒开始占主要部分， 粉煤灰和矿渣在粉磨5 小时后，1 0 - 2 0 9 m 范围的 颗粒分布分别达到9 0 和7 9 。而当粉磨时间进 一步延长到1 0 小时后，颗粒分布又略向大粒径方 向移动，这是由于粉磨到一定程度的混合材细颗 粒，本身具有较大的比表面积和表面活性，在后 续粉磨过程中相互接触，易发生团聚而形成新的 大颗粒3 1 。 所掺混合材经不同粉磨工艺处理的水泥试样 的凝结时间变化如图1 示。 图1 混合材经不同粉磨工艺处理的 水泥试样的凝结时间变化 由图l 可知，在其他条件不变的情况下，当 复合水泥中的粉煤灰的粉磨时间延长时，试样的 初凝、终凝时间都有所延长。而随着复合水泥中 的高炉矿渣的粉磨时间增加，相应水泥试样的凝 结时间有所缩短。 所掺混合材经不同粉磨工艺处理的水泥试样 的3 天及2 8 天抗压强度变化如图2 示。 9 万方数据 植验与i 人证 匿二二一。：二。】 堤台卞| 粉瞎时间h 图2 混合材经不同粉磨工艺处理的 水泥试样的3 天及2 8 天抗压强度变化 由图2 可知，组分中的粉煤灰粉磨时间延长 后，复合水泥试样的3 天抗压强度基本无变化， 而2 8 天抗压强度则有较明显的增加。但粉磨时间 延长到10 h ，试样的抗压强度不增反减。而增加 了矿渣组分的粉磨时间后，试样的3 天抗压强度 有所提升，2 8 天抗压强度则增幅不大。 分析产生上述结果的原因，是由于水泥本身 可视为一种紧密堆积体系，各组分颗粒的粒径分 布、活性等特性对产品的实际性能都会产生影响。 增加粉煤灰及高炉矿渣的粉磨时间后，其颗粒粒 径减小，进入水泥颗粒间隙的颗粒数量增多。但 粉煤灰属于火山灰混合材，无法自发产生水化反 应，进入水泥颗粒间隙的颗粒量越多，对其在水 化反应中相互接触的阻碍作用越大，相当于“稀 释”作用，因而试样的凝结时间有所延长。同时 粉煤灰微细颗粒在前期只能发挥其物理填充作用， 而水化一段时间后，粉煤灰磨细后的高表面活性 大幅促进了其在碱性液相环境中的水化反应，因 而对试样的2 8 天后期强度增幅较明显。相对的， 高炉矿渣属于潜在水硬性混合材，粉磨时间增加 后，其水硬活性得到增强。矿渣微细颗粒进入水 泥颗粒间隙后，其由诱导激活、表面微晶化以及 界面耦合组成的复合胶凝效应进一步增强了水泥 颗粒水化反应的速率，同时与水泥颗粒的紧密接 触也变相增加了整体的水化反应面积，在宏观上 表现为试样凝结时间的缩短和3 天早期强度的明 显增加。而到2 8 天时，矿渣微粉的水化激发作用 10 已基本发挥完毕，因此对强度的改善作用较微弱 4 - 7 。另外，若粉磨时间过长，混合材颗粒过细， 高活性表面使其易产生新的团聚。由于该团聚不 易打破，反而会进一步阻碍水泥的水化反应，影 响产品的实际性能。 4 结论 ( 1 ) 增加粉煤灰的粉磨时间，相应复合水泥 的凝结时间有所延长，早期强度变化不大，而后 期强度会有较大幅度的提高。而高炉矿渣的粉磨 时间延长后，水泥试样的凝结时间缩短，同时早 期强度得到改善，而后期强度基本无影响。 ( 2 ) 混合材的粉磨时间不宜过久，否则易产 生过粉磨而使微细颗粒重新产生团聚，进而对水 泥实际性能产生负面影响。 由于水泥的初、终凝时间影向到产品的工艺 应用性能，而早期、晚期强度则影响到其安全性能。 因此，在制备复合硅酸盐水泥时，应根据颗粒堆 积理论以及各组份材料的不同特性，选择不同的 粉磨工艺分别处理，以便产品性能得到最大优化。 参考文献 【1 】1 王开山，尹逊伟，邵美翠利用工业废渣低成本 生产优质水泥【】四川水泥，2 0 0 7 ，( 1 ) ：3 9 - 4 0 【2 】蒋永惠，汪小东，陈伟，等用矿渣微粉配制高 掺量早强矿渣水泥的研究【】水泥，2 0 0 1 ，( 2 ) ：1 4 【3 】3 乔龄山水泥的最佳颗粒分布及其评价方法】水 泥，2 0 0 1 。( 8 ) ：1 - 5 【4 】刘文永，李其敏，杨鹏，等颗粒组成和