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0、前言
    我國水泥行業(yè)工藝落后，歷來是消耗能源與資源的大戶，與可持續(xù)發(fā)展產(chǎn)生矛盾。要解決這一矛盾，必須立即采取有效措施，減少水泥熟料的產(chǎn)量其中途徑之一，就是摻入粉煤灰、礦渣等礦物摻和料，并且這部分礦物摻和料大多以超細(xì)粉的形式摻加。
    水泥廠的粉磨作業(yè)基本上都采用球磨機(jī)，振動(dòng)磨是在球磨機(jī)的基礎(chǔ)上進(jìn)行了改進(jìn)，將物料和研磨介質(zhì)裝入彈簧支撐的磨筒內(nèi)，由偏心塊激振裝置驅(qū)動(dòng)磨筒作圓振動(dòng)，通過研磨介質(zhì)的高頻振動(dòng)對物料作沖擊、摩擦、剪切等作用而粉碎，相較球磨機(jī)有沖擊強(qiáng)度高、沖擊頻率高、研磨效率高等特點(diǎn)，能夠?qū)⑽锪仙罴庸さ奖缺砻娣e800m2/kg以上，是一種良好的超細(xì)磨機(jī)，富通新能源銷售球磨機(jī)、雷蒙磨粉機(jī)等磨機(jī)機(jī)械設(shè)備。
    本文通過兩種粉磨設(shè)備（球磨機(jī)和振動(dòng)磨）對熟料和礦物摻和料（粉煤灰、礦渣）進(jìn)行超細(xì)加工，比較不同粉磨設(shè)備加工超細(xì)粉的能力，并進(jìn)一步研究由不同粉磨設(shè)備加工而成的礦物超細(xì)粉的細(xì)度及摻量對水泥物理性能（標(biāo)準(zhǔn)稠度需水量、凝結(jié)時(shí)間、膠砂強(qiáng)度）的影響。
1、試驗(yàn)原材料及方法
1.1原材料
  (1)熟料：濕法旋窯熟料，取自四川雙馬水泥廠，其化學(xué)成分見表l。
  (2)粉煤灰：四川江油火電廠干排粉煤灰，其化學(xué)成分見表1。
  (3)礦渣：取自四川雙馬水泥廠，其化學(xué)成分見表l。
  (4)石膏：取自四川雙馬水泥廠，其化學(xué)成分見表1。
1.2試驗(yàn)方法
  (1)球磨機(jī)采用∮500×500mm試驗(yàn)?zāi)�機(jī)，振動(dòng)磨采用2MZC-38型振動(dòng)磨。
  (2)比表面積測試采用勃氏透氣比表面積測定儀。
  (3)顆粒分布測試采用Malvern2000型激光粒度分布儀。
  (4)標(biāo)準(zhǔn)稠度需水量和凝結(jié)時(shí)間的測定按照CB/T1346-2001的規(guī)定進(jìn)行。
  (5)水泥膠砂強(qiáng)度的測定按照GB/T17671-1999（ISO法）的規(guī)定進(jìn)行。
2、試驗(yàn)結(jié)果及分析
2.1  不同粉磨設(shè)備加工的超細(xì)粉對水泥物理性能的影響
2 .1.1不同粉磨設(shè)備對物料加工性能的對比
    使用不同粉磨設(shè)備加工相同時(shí)間的超細(xì)粉的比表面積見表2，不同粉磨設(shè)備將物料加工到相同細(xì)度時(shí)所消耗的時(shí)間及超細(xì)粉的粒度分布狀況見表3。
    在物料入磨量相等（均為3kg）、入磨粒度相當(dāng)（均為<5mm）、磨機(jī)額定功率相同（均為3KW）的情況下，不同粉磨設(shè)備加工超細(xì)粉的能力比較體現(xiàn)在：加工超細(xì)粉到相同細(xì)度時(shí)，所消耗的粉磨時(shí)間及超細(xì)粉的粒度分布狀況。由表2、表3可見，所加工的物料達(dá)到相同細(xì)度時(shí)，使用振動(dòng)磨所消耗時(shí)間約為使用球磨機(jī)所消耗時(shí)間的2/3。例如，加工熟料至比表面積為550±lOm2/kg時(shí)，球磨機(jī)需要60min，而振動(dòng)磨只需要40min。由此看出，振動(dòng)磨粉磨能力更強(qiáng)，粉磨效率更高，同樣粉磨時(shí)間下加工的超細(xì)粉的比表面積更大，加工超細(xì)粉到相同比表面積時(shí)所消耗的功率更少。
    所加工的物料達(dá)到相同細(xì)度時(shí)，使用振動(dòng)磨加工的超細(xì)粉的粒度分布相比使用球磨機(jī)加工的超細(xì)粉的粒度分布更集中于微細(xì)顆粒。例如，使用振動(dòng)磨分別加工熟料粉、粉煤灰、礦渣粉，其粒度小于10.024um的部分分別占到了36.96%、57.95%、52.95%；而使用球磨機(jī)分別加工熟料粉、粉煤灰、礦渣粉，其粒度小于10.024um的部分分別只占到33.67%、57.01%、51.54%。
2.2兩種粉磨設(shè)備加工的超細(xì)粉對水泥物理性能的影響
    將用兩種粉磨設(shè)備加工至550±lOm2/kg的熟料（摻入5％的石膏）作對比，測試水泥物理性能，結(jié)果見表4。將用兩種粉磨設(shè)備加工至800±20m2，kg的礦物超細(xì)粉（粉煤灰、礦渣）摻入350m2/kg的熟料粉（熟料：石膏= 95:5，其物理性能見表5，編號為PC）作對比，按如下比例”礦物超細(xì)粉：熟料：石膏= 30:65:5”配料，測試水泥物理性能，結(jié)果見表5。各物料顆粒分布與比表面積見表3。
2.2.1標(biāo)準(zhǔn)稠度需水量
    從表4來看，對于熟料而言，使用振動(dòng)磨加工的．熟料的標(biāo)準(zhǔn)稠度需水量（以下簡稱需水量）少于使用球磨機(jī)加工的熟料的需水量。從表3看出，細(xì)度相同的情況下，使用振動(dòng)磨加工的熟料，其粒度分布中微細(xì)顆粒增多了，粉體原始堆積時(shí)空隙率減少，所以需水量會(huì)減少。
    從表5看出，礦物超細(xì)粉的摻加會(huì)引起需水量的減少。
    使用振動(dòng)磨加工的礦物超細(xì)粉摻入水泥中，比使用球磨機(jī)加工的礦物超細(xì)粉，使需水量減少得更多。從表3看出，在超細(xì)粉細(xì)度相同的情況下，使用振動(dòng)磨加工的礦物超細(xì)粉，其粒度分布中微細(xì)顆粒更多，就能置換出更多的填充水，進(jìn)而使得需水量減少得更多。
2.2.2凝結(jié)時(shí)間
    從表4來看，對于熟料而言，使用振動(dòng)磨加工的熟料的凝結(jié)時(shí)間比使用球磨機(jī)加工的熟料的凝結(jié)時(shí)間短。從表3看出，在細(xì)度相同的情況下，使用振動(dòng)磨加工的熟料，其粒度分布中微細(xì)顆粒增多了，熟料顆粒和水更加充分的接觸，因此水化加快，凝結(jié)時(shí)間縮短。
    從表5看出，超細(xì)粉煤灰的摻加引起凝結(jié)時(shí)間延長，超細(xì)礦渣粉的摻加引起凝結(jié)時(shí)間縮短。超細(xì)粉煤灰的火山灰活性不夠高，水化早期火山灰反應(yīng)沒有發(fā)生，超細(xì)粉煤灰的摻加減少了熟料的量，減弱了熟料的水化反應(yīng)，因而延長了凝結(jié)時(shí)間。超細(xì)礦渣粉的火山灰活性很高，水化早期火山灰反應(yīng)就發(fā)生了，進(jìn)而促進(jìn)了熟料的水化反應(yīng)，因而縮短了凝結(jié)時(shí)間。
    使用振動(dòng)磨加工的礦物超細(xì)粉摻入水泥中，比使
用球磨機(jī)加工的超細(xì)粉，縮短了凝結(jié)時(shí)間。從表3看出，在細(xì)度相同的情況下，使用振動(dòng)磨加工的礦物超細(xì)粉，其粒度分布中微細(xì)顆粒增多了，能更好的分散熟料顆粒，這樣使得熟料顆粒與水的接觸面積變大，水化加快，因而縮短了凝結(jié)時(shí)間。
2.2.3膠砂強(qiáng)度
    從表4看出，對于熟料而言，使用振動(dòng)磨加工的熟料的3d與28d強(qiáng)度都比使用球磨機(jī)加工的熟料的強(qiáng)度高。水泥熟料顆粒中．小于10um的顆粒對早期強(qiáng)度有較大貢獻(xiàn)，10～30um顆粒則對7d與28d強(qiáng)度有較好的相關(guān)性，而大于60um顆粒則基本不能水化。分析熟料組數(shù)據(jù)，C2水泥中小于10.024um的熟料顆粒含量高于Cl，所以C2的3d強(qiáng)度高于Cl。C2中10.024～31.698um的熟料顆粒含量高于Cl，所以C2的28d強(qiáng)度也高于Cl。
    從表5看出，摻人超細(xì)粉煤灰降低了3d強(qiáng)度，增加了28d強(qiáng)度，摻入超細(xì)礦渣粉對3d和28d強(qiáng)度都有增加。粉煤灰火山灰活性低，3d時(shí)火山灰反應(yīng)還沒有發(fā)生，此時(shí)粉煤灰只起到物理填充作用，粉煤灰的摻加減少了熟料的量，故而降低了3d強(qiáng)度。
    摻入使用振動(dòng)磨加工的礦物超細(xì)粉的水泥體系比摻入使用球磨機(jī)加工的礦物超細(xì)粉的水泥體系的3d和28d強(qiáng)度要高。從表3看出，在細(xì)度相同的情況下，使用振動(dòng)磨加工的礦物超細(xì)粉，其粒度分布中微細(xì)顆粒增多了，二次水化反應(yīng)更加迅速，能更加有效的增加水泥強(qiáng)度。
2.3超細(xì)粉煤灰、超細(xì)礦渣對水泥物理性能的影響
2.3.1超細(xì)粉不同細(xì)度對水泥物理性能的影響
    將粉煤灰、礦渣使用振動(dòng)磨分別加工到不同細(xì)度，采用勃氏透氣法測定比表面積（見表6），探討不同細(xì)度礦物超細(xì)粉對水泥物理性能的影響。
    按熟料：礦物超細(xì)粉：石膏=65: 30:5的比例配制成水泥，測定水泥物理性能，結(jié)果見表7。不同編號分別對應(yīng)于不同細(xì)度的礦物超細(xì)粉。
2.3.3.1  標(biāo)準(zhǔn)稠度需水量
    由表7看出，礦物超細(xì)粉的摻加減少了需水量。礦物超細(xì)粉的摻加減少了填充水的數(shù)量，但引起表層吸附水的增加，不足以彌補(bǔ)填充水減少的數(shù)量，因而減少了需水量。磨細(xì)粉煤灰比原狀粉煤灰的需水量大，這是因?yàn)槟ゼ?xì)粉煤灰在粉磨的過程中，破壞了一些球狀體，減弱了粉煤灰的減水效應(yīng)。隨著超細(xì)粉的比表面積增大，需水量減少得更多。這是因?yàn)殡S著超細(xì)粉的比表面積增大，其粒度分布中微細(xì)顆粒增多了，減少的填充水更加多于增加的表層吸附水，引起需水量的不斷減少。
2.3.3.2凝結(jié)時(shí)間
    由表7看出，總體來說，超細(xì)粉對凝結(jié)時(shí)間的影響不大。隨超細(xì)粉比表面積增大，一方面超細(xì)粉活性提高，另一方面能更好的起到分散熟料的作用，增加熟料和水的接觸面積，加快水化，將使凝結(jié)時(shí)間相應(yīng)的縮短。
2.3.3.3  膠砂強(qiáng)度
    由表7看出，對于3d強(qiáng)度而言，超細(xì)粉煤灰的摻加降低了水泥的強(qiáng)度，但隨粉煤灰比表面積的增大，水泥膠凝體系的強(qiáng)度增加；超細(xì)礦渣粉的摻加提高了水泥的強(qiáng)度，并隨著礦渣粉比表面積的增大，強(qiáng)度增加得更多。
    對于28d強(qiáng)度而言，摻入的粉煤灰比表面積較小時(shí)降低了水泥的強(qiáng)度，但摻入的粉煤灰比表面積較大時(shí)提高了強(qiáng)度。超細(xì)礦渣粉的摻加提高了水泥的強(qiáng)度并隨著超細(xì)礦渣粉比表面積的增大，強(qiáng)度增加得更多。
2.3.2超細(xì)粉不同摻量對水泥物理性能的影響
    分別以表6中的FA1、FA2、FA3三種細(xì)度的粉煤灰摻入熟料粉中，配制水泥。，安排的實(shí)驗(yàn)組數(shù)見表8，實(shí)驗(yàn)結(jié)果見表9。
2.3.2.1標(biāo)準(zhǔn)稠度需水量
    由表9看出，超細(xì)粉煤灰摻量較低時(shí)，降低了需水量；摻量較高時(shí)，增加了需水量。
2.3.2.2凝結(jié)時(shí)間
    由表9看出，超細(xì)粉煤灰摻量較低時(shí)，縮短了凝結(jié)時(shí)間，摻量較高時(shí)延長了凝結(jié)時(shí)間。
2.3.2.3膠砂強(qiáng)度
    由表9看出，隨著超細(xì)粉煤灰摻量的增加，3d強(qiáng)度降低；但相同摻量時(shí)，摻入比表面積較大的超細(xì)粉煤灰，水泥膠凝體系的強(qiáng)度較高。這是因?yàn)槌��?xì)粉煤灰的火山灰活性較低，3d時(shí)火山灰反應(yīng)還沒有發(fā)生，此時(shí)，超細(xì)粉煤灰僅起到物理填充作用．隨著摻量的增加，減少了熟料的量，水化減慢，強(qiáng)度降低。隨著超細(xì)粉煤灰比表面積的增大，微細(xì)顆粒增多，物理填充作用增強(qiáng)，一定程度上增加了強(qiáng)度。
    超細(xì)粉煤灰摻量較低時(shí)，提高了28d強(qiáng)度；摻量較高時(shí)，降低了28d強(qiáng)度。但相同摻量時(shí)，摻入比表面積較大的超細(xì)粉煤灰，水泥膠凝體系的強(qiáng)度較高。隨著超細(xì)粉煤灰比表面積的增大，微細(xì)顆粒增多，火山灰反應(yīng)加強(qiáng)，填充作用更加顯著，因而摻入比表面積大的超細(xì)粉煤灰的水泥膠凝體系的強(qiáng)度高。
3、結(jié)論
    1)振動(dòng)磨相比球磨機(jī)而言，相同粉磨時(shí)間下所加工而成的超細(xì)粉的比表面積更大，加工相同比表面積的超細(xì)粉所消耗的功率減少約1/3，并且加工的超細(xì)粉粒度分布更加集中于微細(xì)顆粒。
    2)使用振動(dòng)磨加工的熟料比使用球磨機(jī)加工的熟料，前者的標(biāo)準(zhǔn)稠度需水量更少，凝結(jié)時(shí)間更短，強(qiáng)度更高。振動(dòng)磨加工的礦物超細(xì)粉摻入水泥后與球磨機(jī)加工的礦物超細(xì)粉摻入水泥后相比，前者使得需水量減少，凝結(jié)時(shí)間縮短，強(qiáng)度提高。
    3)超細(xì)粉煤灰的摻加減少了標(biāo)準(zhǔn)稠度需水量，延長了凝結(jié)時(shí)間，降低了3d強(qiáng)度。隨著比表面積的增大，需水量不斷減少，凝結(jié)時(shí)間相應(yīng)縮短，3d強(qiáng)度相應(yīng)增加。摻量較低時(shí)降低了需水量，縮短了凝結(jié)時(shí)間，提高了28d強(qiáng)度；摻量較高時(shí)增加了需水量，延長了凝結(jié)時(shí)間，降低了28d強(qiáng)度。
    4)超細(xì)礦渣粉的摻加減少了標(biāo)準(zhǔn)稠度需水量，縮短了凝結(jié)時(shí)間，提高了3d和28d強(qiáng)度。并隨著超細(xì)礦渣粉比表面積的增大，需水量不斷減少，凝結(jié)時(shí)間不斷縮短，強(qiáng)度不斷提高。