大掺量矿渣硅酸盐水泥性能的改进及优化

3 40 54 4 40 52
6 4. 05 3. 8 14. 7 2# 33 4# 07 8 4. 93 2. 6 9. 6 2# 39 3# 55
5 40 50
10 5. 93 2. 4 8. 6 2# 48 4# 33
2
R esearch & A pp lication of Bu ild ingM aterials
1
结果见图 5和表 1。
图 2 矿渣粉掺量对水泥强度的影响wk.baidu.com
因此, 将熟料粉的比表面积由 400 m 2 / kg 降至 360 m2 /kg。在矿渣粉掺量相同的情况下配制水泥, 强度与以往相比无明显变化, 且与混凝土外加剂的 适应性有所改善。熟 料粉磨系统的 电耗大幅度降 低, 台时产量也有所提高。 2. 1. 2 矿渣粉
图 3 矿渣的 X - ray 分析
由图 3可知, 矿渣中多数为玻璃体, 含有少量的 结晶产物。
矿渣 SEM 分析的试验结果如图 4所示。
图 4 矿渣的 SEM 分析
从图 4矿渣 SEM 照片分析, 矿渣颗粒呈多棱面 状, 颗粒级配较好。
采用激光粒度分析仪测试了矿渣的颗粒分布,
图 5 矿渣的颗粒分布
我公司的生产原料为熟料、矿渣、石膏, 矿渣粉
建材技术与应用 6 /2010
和熟料粉的比表面积分别控制为 > 465 m2 /kg 和 > 400 m2 / kg, SO 3 含量控制在 2. 3% ! 0. 3% , 出厂水 泥的比表面积在 420~ 440 m2 / kg。施工单位按以往 经验使用时, 存在着外加剂适应性差、混凝土坍落度 损失大、混凝土凝固慢等问题, 水泥产品很难进入周 边的混凝土搅拌站和大型工程。
号 熟料 矿粉 煅烧石膏 量 /% 抗折 抗压 初凝 终凝
1 40 59
1 2. 52 3. 9 15. 1 2# 51 4# 44
2 40 57
3 3. 41 4. 4 16. 2 2# 44 4# 30
3 40 55
5 4. 76 4. 1 15. 1 2# 25 4# 02
4 40 53
7 5. 87 3. 8 14. 2 2# 20 3# 55
表 1 矿渣的粒径分布
粒径 / m
∀ 2. 211 ∀ 4. 101 ∀ 6. 389 ∀ 8. 986 ∀ 12. 49
累计百分含量 /% 10
20
30
40
50
粒径 / m
∀ 16. 90 ∀ 21. 79 ∀ 27. 54 ∀ 36. 53 ∀ 45. 98
累计百分含量 /% 60
70
80
90
95
表 3 硬石膏掺量对水泥性能的影响
序
配比 /%
SO 3 含 3 d强度 /M Pa 凝结时间
号 熟料 矿粉 硬石膏 量 /% 抗折 抗压 初凝 终凝
1 40 59 1 2. 41 3. 9 15. 1 2# 45 4# 24
2 40 57 3 3. 17 4. 4 16. 2 2# 37 4# 20
5 40 51
9 6. 58 2. 6 10. 0 2# 05 3# 35
从对以上试验结果的对比可以看出, 在国家标 准限定的矿渣水泥中 SO3 含量 < 4 % 的范围内, 上 述 3种石膏对水泥 3 d强度的影响差别不大。由于 硬石膏、煅烧石膏价格高, 同时煅烧石膏供货又比较 困难, 因此, 水泥生产 中以掺入二水 石膏为主, SO3 含量控制在 2. 8% ! 0. 3% 。 2. 3 掺加石灰石
3 40 55 5 3. 88 4. 1 15. 1 2# 42 4# 30
4 40 53 7 4. 46 3. 8 14. 2 2# 24 4# 13
5 40 51 9 5. 11 2. 6 10. 0 2# 29 4# 22
表 4 煅烧石膏掺量对水泥性能的影响
序
配比 /%
SO 3 含 3 d强度 /M Pa 凝结时间
我公司使用的矿渣由长钢集团内部供应, 由于 水淬工艺落后, 磨制 的矿渣粉活性指数尤其是 7 d 活性指数较低, 仅属于 S75级别。因此, 在经过试验 室试配验证后, 在矿渣中掺加了粒径为 5~ 10 mm、 掺量为 5 % 左右的石灰石, 不仅使莱歇磨的产量有 了明显提高, 而且矿渣粉 7 d 活性指数有了大幅度 提高, 矿渣粉的 各项指标均能满足 S95 级的要求。 掺加石灰石前后的矿粉活性对比见表 5。
表 2 二水石膏掺量对水泥性能 的影响
序
配比 /%
SO3 含 3 d强度 /M Pa 凝结时间
号 熟料 矿粉 二水石膏 量 /% 抗折 抗压 初凝 终凝
1 40 58
2 2. 80 4. 0 15. 3 2# 44 3# 58
2 40 56
4 3. 70 4. 1 15. 9 2# 34 3# 18
文章编号: 1009- 9441( 2010) 06- 0001- 03
试验研究
大掺量矿渣硅酸盐水泥性能的改进及优化
孙小明 ( 长治钢铁 ( 集团 ) 瑞昌水泥有限公司, 山西 长治 046100)
摘 要: 针对前期水泥生 产中存 在的问 题, 分 别就 熟料粉 比
表面积、矿渣粉微观结构 及颗粒 分布、石膏类 型及 掺量等 对
2 试验与分析
2. 1 颗粒级配及颗粒形貌的调整 2. 1. 1 熟料粉
据资料介绍, 水泥中粒径在 3~ 32 m 范围的 颗粒对水化起主要作用, 粒径 > 60 m 的水泥粗粒 仅起填充作用, 粒径 < 3 m 的应尽量少, 尤其是熟 料不宜磨得过细。因此, 我们对不同比表面积的熟 料粉进行了强度对比 (见图 1), 以避免过粉磨现象。
Im provem ent and Op ti m ization of the Performance of Large A dm ixture Portland Slag C em en t
SUN X iao- m ing ( Ru ichang C em ent Co. L td. , Changzh i S teel G roup, Changzh,i Shanx ,i 046100, Ch ina) A bstract: A im ed at the present problem s in cem ent production, in the paper separate ly m ade are a test research, a comparison and an ana lysis o f the spec ific surface area of the clinker particles, the m icrostructure and the gra in d istribut ion of the slag pow der, the effect o f the chosen types of gypsum and it additiona l propo rt ion on the 3 d strength o f the large adm ixture slag cem ent and the effect o f the lim estone add it ion on the activity of the slag pow der and the production o f the L oesche m il.l T he resu lts ind icate that the c linker needn 't be g round into too sm all part icles or the ball coating in the ballm ill w ould appear so as to affect the production o f the m ill and on the other hand, too sm all size of the clinker powder m akes litt le con tribution to the streng th o f cem en.t T he effect o f sm all add ition o f lim estone on the increase o f production is ev ident and at the sam e tim e on the effect ive increase of the 7 d activ ity o f the slag powder. T he spec ific surface area o f the slag pow der should be lim ited to 430~ 450 m2 /kg. T oo big spec ific surface area is too big, un favorab le to the production increase o f the Loesche m ill and the
表 5 掺加石灰石前后的矿粉活性
项目 不掺石灰石
掺石灰石
7 d活性指数 /% 65 ~ 71 76 ~ 85
28 d活性指数 /% 96~ 106 95~ 101
2. 4 工艺优化的效果 通过合理调整水泥的颗粒分布及比表面积, 并
适当改变配料, 目前我公司矿渣水泥与外加剂的适 应性较好。在混凝土施工配合比设计中, 通过采用 低水胶比, 既节约了水泥, 又避免了混凝土凝结慢现 象的发生。
3 结论
3. 1 熟料粉不宜磨得过细, 否则易引起球磨机包球 现象, 影响球磨机的台时产量, 而且熟料过细粉磨对 水泥强度的贡献不大。 3. 2 在矿渣中掺加少量的石灰石, 不仅增产效果显 著, 同时能有效地提高矿粉的 7 d活性。 3. 3 矿渣粉的比表面积宜控制在 430~ 450 m2 /kg。 若比表面积过高, 不利于莱歇磨台时产量的提高和 电耗的降低。在比表面积控制在 450 m2 / kg 的情况 下, 我公司矿渣粉磨线的单位电耗为 39 kW h / t。 3. 4 石膏的类型与适宜掺量, 应根据实际生产、原 料情况进行对比分析。我公司的试验结果显示, 水 泥 3 d强度在一定范围内, 随着石膏掺量的增加而 提高; 但水泥中 SO3 含量 > 3. 5 % 时, 水泥 3 d强度 呈递减趋势。
粉的 7 d活性; 矿渣粉的比表面积 宜控制在 430~ 450 m2 /kg,
若比表面积过高, 不利于莱歇磨产量的提高和电耗的降低。
关键词: 矿渣水泥; 分别粉磨; 水泥性能; 莱歇磨
中图分类号: TQ 172. 1
文献标识码: A
引言
长治钢铁 ( 集团 ) 瑞昌水泥有限公司采用分别 粉磨技术, 矿渣由 LM 56. 2+ 2S莱歇磨粉磨, 熟料由 辊压机 + 球磨机预粉磨系统进行粉磨。粉磨后得到 的矿渣粉与熟料粉按不同比例进行拌和, 生产不同 强度等级的水泥产品, 大掺量矿渣水泥占到总产量 的 65% 以上。多年来, 通过生产实践, 不断优化产 品性能, P S B 32. 5水泥的矿渣掺量达到 60 % , 水泥性能也得到了优化。
根据易磨性试验, 矿渣属于较难磨细的物质, 其 比表面积越高, 台时产量越低, 电耗越高。因此, 在 进行成本分析与性能对比后, 将矿渣粉的比表面积 控制指标调整至 450 m2 /kg, 并进行了矿渣 X - ray 分析、矿粉 SEM 颗粒形貌、颗粒分布等测试。
矿渣 X - ray分析的试验结果如图 3所示。
1 前期生产中存在的问题
我公司水泥产品投放市场后, 经过调研和用户 信息反馈, 在较长时间内, 水泥产品存在着以下主要 问题。 1. 1 矿渣水泥 3 d强度较低
按试验设计, 当矿渣粉磨至比表面积 465 m2 /kg 以上时, P S B 32. 5水泥的矿渣掺量可达 60% ~ 65 % , 3 d抗压强度可达 13~ 14 M Pa。但在实际生 产中, 初期配制水泥时, 矿渣粉的掺量仅为 45 % ~ 50 % , 水泥 3 d抗压强度仅为 12~ 13 MP a, 而市场 上同品种水泥的 3 d抗压强度均在 15 MP a左右, 同 比低 2 MP a以上, 致使我公司水泥产品的市场认知 度较低, 销路不畅。 1. 2 与混凝土外加剂适应性较差
大掺量矿渣水泥 3 d强度的影响, 掺加石灰 石对矿渣粉 活性
及莱歇磨产量的影响 , 进行了试验研究与对比分析。结 果表
明, 熟料粉不宜磨得过细, 否则 易引起球磨机包球现象, 影响
磨机产量, 而且熟料过细 粉磨对 水泥强 度的贡 献不 大; 矿 渣
中掺加少量石灰石的增产效果 显著, 同时还能有效地提 高矿
图 1 不同比表面积熟料粉对水泥强度的影响
由图 1可见, 熟料粉比表面积在 360~ 400 m2 / kg 之间波动时, 水泥 3 d抗压强度差别不大, 基本呈比 表面积越高则强度越高的趋势。而强度出现的波动 主要是由于熟料本身的质量波动引起的。
矿渣粉掺量对水泥强度的影响见图 2。 由图 2可知, 当矿渣粉掺量较低时, 对水泥强度 的贡献以熟料为主, 熟料强度越 高, 水泥强 度也越 高; 当矿粉掺加量较高时, 对水泥强度的贡献以矿粉 为主, 熟料比表面积对水泥强度的影响很小。例如 矿粉掺量为 60% 时, 不同比表面积的熟料粉配制的 水泥强度差别很小。
对图 5和表 1的分析可知, 矿渣的粒径分布较 合理, 级配较好, 其中 粒径在 27. 54 m 以下 的占 80 % , 矿渣粉在砂浆和混凝土中能较好地起到填充 作用。
2. 2 调整石膏的掺量 为了提高矿渣水泥的早期强度, 以便于混凝土
的施工和缩短工期, 我们对石膏的类型、掺量进行了 对比试验。
首先对不同掺量的二水石膏与水泥强度之间的 关系进行了试验, SO 3 含量在 1. 1 % ~ 4. 0 % 之间 变化, 进行水泥物理力学性能测试, 得出水泥中 SO 3 含量为 2. 80% 时, 水泥的物理力学性能较好。在此 基础上, 对不同类型的石膏对水泥性能的影响进行 了对比试验。
将混合熟料 用试验磨机粉磨至 360 m2 / kg, 取 自现场 的矿粉比表面积 为 452 m 2 / kg, SO3 含 量为 2. 92 % , 石膏粉磨 37 m in, 采用外掺法分别配入, 每 份水泥样品的质量为 3 kg。不同类型的石膏对水泥 性能影响的试验结果见表 2至表 4。