李文念
华润水泥（南宁）有限公司 广西南宁530043
摘 要：水泥是建筑工程中最常见的也是使用最为广泛的原料之一。在水泥的制备过程中，制备环境的差异性往往会导致水泥性质的不同。而水泥性质的不同对于其性能有直接的影响。在本文中，笔者选用了不同孔径的筛子对水泥进行的筛滤，得到了不同颗粒级别的水泥筛余物，并对其进行了化学成分的鉴定以及易磨性等物理性质的分析，旨在分析出不同颗粒级别水泥主要组成原料的分布情况以及造成这一差异性的主要原因。并以此为基础，探究了炉渣水分对水泥易磨性的影响。以期能给业内相关人员提供参考。
关键词：颗粒级配；炉渣；筛余物；易磨性
前 言
不同颗粒级别的水泥在物理性质上有明显的差异性，尤其是对硬化速度、放热速度、强度等对建筑工程的工艺有直接影响的物理性质有极大的影响。从目前的研究进展来看，相关人员对水泥进行了45微米、80微米筛余物以及比表面积等细度指标控制水泥颗粒级配。但是对于不同颗粒级别筛余物的主要组成成分以及其性能差异性的研究还较少。水泥的组成成分复杂，其中炉渣是十分常见的一种混合材料。从组成成分上来看，炉渣中主要含有氧化硅、氧化铝等物质，这些物质一般作为水泥的活性成分而存在。此外，还含有一定的水分。在实际的生产中，如果炉渣中水分含量过高，则会导致辊压过程溜管、V型选粉机等频繁堵塞的情况，对生产效率造成较大的影响。基于此，本文主要对炉渣水分与其易磨性之间的关联进行了研究。
1.物料易磨性的几种表征方法
易磨性是水泥的一种物理性质，而对于这种性质可以用以下三种表示方法来进行表示。
（1）粉磨功指数：在GB9964-88中规定，原料的易磨性可以采用粉磨功来进行表示。该指数的获取原理如下：首先，将物料研磨到平衡状态。该过程中使用到的设备为标准试验磨。其次，测算试验磨在每次转动的过程中所得到的成品质量。最后，根据成品质量来进行计算。测定将物料由初始状态研磨至平衡状态的功耗。这一过程实际上是在模拟干法闭路粉磨系统。将每转所得到的成品量用G来进行表示，该值越高则说明物料的易磨性越好。
（2）易磨性系数。与方法一中的绝对数值不同的是，易磨性系数是一个相对的概念。通过不同物料易磨性之间的相对值来描述物料的易磨性。采用该方法时，首先规定标准易磨系数——回转窑熟料的易磨性为1.0。在建立了这一标准值后，可以根据该值来对其他物料的易磨性进行相对描述。系数值越高则说明易磨性越好。
（3）粉磨时间。该表征方法是从时间的维度来衡量物料的易磨性。即将相同的物料原料在相同的环境下使用同种研磨设备研磨至标准细度要求所消耗的时间。以时间的长短来表示物料的易磨性。这种方法操作简单，结果直观，因此在实际的实验过程中应用最为广泛。时间越短，说明其易磨性越高。
2.原材料测试
2.1原材料化学成分测试
在本文实验过程中，作为实验对象的水泥为6号水泥（这水泥是否还要展示材料？）。从其组成上来看，熟料、石膏、炉渣、石灰石所占的比例分别为81%、4%、10%、5%。每一种原料的化学成分有相似性，都含有各类金属氧化物以及非金属氧化物。从下表1中可以看出，金属氧化物中氧化铝与氧化铁的含量最高，而非金属氧化物中则以氧化硅为主。
表1 实验水泥样品化学成分
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从上表中可以得出，炉渣中的主要组成物质为氧化钙、二氧化硅、氧化铁与氧化铝。这四种物质的总量达到了熟料的86.91%。实际上，炉渣中还含有其他的微量元素，而这些微量元素对于水泥的易磨性也有非常直观的影响。微量元素改变水泥易磨性的途径如下：（1）改变物料结构。元素固溶（扩散）到炉渣中，会对其内部结构以及表面物理性质造成改变，进而影响其易磨性。（2）改变炉渣中的液相比例。微量元素在改变炉渣的物理结构时，往往是朝着降低其密度，增加物料中的孔结构的方向进行的。这些孔结构就成为了液体（主要是水分）聚集的地方，进而影响水泥的易磨性。
2.2原材料易磨性测定
在对待测水泥的组成成分进行了测定之后，实验的下一个环节则是测定其易磨性。在测试易磨性环节，笔者采用的是粉末时间的方式来进行的。具体如下：选取5kg水泥原料，进行研磨。研磨的时间分别定为25分钟、40分钟和55分钟。实验结果表明：（1）当研磨时间为25分钟时，物料的颗粒直径较大，筛余物较多，不具备参考价值。因此未对其进行筛余率计算。只测算了其比表面积。（2）研磨时间为40分钟以及55分钟时，相关实验结果如下表：
表2 炉渣比表面积以及筛余率
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在进行实验的过程中，由于炉渣的含水量过高达到了24%左右。因此，直接进行研磨的时候物料会与机器设备之间发生粘连，使得实验无法继续进行。鉴于此，在进行炉渣比表面积以及筛余率测算实验之前，对炉渣进行了预处理。具体做法是，将滤渣进行了烘干处理，然后再进行后续的实验。
3.水泥不同粒径范围化学成分分析
对水泥物料进行研磨之后。将筛余物的颗粒直径划分为三个级别：低于45微米、45到80微米、80微米以上。并分别检测各个直径级别下物料的化学成分。结果表明：（1）脱硫石膏主要存在于微粒直径最小的物料级别中，即小于45微米。其次是45到80微米，在80微米以上的物料中含量最低。这一实验结果与脱硫石膏材料比较细的客观事实保持一致。说明采用本实验的方法可以进行有效地成分分离。（2）而对于炉渣含量，在45微米以上的颗粒直径级别中远远高于水泥中的平均含量以及45微米以下的含量。导致这一结果的原因在于是实验前期将炉渣进行了脱水处理。（3）水泥的比表面积为388.53m2/kg。而45微米以上筛余物的比表面积只有60m2/kg左右。后者原因小于前者。通过相关资料可知，水泥颗粒级配对水泥强度有较大影响，水泥颗粒在3~32 μm之间活性较好，大于32 μm活性较差；（4）炉渣的主要组成是各种具有活性的混合材料，因此其比表面积越大，则有效解除面积越大，对水泥活性的提升越大。基于此，减小炉渣颗粒，提升炉渣易磨性对于提升水泥的生产效率以及水泥的强度有非常明显的作用。
4.炉渣水分对水泥易磨性能影响研究
从上述实验结果可以看出，炉渣中的含水量对于水泥筛余物的组成有非常明显的影响，进而对水泥的整体易磨性有直接的影响。为了进一步明确含水量对水泥易磨性的影响，笔者进行了进一步的实验。探究在不同含水量的条件下，炉渣水泥易磨性的差异。实验操作如下：（1）选取一定量的炉渣进行干燥处理。（2）往这些干燥后的炉渣中加入不同量的水。为了使得水分与炉渣彻底混合均匀，将配好的混合物置于塑料袋中静置一段时间（10小时以上）。（3）控制不同实验组水泥的比表面积为统一值。进行易磨性测试。实验结果如下图1所示：
图1 不同水分含量炉渣易磨性
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从上图中可以看出，炉渣中的水分对于水泥的易磨性有直接的影响。整体上来看，含水量越高其易磨性越低。当含水量接近0时，将其研磨到标准比表面积时间只需要28分钟左右，而当含水量为25%时，达到相同的比表面积则需要研磨近52分钟。且上图表面，含水量对水泥易磨性的影响并不是线性的，而是随着含水量的升高，相同梯度含水量的变化对易磨性的影响趋势逐渐增大。即图中含水量在0到5%之间的差异性要远远小于20%到25%的差异性。鉴于此实验结果，笔者认为为了提升水泥的整体易磨性，应该对其主要组成原理之一——炉渣进行脱水处理，以提升水泥的性能。
5.结语
（1）水泥中不同颗粒级别物质的化学组成成分具有明显的差异性。其原因有：各种组成材料的易磨性有所差异；材料中的含水量对研磨结果的影响。基于此，可以通过降低水泥中各物料（尤其是炉渣）的含水量来提升水泥的整体易磨性。
（2）在本文中，主要探究了炉渣含水量对于水泥易磨性的影响。而对于其含水量对于水泥产品生产的需水量、凝结时间等未进行研究。因此，本实验具有一定的局限性。
（3）本实验中，虽然选取的材料具有特殊性，但是实验的过程和结果具有普遍性。能够为其他实验的进行提供参考。
参考文献：
[1]胡宏泰，朱祖培，陆纯煊，等 水泥的制造和应用[M]济南：山东科学技术出版社.153-158.(2019)
[2]乔龄山，乔彬. 德国研究开发石灰石含量高达50%的波特兰水泥[J].水泥，2017（6）：1-4.