关于掺合料粉磨与混凝土搅拌工艺整合的构思

摘要：从分析掺合料在混凝土中的作用效果入手，提出粉磨与混凝土搅拌工艺整合的实施构想及预期效果，得出粉磨和搅拌工艺整合是大势所趋的结论。

关键词：整合；粉磨；搅拌；掺合料；混凝土

 

1 掺合料在混凝土中的作用效果

     混凝土用掺合料(亦称矿物外加剂)的原料，一般来源于炼铁工业副产品中的粒化高炉矿渣、磷化工业副产品磷渣、热电厂排出的粉煤灰和化工行业锅炉渣，以及天然的硅灰、沸石、高岭土和石灰石等。这些物料一般都需进行物理活化即粉磨到一定细度(粒度<30μm)可成为有用的混凝土掺合料。

 

     这些掺合料在混凝土拌合物中的主要优点：减少混凝土需水量，改善混凝土泵送性能，提高混凝土密实性、流动性和塑性，减少泌水和离析，减少混凝土坍落度损失，延长混凝土凝结时间，减缓水化速率和降低水化放热量等优点。

 

     掺合料在硬化混凝土中的优点：提高混凝土浆体结构致密性，改善混凝土孔结构，抗渗抗冻融；抵抗淡水和硫酸盐介质的侵蚀；有效阻止氯离子扩散，具有较好地护筋性；预防和抑制碱—骨料反应；一般混凝土后期强度增长率大，可以提高混凝土耐久性能。

 

     这种掺用掺合料的混凝土广泛用于大体积混凝土工程、地下工程、海港工程、道路桥梁和一般工民建工程。同时，混凝土使用掺合料不仅提高了混凝土质量性能，而且可以综合利用工业废渣，变废为宝，减轻环境负荷，其经济效益和社会效益显著。在大力强调的节约型社会的当今，这种方式是值得大力提倡的。

 

2 粉磨与搅拌整合

2.1 粉磨加工分类

     现代粉磨技术对普通粉磨，高细粉磨和超细粉磨的产品粒度界限的分类如表1。在水泥生产中，水泥颗粒属普通粉磨，一般有90%的粒径<80μm。在非金属矿加工中，一般将10μm以下的粒径粉体称为超细粉磨，而掺合料粉磨一般介于二者之间。即采用高细粉磨，可以满足对混凝土生产的要求。

 

2.2 掺合料活性

     对掺合料原料进行高细粉磨，扩大了水化反应时的比表面积，可以大幅度提高其水化速度，使其能在较短的时间内产生较高的强度。日本学者进行过研究，用矿渣粉置换50%水泥，其胶砂强度与硅酸盐水泥胶砂强度的强度百分率表示矿渣粉的活性，试验结果如表2。

 

     说明当掺50%比表面积为600m²/kg矿渣粉的水泥，其28d的抗压强度超过了硅酸盐水泥强度。济南大学材料工程学院用济南钢铁厂的矿渣磨制比表面积为360m²/kg，取代50%水泥后，测得28d抗压强度比为120%，制得PS62.5级水泥如表3。

表3 矿渣水泥胶砂强度

注: W/C 表示水灰比

 

     通常水泥中掺合料细度比表面积在300～350m²/kg，混凝土掺合料细度比表面积要求为350~600m²/kg。有时甚至高达800m²/kg。

 

2.3 粉磨搅拌一体化

     所谓粉磨搅拌一体化，它是一种不同于传统生产的水泥混凝土生产方式。这种新的生产方式以水泥混凝土的最终应用——混凝土功能要求为目标、以外加剂为核心技术，以粉磨为中心环节。在粉磨过程中将外加剂技术，掺合料活化、熟料粉磨整合到一起，充分发挥粉磨与外加剂的功能，并于混凝土(或干粉)搅拌相衔接，实现水泥与混凝土生产的有机统一。从而降低生产成本，降低环境负荷以及为生产高性能混凝土创造灵活的工艺条件。

 

3 粉磨与搅拌整合的生产设备和技术线路

3.1 商品混凝土生产领域

     其方法是将粉磨环节整合到搅拌站，而把水泥生产企业作为熟料供应商。生产工艺流程，见图1。

图1 生产工艺流程图

 

     该生产流程图几点说明：

     (1)当使用的是干燥的掺合料原料(水分<2.0%)，可以省去烘干子系统；

     (2)掺合料原料A、B、C可以单独进入烘干子系统，亦可按比例搭配入烘干子系统；

     (3)干燥原料库可以做一个大库沿着储库径向隔成几个空间分别存放干燥的A、B、C 等物料，库底装设下料和计量装置；

     (4)熟料与石膏混合粉磨可以生产硅酸盐水泥，亦可再掺加不同种类的掺合料，生产矿渣水泥、粉煤灰水泥、火山灰水泥、复合水泥、普通水泥和石灰石水泥及特种水泥；还可以独立生产掺合料。

 

     这种粉磨系统，根据当地掺合料原料的资源情况和混凝土性能要求，可以灵活选取适宜的生产流程，对粉磨搅拌进行整合。而且对于生产的水泥和掺合料产品的检验，一般商品混凝土公司都具备检验仪器和操作人员等现有条件。

 

3.2 主要粉磨设备

3.2.1立式磨

     其特点是产量高，产品细度比表面积在400~450 m²/kg范围，粉磨能耗比较经济。但若生产比表面积450m²/kg以上掺合料则能耗陡然上升，且投资较大。

 

3.2.2振动磨

     生产产品的细度比表面积范围宽，但产量比较低，不能满足混凝土生产的要求。但适应对混凝土有特殊要求的掺合料生产。

 

3.2.3管磨机开路生产

     工艺简单，投资省，电耗较高，但高细度比表面积产品生产困难。

 

3.2.4 球磨机+高细选粉机O—Sepa 粉磨系统

     选粉利用预分级和悬浮分散原理，对物料进行充分的分散和初步的分级，增加了进入选粉区的物料分散度，产品细度比表面积达到400~600m²/kg。我国山西太原智海集团采用该工艺生产系统效果良好。

 

3.3 水泥工业领域

     其生产方法是水泥厂向应用性领域延伸，或者按照合同向商品混凝土搅拌公司供应特定要求的活化胶凝材料。对水泥工业企业特别有意义的是：可以针对不同工程和不同工程部位的需要，生产出不同的掺合料产品和水泥产品，改善水泥企业的生产经营模式。同时，根据当前国家关于水泥企业“结构调整，淘汰落后”的产业政策，某些水泥厂改为水泥粉磨站后，有条件的可以添置混凝土拌合工艺设备，把生产的产品延伸到混凝土中，而商品混凝土公司亦可将小型水泥企业通过租赁、购买变为自己的原材料粉磨基地。

 

4 粉磨与搅拌整合经济技术效果

4.1 降低混凝土成本

     根据实验和测算，应用新的生产技术方法生产1m³商品混凝土，可以比用传统方法生产降低成本50元左右。这是因为减少了包装、上下车、运输中转等费用，而且混凝土配合比中掺合料取代部分水泥降低了生产成本之故。并且可以就地取材，降低混凝土的销售成本。

 

4.2 降低水泥混凝土生产环境负荷

     利用矿渣、粉煤灰及其他废弃物制作的活性填料可以取代水泥熟料60%~80%，大量节约水泥熟料，降低资源和能源消耗，提高水泥或混凝土生产的“吃废”、利废功能。

 

4.3 提高生产特殊功能要求的水泥或混凝土的灵活性

     在粉磨与搅拌整合的生产方式中，水泥熟料可以作为一种标准熟料，多种活化掺合料、外加剂在粉磨过程中可以灵活配比，可生产多种功能要求的混凝土以及多种专用水泥。条件许可时，可以将具有特性的水泥或掺合料作为商品出售。

 

4.4 利于发展高强、高性能混凝土

     实验表明，粉磨与搅拌整合后使用其配套技术措施，可以大大提高混凝土抗压强度和耐久性。

 

4.5 优化配伍各类掺合料复合体系

     一般来讲，如矿渣与火山灰材料具有胶凝特性互补效果，在水化过程中可以相互诱导激发，提高复合体系的胶凝活性。

 

4.6 利于水泥、混凝土专业整合，建立水泥、混凝土和建筑大统一行业

     当今国内外专家都在呼吁，要把水泥—混凝土—工程结构作为整体大专业来研究，使混凝土及其所有原材料在整个制备使用过程中，包括设计、生产、运输、施工、保养、维护、拆除、废弃、再生、循环利用等环节，进行通盘地设计和考虑。这种整合确保了混凝土的功能性、耐久性和可持续发展性。

 

4.7 能够极大地促进散装水泥和商品混凝土的推广

     散装水泥用于商品混凝土，除了净化环境，还能够提高混凝土质量，而建筑工地使用商品混凝土能够保持施工场地清洁，文明施工。

 

5 结论

     粉磨与搅拌整合，它会带来水泥或混凝土企业(行业)利益格局的变化，早一步推行新生产方式的行业，会在更多的产业链中占据有利位置，捷足先登，获得效益。

 

     任何生产方式的转换都会带来新的机会，也会给反应迟缓的企业带来灾难性的打击。我们有理由相信，随着生产技术的发展和社会的进步，粉磨和搅拌的整合是大势所趋，整合的形成仅仅是时间问题。但愿有更多的同仁来关注、思考和实施粉磨与搅拌整合的生产方式。实现利润最大化，若如此亦达到本人拙作的初衷。