返回首页 | 用户注册 | 设为首页 | 加入收藏 | 联系我们
您现在的位置: 首页 > 热点专题 > 外加剂 > 水泥激发剂应用常见技术问题探讨
外加剂

水泥激发剂应用常见技术问题探讨

时间:2012/4/21 11:16:07 来源: 点击次数:9225

1概述
随着产业结构的调整,部分立窑水泥厂家被改造为水泥粉磨站,为节约能源,减少环境污染起到了重要的作用。水渣和粉煤灰作为矿物掺和料在混凝土行业已经大量使用,使水渣和粉煤灰的价格逐年提高。研制具有助磨、增强功能的水泥工艺外加剂(本文称之为水泥激发剂),节约熟料,降低水泥生产成本,已经成为水泥行业发展的一个重要课题。大多数水泥厂已经尝试使用水泥激发剂,但存在的问题仍然很多。正是在这种条件下,我们对水泥激发剂的应用状况进行了深入细致的研究,总结水泥激发剂使用过程中经常出现的问题,并分析其产生原因,提出对应的解决办法。

2水泥激发剂的功能
2.1激发剂的成分
水泥激发剂主要具有助磨、增强两种功能。具有助磨功能的原材料包括:胺类、醇类、醇胺类、木质素磺酸盐类、脂肪酸及其盐类、烷基磺酸盐类等。具有增强功能的包括:卤盐类、硫酸盐类、铝酸盐类、减水剂类等。
2.2激发剂的功能
使用水泥激发剂,助磨组分可以提高水泥磨机的粉磨效率15%左右,降低水泥粉磨电耗;增强组分能有效地激发混合材的活性、提高混合材在水泥中的掺量10—25%,从而有效地降低水泥的生产成本;混合材的大量掺入同时可以改善水泥的安定性、降低水泥的水化放热。
2.3激发剂增强机理
在生产过程中使用水泥激发剂,其增强机理主要有以下几个方面:
(1)助磨增强机理
激发剂是很好的分散剂,在水泥生产过程中,由于原料颗粒都存在结构缺陷和微裂纹,助磨组分如同楔子一样进入缺陷和微裂纹部位,在原料内部形成强大的膨胀应力,当磨机运转时,研磨体撞击和挤压这些原料颗粒,由于内外应力的共同作用,使原材料更加容易磨细,起到了助磨的作用。使水泥的比表面积增大,颗粒级配更加合理,水泥水化反应的接触点增多,大大提高了水泥强度。
(2)晶种成长增强机理
激发剂组分的分子晶体结构中存在各种类似于水泥石的晶种,在水泥水化过程中,由于固相反应生成的固溶胶结构与晶种相似,它们互相溶解、分散吸收了大量中间产物及自由水,减少了溶胶颗粒的离散性及自由水蒸发引起的空隙、孔洞及结构缺陷,使整个水泥石内部更加密实、均匀、连续,提高了强度。
(3)交互作用增强机理
采用熟料、混合材、石膏和激发剂生产水泥,任意两种材料之间,在水化时都能相互激发,相互反应,形成大量的柱状钙矾石,层片状Ca(OH)2晶体以及网状、纤维状的水化CSH凝胶.这些产物彼此填充,互相缠绕,将水泥石牢固地粘结成一个整体,组成一座含有大量凝胶孔的密实大厦,同时各组分晶格在逐步水化时还能沿不同方向增长,有效的补偿了不够密实的部位,减少了单一组分水化不能弥补的缺陷,产生叠加效应,使水泥强度大大提高。
(4)减水增强机理
有的水泥激发剂含有减水剂成分,经过粉磨制得的水泥,在进行胶砂试验时,由于减水和分散作用,使水泥浆体拌和得更加均匀,超细粉微集料填充效应跟加充分,相同水胶比条件下制得的试件更加密实,强度提高。

3水泥激发剂使用过程常见问题
在实际应用过程中,大多数激发剂都没有达到试验室测试时的效果。液体助磨剂小磨试验对比效果特别明显;在工业化中试生产时,采用微型计量泵计量,可以提高产量15%左右,28天强度增加2MPa左右。实际生产一段时间后,水泥厂普遍反映产量没有提高,生产时停用了助磨剂,导致液体助磨剂大量堆放于库房内。此时又更换其它厂家的产品进行生产,结果均大同小异。这种现象在我国南方的水泥厂经常发生,而北方的水泥厂出现这种情况大多在春夏之交。
粉体的助磨剂小磨对比试验效果较好。工业化大磨中试生产时,可以提高产量15%,节约熟料5%,28天强度增加3MPa。实际生产一段时间后,水泥厂普遍反映水泥质量波动大,水泥质量时好时坏,严重影响水泥的正常使用,迫不得已在生产时停用了助磨剂。更换不同厂家的产品仍然出现这种问题,这种现象在全国各地普遍存在。
复合激发剂小磨试验效果很好。在工业化试生产时,试验不顺利的情况,激发剂加入后磨机房及其周围的环境粉尘迷漫,采用浮选工艺时水泥比表面积没有变化,选粉机经常出现堵塞;采用开路工艺时水泥比表面积增大,两小时后由于斗式提升机故障停止了试验;试验顺利的情况,可以提高产量15%,混合材掺量增加10—25%,28天强度增加5—7MPa。但是水泥正常生产过程也会出现质量事故,由于没有弄明白造成质量事故的原因,在生产时停止了激发剂的使用,这种现象在国内的水泥厂都普遍存在。

4常见问题产生原因及解决办法
4.1问题产生的原因
4.1.1 助磨组分挥发
针对液体助磨剂、粉体助磨剂、复合激发剂在工业化生产时出现的问题,我们进行了详细调察和深入研究,发现在小磨试验时由于熟料、矿渣、石膏和粉煤灰等在掺加激发剂后形成一个封闭的空间,助磨组分均匀地分散到原料颗粒表面,像木块端头放了一个楔子,在钢球钢锻的作用下,快速扩散,改变了颗粒表面的结构性质,降低了原料颗粒的强度和硬度,同时加速了新裂纹的产生以及物料自身裂缝的扩展,使水泥原材料更容易粉磨,且成品颗粒级配更加合理。提高了水泥的台时产量,扩大了水泥颗粒的比表面积,水泥强度增加。
在工业化试生产时,熟料、矿渣、石膏、粉煤灰和助磨剂处于常温状态。中试生产时加入助磨剂,由于配备了小型计量泵,计量准确,助磨剂能够充分发挥作用,助磨和增强效果明显。生产一段时间后,虽然助磨剂产品质量稳定,计量和配料也显示为正常,常温熟料已经用完,经常出现高温的熟料刚从篦式冷却机出来,就被直接送到磨机进行粉磨。易挥发的助磨组分由于接触高温的熟料而快速蒸发,这些蒸汽在选粉机的抽力作用下,没有被原材料吸附到固体颗粒表面而直接进入大气中,没有起到助磨作用,水泥的产量没有增加。因此在水泥生产时停用了助磨剂,导致助磨剂大量堆放于库房内,这是目前水泥助磨剂使用过程中最常见问题产生的真正原因。无论液体、粉体还是复合激发剂,只要含有挥发性的助磨组分,在大批量的工业化生产过程中均存在这一问题。南方地区水泥原材料的温度普遍偏高,特别是水泥熟料温度降不下来,进行工业化大磨试验后短时间内就出现这种情况;北方地区由于四季温度变化大,秋冬季节进行工业化大磨试验时由于熟料和其他原材料温度较低,助磨组分的挥发不明显,到了春夏之交气温升高时,由于熟料温度没有降低就开始使用,助磨组分的挥发非常快,最终出现上述问题。虽然外加剂厂生产的激发剂质量确实没有发生变化,由于助磨组分的挥发,水泥厂使用激发剂后没有达到提高产量的目的。
4.1.2 掺量过低
(1)液体助磨剂
使用液体助磨剂生产水泥时质量不稳定,主要原因是掺量太低导致计量误差偏大引起的。在水泥厂生产时按班次将助磨剂定量储存于原料罐里,采用计量泵根据时间确定配料量。液体助磨剂粘度受温度的影响较大,当环境温度较高时粘度较低,流动阻力变小,流速变快,在相同的时间范围内,由于流速快引起掺量偏高,后期生产的水泥由于助磨剂用完而没有掺加助磨剂,导致生产的水泥质量不稳定。当环境温度较低时,液体助磨剂的粘度增大,流动阻力变大,流速变慢,在相同的时间范围内,由于流速变慢导致助磨剂的掺量偏低,助磨效果不明显。特别是计量泵出料口周围始终处于粉尘环境中,由于助磨剂流速较慢,粉尘在出口部位逐渐粘结聚集,最后堵塞了出料口,阻断了助磨剂的配料,水泥生产中没有助磨剂,由于操作工人的疏忽好长时间都没有发现,水泥出现质量事故。这是液体水泥助磨剂在水泥生产过程中表现质量不稳定的一个重要原因。例如:液体助磨剂掺量0.05%,对20t/h的磨机,每小时只需10kg,粉体助磨剂配料控制量166g/min,而计量秤的控制误差为0.5kg/min,当计量秤处于正误差时,超过正常掺量3倍以上,当计量秤处于负误差时,助磨剂几乎没有掺加,水泥质量波动特别明显。综上所述,粘度大以及计量误差大是是液体助磨剂使用过程中出现的通病,在水泥企业普遍存在,严重影响水泥质量的稳定。
(2)粉体助磨剂
粉体助磨剂使用效果良好和出现问题的原因可以分为两种情况。一种为含有低沸点挥发成分,其使用效果及问题同液体助磨剂相同;另一种为含有非挥发性助磨组分,在工业化生产时,有专用计量秤,在工业化试生产中助磨和增强效果相当理想。实际生产一段时间后,虽然助磨剂产品质量稳定,计量和配料系统显示正常,但水泥助磨剂的助磨效果和增强效果均出现很大的波动。经现场调研、大量研究和分析可知,当粉体助磨剂掺量较小时,由于含有醇胺等有机组分的粉体助磨剂比较潮湿,含松香和减水剂等组分的粉体助磨剂颗粒比较粗,经常出现粉体料粘罐和起拱蓬料的现象,虽然计量秤显示平均配料比例正常,但粉体助磨剂的实际配料比例极其不稳定,导致水泥质量剧烈波动;另一方面计量误差偏大是引起助磨和增强效果波动的另一个重要原因。例如:对20t/h的磨机,木钙推荐掺量为0.1%,每小时需要20kg,配料控制速度由333g/min,而计量秤的误差为0.5kg/min,当计量秤处于正误差时,粉体助磨剂对应掺量为正常控制量的2.5倍,当计量秤处于负误差时,助磨剂对应掺量为0,计量几乎没有发挥作用。综上所述,粉料潮湿以及计量误差偏大是粉体助磨剂使用过程中常见的问题,在水泥企业普遍存在,是粉体助磨剂应用过程中的一个巨大障碍。
4.1.3工业化生产设备不配套
无论液体、粉体还是复合激发剂,对于小磨试验效果较好的产品,在不同厂家进行工业化大磨试验时,都出现过掺加外加剂后磨机房环境粉尘迷漫、选粉机中途堵塞、皮带断裂以及斗式提升机突然停转等问题。从表面现象看,掺加激发剂后生产既没有提高产量又没有提高产品的比表面积,设备故障是工业化中试停止的原因。经过认真研究,我们认为中试设备的不匹配是造成这一问题出现的关键。工业化中试生产开始时,由于激发剂的加入,原材料得到了充分的粉磨,水泥比表面积增大,形成大量的悬浮物漂流到空气中,使磨机房及周围的环境粉尘飞扬;采用选粉工艺时,达到一定颗粒级配的水泥粉料均被选出,由于选粉机的抽力是固定的,选出的水泥比表面积没有增大或者增加很少,但由于助磨效果明显,选粉机选出的水泥产量快速增加,超过选粉机设计能力,导致选粉机被堵塞;在此期间,斗式提升机的提升能力也没有调整,导致电机过载停机或皮带超负荷断裂,迫使工业化中试停止。在工业化中试的过程中,生产设备能力的欠缺是使用激发剂生产水泥过程出现故障的重要原因。
4.2解决办法
4.2.1助磨组分挥发问题的解决
助磨组分在高温下容易挥发问题的解决,建议在液体助磨剂、粉体助磨剂以及复合激发剂的配制过程中多选用沸点较高的助磨剂成分、避免选择易挥发组分。在选材方面充分利用原材料的高沸点性能,实现较高温度的水泥熟料与助磨剂混合后能相互吸附,不产生挥发的现象,在水泥生产中充分发挥助磨剂的作用。
4.2.2掺量过低问题的解决
(1)液体助磨剂
关于液体助磨剂粘结堵塞计量泵出料口导致水泥生产质量剧烈波动问题的解决,建议采用粘度受温度影响较小的低粘度助磨组分配制液体助磨剂;如果选用粘度较大的材料,建议采用较大量的溶剂将液体助磨剂稀释,有效降低液体助磨剂的粘度。
针对计量误差较大引起的水泥质量波动问题,为了实现准确计量,连续稳定地将液体助磨剂掺入水泥磨机,建议用成倍的水或者其他溶剂将液体助磨剂稀释,增加掺量。由于掺量成倍增加,使液体助磨剂的配料量更好控制,实现计量误差最小,确保水泥质量的稳定。例如:对20t/h的磨机,如果将前边例子中三乙醇胺稀释到二十倍,掺量变为1%,掺量变为200kg/h,配料控制量变为3.33kg/min,而计量秤的误差仍为0.5kg/min,当计量处于正误差时,对应掺量变为正常掺量的115%,当计量处于负误差时,对应掺量为正常掺量的85%。通过稀释浓度、扩大掺量的方法,就可以把液体助磨剂掺量过低引起的计量误差降到最小,实现水泥质量的稳定。
掺量增大的同时提高了液体助磨剂总的使用量,这时储存罐里激发剂量的变化很容易被值班人员观察到,在生产管理过程中可以通过直观的检查,有效预防由于液体助磨剂堵塞出料口产生的质量事故。
(2)粉体助磨剂
关于粉体激发剂潮湿引起的粘罐和起拱蓬料导致的配料不均匀,建议选用水份含量低、颗粒较小、成分均匀的组分配制粉体助磨剂。助磨组分尽量选用吸水率的原料,载体尽量选择干燥的粉煤灰、沸石粉以及过火煤矸石粉等,确保成品干燥、均匀,在料罐中便于流淌。
为了解决低掺量引起的计量误差偏大问题,建议通过增加载体降低粉体助磨剂的百分比浓度,增大掺量。由于掺量成倍增加,确保了配料的连续性和均匀性,使计量误差成倍缩小,预防了水泥质量的剧烈波动,实现了水泥质量控制水平的提高。例如:对20t/h的磨机,如果将前边例子中木钙用9倍粉煤灰混合均匀,掺量变为1%,掺量变为200kg,配料控制量变为3.33kg/min,而计量秤的误差仍为0.5kg/min,当计量处于正误差时,对应掺量为正常掺量的115%,当计量处于负误差时,对应掺量为正常掺量的85%。综上所述,通过增加载体,降低浓度、扩大掺量的方法,把粉体助磨剂掺量过低引起的计量误差降低到最小,有效地控制了水泥质量的波动。
粉体助磨剂掺量增大的同时提高了助磨剂总的用量,干燥载体的增加降低了粉体助磨剂的潮湿程度,这时储存罐里粉体助磨剂配料量的变化很容易被工作人员观察到,当出现断料时,操作人员可以及时处理,有效预防由于粉体助磨剂粘罐和起拱蓬料引起的质量事故。
4.2.3工业化生产设备不配套
关于掺加激发剂后磨机房及周边环境扬尘的问题,建议在使用激发剂之前对磨机以及水泥的输送系统进行密封检查并做修缮处理,以预防超细粉尘的溢出和飞扬。针对选粉机被堵塞的问题,建议在使用激发剂之前对选粉机进行改造,以适应提高产量后的选粉能力。针对斗式提升机,建议检修斗式提升机,确保皮带具备正常运输的能力,重新核实电机的负载功率,以适应提高产量后斗式提升机的输送能力,预防电机过载停机或皮带过热疲劳断裂。综上所述,通过生产对设备的调整,使用激发剂进行工业化生产出现的问题就可以基本解决。

5结论
经过对液体助磨剂、粉体助磨剂以及复合激发剂在水泥生产过程中经常出现的问题细致深入的探讨,我们提出通过以下措施,以便实现水泥激发剂的科学应用,改善水泥产品的质量,降低水泥的生产成本。
(1) 选用高沸点材料作为助磨剂,确保较高温度下助磨剂不挥发。
(2) 稀释粘度较大液体助磨剂的浓度,提高掺量改善配料的均匀性和连续性以及计量的准确性,预防粘度过大堵塞出料口;
(3) 增加载体降低粉体助磨剂百分比浓度,降低粉料的潮湿程度,有效降低计量误差,防止粘罐和起拱蓬料引起的断料现象;
(4)配备与水泥产量相匹配的选粉和输送设备,实现生产过程的顺利进行。

 

上一篇:外加剂改进混凝土泌水的试验研究
下一篇:浅谈外加剂标准中的有关问题
下载附件:暂无
用户名:
密码:
验证码:
网站制作:恒昊互联网络 版权所有:中国建筑东北设计研究院有限公司混凝土杂志编辑部   备案号:辽ICP备06007609号-1

辽公网安备 21010202000314号


单位地址:沈阳市和平区光荣街65号   电话:024-81978465    投稿邮箱:hntbjb@vip.163.com    网址:www.hntxh.org