吳守民,張海彬,王洪剛
(勝利油田營海實(shí)業(yè)集團(tuán)有限公司,山東 東營 257000)
我集團(tuán)原是一家傳統(tǒng)水泥廠,經(jīng)過十幾年的發(fā)展,目前已經(jīng)形成了從礦山經(jīng)水泥到商品混凝土的良好完整產(chǎn)業(yè)鏈。為了尋找商品混凝土生產(chǎn)的最佳水泥,我集團(tuán)經(jīng)過探索改進(jìn),在老工藝生產(chǎn)商品混凝土用 P·O42.5 級水泥的基礎(chǔ)上,采取了配制工藝,通過改善各物料顆粒級配,摸索出 P·C42.5級水泥合理的顆粒級配控制、搭配、調(diào)整方案,找到了最佳顆粒的實(shí)現(xiàn)途徑,不僅使 P·C42.5 級水泥更適應(yīng)商品混凝土的生產(chǎn),提升了商品混凝土品質(zhì),同時也降低了水泥的生產(chǎn)成本。
采用我集團(tuán)水泥磨日常配比生產(chǎn)的出磨水泥。其基本配比為:熟料 76%、石子 5%、脫硫石膏 6%、粉煤灰 13%,連續(xù)取樣 2 小時,進(jìn)行過篩混勻縮分而成。后經(jīng)實(shí)驗(yàn)室500×500的標(biāo)準(zhǔn)試驗(yàn)?zāi)ミM(jìn)一步粉磨,形成出磨水泥Ⅰ的,加磨 10min 水泥 Ⅱ,加磨 20min 水泥 Ⅲ,三種試驗(yàn)水泥。具體檢驗(yàn)數(shù)據(jù)見表 1。
表1 原材料性能指標(biāo)
采用巨能特鋼礦渣,我集團(tuán)礦粉磨生產(chǎn)的礦粉。經(jīng)實(shí)驗(yàn)室 500×500 的標(biāo)準(zhǔn)試驗(yàn)?zāi)ミM(jìn)一步粉磨,形成礦粉Ⅰ,加磨10min 礦粉 Ⅱ,加磨 20min 礦粉 Ⅲ,三種試驗(yàn)礦粉。活性檢測按照標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定,選用對比樣品作為基準(zhǔn)樣,活性要求在95% 以上。具體檢驗(yàn)數(shù)據(jù)見表 1。
采用勝利發(fā)電廠 Ⅱ 級粉煤灰,燒失量 5.0%,經(jīng)勝利水泥分公司粉煤灰磨粉磨形成超細(xì)灰,再經(jīng)實(shí)驗(yàn)室 500×500 的標(biāo)準(zhǔn)試驗(yàn)?zāi)ミM(jìn)一步粉磨,形成超細(xì)灰Ⅰ,加磨 10min 超細(xì)灰Ⅱ,加磨 20min 超細(xì)灰 Ⅲ,一共三種試驗(yàn)超細(xì)粉煤灰?;钚詸z測按照標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定,選用對比樣品作為基準(zhǔn)樣,活性要求符合國標(biāo) GB/T1596—2005 《用于水泥和混凝土中的粉煤灰》的規(guī)定。具體檢驗(yàn)數(shù)據(jù)見表 1。
此次試驗(yàn)采用生產(chǎn)線實(shí)際樣品,實(shí)驗(yàn)配合比根據(jù)前期配制水泥研究的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)確定:后摻礦粉 15%,后摻超細(xì)灰18%。
采用正交配型原理,配制出三因素、三水平全面 27 種試驗(yàn)方案樣品,其中 水平 A 代表出磨水泥,B 代表礦粉,C 代表超細(xì)灰,正交試驗(yàn)方案見表 2;然后按照正交設(shè)計原理,如圖 1, 篩選出有代表性的 9 個水平組合實(shí)驗(yàn)方案,見表 3。進(jìn)行細(xì)度、比表面積、顆粒分析、強(qiáng)度的檢測。
表2 正交試驗(yàn)方案
圖1 正交設(shè)計原理
表3 具有代表性的試驗(yàn)方案
水泥試驗(yàn)配合比方案,見表 4。
表4 水泥試驗(yàn)配合比 %
試驗(yàn)檢驗(yàn)數(shù)據(jù)匯總,見表 5。
表5 試驗(yàn)數(shù)據(jù)結(jié)果
(1)通過對使用同種出磨水泥,不斷變化礦粉、超細(xì)灰的配合比方案的對比分析中,可以看出礦粉和超細(xì)灰的顆粒變化對水泥 3~32μm 的水化有效顆粒影響不明顯。隨著出磨水泥顆粒粒徑逐漸變小,無論礦粉、超細(xì)灰的顆粒如何變化,配制膠材整體 3~32μm 顆粒含量都明顯上升,出磨水泥粉磨 10 分鐘后,3~32 μm 顆粒增長 5% 左右,出磨水泥粉磨20 分鐘后,3~32 μm 顆粒增長 17% 左右,規(guī)律是基本穩(wěn)定的,這說明數(shù)據(jù)有明顯的規(guī)律性。
(2)配制膠材顆粒級配的變化導(dǎo)致強(qiáng)度變化結(jié)果分析:① 在使用同一種出磨水泥的前提下,隨著礦粉、超細(xì)灰的摻加種類、方式變化,強(qiáng)度的變化不明顯,無規(guī)律可循。② 在其他物料摻加不變的情況下,隨著礦粉顆粒的變細(xì),強(qiáng)度出現(xiàn)明顯上升趨勢,礦粉加磨 10 分鐘后,配制水泥強(qiáng)度提高了4% 以上,加磨 20 分鐘后,強(qiáng)度普遍提高了 10% 以上。③ 超細(xì)灰的粉磨細(xì)度達(dá)到一定水平后,對強(qiáng)度的變化影響很小,無明顯規(guī)律可循。④ 隨著出磨水泥有效顆粒含量的不斷增加,強(qiáng)度呈上升趨勢,加磨 20 分鐘 3d 抗壓強(qiáng)度提高了 20%以上,28d 強(qiáng)度上升也很明顯達(dá)到 15% 以上。
(3)試驗(yàn)方案及結(jié)果對應(yīng)表,見表 6。
表6 試驗(yàn)方案及結(jié)果對應(yīng)表
(4)試驗(yàn)結(jié)果正交計算篩選表,見表 7。
表7 試驗(yàn)結(jié)果正交計算篩選表
(5)根據(jù)上述表格計算分析可以得到影響因素確定表,見表 8。
表8 影響因素確定表
(6)按照表 8 制定生產(chǎn)驗(yàn)證配比方案如下,見表 9。
表9 生產(chǎn)驗(yàn)證配比方案
按照正交理論計算確定的最佳驗(yàn)證方案,細(xì)灰磨、礦粉磨、水泥磨同時開始最佳顆粒級配的實(shí)驗(yàn)生產(chǎn)。生產(chǎn)中不斷從調(diào)整磨機(jī)工況著手,改善控制措施,驗(yàn)證原料及成品的性能調(diào)整前后的變化情況,見表 10。
表10 性能調(diào)整前后檢測
從生產(chǎn)實(shí)際驗(yàn)證過程來看,起初主要存在的問題是臺時低、工況差、水泥需水量偏高,強(qiáng)度不明顯等。經(jīng)過不斷調(diào)整找到了最佳生產(chǎn)應(yīng)用方案,得出最合理的應(yīng)用結(jié)論。以強(qiáng)度實(shí)現(xiàn)為目標(biāo),最佳顆粒的尋找不能靠一味的降低物料細(xì)度,而是在磨機(jī)自身條件的基礎(chǔ)上,充分挖掘磨機(jī)產(chǎn)能,同時通過磨機(jī)球配、配制物料配比的調(diào)整,實(shí)現(xiàn)產(chǎn)能和質(zhì)量的雙豐收。
另外,在合理調(diào)整細(xì)度和比表面積指標(biāo)的基礎(chǔ)上,通過設(shè)備工藝、控制工藝的改進(jìn),實(shí)現(xiàn)了 P·C42.5 級水泥的顆粒最佳級配;從而水泥的標(biāo)準(zhǔn)稠度需水量、強(qiáng)度,后摻物料的活性等性能都有較大的改善,混合材摻加量提高了 8.0% 以上,水泥磨機(jī)總臺時增加近 20%,礦粉、細(xì)灰磨臺時增加超過 10%,總體經(jīng)濟(jì)效益非常明顯。商品混凝土使用試驗(yàn)驗(yàn)證也較為成功,見表 11,混凝土需水量可以降低約 8%,強(qiáng)度提高約 2%,說明顆粒調(diào)整后的效果是良好的。
將組分為 1.7% 的外加劑配制而成的不同編號的 C30 混凝土進(jìn)行混凝土試驗(yàn)驗(yàn)證,性能檢測結(jié)果見表 11。
表11 混凝土性能檢測
通過大量的正交試驗(yàn)和生產(chǎn)驗(yàn)證最終找到了實(shí)現(xiàn)配制生產(chǎn) P·C42.5 級水泥最佳顆粒級配的有效途徑,最佳的生產(chǎn)指標(biāo)方案為表 12 所列。配制 P·C42.5 級水泥后摻搭配比例為:后摻礦粉 15%,后摻超細(xì)灰 18%,后摻原灰 5%。
表12 最佳顆粒級配
(1)控制水泥磨機(jī)前摻混合材總量控制在 25% 左右,保證水泥配制效果。
(2)在確定 P·C42.5 級水泥最佳級配方案時,要注意結(jié)合混凝土性能試驗(yàn)進(jìn)行驗(yàn)證確認(rèn)。
(3)控制生產(chǎn)效果,要從原材料粉磨開始進(jìn)行控制,可以適量使用助磨劑助磨,在生產(chǎn)中采取控制 45μm 細(xì)度為主,比表面積檢測為輔,顆粒分析驗(yàn)證的方式控制生產(chǎn),長期監(jiān)測各原料及成品的顆粒分布情況。
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