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行业动态
水泥“结块”、流动性在水泥运输成本中的影响

   水泥助磨剂在二十世纪三十年代就已经开始使用了。格雷斯的产品”TDA”在三十年代早期就开发出来并在1935年取得了专利。HEA2系列助磨剂在1965年获得专利并是当今世界范围内使用最广泛的助磨剂之一。七十年代开始,质量改进型产品的使用量逐渐增加。近二十多年来,格雷斯相继开发了新系列的质量改进型产品“CBA”,“ESE” 和“Synthro”, 它们已在通用硅酸盐水泥中得到广泛的应用。
    当今,使用助磨剂的目的是为了帮助水泥生产降低成本同时提高水泥的质量。在过去的70多年的时间里,一直有关于助磨剂对水泥粉磨及由此带来的性能影响研究,并且这些研究得到了发展。        
    水泥生产成本的降低来自于几个方面。举例来说体现为粉磨能耗的降低,生产效率的提高,操作时间的减少,设备维修和维护成本的降低,水泥性能的提高,熟料被混合材替代率的提高,二氧化碳排放的降低,同时也包括水泥流动性的改善,“结块”的减少。
 
“结块”和流动性
   “结块”这个术语表示大块水泥阻止“流动的开始”的状态。随着水泥贸易的增加,由于有高质量、长距离、长时间的储存和运输,水泥“结块”现象变得越来越普遍了。它可以发生在制造商自己的工厂里,也可以发生在发货后流程中。
    “流动性”这个术语表示了水泥能够流动的能力。较“结块”而言,它可能不会引起太多问题,但是在一定程度上它与“结块”有关。
    “ 结块”的本质在于水泥粉体处于受压实的状态。所以“结块”可被看作是受静摩擦力的影响,而“流动性”可认为是受动摩擦力的影响。此外,“结块”与所谓的“水泥库结块”有质的不同,“水泥库结块”可能是由于有湿气所造成的水泥预水化,或水泥储存时,存在石膏、碱氧化物和水份,形成钾石膏而造成的。尽管如此,本文所指的“结块”在库存和自由堆存状态下会同时发生。正常情况下,水泥难于从水泥库内放出,一般是“水泥库结块”所致;普通的挂壁现象,一般是“结块”和水泥与冷凝水预水化所致。
    在多数情况下,通过一些机械手段可以克服“结块”,但是如果“结块”比较严重,这些机械方法和次数不断增加和累积,它就变得相当可观的耗费了。在当今水泥贸易和水泥使用量增加的情况下,这种耗费要引起我们的重视。
 
造成“结块”的因素
    “结块”的发生有多方面的原因。其中最重要的起因是振动,振动时间和振动程度都能明显的加剧粉体间挤压密实的程度。振动所产生的“结块”在很多运输过程中都是可以被相互消除的,但是在储存的过程中,振动所产生的“结块”就不那么容易被消除了。因为这些常常是由于外部的振动造成的,例如来自其它机器和车辆的运动,很难再来破坏已发生的“结块” 
    然而,即使是在相同的输送和储存过程中,不同的水泥能表现出不同的结块方式,所以“结块”也依赖于水泥本身。在这种情况下,水泥细度的增加,颗粒分布的变宽和水泥新鲜程度的增加都能加剧“结块”。
    有证据表明,结块这种现象与水泥表面化学能有关,它导致了颗粒团聚。颗粒团聚是由于在湿气出现的情况下产生微小晶桥的增加,或者是由于静电颗粒之间的相互吸引。后者是由于水泥颗粒新形成表面上的不均衡电荷引力引起的。
    团聚最初是相连颗粒间的敞型结构。然而,当一些团聚物遭受挤压密实后产生了强刚性的结构。所以,“结块”可以看作为一个机械堆积(由于振动)和颗粒间相互吸引(不均衡的电荷力)的共同的结果。颗粒表面新鲜度对团聚和“结块”的作用变化可以解释为导致团聚和“结块”的表面力随着时间的延长,因吸收水气和CO2而减弱。
    所以,进一步的研究证实可以通过控制表面能的方式,使“结块”的现象能明显减弱以致最终消失。如在水泥粉磨过程中,我们最好地做到了这个效果。
    除了产生“结块”外,颗粒间的相互吸引会产生磨内颗粒团聚和磨内糊球现象,造成了磨机粉磨效率的降低。
    助磨剂包覆在水泥颗粒外层,阻止或减弱了颗粒间的相互吸引力,所以减少了团聚。它们具有一种干性分散的作用,所以助磨剂的使用提高了粉磨效率减少了结块。但必须值得注意的是,结块减少的程度并不与磨机效率的提高成比例。
 
“结块”的评价     
    考虑到水泥粉状物料一般在体积较大时它才开始流动,这时未受确定的流动屈服力大小就变得很重要了。它是沿自由表面切线方向的应力,促使颗粒稳定堆积状态瓦解,克服使颗粒密实而“结块”的应力。力学上的“破坏方程”和“流动方程”可以被用来描述密实应力和未被确定的屈服力的关系。
    Jenike的剪切模型是一个用于确定破坏方程的著名模型。其他的例如William Burks和Bhattacharya等人建立了一个简化的模型,它依靠对圆柱体试样的挤压直接测量破坏方程。这种单轴的测试方法又得到了其他的研究者如Johanson和Maltby、Enstad等人的进一步发展。
美国格雷斯公司发明2种的实验室方法用于实际评估“结块”。我在此介绍一下主要的常用而简单的方法,即是在圆锥瓶中装入100g水泥,以一定的频率加以振动至密实状态。然后翻转圆锥瓶180°,使水泥密实层处于垂直状态,保持水泥密实层在一个垂直面上旋转圆锥瓶直到水泥密实层垮塌,记录旋转的半圈数以此表明结块指数。
    上述的这种方法能很好的测量水泥的“结块”程度,它们被经常用于评估使用水泥助磨剂后显著减少“结块”效果的程度。
 

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