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0、前言
    我國水泥行業工藝落后，歷來是消耗能源與資源的大戶，與可持續發展產生矛盾。要解決這一矛盾，必須立即采取有效措施，減少水泥熟料的產量其中途徑之一，就是摻入粉煤灰、礦渣等礦物摻和料，并且這部分礦物摻和料大多以超細粉的形式摻加。
    水泥廠的粉磨作業基本上都采用球磨機，振動磨是在球磨機的基礎上進行了改進，將物料和研磨介質裝入彈簧支撐的磨筒內，由偏心塊激振裝置驅動磨筒作圓振動，通過研磨介質的高頻振動對物料作沖擊、摩擦、剪切等作用而粉碎，相較球磨機有沖擊強度高、沖擊頻率高、研磨效率高等特點，能夠將物料深加工到比表面積800m2/kg以上，是一種良好的超細磨機，富通新能源銷售球磨機、雷蒙磨粉機等磨機機械設備。
    本文通過兩種粉磨設備（球磨機和振動磨）對熟料和礦物摻和料（粉煤灰、礦渣）進行超細加工，比較不同粉磨設備加工超細粉的能力，并進一步研究由不同粉磨設備加工而成的礦物超細粉的細度及摻量對水泥物理性能（標準稠度需水量、凝結時間、膠砂強度）的影響。
1、試驗原材料及方法
1.1原材料
  (1)熟料：濕法旋窯熟料，取自四川雙馬水泥廠，其化學成分見表l。
  (2)粉煤灰：四川江油火電廠干排粉煤灰，其化學成分見表1。
  (3)礦渣：取自四川雙馬水泥廠，其化學成分見表l。
  (4)石膏：取自四川雙馬水泥廠，其化學成分見表1。
1.2試驗方法
  (1)球磨機采用∮500×500mm試驗磨機，振動磨采用2MZC-38型振動磨。
  (2)比表面積測試采用勃氏透氣比表面積測定儀。
  (3)顆粒分布測試采用Malvern2000型激光粒度分布儀。
  (4)標準稠度需水量和凝結時間的測定按照CB/T1346-2001的規定進行。
  (5)水泥膠砂強度的測定按照GB/T17671-1999（ISO法）的規定進行。
2、試驗結果及分析
2.1  不同粉磨設備加工的超細粉對水泥物理性能的影響
2 .1.1不同粉磨設備對物料加工性能的對比
    使用不同粉磨設備加工相同時間的超細粉的比表面積見表2，不同粉磨設備將物料加工到相同細度時所消耗的時間及超細粉的粒度分布狀況見表3。
    在物料入磨量相等（均為3kg）、入磨粒度相當（均為<5mm）、磨機額定功率相同（均為3KW）的情況下，不同粉磨設備加工超細粉的能力比較體現在：加工超細粉到相同細度時，所消耗的粉磨時間及超細粉的粒度分布狀況。由表2、表3可見，所加工的物料達到相同細度時，使用振動磨所消耗時間約為使用球磨機所消耗時間的2/3。例如，加工熟料至比表面積為550±lOm2/kg時，球磨機需要60min，而振動磨只需要40min。由此看出，振動磨粉磨能力更強，粉磨效率更高，同樣粉磨時間下加工的超細粉的比表面積更大，加工超細粉到相同比表面積時所消耗的功率更少。
    所加工的物料達到相同細度時，使用振動磨加工的超細粉的粒度分布相比使用球磨機加工的超細粉的粒度分布更集中于微細顆粒。例如，使用振動磨分別加工熟料粉、粉煤灰、礦渣粉，其粒度小于10.024um的部分分別占到了36.96%、57.95%、52.95%；而使用球磨機分別加工熟料粉、粉煤灰、礦渣粉，其粒度小于10.024um的部分分別只占到33.67%、57.01%、51.54%。
2.2兩種粉磨設備加工的超細粉對水泥物理性能的影響
    將用兩種粉磨設備加工至550±lOm2/kg的熟料（摻入5％的石膏）作對比，測試水泥物理性能，結果見表4。將用兩種粉磨設備加工至800±20m2，kg的礦物超細粉（粉煤灰、礦渣）摻入350m2/kg的熟料粉（熟料：石膏= 95:5，其物理性能見表5，編號為PC）作對比，按如下比例”礦物超細粉：熟料：石膏= 30:65:5”配料，測試水泥物理性能，結果見表5。各物料顆粒分布與比表面積見表3。
2.2.1標準稠度需水量
    從表4來看，對于熟料而言，使用振動磨加工的．熟料的標準稠度需水量（以下簡稱需水量）少于使用球磨機加工的熟料的需水量。從表3看出，細度相同的情況下，使用振動磨加工的熟料，其粒度分布中微細顆粒增多了，粉體原始堆積時空隙率減少，所以需水量會減少。
    從表5看出，礦物超細粉的摻加會引起需水量的減少。
    使用振動磨加工的礦物超細粉摻入水泥中，比使用球磨機加工的礦物超細粉，使需水量減少得更多。從表3看出，在超細粉細度相同的情況下，使用振動磨加工的礦物超細粉，其粒度分布中微細顆粒更多，就能置換出更多的填充水，進而使得需水量減少得更多。
2.2.2凝結時間
    從表4來看，對于熟料而言，使用振動磨加工的熟料的凝結時間比使用球磨機加工的熟料的凝結時間短。從表3看出，在細度相同的情況下，使用振動磨加工的熟料，其粒度分布中微細顆粒增多了，熟料顆粒和水更加充分的接觸，因此水化加快，凝結時間縮短。
    從表5看出，超細粉煤灰的摻加引起凝結時間延長，超細礦渣粉的摻加引起凝結時間縮短。超細粉煤灰的火山灰活性不夠高，水化早期火山灰反應沒有發生，超細粉煤灰的摻加減少了熟料的量，減弱了熟料的水化反應，因而延長了凝結時間。超細礦渣粉的火山灰活性很高，水化早期火山灰反應就發生了，進而促進了熟料的水化反應，因而縮短了凝結時間。
    使用振動磨加工的礦物超細粉摻入水泥中，比使
用球磨機加工的超細粉，縮短了凝結時間。從表3看出，在細度相同的情況下，使用振動磨加工的礦物超細粉，其粒度分布中微細顆粒增多了，能更好的分散熟料顆粒，這樣使得熟料顆粒與水的接觸面積變大，水化加快，因而縮短了凝結時間。
2.2.3膠砂強度
    從表4看出，對于熟料而言，使用振動磨加工的熟料的3d與28d強度都比使用球磨機加工的熟料的強度高。水泥熟料顆粒中．小于10um的顆粒對早期強度有較大貢獻，10～30um顆粒則對7d與28d強度有較好的相關性，而大于60um顆粒則基本不能水化。分析熟料組數據，C2水泥中小于10.024um的熟料顆粒含量高于Cl，所以C2的3d強度高于Cl。C2中10.024～31.698um的熟料顆粒含量高于Cl，所以C2的28d強度也高于Cl。
    從表5看出，摻人超細粉煤灰降低了3d強度，增加了28d強度，摻入超細礦渣粉對3d和28d強度都有增加。粉煤灰火山灰活性低，3d時火山灰反應還沒有發生，此時粉煤灰只起到物理填充作用，粉煤灰的摻加減少了熟料的量，故而降低了3d強度。
    摻入使用振動磨加工的礦物超細粉的水泥體系比摻入使用球磨機加工的礦物超細粉的水泥體系的3d和28d強度要高。從表3看出，在細度相同的情況下，使用振動磨加工的礦物超細粉，其粒度分布中微細顆粒增多了，二次水化反應更加迅速，能更加有效的增加水泥強度。
2.3超細粉煤灰、超細礦渣對水泥物理性能的影響
2.3.1超細粉不同細度對水泥物理性能的影響
    將粉煤灰、礦渣使用振動磨分別加工到不同細度，采用勃氏透氣法測定比表面積（見表6），探討不同細度礦物超細粉對水泥物理性能的影響。
    按熟料：礦物超細粉：石膏=65: 30:5的比例配制成水泥，測定水泥物理性能，結果見表7。不同編號分別對應于不同細度的礦物超細粉。
2.3.3.1  標準稠度需水量
    由表7看出，礦物超細粉的摻加減少了需水量。礦物超細粉的摻加減少了填充水的數量，但引起表層吸附水的增加，不足以彌補填充水減少的數量，因而減少了需水量。磨細粉煤灰比原狀粉煤灰的需水量大，這是因為磨細粉煤灰在粉磨的過程中，破壞了一些球狀體，減弱了粉煤灰的減水效應。隨著超細粉的比表面積增大，需水量減少得更多。這是因為隨著超細粉的比表面積增大，其粒度分布中微細顆粒增多了，減少的填充水更加多于增加的表層吸附水，引起需水量的不斷減少。
2.3.3.2凝結時間
    由表7看出，總體來說，超細粉對凝結時間的影響不大。隨超細粉比表面積增大，一方面超細粉活性提高，另一方面能更好的起到分散熟料的作用，增加熟料和水的接觸面積，加快水化，將使凝結時間相應的縮短。
2.3.3.3  膠砂強度
    由表7看出，對于3d強度而言，超細粉煤灰的摻加降低了水泥的強度，但隨粉煤灰比表面積的增大，水泥膠凝體系的強度增加；超細礦渣粉的摻加提高了水泥的強度，并隨著礦渣粉比表面積的增大，強度增加得更多。
    對于28d強度而言，摻入的粉煤灰比表面積較小時降低了水泥的強度，但摻入的粉煤灰比表面積較大時提高了強度。超細礦渣粉的摻加提高了水泥的強度并隨著超細礦渣粉比表面積的增大，強度增加得更多。
2.3.2超細粉不同摻量對水泥物理性能的影響
    分別以表6中的FA1、FA2、FA3三種細度的粉煤灰摻入熟料粉中，配制水泥。，安排的實驗組數見表8，實驗結果見表9。
2.3.2.1標準稠度需水量
    由表9看出，超細粉煤灰摻量較低時，降低了需水量；摻量較高時，增加了需水量。
2.3.2.2凝結時間
    由表9看出，超細粉煤灰摻量較低時，縮短了凝結時間，摻量較高時延長了凝結時間。
2.3.2.3膠砂強度
    由表9看出，隨著超細粉煤灰摻量的增加，3d強度降低；但相同摻量時，摻入比表面積較大的超細粉煤灰，水泥膠凝體系的強度較高。這是因為超細粉煤灰的火山灰活性較低，3d時火山灰反應還沒有發生，此時，超細粉煤灰僅起到物理填充作用．隨著摻量的增加，減少了熟料的量，水化減慢，強度降低。隨著超細粉煤灰比表面積的增大，微細顆粒增多，物理填充作用增強，一定程度上增加了強度。
    超細粉煤灰摻量較低時，提高了28d強度；摻量較高時，降低了28d強度。但相同摻量時，摻入比表面積較大的超細粉煤灰，水泥膠凝體系的強度較高。隨著超細粉煤灰比表面積的增大，微細顆粒增多，火山灰反應加強，填充作用更加顯著，因而摻入比表面積大的超細粉煤灰的水泥膠凝體系的強度高。
3、結論
    1)振動磨相比球磨機而言，相同粉磨時間下所加工而成的超細粉的比表面積更大，加工相同比表面積的超細粉所消耗的功率減少約1/3，并且加工的超細粉粒度分布更加集中于微細顆粒。
    2)使用振動磨加工的熟料比使用球磨機加工的熟料，前者的標準稠度需水量更少，凝結時間更短，強度更高。振動磨加工的礦物超細粉摻入水泥后與球磨機加工的礦物超細粉摻入水泥后相比，前者使得需水量減少，凝結時間縮短，強度提高。
    3)超細粉煤灰的摻加減少了標準稠度需水量，延長了凝結時間，降低了3d強度。隨著比表面積的增大，需水量不斷減少，凝結時間相應縮短，3d強度相應增加。摻量較低時降低了需水量，縮短了凝結時間，提高了28d強度；摻量較高時增加了需水量，延長了凝結時間，降低了28d強度。
    4)超細礦渣粉的摻加減少了標準稠度需水量，縮短了凝結時間，提高了3d和28d強度。并隨著超細礦渣粉比表面積的增大，需水量不斷減少，凝結時間不斷縮短，強度不斷提高。