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1、水泥性能与粒度分布关系的数值穷析与应用水泥性能与粒度分布关系的数值穷析与应用【中国水泥网】 作者作者:张大康 单位单位:拉法基瑞安北京技术服务有限公司重庆分公司 【2010-01-22】 摘要：定量分析了水泥物理性能与粒度分布的关系，旨在指导水泥粉磨过程的质量控制。根据试验结果和实际生产经验，提出水泥粉磨细度控制应该以控制粒度分布为最终目标。控制方法应能以足够的准确度确定水泥的粒度分布。以 45m 筛余作为日常生产控制参数，同时定期检验 3035m 或 5560m 区间内某一个粒径的筛余，是值得推荐的水泥粉磨细度控制方法。介绍了水泥粒度分布的重要影响因素，包括选粉机选粉效率、助磨剂和分别粉磨等
2、。 0 前言水泥厂的工程实践表明，通过优化水泥的粉磨工艺，改善粒度分布，可以显著改善水泥性能。通过调整水泥粒度分布还可以满足顾客对水泥性能的不同要求。近年对水泥、混凝土性能与水泥粒度分布的关系进行了广泛研究,已经基本阐明从水泥性能角度提出的对水泥粒度分布的要求。国内一些水泥厂进行了改善水泥粒度分布的尝试。本文在比表面积、均匀性系数和特征粒径中固定某一个参数，改变另外二个参数，探讨了水泥强度、标准稠度用水量与粒度分布之间的定量关系。在水泥厂进行工业试验，观察凝结时间与均匀性系数的关系。在此基础上，根据实际生产控制经验，提出了水泥粉磨工艺细度、均匀性系数的控制方法。本文的细度一词，使用了 GB/T
3、4131 一 1997水泥的命名、定义和术语中的定义，某一孔径的筛余、比表面积和粒度分布都作为细度的表示方法之一。1 水泥粒度分布与物理性能的数值分析1.1 粒度分布特性对强度的影响使用水泥厂正常生产的熟料在试验室闭路磨机和间歇式磨机制得一系列不同均匀性系数、特征粒径和比表面积的水泥，检验其强度、标准稠度用水量和凝结时间等物理性能，以观察物理性能与粒度分布之间的关系。粒度分布特性对强度影响的定量关系见图 1图3。(1)试验中保持比表面积为 220m2/kg 不变时，水泥抗压强度与均匀性系数、特征粒径与均匀性系数的关系见图 1。图 1 显示，在相同的比表面积下，3，7，28 d 抗压强度均与均匀
4、性系数具有良好的正比线性关系。均匀性系数提高 0.1 时，3，7，28d 抗压强度分别提高 1.6，3.6，4.8 MPa，其中 28d 抗压强度对均匀性系数的变化更加敏感。在相同的比表面积下，随均匀性系数增加，特征粒径以近于乘幂关系降低。特征粒径曲线表明，相同的比表面积的水泥，其粒度分布参数可以在一个非常大的范围内变化。换言之，比表面积不是均匀性系数或特征粒径的单值函数。均匀性系数的提高意味着较粗和较细的颗粒都减少：特征粒径降低意味着颗粒平均粒径降低，水化速率较慢的大颗粒减少；二者综合效果是提高了水化速率和水化程度，从而提高了水泥强度。(2)试验中保持水泥的特征粒径为 18m 不变时，水泥抗
5、压强度与均匀性系数、比表面积与均匀性系数的关系见图 2。图 2 显示，在相同的特征粒径下，3d 抗压强度与均匀性系数具有良好的反比线性关系。均匀性系数提高 0.1 时，3d 抗压强度降低 2.4 MPa。7.28 d 抗压强度与均匀性系数相关性非常微弱。在相同的特征粒径下，随均匀性系数增加，比表面积以近于乘幂关系降低。均匀性系数的提高意味着较粗和较细的颗粒都减少；比表面积降低意味着水化速率较快的细颗粒减少；二者综合效果是降低了早期水化速率，导致早期强度明显下降。(3)试验中保持水泥的均匀性系数为 0.80 时，水泥抗压强度与特征粒径、比表面积与特征粒径的关系见图 3。图 3 显示，在相同的均匀
6、性系数下，3，7，28 d 抗压强度均与特征粒径具有良好的反比线性关系。特征粒径提高 1m，3，7，28 d 抗压强度分别降低 0.80，083，0.78MPa。在相同的均匀性系数下，随特征粒径增加比表面积以近于乘幂关系降低。特征粒径增加意味着颗粒普遍变粗，水化速率很慢的大颗粒增加；比表面积降低意味着水化速率较陕的细颗粒减少；综合效果是降低了水化速率，导致强度下降。与特征粒径比较，均匀性系数对强度具有更加显著的影响。获得提高均匀性系数 0.1对应的 3，7，28 d 抗压强度的增加值，如果依靠降低特征粒径，则特征粒径降低的数值分别是：2.0，4.3，6.2m。特征粒径对于 28 d 抗压强度更
7、加敏感，为了获得相同的28 d 抗压强度提高幅度，可以使均匀性系数降低 0.1，或者使特征粒径降低 6.2m。在实际生产中后者的难度和付出的代价更高，前者则会带来需水量增加的弊端。1.2 粒度分布特性对标准稠度用水量影响的定量关系保持相同比表面积为 220m2/kg 时，水泥标准稠度用水量与均匀性系数、特征粒径与均匀性系数的关系见图 4。图 4 显示，在相同的比表面积下，标准稠度需水量与均匀性系数具有良好的正比线性关系。均匀性系数提高 0.1，标准稠度需水量提高 0.77%。均匀性系数提高导致水泥颗粒的堆积密度降低，颗粒间的填充水增加；特征粒径降低意味着水化速率较快的小颗粒增加，初期水化程度增
8、加，初期水化需要的水量增加。二者综合效果是提高了水泥标准稠度用水量。1.3 粒度分布特征对凝结时间影响的定量关系在一台闭路水泥磨进行了均匀性系数对凝结时间影响的试验。调整粉磨工艺参数，保持水泥 32m 筛余没有大幅度变化，改变水泥均匀性系数。水泥凝结时间与均匀性系数的关系见图 5。图 5 表明，水泥的初凝时间、终凝时间均与均匀性系数具有良好的正比线性关系。均匀性系数增加 0.1，水泥初凝时间延长 0.22 h，终凝时间延长 0.32 h。较小的均匀性系数意味着水泥的粒度分布较宽，粗颗粒和细颗粒均较多，其中60m 的颗粒为 1.54%。使用化验室统一试验小磨将矿渣粉磨至比表面积 627m2/kg
9、。高细收尘灰取自预分解窑窑尾电收尘。比表面积 1194m2/kg。按 PI 水泥：高细收尘灰：矿渣粉：粉煤灰=60：6：30：4 制得混合水泥，各种材料和混合水泥的粒度分布参数及比表面积见表 3，各种材料和混合水泥的粒度分布见图 8、图 9。表 3 结果表明，在 PI 水泥中掺入特征粒径和均匀性系数显著低于 PI 水泥的混合材料，均匀性系数由 PI 水泥的 1.21 降低到混合水泥的 1.06。分别粉磨可以明显降低均匀性系数。图 8、图 9 显示，在 PI 水泥中掺入特征粒径和均匀性系数显著低于 PI 水泥的混合材料后，混合水泥的粒度分布达到明显改善，混合水泥较之 PI 水泥更加接近 Fuller曲线。4 结论(1)水泥的粒度分布与水泥的性能之间具有明确的相关关系。(2)均匀性系数对强度具有显著影响，在相同的比表面积下，均匀性系数提高0.1，3d，7d，28 d 抗压强度分别提高 1.6，3.6，4.8 MPa。(3)粒度分布是与水泥性能有明确定量关系的细度参数，是水泥粉磨细度控制的最终目标。以单一粒径筛余或单独的比表面积控制水泥粉磨细度的方法不能确定粒度分布，亟待改进。水泥粉磨细度控制方案，应该能够有效控制水泥的粒度分布。(4)以 45m 筛筛余作为日常生产控制参数，同时定期检验 3035m 或5560m 区间内某一个粒径的筛余，是值得推荐的水泥粉磨细度控制方法。
