水泥中不同粒度區間組分的粒度分布特征與膠凝活性

黎載波　黃俊龍（韶關學院土木工程學院）

水泥中不同粒度區間組分的粒度分布特征與膠凝活性

黎載波黃俊龍
（韶關學院土木工程學院）

為了獲得水泥中不同粒度區間組分力學強度的變化規律，以充分發揮每個粒度組分在提高水泥膠凝活性方面的作用，研究通過氣流分級機對硅酸鹽水泥進行分級，獲得不同粒度區間的六個組分，分別測定其粒度分布特征，并對其膠凝活性進行了評價。實驗結果表明：通過分級獲得的水泥粉體基本符合Rosin-Rammler-Bennet方程分布模型。水泥各粒度區間組分的膠砂流動度隨組分細度的改變而變化不明顯；不同粒度區間組分細度越大，膠砂試驗早期強度越高，但是隨著養護齡期的增長，強度增幅并不明顯；由三個較細粒度區間組分混合而得的試樣，其早期膠砂抗壓強度最高，后期強度增長平穩。

水泥；粒度區間；膠凝活性；膠砂成型；分級

1　前言

在通常條件下，水泥的粒徑越細，其力學強度（特別是早期強度）越強，膠凝活性越高。在化學組成和礦物組成基本相同的條件下，水泥膠砂試件的強度在很大程度上取決于水泥顆粒粒度分布［1，2］。當水泥顆粒分布較合理時，細小的顆粒可以填入有較大顆粒構成的立體網狀結構中，從而減少水泥干粉顆粒的空隙率，使水泥膠凝體系達到較緊密堆積狀態，最終提高水泥膠砂強度［3，4］。為了充分發揮每個粒度組分在提高水泥膠凝活性方面的作用，需對水泥不同粒度區間組分的膠凝活性進行評價。

本研究采用氣流分級機對硅酸鹽水泥進行了分級處理，獲得了6個不同粒度區間組分，分別測定了粒度分布特征。采用水泥膠砂強度檢驗方法對這6個粒度區間組分的膠凝活性進行評價，以獲得不同粒度區間水泥組分的強度變化規律。研究結果為評價水泥不同粒度組分對水泥膠凝活性的貢獻程度方面提供了重要的參考意義。

2　試驗材料與方法

實驗原料采用北京興發水泥有限公司生產的42.5級專用硅酸鹽基準水泥，其化學組成見表1。

表1　試驗原材料化學組成（wt/%）

采用JFC-20F型氣流分級機對硅酸鹽水泥進行分級，通過改變分級機的轉速，得到6個不同的水泥粒度區間組分。其中C6組分是由分級過程中分級機轉速分別為＞2000rpm、2000-2500rpm、＞2800rpm所得到的三種粉體用V型混合機混合而得。不同粒度區間水泥組分的物理性質見表2。利用英國馬爾文Mastersizer2000型激光粒度儀測定粉體的粒度分布。按照 GB/T 17671-1999水泥膠砂強度檢驗方法（ISO法）測定不同粒度區間水泥組分的膠砂流動度和活性指數。

表2　不同粒度區間水泥組分的制備條件及物理性質

3　試驗結果與討論

3.1不同粒度區間組分的粒度分布特性

不同粒度區間水泥組分的粒度分布測試結果見圖1。利用激光粒度儀測定粉體的粒度分布，根據測試結果對不同粒度區間組分的粒度分布特性的統計結果見表3，其中D（0.1）、D（0.5）和D（0.9）分別表示粒徑分布累積到10%、50%和90%所對應的粒徑，D（0.5）又稱中位徑。

圖1　不同粒度區間水泥的顆粒體積分布

表3　不同粒度區間組分的D（0.1）、D（0.5）、D（0.9）值

人們通過研究發現，水泥以及用作水泥混合材或混凝土摻合料的高爐礦渣、鋼渣和粉煤灰等粉體，其顆粒粒度分布與RRB（Rosin-Rammler-Bennet）方程有較高的吻合性［5，6］。因此本研究采用RRB方程中的特征粒徑De和均勻性系數n兩個特性參數來確定水泥不同粒度區間組分粒度分布的總體特征。RRB方程表達如下：

R=100·exp［-（D/De）n］

其中：

R——粒徑D（μm）的篩余質量百分數，%；

De——特征粒徑，表示顆粒群的粗細程度，其物理意義為R=36.8%時的顆粒粒徑，μm；

n——均勻性系數，表示粒度分布的寬窄程度。粒度分布范圍隨n值的減小而變廣，隨n值的增大而變窄；n值越大，表示樣品中顆粒分布的均勻性越好。

對不同粒度區間水泥組分的激光粒度測試數據進行處理，以ln（ln（100/R））為縱坐標，以ln（D）為橫坐標，通過Origin軟件進行線性回歸，即可求得該粉體的均勻性系數n值和特征粒徑De值，計算結果見表4。

表4　不同粒度區間粒度分布測試分析結果

由表4數據中相關性系數R可知，由分級機分級得到的硅酸鹽水泥粉體基本符合RRB方程分布模型。隨著分級機轉速增大，硅酸鹽水泥的特征粒徑De和均勻性系數n都呈減少的趨勢。其中C1組分的n值最大，曲線分布最窄，表明分級機對該粒度區間組分的分級效果最好；C5組分的n值最小，其曲線分布最寬，其分級效果最差。

3.2不同粒度區間組分膠凝活性

對六個不同粒度區間組分，采用水泥膠砂強度檢驗方法（ISO法）進行膠砂試驗，測定其膠砂硬化體各個養護齡期的抗折、抗壓強度，試驗結果見表5。

表5　水泥不同粒度區間組分膠砂試驗結果

從實驗結果可以看出，總體而言，經分級機分級后，水泥不同粒度區間組分的膠砂流動度變化不明顯。各養護齡期下膠砂抗壓強度隨組分細度的增加基本呈現逐漸增大的變化規律，其中在早期強度中表現得較為明顯。這是由于水泥顆粒越細，與水發生反應的表面積越大，因而水化反應速度較快，而且較完全，早期強度也越高。C6組分的膠砂力學性能最為優異，其原因除了與該組分的細度較大有關外，還跟該試樣是由三種不同細度的粉體混合而得有關。由于形成了更合理的顆粒粒度分布，水泥膠凝體系達到較緊密堆積狀態，最終提高水泥膠砂強度。

在膠砂抗折強度方面，除C6組分外，水泥不同粒度區間組分的28d抗壓強度較7d抗壓強度都有明顯的增長。隨著養護齡期的增加，C6組分的抗折強度幾乎無增長，其原因可能是C6組分細度較小，早期水化程度高，剩余熟料量較少，水化中、后期生成的水化產物量相較其它組分而言要較少。

4　結論

⑴通過分級機分級獲得的硅酸鹽水泥不同粒度區間組分粉體基本符合RRB方程分布模型。分級機對水泥中較大粒度區間組分的分級效果更理想，顆粒分布的均勻性更好；

⑵水泥不同粒度區間組分的膠砂流動度變化不明顯。不同粒度區間組分細度越大，膠砂試驗早期強度越高，但隨著養護齡期的增長，強度增幅并不明顯；

⑶由三個較細粒度區間組分混合而得的試樣，其早期膠砂強度最高，后期強度增長平穩，其原因是形成了更合理的顆粒粒度分布。●

［1］沈威，黃文熙.水泥工藝學［M］.武漢：武漢工業大學出版社，1991.20-21.

［2］喬齡山.關于水泥顆粒分布及其作用的部分研究成果介紹［J］.水泥，2007，（9）：1-7.

［3］汪洋，徐玲玲.水泥粒度分布對水泥性能影響的研究進展［J］.材料導報，2010，24（23）：68-71.

［4］賀圖升，趙旭光，趙三銀，等.基于集料裹漿厚度的水泥基透水磚配合比設計［J］.建筑材料學報，2015，18（2）：287-290.

［5］趙旭光，趙三銀，文梓蕓.高爐礦渣微細粉的粉體特性研究［J］.中國粉體技術，2004，（1）：5-9.

［6］趙旭光，文梓蕓，趙三銀.高爐礦渣粉的粒度分布對其性能的影響［J］.硅酸鹽學報，2005，33（7）：907-911.