水泥成品RRSB粒度分布對水泥性能的影響*

汪克春，張宗見，軒紅鐘，李志強

（安徽海螺建材設計研究院有限責任公司 安徽 蕪湖 241070）

0 引言

眾所周知，水泥顆粒只有進行水化反應后，對水泥強度才會有貢獻。就一個單獨的水泥顆粒來講，水化過程實際是由外及內，逐漸發生的，所以小顆粒很快就完全水化，對水泥的早期強度貢獻較大；而大顆粒的水化過程就比較慢，在后期才能逐漸發揮作用。隨著水化反應的進行，后期水分在逐漸的減少，特大顆粒只有表層被水化，顆粒的內部沒有發生水化反應，實際只起了骨架作用，對水泥強度幾乎沒有貢獻。

1 RRSB分布函數

RRSB分布函數被普遍應用于水泥顆粒級配的研究，它是一種理想化的粒度分布的表示。根據相關研究說明，絕大多數單一材料經機械方法粉碎得到的粉體，基本上滿足該規律。RRSB分布函數表達式如下：

W（x）=1-exp［-（x/De）N］(1)

（1）W(x)為小于x的顆粒百分比（即篩下量）；

（2）x為顆粒粒徑；

（3）De為特征粒徑，是累積百分比為63.4%時對應的粒徑，并與體積平均粒徑D（4，3）在數值上相近。

（4）N為均勻性（寬度）系數。N越大，顆粒均勻性越好。水泥的N值在1左右。

由于該種方法各參數的物理意義明確、公式表達相對簡潔，而且只要通過做兩種篩孔的篩余就能夠求出分布，所以在實際生產及工程應用中，水泥行業大都用RRSB曲線分布來描述水泥的粒度分布。

2 粒度分布對水泥性能影響

一般來說，不同粒度區間分布的水泥顆粒，在水化反應和水泥的物理化學性能具有以下特點。

（1）當水泥顆粒＜1um時，其表面活性能很高，基本上在攪拌過程中就完全發生水化反應，對水泥強度幾乎沒有貢獻。這種粒度區間的顆粒含量，直接說明水泥粉磨系統的過粉磨現象程度，該種粒度區間的含量越高，過粉磨越嚴重。在實際工程應用中，該種區間的水泥粒度含量高，會增加水泥澆筑過程的需水量，導致水泥的澆筑性能差。所以，一般而言，該區間的顆粒對水泥的應用是不利的的，建議應盡可能的降低該種粒度區間的顆粒含量。

（2）1~3um的水泥的粒度分布對水泥的早期強度影響較為明顯，該區間的顆粒含量越高，水泥的3天強度就越高；另外，也會增加需水量，降低澆筑性能。所以，在3天強度能滿足實際應用的前提下，建議盡可能降低該組分顆粒的顆粒含量。

（3）通過實驗分析，從粒度分布情況來看，水泥的后期強度主要由1~32um顆粒含量決定。前面所述，在滿足早期強度的前提下，1~3um顆粒含量不宜太高，所以3~32um顆粒含量應越高越好，對水泥的后期強度起著決定性的作用。實際工程應用中，在強度指標很高的情況下，可以增加混合材添加量，以節省生產成本。

（4）＞32um的顆粒應盡可能的降低，因為相關實驗研究說明，32~65um顆粒含量雖然對強度有一定的貢獻，但貢獻率很低；而＞65um顆粒基本上只起骨架作用，對強度基本沒有什么貢獻。

所以，結合以上分析，將水泥顆粒的粒度分布劃分為不同的區間，對不同區間的水泥顆粒對水泥的物理化學性能分析，可以很好地指導實際生產。一般來說，增加水泥顆粒分布中3~32um顆粒含量，對增加水泥強度有很大的作用。

3 RRSB方程計算實例

在水泥產品的研究和開發中，使用激光粒度分析儀和負壓篩均可以得的水泥RRSB分布。激光粒度分析儀可以直接得到水泥RRSB分布曲線，使用負壓篩需要進行回歸分析計算得到RRSB分布。一般來說，使用負壓篩在20~60μm的粒徑范圍內選擇6~8個篩余數據，然后利用計算機進行回歸分析計算，即可得到RRSB方程。

例如：某水泥產品的篩余情況如下，通過負壓篩測定3um的篩余為10%、60um的篩余為0.5%。將以上兩種粒度的篩余數據代入RRSB方程，通過分析，即可求得一個最佳RRSB方程。計算得該水泥的特征粒徑De=16.74um，均勻性系數n=1.31。計算過程詳見表1。該種水泥的RRSB分布方程式為：

表1 特征粒徑和均勻性系數的計算

水泥的實際生產過程中，可以選用1組套篩（例如：0.01~80um）篩分水泥顆粒不同粒度區間的分布，得到一組實測值；同樣可以通過RRSB方程理論計算0.01-80um水泥顆粒的分布情況。如表2所示：

根據表2中數據（理論計算篩下量和實測篩下量），繪制出篩下量曲線趨勢圖（如圖1所示）。通過下圖可以看出，最佳性能RRSB方程的粒度分布和實測水泥粒度分布在粒徑3um處相交，粒徑＜3um時RRSB方程曲線在實測水泥粒度分布曲線下方，粒徑＞3um時RRSB方程曲線在實測水泥粒度分布曲線的上方。

表2 最佳性能RRSB粒度分布和實測粒度分布粒徑

圖1 RRSB和實測篩分通過量趨勢圖

圖2為RRSB分布和實測分布的微分分布曲線。由圖2可見：＜3um的顆粒含量，RRSB分布小于實測分布；3~20um的顆粒RRSB分布多于實測分布；＞20um的顆粒RRSB分布少于實測分布。最佳性能RRSB分布給出了一個水泥粒度分布的優化趨勢，所以通過2種曲線圖對比分析可知，要使水泥的實際顆粒分布接近最佳性能RRSB方程，應該盡量減少水泥中3um以下和30um以上的顆粒含量，增加3~20um的顆粒含量。

圖2 微分分布趨勢圖

4 結語

（1）20世紀末，S.Tsivilis等學者根據水泥的水化速度和水化程度角度，提出水泥的粒度分布要求。水泥中粒徑＜3um的顆粒應該＜10%，粒徑3~30um的顆粒應該在65%以上，粒徑＞60um和＜1um的顆粒應盡量減少。所以，在水泥的生產應用中，可以以此為指導意見，進行優化操作和工藝改進。

（2）若水泥中1~3um以下顆粒含量過高，則會增加水泥的強度較高，但澆筑性能較差。所以，在水泥粉磨工藝操作中，建議應當調整磨機的鋼球級配、選粉機轉速和喂料量等參數，以減少水泥成品中1~3um顆粒含量。

（3）若水泥中1~3um含量較高，同時3~32um含量偏低。則會出現水泥3天強度高，但28天強度不高。這種現象主要是由于水泥粉磨過程中存在較為嚴重的過粉磨現象、水泥成品細度過細等造成的。

（4）若水泥中的有效粒徑3~32um顆粒含量偏低，會影響水泥的后期強度發揮，導致混合材摻加量受限制。實際生產中，應通過工藝操作，盡量使水泥中的3~32um的有效粒徑含量增加。