關(guān)于水泥分散度與余水泥強(qiáng)度等級關(guān)系的研究

李永軍

（山西東義集團(tuán)特種水泥有限公司， 山西 孝義 032300）

0 引言

水泥屬于常見的建材，在生產(chǎn)環(huán)節(jié)應(yīng)保證其強(qiáng)度、流動性和凝結(jié)時間等和應(yīng)用需求相符。水泥水化程度和其強(qiáng)度息息相關(guān)，同時其分散度也和強(qiáng)度存在關(guān)聯(lián)。在生產(chǎn)過程，使用不同設(shè)備生產(chǎn)的水泥會呈現(xiàn)出不同的顆粒特征。以上內(nèi)容都會影響到水泥的強(qiáng)度性能。對其分散度展開實驗，通過實驗總結(jié)出分散度和強(qiáng)度等級實際關(guān)系，對優(yōu)化生產(chǎn)流程具有重要意義。

1 水泥分散度實驗

水泥的生產(chǎn)，應(yīng)當(dāng)嚴(yán)格按照標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行，在保證水泥強(qiáng)度、細(xì)度均符合國家標(biāo)準(zhǔn)的基礎(chǔ)上，節(jié)能降耗，盡量避免過粉碎的現(xiàn)象出現(xiàn)。水泥分散度主要指其細(xì)度，特定孔徑篩余和比表面積、粒度分布都可視為分散度的表示方法。在GB175-2007標(biāo)準(zhǔn)中規(guī)定，硅酸鹽水泥當(dāng)中，細(xì)粒度值應(yīng)≥300m2/kg；火山灰質(zhì)、礦渣和粉煤灰等類型水泥使用篩余表示，在80μm 的篩余中≤15%；在45μm 的篩余當(dāng)中≤30%。從水泥實際生產(chǎn)角度考慮，篩余的監(jiān)測、控制更容易。但是難以使用單一孔徑篩余或者比表面積對其分散度進(jìn)行更好地顯示。通過對水泥展開定量分析，發(fā)現(xiàn)其分散度和水泥強(qiáng)度等之間存在相關(guān)性。在相同篩余下，能夠獲得多種粒度分散的水泥，并認(rèn)為二者之間存在確定的細(xì)度參數(shù)，可以作為水泥分散度控制標(biāo)準(zhǔn)[1]。

2 實驗過程分析

2.1 分布參數(shù)對性能影響

實驗過程主要探討水泥的比表面積S、粒徑x 和均勻指數(shù)n 三個分散度參數(shù)的關(guān)系。同時S 和水泥強(qiáng)度等級、用水量存在對應(yīng)關(guān)系，這一關(guān)系在水泥生產(chǎn)環(huán)節(jié)可作為重要的參數(shù)。而水泥粒徑x 與其均勻指數(shù)n 都可作為反映水泥分散度的整體特點參數(shù)，x 代表水泥顆粒的粗細(xì)度，n 代表其粒度分散間隔。

實驗過程，將水泥廠熟料置于實驗室的間歇磨機(jī)當(dāng)中，獲取各種均勻度、比表面積、粒徑的水泥，使用控制變量方法，將其中一項參數(shù)固定，探究剩余兩項參數(shù)對水泥強(qiáng)度影響。當(dāng)S 相同時，水泥抗壓強(qiáng)度和n 之間成正比；在x 相同時，水泥強(qiáng)度和n 之間成反比；在n 相同時，水泥強(qiáng)度和x 成反比。在需水量方面，當(dāng)S 相同時，隨n 的增加需水量也增加。當(dāng)篩余固定為32μm 時，水泥的凝結(jié)時間隨n 的增加而延長

2.2 粒徑間隔對性能影響

特定粒徑篩余、比表面積不能通過水泥性能單值函數(shù)表達(dá)出來。水泥生產(chǎn)環(huán)節(jié)，粒徑間隔、均勻指數(shù)不易控制。但是水泥分布和其性能存在良好相關(guān)性，因此，可以探究其粒徑間距對其細(xì)度分布進(jìn)行控制。有專家提出，當(dāng)水泥粒徑＜3μ m 時，顆粒度＜10%；粒徑處于3～30μm 時，顆粒度＞65%；粒徑＞60μm，＜1 μm 時，顆粒度要更小。同時不同粒徑間隔能夠影響水泥的性能。如：粒度范圍-3μm 時，水泥容易團(tuán)結(jié)；粒度范圍-16～3μm 時，能夠引起水泥強(qiáng)度增長；粒度范圍-32～16μm 范圍，能夠加速水泥強(qiáng)度增長；粒度范圍-64～32μm 時，水泥的強(qiáng)度增長相對較慢。

有專家使用灰色關(guān)聯(lián)方法分析原始數(shù)據(jù)，展開關(guān)聯(lián)度、均值變化等分析，獲取水泥顆粒的集配和強(qiáng)度關(guān)系，得出粒徑間距對不同齡期的水泥產(chǎn)生的貢獻(xiàn)各不相同。當(dāng)水泥齡期1d 時，不同粒徑區(qū)間對強(qiáng)度的貢獻(xiàn)從高到低順序為（0，3）、（3,10）、（10,20）、（20,30）、（30,45）、（45,63）；齡期3d 時，不同粒徑區(qū)間對強(qiáng)度的貢獻(xiàn)從高到低順序為（3,10）、（10,20）、（0，3）、（20,30）、（30,45）、（45,63）；齡期28d 時，不同粒徑區(qū)間對強(qiáng)度的貢獻(xiàn)從高到低順序為（10,20）、（3,10）、（20,30）、（0，3）、（30,45）、（45,63）。通過上述結(jié)果可以看出當(dāng)水泥顆粒區(qū)間為（0,3）時，對水泥早期產(chǎn)生貢獻(xiàn)明顯，隨著齡期增加，貢獻(xiàn)度逐漸減弱；粒徑區(qū)間（3,30）對水泥強(qiáng)度的貢獻(xiàn)隨齡期增加而增加。

先將粒徑間距為0～10,0～20,0～30,0～45(單位μm)等水泥進(jìn)行分離，再將顆粒3～32μm 與5～20μm 等單獨(dú)分離，所得出實驗結(jié)果表明，粒徑間距為3～32μm 對水泥的強(qiáng)度貢獻(xiàn)最大。同時還將此粒徑的水泥按照不同比例向C42 工業(yè)水泥當(dāng)中添加，之后展開強(qiáng)度對比。實驗過程重點考慮到不同粒徑區(qū)間產(chǎn)生過的協(xié)同作用，同時將間距為5～20μm 顆粒分離，經(jīng)不同配比和調(diào)節(jié)，獲得均勻指數(shù)不同樣品。根據(jù)粒度方程確認(rèn)n 和水泥強(qiáng)度二者關(guān)系。結(jié)果顯示，當(dāng)n＞2 時，不同齡期水泥強(qiáng)隨n 變大而增加；當(dāng)n＜2 時，不同齡期水泥強(qiáng)度隨n 的值增加無明顯變化[2]。

3 實驗理論和結(jié)論

3.1 分散度描述

水泥的強(qiáng)度等級和其結(jié)構(gòu)分散度之間存在較大關(guān)聯(lián)，以此為切入點，通過找到水泥最佳的分布密度，即可實現(xiàn)減少孔隙率和需水量等實驗?zāi)康模M(jìn)而不斷提升水泥的強(qiáng)度。Fuller 曲線的概念被提出，分析水泥的最優(yōu)堆積密度。喬齡山等人基于此曲線方程，對比我國生產(chǎn)的水泥和德國水泥，并認(rèn)為我國水泥分散顆粒＜16μm 的顆粒較少，這一研究為使用Fuller 曲線研究水泥分散度提供東思路。此外，馮修吉等人按照模糊子群相關(guān)理論和原理，推導(dǎo)出水泥分散度分布群子方程，明確K、r1 和r2 三個有效參數(shù)，并且定義r2/K 為水泥分布比，即分散度。經(jīng)過實驗之后，可以判斷出不同齡期水泥抗壓強(qiáng)度和以上參數(shù)存在依賴關(guān)系，。能夠通過分散度特點，明確水泥分散度對水泥性能可產(chǎn)生較大程度的影響。

使用此曲線對水泥分散度展開分析，對粉體提出了相關(guān)的要求和規(guī)定。在實際對比中，要求粉體當(dāng)中＜3μm 的顆粒含量≥29%。本實驗中獲得的最佳分散度＜3μm 的顆粒含量＜10%。針對此現(xiàn)象，有專家認(rèn)為使用多種磨粉方式，將水泥熟料、易磨性良好的混合料共同磨粉，并將難磨的材料和熟料進(jìn)行分開磨粉，可較好地保證堆積密度要求，與此同時，將水泥當(dāng)中細(xì)粒含量減少[3]。

3.2 分散度和強(qiáng)度等級關(guān)系

通過水泥分散度的探討，找出粒度分布、水泥強(qiáng)度二者之間的關(guān)系。以“雙粒子模型”為基礎(chǔ)，通過數(shù)學(xué)論證可知，當(dāng)水泥S 相同時，n 的值越大，其粒度的分布就越窄，因此水泥的漿液強(qiáng)度等級越高。同時將此理論推廣到顆粒分布情況任意的體系當(dāng)中，獲得了參數(shù)n 與水泥強(qiáng)度二者之間的關(guān)系。

同時，部分專家和學(xué)者利用水泥的堆積密度，使用數(shù)學(xué)方法，在二元體系當(dāng)中，驗證水泥的孔隙率、水化程度以及堆積密度三者之間的關(guān)系，獲得出以下結(jié)論：粒度分散度越小，水泥的水化程度就越高。此論證能夠確認(rèn)水泥的最優(yōu)堆積密度。之后，再利用RRB 方程，通過孔隙率，聯(lián)系出水泥特征參數(shù)、粒度分布、性能等，總結(jié)出水泥粒度的分散程度，對水泥的強(qiáng)度有重要影響。當(dāng)高粒度的分散距離越大時，水泥的孔隙率越小，同時堆積密度也越高，強(qiáng)度也高；當(dāng)水泥的粒度分散距離越小，水泥水化速度越快，因此，強(qiáng)度的增長速度越快。經(jīng)過理論計算，當(dāng)n=1 時，水泥的分散度為最佳。

4 結(jié)束語

總而言之，僅通過單孔徑篩余、比表面積等難以全面反映出水泥材料的細(xì)度。但是可通過其粒度分布、性能等之間的關(guān)系參數(shù)，控制水泥的磨細(xì)度。通過理論獲得水泥分散度和其響度之間的關(guān)系，找出最佳分散度。實驗環(huán)節(jié)應(yīng)將其水化反應(yīng)考慮其中，分析分散度與強(qiáng)度的關(guān)系。找出水泥分散度的最佳值，對于水泥生產(chǎn)工藝的優(yōu)化具有指導(dǎo)意義。