李永軍

（山西東義集團特種水泥有限公司， 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度息息相關(guān)，同時其分散度也和強度存在關(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)進行，在保證水泥強度、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)對水泥強度影響。當(dāng)S 相同時，水泥抗壓強度和n 之間成正比；在x 相同時，水泥強度和n 之間成反比；在n 相同時，水泥強度和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，水泥容易團結(jié)；粒度范圍-16～3μm 時，能夠引起水泥強度增長；粒度范圍-32～16μm 范圍，能夠加速水泥強度增長；粒度范圍-64～32μm 時，水泥的強度增長相對較慢。

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)等水泥進行分離，再將顆粒3～32μm 與5～20μm 等單獨分離，所得出實驗結(jié)果表明，粒徑間距為3～32μm 對水泥的強度貢獻(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 和水泥強度二者關(guān)系。結(jié)果顯示，當(dāng)n＞2 時，不同齡期水泥強隨n 變大而增加；當(dāng)n＜2 時，不同齡期水泥強度隨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?，進而不斷提升水泥的強度。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。