水泥中不同粒度区间组分的粒度分布特征与胶凝活性

2016-09-18黎载波黄俊龙韶关学院土木工程学院

广东建材 2016年5期

黎载波　黄俊龙（韶关学院土木工程学院）

黎载波黄俊龙
（韶关学院土木工程学院）

为了获得水泥中不同粒度区间组分力学强度的变化规律，以充分发挥每个粒度组分在提高水泥胶凝活性方面的作用，研究通过气流分级机对硅酸盐水泥进行分级，获得不同粒度区间的六个组分，分别测定其粒度分布特征，并对其胶凝活性进行了评价。实验结果表明：通过分级获得的水泥粉体基本符合Rosin-Rammler-Bennet方程分布模型。水泥各粒度区间组分的胶砂流动度随组分细度的改变而变化不明显；不同粒度区间组分细度越大，胶砂试验早期强度越高，但是随着养护龄期的增长，强度增幅并不明显；由三个较细粒度区间组分混合而得的试样，其早期胶砂抗压强度最高，后期强度增长平稳。

水泥；粒度区间；胶凝活性；胶砂成型；分级

1　前言

在通常条件下，水泥的粒径越细，其力学强度（特别是早期强度）越强，胶凝活性越高。在化学组成和矿物组成基本相同的条件下，水泥胶砂试件的强度在很大程度上取决于水泥颗粒粒度分布［1，2］。当水泥颗粒分布较合理时，细小的颗粒可以填入有较大颗粒构成的立体网状结构中，从而减少水泥干粉颗粒的空隙率，使水泥胶凝体系达到较紧密堆积状态，最终提高水泥胶砂强度［3，4］。为了充分发挥每个粒度组分在提高水泥胶凝活性方面的作用，需对水泥不同粒度区间组分的胶凝活性进行评价。

本研究采用气流分级机对硅酸盐水泥进行了分级处理，获得了6个不同粒度区间组分，分别测定了粒度分布特征。采用水泥胶砂强度检验方法对这6个粒度区间组分的胶凝活性进行评价，以获得不同粒度区间水泥组分的强度变化规律。研究结果为评价水泥不同粒度组分对水泥胶凝活性的贡献程度方面提供了重要的参考意义。

2　试验材料与方法

实验原料采用北京兴发水泥有限公司生产的42.5级专用硅酸盐基准水泥，其化学组成见表1。

表1　试验原材料化学组成（wt/%）

采用JFC-20F型气流分级机对硅酸盐水泥进行分级，通过改变分级机的转速，得到6个不同的水泥粒度区间组分。其中C6组分是由分级过程中分级机转速分别为＞2000rpm、2000-2500rpm、＞2800rpm所得到的三种粉体用V型混合机混合而得。不同粒度区间水泥组分的物理性质见表2。利用英国马尔文Mastersizer2000型激光粒度仪测定粉体的粒度分布。按照 GB/T 17671-1999水泥胶砂强度检验方法（ISO法）测定不同粒度区间水泥组分的胶砂流动度和活性指数。

表2　不同粒度区间水泥组分的制备条件及物理性质

3　试验结果与讨论

3.1不同粒度区间组分的粒度分布特性

不同粒度区间水泥组分的粒度分布测试结果见图1。利用激光粒度仪测定粉体的粒度分布，根据测试结果对不同粒度区间组分的粒度分布特性的统计结果见表3，其中D（0.1）、D（0.5）和D（0.9）分别表示粒径分布累积到10%、50%和90%所对应的粒径，D（0.5）又称中位径。

图1　不同粒度区间水泥的颗粒体积分布

表3　不同粒度区间组分的D（0.1）、D（0.5）、D（0.9）值

人们通过研究发现，水泥以及用作水泥混合材或混凝土掺合料的高炉矿渣、钢渣和粉煤灰等粉体，其颗粒粒度分布与RRB（Rosin-Rammler-Bennet）方程有较高的吻合性［5，6］。因此本研究采用RRB方程中的特征粒径De和均匀性系数n两个特性参数来确定水泥不同粒度区间组分粒度分布的总体特征。RRB方程表达如下：

R=100·exp［-（D/De）n］

其中：

R——粒径D（μm）的筛余质量百分数，%；

De——特征粒径，表示颗粒群的粗细程度，其物理意义为R=36.8%时的颗粒粒径，μm；

n——均匀性系数，表示粒度分布的宽窄程度。粒度分布范围随n值的减小而变广，随n值的增大而变窄；n值越大，表示样品中颗粒分布的均匀性越好。

对不同粒度区间水泥组分的激光粒度测试数据进行处理，以ln（ln（100/R））为纵坐标，以ln（D）为横坐标，通过Origin软件进行线性回归，即可求得该粉体的均匀性系数n值和特征粒径De值，计算结果见表4。

表4　不同粒度区间粒度分布测试分析结果

由表4数据中相关性系数R可知，由分级机分级得到的硅酸盐水泥粉体基本符合RRB方程分布模型。随着分级机转速增大，硅酸盐水泥的特征粒径De和均匀性系数n都呈减少的趋势。其中C1组分的n值最大，曲线分布最窄，表明分级机对该粒度区间组分的分级效果最好；C5组分的n值最小，其曲线分布最宽，其分级效果最差。

3.2不同粒度区间组分胶凝活性

对六个不同粒度区间组分，采用水泥胶砂强度检验方法（ISO法）进行胶砂试验，测定其胶砂硬化体各个养护龄期的抗折、抗压强度，试验结果见表5。

表5　水泥不同粒度区间组分胶砂试验结果

从实验结果可以看出，总体而言，经分级机分级后，水泥不同粒度区间组分的胶砂流动度变化不明显。各养护龄期下胶砂抗压强度随组分细度的增加基本呈现逐渐增大的变化规律，其中在早期强度中表现得较为明显。这是由于水泥颗粒越细，与水发生反应的表面积越大，因而水化反应速度较快，而且较完全，早期强度也越高。C6组分的胶砂力学性能最为优异，其原因除了与该组分的细度较大有关外，还跟该试样是由三种不同细度的粉体混合而得有关。由于形成了更合理的颗粒粒度分布，水泥胶凝体系达到较紧密堆积状态，最终提高水泥胶砂强度。

在胶砂抗折强度方面，除C6组分外，水泥不同粒度区间组分的28d抗压强度较7d抗压强度都有明显的增长。随着养护龄期的增加，C6组分的抗折强度几乎无增长，其原因可能是C6组分细度较小，早期水化程度高，剩余熟料量较少，水化中、后期生成的水化产物量相较其它组分而言要较少。