关于水泥分散度与余水泥强度等级关系的研究

李永军

（山西东义集团特种水泥有限公司， 山西 孝义 032300）

0 引言

水泥属于常见的建材，在生产环节应保证其强度、流动性和凝结时间等和应用需求相符。水泥水化程度和其强度息息相关，同时其分散度也和强度存在关联。在生产过程，使用不同设备生产的水泥会呈现出不同的颗粒特征。以上内容都会影响到水泥的强度性能。对其分散度展开实验，通过实验总结出分散度和强度等级实际关系，对优化生产流程具有重要意义。

1 水泥分散度实验

水泥的生产，应当严格按照标准进行，在保证水泥强度、细度均符合国家标准的基础上，节能降耗，尽量避免过粉碎的现象出现。水泥分散度主要指其细度，特定孔径筛余和比表面积、粒度分布都可视为分散度的表示方法。在GB175-2007标准中规定，硅酸盐水泥当中，细粒度值应≥300m2/kg；火山灰质、矿渣和粉煤灰等类型水泥使用筛余表示，在80μm 的筛余中≤15%；在45μm 的筛余当中≤30%。从水泥实际生产角度考虑，筛余的监测、控制更容易。但是难以使用单一孔径筛余或者比表面积对其分散度进行更好地显示。通过对水泥展开定量分析，发现其分散度和水泥强度等之间存在相关性。在相同筛余下，能够获得多种粒度分散的水泥，并认为二者之间存在确定的细度参数，可以作为水泥分散度控制标准[1]。

2 实验过程分析

2.1 分布参数对性能影响

实验过程主要探讨水泥的比表面积S、粒径x 和均匀指数n 三个分散度参数的关系。同时S 和水泥强度等级、用水量存在对应关系，这一关系在水泥生产环节可作为重要的参数。而水泥粒径x 与其均匀指数n 都可作为反映水泥分散度的整体特点参数，x 代表水泥颗粒的粗细度，n 代表其粒度分散间隔。

实验过程，将水泥厂熟料置于实验室的间歇磨机当中，获取各种均匀度、比表面积、粒径的水泥，使用控制变量方法，将其中一项参数固定，探究剩余两项参数对水泥强度影响。当S 相同时，水泥抗压强度和n 之间成正比；在x 相同时，水泥强度和n 之间成反比；在n 相同时，水泥强度和x 成反比。在需水量方面，当S 相同时，随n 的增加需水量也增加。当筛余固定为32μm 时，水泥的凝结时间随n 的增加而延长

2.2 粒径间隔对性能影响

特定粒径筛余、比表面积不能通过水泥性能单值函数表达出来。水泥生产环节，粒径间隔、均匀指数不易控制。但是水泥分布和其性能存在良好相关性，因此，可以探究其粒径间距对其细度分布进行控制。有专家提出，当水泥粒径＜3μ m 时，颗粒度＜10%；粒径处于3～30μm 时，颗粒度＞65%；粒径＞60μm，＜1 μm 时，颗粒度要更小。同时不同粒径间隔能够影响水泥的性能。如：粒度范围-3μm 时，水泥容易团结；粒度范围-16～3μm 时，能够引起水泥强度增长；粒度范围-32～16μm 范围，能够加速水泥强度增长；粒度范围-64～32μm 时，水泥的强度增长相对较慢。

有专家使用灰色关联方法分析原始数据，展开关联度、均值变化等分析，获取水泥颗粒的集配和强度关系，得出粒径间距对不同龄期的水泥产生的贡献各不相同。当水泥龄期1d 时，不同粒径区间对强度的贡献从高到低顺序为（0，3）、（3,10）、（10,20）、（20,30）、（30,45）、（45,63）；龄期3d 时，不同粒径区间对强度的贡献从高到低顺序为（3,10）、（10,20）、（0，3）、（20,30）、（30,45）、（45,63）；龄期28d 时，不同粒径区间对强度的贡献从高到低顺序为（10,20）、（3,10）、（20,30）、（0，3）、（30,45）、（45,63）。通过上述结果可以看出当水泥颗粒区间为（0,3）时，对水泥早期产生贡献明显，随着龄期增加，贡献度逐渐减弱；粒径区间（3,30）对水泥强度的贡献随龄期增加而增加。

先将粒径间距为0～10,0～20,0～30,0～45(单位μm)等水泥进行分离，再将颗粒3～32μm 与5～20μm 等单独分离，所得出实验结果表明，粒径间距为3～32μm 对水泥的强度贡献最大。同时还将此粒径的水泥按照不同比例向C42 工业水泥当中添加，之后展开强度对比。实验过程重点考虑到不同粒径区间产生过的协同作用，同时将间距为5～20μm 颗粒分离，经不同配比和调节，获得均匀指数不同样品。根据粒度方程确认n 和水泥强度二者关系。结果显示，当n＞2 时，不同龄期水泥强随n 变大而增加；当n＜2 时，不同龄期水泥强度随n 的值增加无明显变化[2]。

3 实验理论和结论

3.1 分散度描述

水泥的强度等级和其结构分散度之间存在较大关联，以此为切入点，通过找到水泥最佳的分布密度，即可实现减少孔隙率和需水量等实验目的，进而不断提升水泥的强度。Fuller 曲线的概念被提出，分析水泥的最优堆积密度。乔龄山等人基于此曲线方程，对比我国生产的水泥和德国水泥，并认为我国水泥分散颗粒＜16μm 的颗粒较少，这一研究为使用Fuller 曲线研究水泥分散度提供东思路。此外，冯修吉等人按照模糊子群相关理论和原理，推导出水泥分散度分布群子方程，明确K、r1 和r2 三个有效参数，并且定义r2/K 为水泥分布比，即分散度。经过实验之后，可以判断出不同龄期水泥抗压强度和以上参数存在依赖关系，。能够通过分散度特点，明确水泥分散度对水泥性能可产生较大程度的影响。

使用此曲线对水泥分散度展开分析，对粉体提出了相关的要求和规定。在实际对比中，要求粉体当中＜3μm 的颗粒含量≥29%。本实验中获得的最佳分散度＜3μm 的颗粒含量＜10%。针对此现象，有专家认为使用多种磨粉方式，将水泥熟料、易磨性良好的混合料共同磨粉，并将难磨的材料和熟料进行分开磨粉，可较好地保证堆积密度要求，与此同时，将水泥当中细粒含量减少[3]。

3.2 分散度和强度等级关系

通过水泥分散度的探讨，找出粒度分布、水泥强度二者之间的关系。以“双粒子模型”为基础，通过数学论证可知，当水泥S 相同时，n 的值越大，其粒度的分布就越窄，因此水泥的浆液强度等级越高。同时将此理论推广到颗粒分布情况任意的体系当中，获得了参数n 与水泥强度二者之间的关系。

同时，部分专家和学者利用水泥的堆积密度，使用数学方法，在二元体系当中，验证水泥的孔隙率、水化程度以及堆积密度三者之间的关系，获得出以下结论：粒度分散度越小，水泥的水化程度就越高。此论证能够确认水泥的最优堆积密度。之后，再利用RRB 方程，通过孔隙率，联系出水泥特征参数、粒度分布、性能等，总结出水泥粒度的分散程度，对水泥的强度有重要影响。当高粒度的分散距离越大时，水泥的孔隙率越小，同时堆积密度也越高，强度也高；当水泥的粒度分散距离越小，水泥水化速度越快，因此，强度的增长速度越快。经过理论计算，当n=1 时，水泥的分散度为最佳。

4 结束语

总而言之，仅通过单孔径筛余、比表面积等难以全面反映出水泥材料的细度。但是可通过其粒度分布、性能等之间的关系参数，控制水泥的磨细度。通过理论获得水泥分散度和其响度之间的关系，找出最佳分散度。实验环节应将其水化反应考虑其中，分析分散度与强度的关系。找出水泥分散度的最佳值，对于水泥生产工艺的优化具有指导意义。