水泥顆粒級配對水泥性能的影響[1]

1、 水泥可以磨粗一點嗎？1、前言目前,我國P.O32.5和P.O42.5水泥的比表面積大多在320380 m2/kg的范圍。盡管如此,仍然有水泥專家認為,“我國水泥細顆粒偏少,普遍遠離Fller曲線”。但從混凝土界卻傳來不同的聲音。著名混凝土專家黃士元對水泥的“高強早強、高比表面積”提出了異議,認為這是混凝土早期產(chǎn)生開裂的主要原因,并對水泥行業(yè)提出“適當高的標號和不太高的3d強度”,“細度不要太高,比表面積控制在300320 m2/kg左右”的建議。另一位混凝土專家韓素芳也提出:“水泥不能磨得太細,太細不僅影響水泥使用性能而導致混凝土開裂,嚴重影響混凝土耐久性,早期強度指標不宜太高”。在一般條件

2、下，010m的水泥顆粒，水化最快，3m以下的顆粒與水接觸會很快反應完；330m的水泥顆粒，是水泥中最主要的顆粒，反應活性最大；大于60m的水里顆粒，活性較小，水化緩慢；90m的水泥顆粒，只有表面水化，僅起到微集料的作用。所以，在一般條件下，為了較好地發(fā)揮水泥的膠凝性能，提高水泥的早期強度，就必須提高水泥細度，增加330m的顆粒級配比例。但必須注意，水泥細度過細，比表面積過大，小于3m的顆粒過多，水泥的需水量就偏大，將使硬化水泥漿體因水分過多引起孔隙率增加從而降低了強度。同時，水泥細度過細，也會影響水泥的其他性能，如儲存期水泥活性下降較快、水泥的需水性增大、水泥制品的收縮增大、抗凍性降低等。既要

3、充分發(fā)揮水泥熟料顆粒的化學活性，做到資源利用最大化。又要改善水泥的性能（需水性、水化熱）及混凝土的工作性能，似乎是一對難以調和的矛盾？水泥細度是表示水泥被磨細的程度或水泥分散度的指標。通常，水泥是由諸多級配的水泥顆粒組成的。水泥顆粒級配的結構對水泥的水化硬化速度、需水量、和易性、放熱速度，特別是對強度有很大的影響。眾所周知，水泥的許多性能與孔隙率有著密切的關系，而孔隙率取決于水泥顆粒的堆積密度以及水泥的水化程度。從緊密堆積的角度來看，較大的堆積密度導致較低的孔隙率，見圖1。從水化的角度來看，水化程度越高，孔隙率越低。但這兩個方面對順粒級配的要求恰恰是不一致的。較高堆積密度要求有較寬的顆粒級配，

4、而較快的水化速度則要求有較窄的順粒級配。2 緊密堆積原理顆粒孔隙空間的幾何形狀，在不同程度上影響它的全部堆積特性，而孔隙又取決于堆積類型、顆粒形狀和粒度分布。確定這些堆積特性有很大的實際意義，它們僅僅與孔隙的幾何形狀有關。在理論研究中，假定所有的粉體顆粒都是剛性球體，且無論顆粒大小，只考慮重力對顆粒堆積的作用，顆粒間都沒有任何其它作用力。由于粉體的隨機堆積不可能達到最緊密堆積，也不予考慮。（1.）單一粒度球體顆粒的規(guī)則堆積單一粒度球體顆粒規(guī)則堆積的結構和體心立方、面心立方和簡單立方結晶原子結構的剛性球模型相似。單一粒度球形顆粒的堆積參數(shù)見表1表1 單一粒度球形顆粒的堆積參數(shù)堆積類型 配位數(shù) 堆

5、積密度 空斜率 立方最密堆積 （2）.不同尺寸球形顆粒的規(guī)則堆積在等徑球體顆粒規(guī)則堆積的基礎上，等尺寸球之間的孔隙在理論上能夠由更小的球堆積，得到更高密度的集合體?，F(xiàn)在已形成共識，兩種粒度組成混合粉體的堆積密度比單一粒度粉體的要高，細顆粒填入到粗顆粒之間的孔隙，并且不使粗顆粒彼此分離。依次下去，又可選擇更細的顆粒填入所剩的孔隙，從而使堆積密度相應提高。影響堆積密度的因素主要有粗細顆粒的粒徑比和粗細顆粒的含量比。堆積密度的提高取決于粗細顆粒的粒徑比，在一定范圍內，粒徑比越大，堆積密度就越高。粗細顆粒的含量比對堆積密度的影響表現(xiàn)為:當粗顆粒最密堆積形成的孔隙未被細顆粒填滿時，隨著細顆粒含量的增加，

6、堆積密度越來越大了;當所有的孔隙都被細顆粒填滿后，再加入細顆粒則會使粗顆粒彼此分開，堆積密度反而會降低。在整個堆積過程中，粗顆粒占優(yōu)勢地位。3 水泥粉體的最緊密堆積模型實際水泥粉體的粒徑是連續(xù)分布的，粉體顆粒也是非球形的，顆粒間的堆積也是隨機堆積，而不是細顆粒剛好填充到粗顆粒的間隙，所以其粒度的最佳分布與上述的多粒度離散粉體分布是不同的，實際情況要復雜得多。目前粉體的最緊密堆積模型主要有fller曲線和Andersen方程.（1）Fuller曲線關于最佳堆積密度的顆粒分布問題，歐美一些學者多數(shù)主張使用1900年代初，F(xiàn)uller和Thompson，提出的理想篩析曲線，簡稱Fuller曲線。Fu

7、ller曲線，其數(shù)學式為:(x)一篩析通過量，%; x-篩孔尺寸，mm; D-混合集料中最大顆粒的直徑，mm （2）Andersen方程為探索粉體最緊密堆積的粒徑分布，連續(xù)分布的提倡者Andersen提出如下方程：式中， (x)一篩析通過量，Wt% ;n一分布模數(shù);D一體系中最大顆粒的粒徑，mFuller公式與Andersen公式的形式完全一樣。只是分布模數(shù)n值有所不同。Fuller曲線原本是計算粗集料的，而lrich Hinze等一些學者所指出的，F(xiàn)uller和Thompson所提出的顆粒分布規(guī)律，可以用于細粉部分。而Andersen方程還可用于超細粉體的緊密堆積。4.基于水化優(yōu)先的最佳粒度

8、分布將3m篩余=10%，60m篩余=0.5%代入RRSB方程即可求得一個最佳性能RRSB方程。其均勻性系數(shù)為1.31，特征粒徑為16.77 m，粒徑3-30m的顆粒含量為78.24%。以該最佳性能RRSB方程計算的顆粒分布與Fuller曲線(最大粒徑80m，下同)見圖2。 圖2 Fuller分布與RRSB分布對比從圖2中可以看出：（1） 緊密堆積要求小于10m的顆粒占40%，小于3m的顆粒占26%，小于1m的顆粒也要占到18%左右。這樣的水泥，現(xiàn)有的水泥粉磨工藝來講，無疑很難達到。即使達到，這樣的水泥用于混凝土也會帶來工作性變差、混凝土易開裂等等問題。（2） 緊密堆積要求大于13m左右的顆粒更

9、多，與最佳性能水泥顆粒的分布也不符合。最緊密堆積理論主要是從架構硬化水泥石的基本結構方面來研究顆粒分布對水泥強度影響的。理論分析和試驗都證明，水泥顆粒粒度分布是影響水泥石各齡期強度的主要因素。若水泥粒度分布不合理，不能達到或接近最緊密堆積所需要的粒度分布，在早期沒有形成孔隙率小、孔結構分布合理的硬化水泥漿體，其后期強度的增長和最終強度將受到影響。在水泥的粒度分布合理時，雖然水泥的水化程度很小，也有可能達到很高的強度。4 解決辦法為了解決水泥水化以及顆粒級配對水泥以及混凝土工作性能、力學性能以及耐久性的影響，避免大顆粒熟料作集料造成資源能源浪費?？煽紤]將水泥的粒度控制在3-32m范圍內，細顆?；?/p>

10、者大顆粒采用混合材，如將石灰石、火山灰類易磨性好的混合材磨細至3m以下，摻入水泥增加細小顆粒的含量；將礦渣、磷渣等易磨性差的混合材磨至30-80m，摻入水泥增加較大顆粒的含量。將這三種粒度分布的顆?；旌?，增加水泥的粒度分布，從而提高水泥的堆積密度，既可以避免早起水化快、需水量高；避免大顆粒熟料作集料造成浪費，又可以充分利用水泥熟料以及不同活性的混合材。武漢理工大學林宗壽等人通過對水泥工藝進行技改生產(chǎn)超細水泥，技改前后工藝流程見圖3、圖4。粉磨后水泥指標如下：S03=2.3士0.3%，混合材摻量:30-35%，混合材配比：粉煤灰：爐渣：煤矸石：石灰石=3: 3: 3: 1。 比表面積480-52

11、0m2/Kg，細度:0.080mm篩余130mm(0.44水)，Pa，28d抗壓強度a圖3 技改工程前的流程圖圖4: 技改工程后的流程圖技改后的粉磨后水泥的粒度分布為：3 m以下的顆粒占15%, 3-32m占65.98%, 32-60m的顆粒占12.67%, 60m以上的顆粒占6. 35%，見表2。圖5 試生產(chǎn)期間出磨水泥樣品的顆粒分布粉磨后的水泥物化性能檢測結果見下表，由表可知：出磨水泥的各項物化性能均達指標，且對減水劑等外加劑的適應性較好。表3 試生產(chǎn)期間出磨水泥的各項物化性能編號混合材比例流動度mm比表面積m2/kg安定性凝結時間抗折強度MPa抗壓強度MPa初凝終凝3天28天3天28天1524合格2：243：232498合格2：243：283471合格2：313：29通過改變水泥的顆粒形貌、顆粒級配、顆粒細度，將熟料的粒度控制在3-32m范圍內