礦渣粉細度分類與優(yōu)化

礦渣粉細度分類與優(yōu)化靳秀芝;趙宏杰;韓濤;韓鐵寶;李新建;韓建清【摘要】利用弱化緩沖算子和曲線擬合的方法研究了礦渣粉比表面積和摻量對摻礦渣粉水泥強度的影響.結果表明:按礦渣粉細度和摻量對水泥強度的影響規(guī)律可以把礦渣粉分成3類:粗礦渣粉（比表面積＜400m2/kg）s細礦渣粉（比表面積為450~550m2/kg）和超細礦渣粉（比表面積＞600m2/kg）.摻這3類礦渣粉水泥各齡期的抗壓強度隨著礦渣粉摻量增加分別呈現逐漸減小、基本不變和持續(xù)提高三種截然不同的趨勢?通過對比礦渣粉磨時間和礦渣粉水泥強度比得出礦渣粉比表面積最佳范圍是450~500m2/kg.【期刊名稱】《中北大學學報（自然科學版）》【年（卷），期】2010（031）003【總頁數】6頁（P269-274）【關鍵詞】弱化緩沖算子;曲線擬合礦渣粉;比表面積;分類;優(yōu)化【作者】靳秀芝;趙宏杰;韓濤;韓鐵寶;李新建;韓建清【作者單位】中北大學材料科學與工程學院，山西太原030051;天津振興水泥有限公司，天津300400沖北大學材料科學與工程學院山西太原030051沖北大學-智海企業(yè)集團水泥混凝土技術研發(fā)中心，山西太原030031沖北大學-智海企業(yè)集團水泥混凝土技術研發(fā)中心，山西太原030031;中北大學-智海企業(yè)集團水泥混凝土技術研發(fā)中心，山西太原030031;山西淮海機電有限公司，山西長治046012【正文語種】中文【中圖分類】TU5280引言礦渣粉用在混凝土中具有成本低、工作性好、后期強度高、水化熱低、耐久性好等優(yōu)點,使其成為配制高強高性能混凝土的必要組分之一［1-3］.礦渣粉性能的好壞主要取決于其粉磨細度.通常情況下，礦渣粉越細上匕表面積越大，活性越高.提高礦渣粉細度一度成為提高礦渣粉質量的主要手段［4-5］新國標《GB/T18046-2008用于水泥和混凝土中的粒化高爐礦渣粉》也把礦渣粉的比表面積由"S75,S95,S105均不小于350m2/kgM改為MS75>300m2/kg,S95>400m2/kgfS105>500m2/kgw.但用在混凝土中的礦渣粉比表面積并不是越高越好，礦渣粉太細會引起工作性變差、粉磨能耗大幅度提高等問題，如何將礦渣粉的細度控制在合理范圍成為困擾超細礦渣粉生產企業(yè)的主要問題［6］.摻礦渣粉膠砂抗壓強度比是決走礦渣粉等級的最主要指標,硏究礦渣粉細度對抗壓強度的影響并在此基礎上確定礦渣粉的最佳細度范圍，對礦渣粉生產和其在混凝土中的應用具有重要的指導意義.1試驗原料及試驗方法1.1試驗原料水淬高爐礦渣為長治鋼鐵集團公司3,7號高爐產生，熟料來源于山西雙良水泥有限公司?熟料、礦渣的比重分別為3.16g/cm3,2.95g/cm3.原料的化學成分見表1,性能見表2.表1物料的化學成分Tab.lChemicalcompositionofmaterials成分SiO2TiO2AI2O3Fe2O3MgOCaOMnOfCaOSO3熟料/%21.50.285.984.111.9864.5-0.850.42礦渣/%33.00.6016.32.608.0034.50.70-0.60表2水泥物理性能表Tab.2Physicalpropertyofcement配比/%凝結時間/min3d強度/MPa7d強度/MPa28d強度/MPa安走性熟料石膏用水量/mL初凝終凝抗折抗壓抗折抗壓抗折抗壓964124.51451853.818.45.628.96.844合格利用0)500x500mm的標準試驗磨機粉磨制備7種礦渣粉和1種熟料粉,其粉磨時間與比表面積見表3.礦渣粉與熟料粉以不同的比例混合成礦渣水泥粉體(石膏摻量固定為4%).表3礦渣粉與熟料粉的粉磨時間與比表面積Tab.3Grindingtimeandspecificsurfaceareaofslagandclinker編號SIKIK2K3K4K5K6K7粉磨時間/min324556668597121140比表面積/(m2-kg-1)3563444144415005496036401.2試驗方法1.2.1比表面積測定BS-1型勃氏透氣法比表面積測試儀，依GB/T8074-2008進行.1.2.2水泥膠砂強度測定按照GB/T17671-1999《水泥膠砂強度檢驗方法》(ISO),測定標準養(yǎng)護試件3d,7d,28d的試樣抗壓強度(見表4~表6).表4礦渣水泥的3d抗壓強度Tab.43dcompressivestrengthofslagcement礦渣粉比表面積/(m2okg-l)礦渣粉摻量/%10203040506070344 17.817.917.016.615.8 13.5 12.741419.7 17.8 17.917.9 15.614.4 133441 19.920.820.818.3 17.6 18.350019.9 21.1 21.420.5 18.418.9 18.7549 19.821.320.319.8 19.5 18.860320.2 23.1 23.223.1 23.321.7 22.0640 19.922.924.925.325.926.925.9表5礦渣水泥的7d抗壓強度Tab.57dcompressivestrengthofslagcement礦渣粉比表面積/(m2okg-l)礦渣粉摻量/%1020304050607034427.226.927.426.024.121.220.741429.827.927.926.924.122.121.344131.233.531.229.127.727.150031.233.733.031.630.831.630.254931.833.833.332.933.631.660333.337.236.438.238.336.533.964031.136.239.539.740.536.2表6礦渣水泥的28d抗壓強度Tab.628dcompressivestrengthofslagcement礦渣粉比表面積/(m2okg-l)礦渣粉摻量/%1020304050607034452.349.0 50.347.842.636.1414 50.2 53.3 50.2 51.347.844.938.144157.658.3 58.5 55.250.844.2500 52.5 57.4 58.7 58.957.054.247.854952.557.158.8 59.7 60.556.346.4603 53.4 62.6 61.2 64.465.458.849.164049.759.164.7 65.7 66.463.651.82結果與分析2.1礦渣粉對水泥強度影響表述為了便于分析礦渣粉的質量水平及其對礦渣水泥的影響程度,先采用GB/T18046-2008規(guī)定的強度比法進行數據處理.2.2弱化緩沖算子構建從礦渣粉對水泥水化硬化影響的機理上來看，其細度和摻量引起水泥強度的變化是連續(xù)的?由于硬化水泥石是固、液、氣組成的多孑L體系,孔隙分布的不均勻性和操作人員的偶然誤差都會引起強度及強度測定值的波動?這些波動引起的隨機誤差，會掩蓋礦渣粉的細度和摻量對礦渣水泥強度的作用規(guī)律.為了消除偶然因素對試驗結果的影響，凸顯規(guī)律性本文采用弱化緩沖算子對數據進行了處理(以3d抗壓強度為例見表7,表8和圖1).弱化緩沖算子［7］定義為：設原始數據序列為其中該算子符合不動點公理、信息充分利用公理、規(guī)范化公理等緩沖算子三公理.表7礦渣水泥3d抗壓強度比Tab.7Ratioof3dcompressivestrengthofslagcement礦渣粉比表面積/(m2okg-l)礦渣粉摻量/%1020304050607034497.392.690.385.873.269.1414106.996.697.397.684.678.672.3441113.3117.8113.099.695.899.5500107.9114.5116.4111.599.9101.4549107.6115.8114.9110.1107.7106.0102.4603109.6125.5125.7126.4117.8119.5640108.1124.5135.3137.5141.0146.4140.6表8礦渣水泥修正后的3d抗壓強度比Tab.8Ratioof3dcompressivestrengthofslagcementafteradjusting礦渣粉比表面?R/(m2°kg-l)礦渣粉摻量/%1020304050607034496.997.195.694.392.689.386.4414106.9101.799.696.693.690.5441108.2110.8113.1113.1110.4108.0106.7500111.2112.9112.6110.0108.8107.8549107.6111.7112.8112.1110.3109.2603109.6117.5120.4121.7122.7121.9121.5640108.1122.7126.4129.3132.1133.3利用公式⑷對表7中數據進行處理可得表8.礦渣水泥修正后的3d抗壓強度比與礦渣粉比表面積、礦渣粉摻量的關系如圖1所示?對比表7、表8及圖1可以看出,修正后的數據比修正前的數據曲線光滑了許多?表8中由于偶然因素引起的數據間的差別比表7中的小很多，說明偶然因素對規(guī)律的影響小了.弱化算子確實起到了淡化擾動對數據的影響，但同時也降低了強度的増長率，分析水泥強度變化時應注意.圖1摻礦渣粉水泥3d的抗壓強度比Fig.lRatioof3dcompressivestrengthofslagcement2.3礦渣粉比表面積對水泥強度的影響2.3.1礦渣粉比表面積對水泥早期(3d)抗壓強度的影響由圖1(b)知,不同比表面積礦渣粉在不同摻量下對水泥3d抗壓強度的影響規(guī)律可分成3類：第一類礦渣粉(粗礦渣粉)是比表面積為350~400m2/kg(<400m2/kg).此類礦渣粉的比表面積與常用水泥粉體比表面積相當，摻入水泥中，造成礦渣水泥3d抗壓強度比大都低于100,說明摻入此類礦渣粉后，會造成水泥3天抗壓強度降低同時,3d抗壓強度比值隨著礦渣粉摻量的增加而迅速下降，說明摻入此類礦渣粉水泥的3d抗壓強度會隨著礦渣粉摻量的增加而迅速減小;摻414(400)m2/kg礦渣粉水泥的強度比都大于摻344(350)m2/kg礦渣粉水泥的強度比，說明摻此類礦渣水泥的3d抗壓強度隨著礦渣比表面積的增大而增大.第二類礦渣粉(細礦渣粉)的比表面積為450~550m2/kg.摻此類礦渣粉水泥的3d抗壓強度比值基本上都在100~115之間波動,說明摻入此類礦渣粉，不會引起礦渣水泥3d強度降低，對礦渣水泥3d抗壓強度提高也不明顯.摻441m2/kg,500m2/kg,549m2/kg礦渣粉水泥的3d抗壓強度比值纏繞在一起，說明在比表面積441(450)~549(550)m2/kg范圍內，通過增加礦渣粉的細度對提高水泥的3d抗壓強度作用不明顯.3d抗壓強度比值隨礦渣摻量變化比較平緩，說明摻此類礦渣粉水泥的3d抗壓強度隨礦渣摻量變化不大.第三類礦渣粉(超細礦渣粉)的比表面積為600~650m2/kg(>600m2/kg).摻此類礦渣粉水泥的3d抗壓強度比值遠高于100,說明此類礦渣粉摻入水泥可大大提高3d抗壓強度可以明顯看出，礦渣粉比表面積在603(600)~640(650)m2/kg范圍內，礦渣水泥的3d抗壓強度隨著礦渣比表面積的增大而增大.3d抗壓強度比值隨著礦渣粉摻量的增加而迅速上升，且隨舂礦渣摻量的增加兩者差距變大，摻此類礦渣粉水泥的3d抗壓強度隨著礦渣粉摻量的增加而迅速增加，且比表面積越大,3d抗壓強度隨摻量增加得越快.232礦渣粉比表面積對水泥中后期(7d,28d)抗壓強度的影響根據表5,表6利用公式(1),(4)可得礦渣水泥7d,28d的抗壓強度比圖(圖2和圖3).考慮7d,28d抗壓強度時，礦渣粉按比表面積也可以分成同樣的3類.其中礦渣粉細度和摻量對水泥7d抗壓強度的影響規(guī)律與其對水泥3天抗壓強度的影響規(guī)律極為相似?礦渣粉細度和摻量對水泥28d抗壓強度的影響規(guī)律與其對水泥3d,7d抗壓強度的影響規(guī)律也較為相似，與3d強度影響規(guī)律不同的是第一類礦渣粉摻入水泥后，其28d抗壓強度大于不摻礦渣粉的水泥28d抗壓強度，這又一次證明礦渣粉對水泥后期有增強作用.圖2摻礦渣粉水泥修正后的7d抗壓強度比Fig.27dcompressivestrengthratioofslagcementafteradjusting圖3摻礦渣粉水泥修正后的28d抗壓強度比Fig.328dcompressivestrengthratioofslagcementafteradjusting2.3.3礦渣粉比表面積對各齡期水泥抗壓強度增強效果的對比固定礦渣粉的摻量為50%,作摻礦渣水泥各齡期抗壓強度比隨礦渣粉比表面積變化圖(圖4).用直線分別擬合3d,7d,28d抗壓強度比隨礦渣粉比表面積變化猖到直線的斜率分別為0.1167,0.1282Q0953.說明提高礦渣粉細度更有利于提高礦渣水泥的早期強度，可以解決摻礦渣粉水泥基材料早期強度低的問題.2.4礦渣粉細度最優(yōu)設計在硏究涉及的范圍內，隨著礦渣粉比表面積的提高，礦渣粉的品質有兩次飛躍?一是比表面積由400m2/kg提高到450或500m2/k9/即由策一類礦渣粉轉化為第二類礦渣粉，礦渣粉磨時間增加了10min,在礦渣粉摻量為50%時，礦渣水泥3d,7d,28d抗壓強度比分別增加13.8%,14.8%/13.9%—是比表面積由550m2/kg提高到600m2/kg,由第二類礦渣粉轉化為第三類礦渣粉，粉磨時間增加了24min,在礦渣粉摻量為50%時礦渣水泥3d,7d,28d抗壓強度比分別増加H.5%,12.3%,8.4%.而比表面積由450m2/kg提高到550m2/kg（第二類礦渣粉）,粉磨時間增加了31min,在礦渣粉摻量為50%時，礦渣水泥3d,7d,28d抗壓強度比僅分別増加0.8%,5.3%,2.4%?當礦渣粉較粗時（第一類礦渣粉）不能充分發(fā)揮礦渣粉的増強作甩礦渣粉太細時（第三類礦渣粉）粉磨能耗大幅度提高（140min/66min）,在滿足要求的條件下，第二類礦渣粉細度匕匕較合適?結合細度對抗壓強度的影響規(guī)律上匕表面積控制在450~500m2/kg可望達到最佳性能經濟指標.圖4礦渣粉比表面積對水泥抗壓強度比影響Fig.4Effectsofspecificlareaofggbsoncompressivestrengthratio3結論1） 按礦渣粉細度和摻量對水泥強度的影響規(guī)律可以把礦渣粉分成3類：第一類礦渣粉是比表面積為350~400m2/kg（<400m2/kg）,不能充分發(fā)揮礦渣粉的増強作用;第三類礦渣粉是比表面積為600~650m2/kg（>600m2/kg）,増強效果好，但粉磨能耗高，生產成本高;第二類礦渣粉的比表面積為450~550m2/kg,増強效果較好，粉磨能耗較低.2） 提高礦渣粉細度有利于提高礦渣水泥的早期強度，可解決摻礦渣粉水泥基材料早強低的問題.3） 礦渣粉比表面積控制在450?500m2/kg范圍內，可望達到最佳性能經濟指標.參考文獻：李輝,王振興，宋強，等?礦物摻合料在水泥顆粒中的填充作用研究[幾混凝土,2009,8:53-55.LiHui,WangZhenxingSongQiang,etal.Packingeffectofmineraladmixtureincementsystem[J].Concrete,2009,8:53-55.（inChinese）PapayianniI,AnastasiouE.Productionofhigh-strengthconcreteusinghighvolumeofindustrialby-products[J].Construct!onandBuildingMaterials,2010,24(8):1412-1417.AbdelkaderB,EI-Hadj^KarimaE.Efficiencyofgranulatedblastfurnaceslagreplacementofcementaccordingtotheequivalentbinderconcept[J