引言

水泥屬于常見的建材，在生產環節應保證其強度、流動性和凝結時間等和應用需求相符。水泥水化程度和其強度息息相關，同時其分散度也和強度存在關聯。在生產過程，使用不同設備生產的水泥會呈現出不同的顆粒特征。以上內容都會影響到水泥的強度性能。對其分散度展開實驗，通過實驗總結出分散度和強度等級實際關系，對優化生產流程具有重要意義。

水泥的生產，應當嚴格按照標準進行，在保證水泥強度、細度均符合國家標準的基礎上，節能降耗，盡量避免過粉碎的現象出現。水泥分散度主要指其細度，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標準中規定，硅酸鹽水泥當中，細粒度值應≥300m2/kg；火山灰質、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的篩余當中≤30%。從水泥實際生產角度考慮，篩余的監測、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，發現其分散度和水泥強度等之間存在相關性。在相同篩余下，能夠獲得多種粒度分散的水泥，并認為二者之間存在確定的細度參數，可以作為水泥分散度控制標準。

2.1 分布參數對性能影響

實驗過程主要探討水泥的比表面積S、粒徑x和均勻指數n三個分散度參數的關系。同時S和水泥強度等級、用水量存在對應關系，這一關系在水泥生產環節可作為重要的參數。而水泥粒徑x與其均勻指數n都可作為反映水泥分散度的整體特點參數，x代表水泥顆粒的粗細度，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，將其中一項參數固定，探究剩余兩項參數對水泥強度影響。當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S相同時，隨n的增加需水量也增加。當篩余固定為32μm時，水泥的凝結時間隨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表達出來。水泥生產環節，粒徑間隔、均勻指數不易控制。但是水泥分布和其性能存在良好相關性，因此，可以探究其粒徑間距對其細度分布進行控制。有專家提出，當水泥粒徑＜3μm時，顆粒度＜10%；粒徑處于3~30μm時，顆粒度＞65%；粒徑＞60μm，＜1μm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；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。

有專家使用灰色關聯方法分析原始數據，展開關聯度、均值變化等分析，獲取水泥顆粒的集配和強度關系，得出粒徑間距對不同齡期的水泥產生的貢獻各不相同。當水泥齡期1d時，不同粒徑區間對強度的貢獻從高到低順序為（0，3）、（3,10）、（10,20）、（20,30）、（30,45）、（45,63）；齡期3d時，不同粒徑區間對強度的貢獻從高到低順序為（3,10）、（10,20）、（0，3）、（20,30）、（30,45）、（45,63）；齡期28d時，不同粒徑區間對強度的貢獻從高到低順序為（10,20）、（3,10）、（20,30）、（0，3）、（30,45）、（45,63）。通過上述結果可以看出當水泥顆粒區間為（0,3）時，對水泥早期產生貢獻明顯，隨著齡期增加，貢獻度逐漸減弱；粒徑區間（3,30）對水泥強度的貢獻隨齡期增加而增加。

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，所得出實驗結果表明，粒徑間距為3~32μm對水泥的強度貢獻最大。同時還將此粒徑的水泥按照不同比例向C42工業水泥當中添加，之后展開強度對比。實驗過程重點考慮到不同粒徑區間產生過的協同作用，同時將間距為5~20μm顆粒分離，經不同配比和調節，獲得均勻指數不同樣品。根據粒度方程確認n和水泥強度二者關系。結果顯示，當n＞2時，不同齡期水泥強隨n變大而增加；當n＜2時，不同齡期水泥強度隨n的值增加無明顯變化。

三、實驗理論和結論

3.1 分散度描述

水泥的強度等級和其結構分散度之間存在較大關聯，以此為切入點，通過找到水泥最佳的分布密度，即可實現減少孔隙率和需水量等實驗目的，進而不斷提升水泥的強度。Fuller曲線的概念被提出，分析水泥的最優堆積密度。喬齡山等人基于此曲線方程，對比我國生產的水泥和德國水泥，并認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思路。此外，馮修吉等人按照模糊子群相關理論和原理，推導出水泥分散度分布群子方程，明確K、r1和r2三個有效參數，并且定義r2/K為水泥分布比，即分散度。經過實驗之后，可以判斷出不同齡期水泥抗壓強度和以上參數存在依賴關系，。能夠通過分散度特點，明確水泥分散度對水泥性能可產生較大程度的影響。

使用此曲線對水泥分散度展開分析，對粉體提出了相關的要求和規定。在實際對比中，要求粉體當中＜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%。針對此現象，有專家認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，將水泥當中細粒含量減少。

3.2 分散度和強度等級關系

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系。以“雙粒子模型”為基礎，通過數學論證可知，當水泥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中，獲得了參數n與水泥強度二者之間的關系。

同時，部分專家和學者利用水泥的堆積密度，使用數學方法，在二元體系當中，驗證水泥的孔隙率、水化程度以及堆積密度三者之間的關系，獲得出以下結論：粒度分散度越小，水泥的水化程度就越高。此論證能夠確認水泥的最優堆積密度。之后，再利用RRB方程，通過孔隙率，聯系出水泥特征參數、粒度分布、性能等，總結出水泥粒度的分散程度，對水泥的強度有重要影響。當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。經過理論計算，當n＝1時，水泥的分散度為最佳。

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度。但是可通過其粒度分布、性能等之間的關系參數，控制水泥的磨細度。通過理論獲得水泥分散度和其響度之間的關系，找出最佳分散度。實驗環節應將其水化反應考慮其中，分析分散度與強度的關系。找出水泥分散度的最佳值，對于水泥生產工藝的優化具有指導意義。

作者：李永軍

來源：《山西東義集團特種水泥有限公司》

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