摘要:

定量分析了水泥物理性能與粒度分布的關(guān)系，旨在指導(dǎo)水泥粉磨過程的質(zhì)量控制。根據(jù)試驗(yàn)結(jié)果和實(shí)際生產(chǎn)經(jīng)驗(yàn)，提出水泥粉磨細(xì)度控制應(yīng)該以控制粒度分布為最終目標(biāo)。控制方法應(yīng)能以足夠的準(zhǔn)確度確定水泥的粒度分布。以45μm篩余作為日常生產(chǎn)控制參數(shù)，同時定期檢驗(yàn)30～35μm或55～60μm區(qū)間內(nèi)某一個粒徑的篩余，是值得推薦的水泥粉磨細(xì)度控制方法。介紹了水泥粒度分布的重要影響因素，包括選粉機(jī)選粉效率、助磨劑和分別粉磨等。

0? 前言

水泥廠的工程實(shí)踐表明，通過優(yōu)化水泥的粉磨工藝，改善粒度分布，可以顯著改善水泥性能。通過調(diào)整水泥粒度分布還可以滿足顧客對水泥性能的不同要求。近年對水泥、混凝土性能與水泥粒度分布的關(guān)系進(jìn)行了廣泛研究,已經(jīng)基本闡明從水泥性能角度提出的對水泥粒度分布的要求。國內(nèi)一些水泥廠進(jìn)行了改善水泥粒度分布的嘗試。本文在比表面積、均勻性系數(shù)和特征粒徑中固定某一個參數(shù)，改變另外二個參數(shù)，探討了水泥強(qiáng)度、標(biāo)準(zhǔn)稠度用水量與粒度分布之間的定量關(guān)系。在水泥廠進(jìn)行工業(yè)試驗(yàn)，觀察凝結(jié)時間與均勻性系數(shù)的關(guān)系。在此基礎(chǔ)上，根據(jù)實(shí)際生產(chǎn)控制經(jīng)驗(yàn)，提出了水泥粉磨工藝細(xì)度、均勻性系數(shù)的控制方法。本文的細(xì)度一詞，使用了GB/T4131一1997《水泥的命名、定義和術(shù)語》中的定義，某一孔徑的篩余、比表面積和粒度分布都作為細(xì)度的表示方法之一。

1 水泥粒度分布與物理性能的數(shù)值分析

1.1粒度分布特性對強(qiáng)度的影響

使用水泥廠正常生產(chǎn)的熟料在試驗(yàn)室閉路磨機(jī)和間歇式磨機(jī)．制得一系列不同均勻性系數(shù)、特征粒徑和比表面積的水泥，檢驗(yàn)其強(qiáng)度、標(biāo)準(zhǔn)稠度用水量和凝結(jié)時間等物理性能，以觀察物理性能與粒度分布之間的關(guān)系。粒度分布特性對強(qiáng)度影響的定量關(guān)系見圖1～圖3。

(1)試驗(yàn)中保持比表面積為220m2/kg不變時，水泥抗壓強(qiáng)度與均勻性系數(shù)、特征粒徑與均勻性系數(shù)的關(guān)系見圖1。圖1顯示，在相同的比表面積下，3，7，28 d抗壓強(qiáng)度均與均勻性系數(shù)具有良好的正比線性關(guān)系。均勻性系數(shù)提高0.1時，3，7，28d抗壓強(qiáng)度分別提高1.6，3.6，4.8 MPa，其中28d抗壓強(qiáng)度對均勻性系數(shù)的變化更加敏感。在相同的比表面積下，隨均勻性系數(shù)增加，特征粒徑以近于乘冪關(guān)系降低。特征粒徑曲線表明，相同的比表面積的水泥，其粒度分布參數(shù)可以在一個非常大的范圍內(nèi)變化。換言之，比表面積不是均勻性系數(shù)或特征粒徑的單值函數(shù)。均勻性系數(shù)的提高意味著較粗和較細(xì)的顆粒都減少：特征粒徑降低意味著顆粒平均粒徑降低，水化速率較慢的大顆粒減少；二者綜合效果是提高了水化速率和水化程度，從而提高了水泥強(qiáng)度。

(2)試驗(yàn)中保持水泥的特征粒徑為18μm不變時，水泥抗壓強(qiáng)度與均勻性系數(shù)、比表面積與均勻性系數(shù)的關(guān)系見圖2。圖2顯示，在相同的特征粒徑下，3d抗壓強(qiáng)度與均勻性系數(shù)具有良好的反比線性關(guān)系。均勻性系數(shù)提高0.1時，3d抗壓強(qiáng)度降低2.4 MPa。7.28 d抗壓強(qiáng)度與均勻性系數(shù)相關(guān)性非常微弱。在相同的特征粒徑下，隨均勻性系數(shù)增加，比表面積以近于乘冪關(guān)系降低。均勻性系數(shù)的提高意味著較粗和較細(xì)的顆粒都減少；比表面積降低意味著水化速率較快的細(xì)顆粒減少；二者綜合效果是降低了早期水化速率，導(dǎo)致早期強(qiáng)度明顯下降。

(3)試驗(yàn)中保持水泥的均勻性系數(shù)為0.80時，水泥抗壓強(qiáng)度與特征粒徑、比表面積與特征粒徑的關(guān)系見圖3。圖3顯示，在相同的均勻性系數(shù)下，3，7，28 d抗壓強(qiáng)度均與特征粒徑具有良好的反比線性關(guān)系。特征粒徑提高1μm，3，7，28 d抗壓強(qiáng)度分別降低0.80，0．83，0.78MPa。在相同的均勻性系數(shù)下，隨特征粒徑增加．比表面積以近于乘冪關(guān)系降低。特征粒徑增加意味著顆粒普遍變粗，水化速率很慢的大顆粒增加；比表面積降低意味著水化速率較陜的細(xì)顆粒減少；綜合效果是降低了水化速率，導(dǎo)致強(qiáng)度下降。

與特征粒徑比較，均勻性系數(shù)對強(qiáng)度具有更加顯著的影響。獲得提高均勻性系數(shù)0.1對應(yīng)的3，7，28 d抗壓強(qiáng)度的增加值，如果依靠降低特征粒徑，則特征粒徑降低的數(shù)值分別是：2.0，4.3，6.2μm。特征粒徑對于28 d抗壓強(qiáng)度更加敏感，為了獲得相同的28 d抗壓強(qiáng)度提高幅度，可以使均勻性系數(shù)降低0.1，或者使特征粒徑降低6.2μm。在實(shí)際生產(chǎn)中后者的難度和付出的代價更高，前者則會帶來需水量增加的弊端。

1.2 粒度分布特性對標(biāo)準(zhǔn)稠度用水量影響的定量關(guān)系

保持相同比表面積為220m2/kg時，水泥標(biāo)準(zhǔn)稠度用水量與均勻性系數(shù)、特征粒徑與均勻性系數(shù)的關(guān)系見圖4。圖4顯示，在相同的比表面積下，標(biāo)準(zhǔn)稠度需水量與均勻性系數(shù)具有良好的正比線性關(guān)系。均勻性系數(shù)提高0.1，標(biāo)準(zhǔn)稠度需水量提高0.77%。均勻性系數(shù)提高導(dǎo)致水泥顆粒的堆積密度降低，顆粒間的填充水增加；特征粒徑降低意味著水化速率較快的小顆粒增加，初期水化程度增加，初期水化需要的水量增加。二者綜合效果是提高了水泥標(biāo)準(zhǔn)稠度用水量。

1.3粒度分布特征對凝結(jié)時間影響的定量關(guān)系

在一臺閉路水泥磨進(jìn)行了均勻性系數(shù)對凝結(jié)時間影響的試驗(yàn)。調(diào)整粉磨工藝參數(shù)，保持水泥32μm篩余沒有大幅度變化，改變水泥均勻性系數(shù)。水泥凝結(jié)時間與均勻性系數(shù)的關(guān)系見圖5。圖5表明，水泥的初凝時間、終凝時間均與均勻性系數(shù)具有良好的正比線性關(guān)系。均勻性系數(shù)增加0.1，水泥初凝時間延長0.22 h，終凝時間延長0.32 h。較小的均勻性系數(shù)意味著水泥的粒度分布較寬，粗顆粒和細(xì)顆粒均較多，其中<3μm的細(xì)熟料顆粒對水泥的凝結(jié)時間具有顯著影響。因此隨均勻性系數(shù)的增加，水泥凝結(jié)時間延長。