激光粒度分析儀在水泥粒度檢測的應(yīng)用

一、水泥的粒度特點(diǎn)

    水泥是一種粉體產(chǎn)品，由不同大小的顆粒按一定比例構(gòu)成，常作為建筑施工中一種重要材料。

    水泥是典型的寬分布（不均勻）粉體，zui小顆粒達(dá) 1µm以細(xì)，zui大則可達(dá)80µm以粗。在我國，目前用來表示水泥顆粒大小的zui流行的方法是細(xì)度和比表面積、粒度分布。細(xì)度只反映80um以上顆粒的百分含量，而比表面積只反映顆粒平均粒徑。而粒度分布是水泥顆粒大小的全面描述。

    粒度分布在水泥行業(yè)又叫顆粒級(jí)配，是指各種大小的顆粒占顆粒總數(shù)的比例，又稱粒度的微分分布或頻度分布。水泥粒度的大小直接影響水泥的凝結(jié)、硬化過程和強(qiáng)度、流動(dòng)性等一系列物理性能，乃至混凝土的物理力學(xué)性能。

二、水泥粒度分布對(duì)水泥性能具有指導(dǎo)意義

（一）水泥粒徑大小和含量的關(guān)系

    水泥顆粒的大小與水化速度和程度有著直接的，不同粒徑的水泥的水化速度和程度差異很大，對(duì)水泥性能的影響也是各不相同。

　圖1 不同粒徑區(qū)間水泥顆粒對(duì)水泥性能的影響

具體分析如下：

（1） <1μm 的水泥顆粒加水后便立即水化，還沒等水泥硬化就已經(jīng)完成水化，水化后的顆粒只是起到細(xì)微顆粒的填充作用，對(duì)水泥的強(qiáng)度沒有貢獻(xiàn)，其活性白白損失了，因此沒有。

（2） 1-3μm的細(xì)顆粒的水化速度很快，有的甚 至在攪拌過程中就已經(jīng)完成，所以這些細(xì)顆粒僅對(duì)早期強(qiáng)度有利，但是不能過多，過多會(huì)造成水泥需水量增大、凝結(jié)時(shí)間縮短。限制其含量(一般以<10％為宜)。

（3）3-32μm的顆粒對(duì)水泥強(qiáng)度增長起主導(dǎo)作用。3～32μm各粒級(jí)的分布應(yīng)是連續(xù)的，且總含量控制在65％～75％比較合理。這一區(qū)間含量太少（如≤60％），粗顆粒就會(huì)太多，水泥強(qiáng)度會(huì)下降，粗顆粒熟料內(nèi)核長時(shí)間都不水化，造成資源浪費(fèi)；但這一區(qū)間含量也不能太高（如≥75％），會(huì)使水泥細(xì)度整體過細(xì)，顆粒分布過窄，水泥粉磨能耗增加。通俗的說，水泥熟料就是水泥的半成品

（4）32-65μm的顆粒的水化程度較低。

（5）>65μm 的顆粒水化速度更慢，28天只水化了很少一部分，3個(gè)月水化不到一半，其后期強(qiáng)度雖然仍有增長，但水泥企業(yè)已無法實(shí)現(xiàn)其價(jià)值，只起到填充作用，沒有。

（二）水泥粒徑大小和強(qiáng)度的關(guān)系

    水泥強(qiáng)度的產(chǎn)生主要是由于水泥顆粒及水化物之間相互連生、搭接、水化從而產(chǎn)生可以抵抗外力的作用。*波等應(yīng)用灰色關(guān)聯(lián)分析方法, 用原始測試數(shù)據(jù)直接進(jìn)行關(guān)聯(lián)度分析和均值化變換后再進(jìn)行關(guān)聯(lián)度分析, 研究了水泥顆粒級(jí)配與水泥強(qiáng)度之間的關(guān)系, 發(fā)現(xiàn)各粒徑區(qū)間顆粒對(duì)各齡期強(qiáng)度貢獻(xiàn)程度大小的順序是不一樣的,詳細(xì)結(jié)果如表2 所示

表2 　各粒級(jí)區(qū)間顆粒對(duì)強(qiáng)度貢獻(xiàn)大小的順序

　　由表2 可以看出, (0 , 3)區(qū)間顆粒對(duì)強(qiáng)度的貢獻(xiàn)在早期很明顯, 隨著齡期的增長, 其貢獻(xiàn)越來越小;而(3 , 30)區(qū)間顆粒對(duì)強(qiáng)度的貢獻(xiàn)隨著齡期的增長越來越大。這里只給出了

28d 以前各粒級(jí)區(qū)間顆粒對(duì)強(qiáng)度貢獻(xiàn)大小的順序。

（三）某水泥廠采用粒度分布控制水泥強(qiáng)度案例

    水泥用戶要求水泥均勻、質(zhì)量穩(wěn)定，特別是現(xiàn)代建筑施工工程對(duì)水泥質(zhì)量要求越來越高，愈來愈迫切。一方面我國水泥行業(yè)不僅需要重視如何提高水泥的3天和28天強(qiáng)度，而且還需要重視如何提高水泥的質(zhì)量穩(wěn)定性，減小波動(dòng)。

以下是金牛能源水泥廠采集的幾個(gè)水泥樣品，測試粒度分布，并且預(yù)測28天后水泥強(qiáng)度。

表3 各粒級(jí)區(qū)間含量不同對(duì)強(qiáng)度的預(yù)測值也不同

預(yù)測公式: R28=A·W3+B·W32+C·W>32（式中: A、B、C 為經(jīng)驗(yàn)系數(shù),W3、W32、W>32 分別為水泥中<3μm、<32μm、>32μm 顆粒的百分含量）

可見通過檢測水泥顆粒粒度分布，可用于指導(dǎo)水泥28天的強(qiáng)度，實(shí)現(xiàn)超前控制。

三、采用激光粒度儀測量水泥粒度的優(yōu)勢

    目前較流行的粒度測試儀器有：激光粒度儀、沉降粒度儀、電阻法顆粒計(jì)數(shù)器、顆粒圖像儀以及動(dòng)態(tài)光散射儀等。其中動(dòng)態(tài)光散射儀的測量范圍主要在亞微米和納米級(jí)，顯然不適合水泥的測量；沉降儀、電阻法計(jì)數(shù)器和圖像儀的測量范圍雖然主要在微米級(jí)，但它們的動(dòng)態(tài)范圍不夠。所謂動(dòng)態(tài)范圍就是粒度儀器在一個(gè)量程內(nèi)能測量的zui大與zui小粒徑之比。前述三種儀器的動(dòng)態(tài)范圍均在20:1左右，而一個(gè)水泥樣品的粒度分布范圍大約在 100:1左右，所以這三種儀器難以滿足水泥的粒度測試需要。在水泥的粒度測量中，樣品的粒度范圍越寬，測量越困難，測量精度也越低。

    國家發(fā)改委于2006年5月發(fā)布了建材行業(yè)推薦性標(biāo)準(zhǔn)《水泥顆粒級(jí)配測定方法__激光法》。激光粒度儀適合測量水泥的粒度分布，首先因?yàn)槠鋭?dòng)態(tài)范圍可以達(dá)到1000:1 以上，大于水泥的粒度分布范圍；其次它在樣品分散方式上還可用空氣作為介質(zhì)，做到了既方便又低成本。

    使用激光粒度儀檢測水泥粒度分布，克服了傳統(tǒng)檢測方法的局限性， 不僅能夠指導(dǎo)水泥生產(chǎn)，有效改善水泥和混凝土的性能，還能夠降低水泥生產(chǎn)成本，對(duì)水泥工業(yè)節(jié)能降耗做出突出貢獻(xiàn)。

四、激光粒度分析儀測試粒度分布案例

    葛洲壩松滋水泥有限公司是中國能源建設(shè)集團(tuán)有限公司—中國葛洲壩集團(tuán)旗下葛洲壩水泥的成員企業(yè)，也是荊州市*一家水泥生產(chǎn)企業(yè)。葛洲壩松滋水泥位于松滋市劉家場鎮(zhèn)，現(xiàn)有一條日產(chǎn)2500噸熟料新型干法水泥生產(chǎn)線，年產(chǎn)水泥130萬噸. 公司生產(chǎn)的“三峽”牌水泥廣泛用于江南高速、岳宜高速、宜張高速、荊州長江大橋等諸多大型工程的建設(shè)。

    松滋水泥為了指導(dǎo)水泥生產(chǎn)，與濟(jì)南微納合作，采用Winner3003激光粒度分析儀，采用空氣作分散介質(zhì)，利用紊流分散原理，配合高精度喂料裝置和粉料噴射泵，無油靜音氣源，保證樣品被充分分散。儀器測量，準(zhǔn)確度和重復(fù)性*，客戶非常滿意。

水泥測試報(bào)告如下：

本文為濟(jì)南微納案例，轉(zhuǎn)載請(qǐng)注明濟(jì)南微納