水泥中不同粒度區(qū)間組分的粒度分布特征與膠凝活性

黎載波　黃俊龍（韶關(guān)學(xué)院土木工程學(xué)院）

水泥中不同粒度區(qū)間組分的粒度分布特征與膠凝活性

黎載波黃俊龍
（韶關(guān)學(xué)院土木工程學(xué)院）

為了獲得水泥中不同粒度區(qū)間組分力學(xué)強(qiáng)度的變化規(guī)律，以充分發(fā)揮每個(gè)粒度組分在提高水泥膠凝活性方面的作用，研究通過氣流分級機(jī)對硅酸鹽水泥進(jìn)行分級，獲得不同粒度區(qū)間的六個(gè)組分，分別測定其粒度分布特征，并對其膠凝活性進(jìn)行了評價(jià)。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明：通過分級獲得的水泥粉體基本符合Rosin-Rammler-Bennet方程分布模型。水泥各粒度區(qū)間組分的膠砂流動度隨組分細(xì)度的改變而變化不明顯；不同粒度區(qū)間組分細(xì)度越大，膠砂試驗(yàn)早期強(qiáng)度越高，但是隨著養(yǎng)護(hù)齡期的增長，強(qiáng)度增幅并不明顯；由三個(gè)較細(xì)粒度區(qū)間組分混合而得的試樣，其早期膠砂抗壓強(qiáng)度最高，后期強(qiáng)度增長平穩(wěn)。

水泥；粒度區(qū)間；膠凝活性；膠砂成型；分級

1　前言

在通常條件下，水泥的粒徑越細(xì)，其力學(xué)強(qiáng)度（特別是早期強(qiáng)度）越強(qiáng)，膠凝活性越高。在化學(xué)組成和礦物組成基本相同的條件下，水泥膠砂試件的強(qiáng)度在很大程度上取決于水泥顆粒粒度分布［1，2］。當(dāng)水泥顆粒分布較合理時(shí)，細(xì)小的顆粒可以填入有較大顆粒構(gòu)成的立體網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)中，從而減少水泥干粉顆粒的空隙率，使水泥膠凝體系達(dá)到較緊密堆積狀態(tài)，最終提高水泥膠砂強(qiáng)度［3，4］。為了充分發(fā)揮每個(gè)粒度組分在提高水泥膠凝活性方面的作用，需對水泥不同粒度區(qū)間組分的膠凝活性進(jìn)行評價(jià)。

本研究采用氣流分級機(jī)對硅酸鹽水泥進(jìn)行了分級處理，獲得了6個(gè)不同粒度區(qū)間組分，分別測定了粒度分布特征。采用水泥膠砂強(qiáng)度檢驗(yàn)方法對這6個(gè)粒度區(qū)間組分的膠凝活性進(jìn)行評價(jià)，以獲得不同粒度區(qū)間水泥組分的強(qiáng)度變化規(guī)律。研究結(jié)果為評價(jià)水泥不同粒度組分對水泥膠凝活性的貢獻(xiàn)程度方面提供了重要的參考意義。

2　試驗(yàn)材料與方法

實(shí)驗(yàn)原料采用北京興發(fā)水泥有限公司生產(chǎn)的42.5級專用硅酸鹽基準(zhǔn)水泥，其化學(xué)組成見表1。

表1　試驗(yàn)原材料化學(xué)組成（wt/%）

采用JFC-20F型氣流分級機(jī)對硅酸鹽水泥進(jìn)行分級，通過改變分級機(jī)的轉(zhuǎn)速，得到6個(gè)不同的水泥粒度區(qū)間組分。其中C6組分是由分級過程中分級機(jī)轉(zhuǎn)速分別為＞2000rpm、2000-2500rpm、＞2800rpm所得到的三種粉體用V型混合機(jī)混合而得。不同粒度區(qū)間水泥組分的物理性質(zhì)見表2。利用英國馬爾文Mastersizer2000型激光粒度儀測定粉體的粒度分布。按照 GB/T 17671-1999水泥膠砂強(qiáng)度檢驗(yàn)方法（ISO法）測定不同粒度區(qū)間水泥組分的膠砂流動度和活性指數(shù)。

表2　不同粒度區(qū)間水泥組分的制備條件及物理性質(zhì)

3　試驗(yàn)結(jié)果與討論

3.1不同粒度區(qū)間組分的粒度分布特性

不同粒度區(qū)間水泥組分的粒度分布測試結(jié)果見圖1。利用激光粒度儀測定粉體的粒度分布，根據(jù)測試結(jié)果對不同粒度區(qū)間組分的粒度分布特性的統(tǒng)計(jì)結(jié)果見表3，其中D（0.1）、D（0.5）和D（0.9）分別表示粒徑分布累積到10%、50%和90%所對應(yīng)的粒徑，D（0.5）又稱中位徑。

圖1　不同粒度區(qū)間水泥的顆粒體積分布

表3　不同粒度區(qū)間組分的D（0.1）、D（0.5）、D（0.9）值

人們通過研究發(fā)現(xiàn)，水泥以及用作水泥混合材或混凝土摻合料的高爐礦渣、鋼渣和粉煤灰等粉體，其顆粒粒度分布與RRB（Rosin-Rammler-Bennet）方程有較高的吻合性［5，6］。因此本研究采用RRB方程中的特征粒徑De和均勻性系數(shù)n兩個(gè)特性參數(shù)來確定水泥不同粒度區(qū)間組分粒度分布的總體特征。RRB方程表達(dá)如下：

R=100·exp［-（D/De）n］

其中：

R——粒徑D（μm）的篩余質(zhì)量百分?jǐn)?shù)，%；

De——特征粒徑，表示顆粒群的粗細(xì)程度，其物理意義為R=36.8%時(shí)的顆粒粒徑，μm；

n——均勻性系數(shù)，表示粒度分布的寬窄程度。粒度分布范圍隨n值的減小而變廣，隨n值的增大而變窄；n值越大，表示樣品中顆粒分布的均勻性越好。

對不同粒度區(qū)間水泥組分的激光粒度測試數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，以ln（ln（100/R））為縱坐標(biāo)，以ln（D）為橫坐標(biāo)，通過Origin軟件進(jìn)行線性回歸，即可求得該粉體的均勻性系數(shù)n值和特征粒徑De值，計(jì)算結(jié)果見表4。

表4　不同粒度區(qū)間粒度分布測試分析結(jié)果

由表4數(shù)據(jù)中相關(guān)性系數(shù)R可知，由分級機(jī)分級得到的硅酸鹽水泥粉體基本符合RRB方程分布模型。隨著分級機(jī)轉(zhuǎn)速增大，硅酸鹽水泥的特征粒徑De和均勻性系數(shù)n都呈減少的趨勢。其中C1組分的n值最大，曲線分布最窄，表明分級機(jī)對該粒度區(qū)間組分的分級效果最好；C5組分的n值最小，其曲線分布最寬，其分級效果最差。

3.2不同粒度區(qū)間組分膠凝活性

對六個(gè)不同粒度區(qū)間組分，采用水泥膠砂強(qiáng)度檢驗(yàn)方法（ISO法）進(jìn)行膠砂試驗(yàn)，測定其膠砂硬化體各個(gè)養(yǎng)護(hù)齡期的抗折、抗壓強(qiáng)度，試驗(yàn)結(jié)果見表5。

表5　水泥不同粒度區(qū)間組分膠砂試驗(yàn)結(jié)果

從實(shí)驗(yàn)結(jié)果可以看出，總體而言，經(jīng)分級機(jī)分級后，水泥不同粒度區(qū)間組分的膠砂流動度變化不明顯。各養(yǎng)護(hù)齡期下膠砂抗壓強(qiáng)度隨組分細(xì)度的增加基本呈現(xiàn)逐漸增大的變化規(guī)律，其中在早期強(qiáng)度中表現(xiàn)得較為明顯。這是由于水泥顆粒越細(xì)，與水發(fā)生反應(yīng)的表面積越大，因而水化反應(yīng)速度較快，而且較完全，早期強(qiáng)度也越高。C6組分的膠砂力學(xué)性能最為優(yōu)異，其原因除了與該組分的細(xì)度較大有關(guān)外，還跟該試樣是由三種不同細(xì)度的粉體混合而得有關(guān)。由于形成了更合理的顆粒粒度分布，水泥膠凝體系達(dá)到較緊密堆積狀態(tài)，最終提高水泥膠砂強(qiáng)度。

在膠砂抗折強(qiáng)度方面，除C6組分外，水泥不同粒度區(qū)間組分的28d抗壓強(qiáng)度較7d抗壓強(qiáng)度都有明顯的增長。隨著養(yǎng)護(hù)齡期的增加，C6組分的抗折強(qiáng)度幾乎無增長，其原因可能是C6組分細(xì)度較小，早期水化程度高，剩余熟料量較少，水化中、后期生成的水化產(chǎn)物量相較其它組分而言要較少。

4　結(jié)論

⑴通過分級機(jī)分級獲得的硅酸鹽水泥不同粒度區(qū)間組分粉體基本符合RRB方程分布模型。分級機(jī)對水泥中較大粒度區(qū)間組分的分級效果更理想，顆粒分布的均勻性更好；

⑵水泥不同粒度區(qū)間組分的膠砂流動度變化不明顯。不同粒度區(qū)間組分細(xì)度越大，膠砂試驗(yàn)早期強(qiáng)度越高，但隨著養(yǎng)護(hù)齡期的增長，強(qiáng)度增幅并不明顯；

⑶由三個(gè)較細(xì)粒度區(qū)間組分混合而得的試樣，其早期膠砂強(qiáng)度最高，后期強(qiáng)度增長平穩(wěn)，其原因是形成了更合理的顆粒粒度分布。●

［1］沈威，黃文熙.水泥工藝學(xué)［M］.武漢：武漢工業(yè)大學(xué)出版社，1991.20-21.

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