激光粒度分析仪在水泥粒度检测的应用

一、水泥的粒度特点

    水泥是一种粉体产品，由不同大小的颗粒按一定比例构成，常作为建筑施工中一种重要材料。

    水泥是典型的宽分布（不均匀）粉体，zui小颗粒达 1µm以细，zui大则可达80µm以粗。在我国，目前用来表示水泥颗粒大小的zui流行的方法是细度和比表面积、粒度分布。细度只反映80um以上颗粒的百分含量，而比表面积只反映颗粒平均粒径。而粒度分布是水泥颗粒大小的全面描述。

    粒度分布在水泥行业又叫颗粒级配，是指各种大小的颗粒占颗粒总数的比例，又称粒度的微分分布或频度分布。水泥粒度的大小直接影响水泥的凝结、硬化过程和强度、流动性等一系列物理性能，乃至混凝土的物理力学性能。

二、水泥粒度分布对水泥性能具有指导意义

（一）水泥粒径大小和含量的关系

    水泥颗粒的大小与水化速度和程度有着直接的，不同粒径的水泥的水化速度和程度差异很大，对水泥性能的影响也是各不相同。

　图1 不同粒径区间水泥颗粒对水泥性能的影响

具体分析如下：

（1） <1μm 的水泥颗粒加水后便立即水化，还没等水泥硬化就已经完成水化，水化后的颗粒只是起到细微颗粒的填充作用，对水泥的强度没有贡献，其活性白白损失了，因此没有。

（2） 1-3μm的细颗粒的水化速度很快，有的甚 至在搅拌过程中就已经完成，所以这些细颗粒仅对早期强度有利，但是不能过多，过多会造成水泥需水量增大、凝结时间缩短。限制其含量(一般以<10％为宜)。

（3）3-32μm的颗粒对水泥强度增长起主导作用。3～32μm各粒级的分布应是连续的，且总含量控制在65％～75％比较合理。这一区间含量太少（如≤60％），粗颗粒就会太多，水泥强度会下降，粗颗粒熟料内核长时间都不水化，造成资源浪费；但这一区间含量也不能太高（如≥75％），会使水泥细度整体过细，颗粒分布过窄，水泥粉磨能耗增加。通俗的说，水泥熟料就是水泥的半成品

（4）32-65μm的颗粒的水化程度较低。

（5）>65μm 的颗粒水化速度更慢，28天只水化了很少一部分，3个月水化不到一半，其后期强度虽然仍有增长，但水泥企业已无法实现其价值，只起到填充作用，没有。

（二）水泥粒径大小和强度的关系

    水泥强度的产生主要是由于水泥颗粒及水化物之间相互连生、搭接、水化从而产生可以抵抗外力的作用。*波等应用灰色关联分析方法, 用原始测试数据直接进行关联度分析和均值化变换后再进行关联度分析, 研究了水泥颗粒级配与水泥强度之间的关系, 发现各粒径区间颗粒对各龄期强度贡献程度大小的顺序是不一样的,详细结果如表2 所示

表2 　各粒级区间颗粒对强度贡献大小的顺序

　　由表2 可以看出, (0 , 3)区间颗粒对强度的贡献在早期很明显, 随着龄期的增长, 其贡献越来越小;而(3 , 30)区间颗粒对强度的贡献随着龄期的增长越来越大。这里只给出了

28d 以前各粒级区间颗粒对强度贡献大小的顺序。

（三）某水泥厂采用粒度分布控制水泥强度案例

    水泥用户要求水泥均匀、质量稳定，特别是现代建筑施工工程对水泥质量要求越来越高，愈来愈迫切。一方面我国水泥行业不仅需要重视如何提高水泥的3天和28天强度，而且还需要重视如何提高水泥的质量稳定性，减小波动。

以下是金牛能源水泥厂采集的几个水泥样品，测试粒度分布，并且预测28天后水泥强度。

表3 各粒级区间含量不同对强度的预测值也不同

预测公式: R28=A·W3+B·W32+C·W>32（式中: A、B、C 为经验系数,W3、W32、W>32 分别为水泥中<3μm、<32μm、>32μm 颗粒的百分含量）

可见通过检测水泥颗粒粒度分布，可用于指导水泥28天的强度，实现超前控制。

三、采用激光粒度仪测量水泥粒度的优势

    目前较流行的粒度测试仪器有：激光粒度仪、沉降粒度仪、电阻法颗粒计数器、颗粒图像仪以及动态光散射仪等。其中动态光散射仪的测量范围主要在亚微米和纳米级，显然不适合水泥的测量；沉降仪、电阻法计数器和图像仪的测量范围虽然主要在微米级，但它们的动态范围不够。所谓动态范围就是粒度仪器在一个量程内能测量的zui大与zui小粒径之比。前述三种仪器的动态范围均在20:1左右，而一个水泥样品的粒度分布范围大约在 100:1左右，所以这三种仪器难以满足水泥的粒度测试需要。在水泥的粒度测量中，样品的粒度范围越宽，测量越困难，测量精度也越低。

    国家发改委于2006年5月发布了建材行业推荐性标准《水泥颗粒级配测定方法__激光法》。激光粒度仪适合测量水泥的粒度分布，首先因为其动态范围可以达到1000:1 以上，大于水泥的粒度分布范围；其次它在样品分散方式上还可用空气作为介质，做到了既方便又低成本。

    使用激光粒度仪检测水泥粒度分布，克服了传统检测方法的局限性， 不仅能够指导水泥生产，有效改善水泥和混凝土的性能，还能够降低水泥生产成本，对水泥工业节能降耗做出突出贡献。

四、激光粒度分析仪测试粒度分布案例

    葛洲坝松滋水泥有限公司是中国能源建设集团有限公司—中国葛洲坝集团旗下葛洲坝水泥的成员企业，也是荆州市*一家水泥生产企业。葛洲坝松滋水泥位于松滋市刘家场镇，现有一条日产2500吨熟料新型干法水泥生产线，年产水泥130万吨. 公司生产的“三峡”牌水泥广泛用于江南高速、岳宜高速、宜张高速、荆州长江大桥等诸多大型工程的建设。

    松滋水泥为了指导水泥生产，与济南微纳合作，采用Winner3003激光粒度分析仪，采用空气作分散介质，利用紊流分散原理，配合高精度喂料装置和粉料喷射泵，无油静音气源，保证样品被充分分散。仪器测量，准确度和重复性*，客户非常满意。

水泥测试报告如下：

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