水泥颗粒形貌对其性能影响的研究(上)
水泥 2004-08-05
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1 样品和试验方法
1.1 水泥熟料的选择
为了避免试验偏差，减小试验结果的偶然性，本次试验选用了四家水泥企业的熟料样品进行试验研究。所选熟料样品取自福建三德、山西云岗、河北太行三家回转窑水泥企业和山东胜利油田一家立窑水泥企业。熟料样品的化学成分及矿物组成见表1。
1.2 水泥样品的制备
对所选熟料样品分别掺入4％的石膏，制成两类水泥样品：一类样品用500mm×500mm试验室标准小磨制成一般硅酸盐水泥样品；另一部分类样品用QS50型气流磨制成圆形度较高的球形化水泥样品。在样品制备过程中，通过粗细颗粒搭配方法控制气流磨水泥样品与球磨机样品的细度及颗粒分布状况基本相同。制备好的不同颗粒形貌的比对样品细度情况见表2和图1－1～图1－4。表中样品比表面积用S表示，颗粒分布情况用均匀性系数n表示。可以看出，各比对样品的细度状态基本一致。
水泥的颗粒形貌，可用颗粒的圆形度(或称圆形系数)表征。圆形系数，即为与颗粒投影面积相等的圆的周长与颗粒投影面积的周长之比。圆形系数越高，颗粒越圆，颗粒形貌就越好(球体的圆形系数为1)。我们利用扫描电镜对两种粉磨条件下的制备水泥样品进行观测，并用计算机软件对颗粒圆形系数进行统计计算。试验样品的圆形系数统计结果见表2。样品在扫描电镜下观测到的颗粒形貌，如图2～图9所示。
上图2、图4、图6、图8为扫描电镜下观测拍摄到的球磨机制备的水泥样品颗粒形貌；图3、图5、图7、图9为扫描电镜下观测拍摄到气流磨制备的水泥样品颗粒形貌。从这些图片我们可以看出：气流磨制备的水泥样品的颗粒形貌，总体上比较好，颗粒较圆滑、棱角少，圆形系数高；球磨制备的水泥样品颗粒形貌略差，棱角较多，圆形系数较低。
1.3 试验方法
(1)颗粒形貌
水泥样品用超声波充分分散，然后利用JSM－35C型扫描电镜对水泥颗粒形貌进行观测、拍摄照片，并通过计算机配备的软件统计计算所观测的颗粒圆形系数。
(2)比表面积 按GB8074－87水泥比表面积测定方法(勃氏法)进行检测。
(3)颗粒级配 利用WINNER2000型激光粒度分析仪进行检测。
(4)水泥胶砂流动度 按GB2494－92水泥胶砂流动度测定方法进行检测，其中水灰比W/C=0.5，灰砂比=1：3，试验砂为中国ISO标准砂。
(5)凝结时间、水泥净浆标准稠度
按GB1346－89水泥标准稠度用水量、凝结时间、安定性检验方法进行检测。
(6)强度 按GB17671－1999水泥胶砂强度检验方法(ISO法)进行检测。
(7)砂浆孔隙率 水泥砂浆孔隙率，采用水银压入法进行检测。试验前，先将达到预定养护强度龄期的水泥胶砂试体破碎成小块，取试体中央部位的小样块用无水乙醇终止水化， 然后进行孔结构检测。
(8)密实容重 利用75mm高91mm，容积400ml金属圆筒测得。
2 水泥性能试验与结果分析
2.1 水泥需水性及胶砂和易性
颗粒表面呈圆形，可以减小与水接触表面积，颗粒表面的包裹水层少，从而减小需水量。圆形颗粒还减小了与骨料颗粒间的磨擦，增大了砂浆的流变性。对于这方面的研究，90年代初国外已有研究报道。一家惟俊等人〖1〗的研究结果也表明，当C：S=1：2、W/C=0.55时，一般水泥砂浆流动度为177mm，而球形化水泥达277mm。日本I.Tanaka〖2〗等人研究认为，水泥颗粒圆形系数由0.67提高至0.85，水泥胶砂流动性有明显提高。用球形化水泥配制混凝土的水/胶比，较一般水泥低6％～8％，且达到相同工作度时单位体积用水量减少14％～30％。
在日本学者的试验研究中，球形化水泥颗粒分布均在3～40μm或10～30μm较窄的范围内，且球形水泥与一般水泥的颗粒级配及比表面积也相差较大，其试验结果会受到细度、颗粒分布不同等因素的影响。
为此，本文在这方面的研究时，即控制样品比表面积相同，又尽量控制球形化水泥颗粒分布较宽些，基本达到与一般水泥的颗粒分布一致，以避免比表面积、颗粒级配不同的影响。不同颗粒形貌水泥样品的需水性及砂浆流动性研究结果，见表3及图10。
从表3及图10－1、图10－2中我们可以清晰地看出，球形化水泥比一般水泥胶砂流动度要大得多，水泥净浆标准稠度也低些，尤其是球形化水泥胶砂流动性，圆形系数较高的样品流动度远大于一般水泥，最高可达到原来的125％。(待续)
摘自《中国水泥》
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