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論水泥顆粒形貌改善對水泥性能及孔結(jié)構(gòu)的影響
【論文關(guān)鍵詞】水泥 顆粒形貌 圓形系數(shù) 孔結(jié)構(gòu)
【論文摘要】本文利用掃描電鏡等測試方法，對多組顆粒級配、比表面積基本一致的水泥樣品進(jìn)行測試，得出了水泥顆粒形貌改善對水泥性能及孔結(jié)構(gòu)等相關(guān)影響的結(jié)論。
顆粒形貌是水泥顆粒的重要特性之一，一般以顆粒圓形度（或圓形系數(shù)）表征。圓形系數(shù)，即與顆粒投影面積相等的圓的周長與顆粒投影面積的周長之比。圓形系數(shù)越高，表示顆粒就越圓，顆粒形貌也就越好。
1.實(shí)驗(yàn)
1.1不同顆粒形貌水泥樣品的制備為了減小實(shí)驗(yàn)結(jié)果的偶然性，實(shí)驗(yàn)中選用了多個水泥熟料樣品摻入等量的石膏制備成硅酸鹽水泥。制樣時，將同一熟料樣品分成兩份：一份直接用∮500mm×500mm. 實(shí)驗(yàn)室標(biāo)準(zhǔn)小磨制成一般水泥（用OP 表示）；另一份先預(yù)磨一定細(xì)度后，再用氣流磨粉磨以改善其顆粒形貌（用SP表示）。
1.2實(shí)驗(yàn)
1.2.1實(shí)驗(yàn)樣品的測試，按GB8074-87水泥比表面積測定方法（Blaine法）檢測水泥樣品比表積，利用JSM-35c 型的SEM觀測水泥激光粒度分析儀檢測水泥顆粒形貌。通過計算機(jī)配備的軟件統(tǒng)計計算顆粒圓形系數(shù)。
1.2.2對比實(shí)驗(yàn) 按 GB/T2494-92水泥膠砂流動度測定方法檢測水泥膠砂流動度，其中水灰比m（w）/m（c）=0.5，，m（c）/m（s）=1：3實(shí)驗(yàn)砂為中國ISO標(biāo)準(zhǔn)砂。按 GB1346-89水泥標(biāo)準(zhǔn)稠度用水量、凝結(jié)時間、安定性檢驗(yàn)方法檢測凝結(jié)時間、水泥凈漿標(biāo)準(zhǔn)稠度。利用∮75mm，，高91mm，容積400ml金屬圓筒測得密實(shí)度。采用水銀壓入法檢測水泥砂漿孔隙率：砂漿孔隙率實(shí)驗(yàn)前，先將達(dá)到預(yù)定養(yǎng)護(hù)強(qiáng)度齡期的水泥膠砂試體破碎成小塊，取試體中央部位的小樣塊，用無水乙醇終止其水化，然后進(jìn)行孔結(jié)構(gòu)檢測。按 GB17671-1999 水泥膠砂強(qiáng)度檢驗(yàn)方法（ISO法）檢測水泥膠砂試體強(qiáng)度。
2.結(jié)果及討論
2.1水泥需水性及膠砂和易性
對水泥顆粒形貌改善前后砂漿流動性進(jìn)行實(shí)驗(yàn)研究，可見：水泥顆粒形貌改善后水泥膠砂流動度均普遍增大，如#3 樣品顆粒圓形系數(shù)由0.60 提高到 0.71 時，水泥膠砂流動度可提高25%；同時，水泥凈漿的標(biāo)準(zhǔn)稠度有所降低。
結(jié)果表明：水泥顆粒形貌的改善，有利于水泥膠砂流動性的提高，降低了水泥的需水性。
Tanaka等研究過顆粒形貌對水泥砂漿流動度性的影響機(jī)理，認(rèn)為：水泥顆粒表面越圓，顆粒在漿體中旋轉(zhuǎn)需水面就越小，有利于獲得很好的砂漿流變性。
用SEM對水泥顆粒進(jìn)行分析，并模擬出顆粒需水量圖。通過實(shí)驗(yàn)，證實(shí)了文獻(xiàn)的觀點(diǎn)，同時認(rèn)為：流動度的提高還與顆粒形貌改善后砂漿中水泥顆粒與骨料顆粒滑動的摩擦阻力減小有關(guān)。因?yàn)楸砻嬖节吂饣w粒間相對運(yùn)動阻力就越小，所以流動性也就越好。隨著水泥顆粒圓形系數(shù)的提高，水泥膠砂流動度有不斷增大的趨勢。
2.2 密實(shí)度
水泥粉狀顆粒的密實(shí)度，反映單位體積物料緊密堆積時的密實(shí)程度。密實(shí)度越大，物料堆積越緊文獻(xiàn)認(rèn)為：在相同水化深度下，密，孔隙越小�？紫堵逝c粉狀顆粒堆積密度呈線性關(guān)系。當(dāng)水化深度較低時（早期），堆積是主要的，水化程度是次要的。
通過比較顆粒形貌改善前后水泥顆粒堆積狀態(tài)可看出：水泥顆粒形貌改善后，顆粒的堆積狀況變得更加密實(shí)。這是由于物料顆粒表面棱角減少，趨于圓形化，使顆粒間相對滑動阻力小，填充效果增強(qiáng)的緣故。
2.3凝結(jié)時間
凝結(jié)時間是重要的水泥物理性能之一。水泥凝結(jié)硬化過快或過慢將影響水泥的使用。影響凝結(jié)時間的因素，除了水泥化學(xué)成分、礦物組成、水泥細(xì)度、石膏等因素外，還與水泥顆粒級配有關(guān)。當(dāng)水泥顆粒組成中0-10μm 細(xì)粉顆粒含量偏多，水泥水化速率相對加快，水泥水化產(chǎn)物生成迅速，漿體硬化快，凝結(jié)時間相應(yīng)變短，同時需水量也隨之增加。通過實(shí)驗(yàn)，研究對比了水泥顆粒形貌改善前后的凝結(jié)時間， 由在石膏摻量相同、比表面積及顆粒級配相近的情況下，顆粒形貌改善后（SP）無論是初凝還是終凝，都比改善前（OP）凝結(jié)時間長，平均約相差30min左右。這可能是由于顆粒形貌改善后，顆粒表面棱角少、較圓滑，顆粒間搭接絞合以及摩擦阻力相對減弱，生成的水泥產(chǎn)物相互間搭接絞合及粘附力受到了影響。
2.4水泥膠砂孔結(jié)構(gòu)
實(shí)驗(yàn)表明：改善泥顆粒形貌，有利于改善水泥石孔結(jié)構(gòu)，有害及害大孔減少，無害細(xì)孔數(shù)量增多，中位孔徑和總孔率降低，這對提高水泥強(qiáng)度、耐久性等十分有益。
2.5水泥膠砂強(qiáng)度
實(shí)驗(yàn)可知：在相同膠砂流動度下，水泥顆粒形貌改善后，無論其早期還是后期強(qiáng)度，都比一般水泥高20%以上，同時m（w）/m（c）可減少8%左右。顆粒形貌改善后水泥強(qiáng)度提高的主要原因是硬化水泥石中孔隙率低，孔結(jié)構(gòu)得以改善，大孔含量減少，細(xì)孔增多，水泥石結(jié)構(gòu)更密實(shí)的緣故。
3.結(jié)論
�。�1）水泥顆粒形貌改善后，需水量減小，膠砂和易性好。水泥膠砂流動度有隨圓形系數(shù)的提高而不斷增大。當(dāng)水泥顆粒圓形系數(shù)由0.60提高至0.71時，流動度可提高25%。
（2）顆粒形貌改善后水泥顆粒堆積更密實(shí)。
（3）顆粒形貌改善后凝結(jié)時間延長。初凝時間平均延長約30min，終凝時間延長多于40min。
�。�4）顆粒形貌改善后，28d， 水泥石總孔隙率低，中位孔徑小，大孔（孔徑 ＞100nm）及超大孔（孔徑＞1000nm）含量少，細(xì)孔（15.1-39 ；F nm）或微細(xì)孔（3.4-15.1nm）含量多。
�。�5）在相同水灰比下，水泥顆粒圓形系數(shù)平均由0.65提高至0.73時，28d抗壓強(qiáng)度可提高6MPa 左右（平均提高約10%），60d的可提高10MPa（平均增長約12%），而水泥抗折強(qiáng)度提高的幅度較小。
�。�6）在相同膠砂流動度下，當(dāng)顆粒圓形系數(shù)由0.67 提高至0.72 時，水灰比可減少8，且無論早期還是中后期水泥膠砂強(qiáng)度，都比一般的水泥高20%以上。
�。�7）水泥強(qiáng)度提高的主要原因是顆粒形貌改善后水泥顆粒堆積更密實(shí)，水泥石中孔隙率低，中位孔徑小，細(xì)孔數(shù)增多，大孔減少所致。
參考文獻(xiàn)：
�。�1］J 一家惟俊，鈴木信雄，山本英夫，等，球形水泥的實(shí)用化［J］.陳劍雄譯.四川建材，1992（3）；；38-41
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