顆粒形貌改善對(duì)水泥性能及孔結(jié)構(gòu)的影響

薛婷婷

摘要：本文利用掃描電鏡等測(cè)試方法，對(duì)多組顆粒級(jí)配、比表面積基本一致的水泥樣品進(jìn)行測(cè)試，得出了水泥顆粒形貌改善對(duì)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(zhǎng)與顆粒投影面積的周長(zhǎng)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(gè)水泥熟料樣品摻入等量的石膏制備成硅酸鹽水泥。制樣時(shí)，將同一熟料樣品分成兩份：一份直接用Φ500mm×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(cè)試，按GB8074-87水泥比表面積測(cè)定方法（Blaine法）檢測(cè)水泥樣品比表積，利用JSM-35c 型的SEM觀測(cè)水泥激光粒度分析儀檢測(cè)水泥顆粒形貌。通過計(jì)算機(jī)配備的軟件統(tǒng)計(jì)計(jì)算顆粒圓形系數(shù)。

1.2.2對(duì)比實(shí)驗(yàn) 按GB/T2494-92水泥膠砂流動(dòng)度測(cè)定方法檢測(cè)水泥膠砂流動(dòng)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(guó)ISO標(biāo)準(zhǔn)砂。按 GB1346-89水泥標(biāo)準(zhǔn)稠度用水量、凝結(jié)時(shí)間、安定性檢驗(yàn)方法檢測(cè)凝結(jié)時(shí)間、水泥凈漿標(biāo)準(zhǔn)稠度。利用Φ75mm，高91mm，容積400ml金屬圓筒測(cè)得密實(shí)度。采用水銀壓入法檢測(cè)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(cè)。按 GB17671-1999 水泥膠砂強(qiáng)度檢驗(yàn)方法（ISO法）檢測(cè)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(duì)水泥顆粒形貌改善前后砂漿流動(dòng)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(dòng)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(shí)，水泥膠砂流動(dòng)度可提高25%；同時(shí)，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(dòng)性的提高，降低了水泥的需水性。

Tanaka等研究過顆粒形貌對(duì)水泥砂漿流動(dòng)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(duì)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(shí)認(rèn)為：流動(dòng)度的提高還與顆粒形貌改善后砂漿中水泥顆粒與骨料顆?；瑒?dòng)的摩擦阻力減小有關(guān)。因?yàn)楸砻嬖节吂饣?，顆粒間相對(duì)運(yùn)動(dòng)阻力就越小，所以流動(dòng)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(dòng)度有不斷增大的趨勢(shì)。

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(shí)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(shí)（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(duì)滑動(dòng)阻力小，填充效果增強(qiáng)的緣故。

2.3凝結(jié)時(shí)間

凝結(jié)時(shí)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(shí)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(jí)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(duì)加快，水泥水化產(chǎn)物生成迅速，漿體硬化快，凝結(jié)時(shí)間相應(yīng)變短，同時(shí)需水量也隨之增加。通過實(shí)驗(yàn)，研究對(duì)比了水泥顆粒形貌改善前后的凝結(jié)時(shí)間， 由在石膏摻量相同、比表面積及顆粒級(jí)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(shí)間長(zhǎng)，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(duì)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：改善水泥顆粒形貌，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(duì)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(dòng)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(shí)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(dòng)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(shí)，流動(dòng)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(shí)間延長(zhǎng)。初凝時(shí)間平均延長(zhǎng)約30min，終凝時(shí)間延長(zhǎng)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(shí)，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(zhǎng)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(dòng)度下，當(dāng)顆粒圓形系數(shù)由0.67 提高至0.72 時(shí)，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]球形水泥的實(shí)用化[J]. 四川建材，1992（3）；38-41