水泥粒度检测与性能分析中的激光粒度仪应用

水泥粒度检测与性能分析中的激光粒度仪应用

水泥是国民经济建设的基础原材料，水泥的质量与工程质量有着密切的关系。针对不同用途，水泥的粒度（颗粒级配）是对最终混凝土商品的耐久性、适用性、强度，以及其可施工性和经济性起着重要影响的关键因素。针对不同应用的高性能混凝土在现代建筑工业中发挥了重要的作用，特别是对于高速铁路，大跨度桥梁以及超高建筑物建设具有及其重要的意义。

 

在高性能混凝土配置过程中，由于水泥的矿物组成和水泥颗粒粒度的分布差别导致了混凝土的性质产生了较大的差异。市场对水泥粒度的快速、简便、精确地检测有着广泛的需求。与传统的勃氏比表面积法和筛析法可以获得水泥整体粗细和部分不同粒径段的信息不同，现代常用的粒度分析仪器——激光粒度分析仪，其粒度分析具有动态范围大，粒径分级详细，测试速度快，操作方便，重复性好等优点，在线或实验室干法激光粒度仪可以作为先进的水泥企业日常测试仪器。同时水泥生产中可能用到的矿渣、石灰石等掺合料亦可以用激光粒度仪进行测量质控。

 

激光粒度仪的原理是不同的水泥颗粒大小对光的散射光能分布不同的原理来进行粒度测定的。光线在传播中碰到细小颗粒时，会发生散射现象，颗粒越小 ，散射光散射角越大。散射光的光能分布与颗粒粒径分布之间的定量关系可以用 “Mie散射理论 ”或“Fraunhofer 衍射理论 ”来描述和计算。

我们选取了P·O 42.5 品牌A水泥，P·O 42.5 品牌B水泥，采用勃氏比表面积仪，负压筛和欧美克干法激光粒度分析仪来分别进行测试和质量比对。 

 

表格 1 水泥比表面积与筛余量测试结果

 

水泥品种	比表面积（m2/kg）	筛余量
P·O 42.5品牌A	287	2.5%
P·O 42.5品牌B	286	3.1%

 

图 1 品牌A水泥粒度分析图

 

表格 2品牌A水泥粒度分析

 

图 2  品牌B水泥粒度分析图

 

表 3 品牌B水泥粒度分析

 

从表1中及表2中可以看出品牌A水泥、品牌B水泥的各粒径段含量如下：

表格 4  品牌A、品牌B水泥的各粒径段含量

 

	P·O 42.5品牌A	P·O 42.5品牌B
1μm含量	2.67%	2.82%
1-3μm含量	11.06%	11.55%
3-32μm含量	80.11%	77.63%
32-80μm含量	19.88%	22.35％
≥80μm含量	0.01％	0.02％
≥45μm含量	约2％	约2.9％

 

在激光粒度仪测试与比表面积法和筛析法的比较中，比表面积测试结果两者接近，无法明确的显示出两种水泥的优劣，而负压筛析法的出的结果与激光粒度仪测试结果基本一致，显示出品牌B水泥45μm以上或32-80μm含量要高于品牌A，品牌A水泥3-32um含量要高于品牌B。相对传统方法，激光粒度仪能够详细给出各粒径段的含量信息，为精准的水泥粉磨工艺参数快速调整提供了直观的数据支撑。为了验证粒度分布对水泥性能的影响，对两个品牌水泥样品进行了标准稠度需水量、凝结时间及强度的测试如下：

表格 5  水泥标准稠度需水量与凝结时间测试结果

 

水泥品种	标准稠度需水量	初凝时间(min)	终凝时间(min)
P·O 42.5品牌A	27.7%	212	240
P·O 42.5品牌B	29.2%	200	231

 

表格 6 水泥强度测试结果

 

水泥品种	3d	7d	28d
P·O 42.5品牌A	27.8	35	49.5
P·O 42.5品牌B	26.3	32	46.2

 

从上述实验结果对比可以得出，由于3μm以下的颗粒含量对水泥需水量有直接的影响，特别是1um以下的颗粒，在水泥和水拌合的时候就可以完全水化。品牌B水泥在1μm及3μm以下的颗粒含量略大与品牌A水泥，使得品牌B水泥的标准稠度需水量大于品牌A水泥，初凝时间短。早期强度和标准稠度需水量的实验结果与粒度分析结果一致。1-3μm的颗粒中，品牌A水泥要大于品牌B水泥的颗粒含量，使得水泥3天早期强度比较高。3-32μm中品牌A水泥颗粒的含量高于品牌B水泥颗粒的含量。使得7天，28天强度品牌A水泥的强度高于品牌B水泥。32µm 以上颗粒，尤其是 65µm以上颗粒水化率较低，是对熟料的浪费，两者的含量中，品牌B水泥含量稍高一些。以上的颗粒粒度分析和实际实验结果一致。

 

LS-909E干法激光粒度仪

 

LS-909E型激光粒度仪是欧美克公司基于用户对高性能干法仪器的需求而开发的一款性能卓越的新一代粒度分析仪。它采用国际引进先进的长焦距光学设计、优化的三维空间分布及多后向探测器布局、升级的模数转换信号获取系统，结合进口的高品质He-Ne激光器光源、高精度对中装置、压电陶瓷震动下料机构、全密闭干法窗口等核心部件，使得LS-909E在胜任多种样品的干法检测的同时将仪器的维护需求降到最低，测试自动化程度高、动态范围大、重现性好、分辨能力优。其智能化测控分析软件、专业化的可根据水泥等行业定义的测试报告，附带简洁易操作的报告浏览、比对及多种数据导出功能，使得粒度测试质控分析从此变得轻松。

 

 

附：粒度数据对水泥特性的综述

在熟料已经确定的情况下，水泥性能由粒度决定。虽然对水泥粒度特性的研究还缺乏充分的系统性和完整性，但是已经得到的如下结论对于我们分析水泥特性还是很有指导意义。

水泥各组分示意图

（1） 1 微米以细颗粒由于在和水的拌和过程中就完全水化，对强度没有贡献。其含量增加，说明存在过粉磨，浪费了粉磨能量；同时显著增加了拌和的需水量，降低了浇筑性能。因此，该组分颗粒是有害的，应尽可能减少。

（2） 1~3 微米颗粒含量高，3 天强度就高，同时需水量会相应增加，浇筑性能

下降。因此，该组分颗粒在3 天强度能满足要求的前提下，也应尽可能低。

（3） 浇筑28 天后的水化深度约为5.46μm。这就意味着大于两倍水化深度（约

11μm）的颗粒，总是有一部分内核未水化。未被水化的内核在混凝土中只起骨架作用，对胶凝没有贡献。16、32 和64μm 颗粒的水化率分别为97%、72%和43%，因此通常认为3～32μm 颗粒对28 天强度其主要作用。65μm以上颗粒水化率较低，是对熟料的浪费，生产中应尽可能降低。

（4） 3~16μm 颗粒含量越高，熟料的作用发挥得越彻底，相同条件下混合材添

加量就可以越高。

（5） 32μm 以上颗粒含量过高，泌水性会增大。

（6） 混合材在粒度上如果能与熟料互补，形成最佳堆积，则混合材的添加不仅不会降低水泥强度，而且还能增加强度。