水泥颗粒形状和大小对水泥强度的影响

水泥颗粒的特性包括颗粒级配、颗粒形状、细度和比表面积等，其对水泥的强度有着重要的影响，其中水泥颗粒的形状和大小对水泥强度的影响效果显著。如何通过调整水泥颗粒的形状和大小来更好地提高水泥的强度成为了一个亟待解决的重要课题。

1、水泥颗粒的特性

水泥颗粒的特性状态通常用比表面积、细度和颗粒形貌等来表示说明。国内一般使用比表面积和细度来表示。水泥颗粒的形状和大小与水泥强度的相关性较大，在其它影响因素恒定的情况下，水泥比表面积值越大、细度值越小，水泥的强度值也就越大。据有关实验表明：普通32.5级水泥的细度为80μm，方孔筛余量不超过6.0%，比表面积为350～380m2/kg；42.5级水泥的细度是80μm，方孔筛余量不超过4.0%，比表面积是350～380m2/kg。水泥的颗粒形貌和级配对水泥强度影响很大。有关研究表明，高标号波特兰水泥的颗粒最佳组成为：9~25μm含量是38%；3～9μm含量是22%～36%；0～3μm含量是10%～20%。随着对水泥颗粒形貌研究的深入，有学者提出，颗粒圆形度应当在0.76左右。

2、水泥颗粒形貌表征参数

水泥颗粒形貌对水泥强度有着重要的影响，有必要对颗粒形貌的表征方法进行研究。水泥颗粒的形貌特征中一般使用球形度ψ0′和圆形度ψ0表示。水泥颗粒的球形度和圆形度影响着水泥强度。可用人工法对水泥颗粒的球形度与圆形度进行统计，也可以采用图像仪器法来对水泥颗粒的球形度与圆形度进行统计。

3、对水泥强度的相关影响

3.1水泥细度和比表面积对水泥强度的影响

通常水泥颗粒磨得越细和比表面积越大则水泥的强度越高。水泥的比表面积对水泥强度的影响表现出早期远大于后期的特点。在早期，水反应表面积决定了硬化的初期水化物的数量，水化进程越深入，在水泥颗粒周围的水化产物的结构就会越严密，反应的速度也会随之降低。因此，要加强强度就应当在早期对粉磨细度进行提高。据相关试验表明：小于3μm的颗粒决定了早期的强度，对后期的强度影响不大；3～9μm的颗粒与9～25μm的颗粒最终决定了水泥的强度；增加3～32μm的颗粒含量能够有效地提高水泥的强度。水泥的比表面积随着强度的提高而加大，因此，增加水泥的比表面积是提高水泥强度的有效措施之一。例如，CEM I32.5类水泥的Om平均值从3 040 cm2/g升至3 100 cm2/g时，水泥的强度就随之提高了。

3.2 颗粒级配与颗粒形貌对水泥性能的影响

水泥颗粒级配与形貌的不同会导致水泥强度有着不同的差异。经过对立窑水泥和别种窑型的水泥颗粒级配与形貌的对比研究发现：相同的立窑水泥在水泥的比表面积相似的情况下，颗粒级配的差异会导致水泥强度的差异，粒径不大于32μm的颗粒含量越多水泥ISO强度就越大；粒径为3～32μm的颗粒能够增强水泥的强度，颗粒总量应当不低于65%且粒级分布连续；粒径小于3μm的颗粒不能超过10%；粒径大于65μm的颗粒含量应当控制到最小；粒径16～24μm的颗粒对水泥强度的影响很大，其含量应当越多越好；在水泥比表面积相似的前提下，颗粒球形度较高的水泥的用水量会减少，28d抗压的强度有着很大程度的提高。

3.3颗粒形貌与分布对水泥石孔结构与强度的影响

品种相同的水泥中球形水泥的流动性较好，其标准稠度的用水量较低，水泥的强度也较高。同样的颗粒组成和比表面积的前提下，不同的圆形度的水泥的强度测定结果也不尽相同。改善水泥颗粒的圆形度有利于提高水泥的强度，硬化水泥石中的孔结构的空间隙率越低，细小孔增加，大孔减少使得水泥的石孔结构更加密实。在生产实践中要改善粉磨工艺，最大限度地提高圆形度。

3.4颗粒级配对水泥凝结的时间影响

水化产物的数量和颗粒之间的空隙共同决定了水泥凝结时间。如果水化产物越多，互相搭接的结构就会越容易形成。如果水泥颗粒之间的空隙越大，就需要越多的水化产物以形成相互搭接结构。水泥颗粒的分布较宽则颗粒的堆积间隙就越少，标准稠度的用水量也就越少，水化产物在早期产生的也就越多，并且粒之间的距离也就相对越小，所以水泥凝聚的时间就相对较短。如果水泥颗粒之间的间隙分布较窄则颗粒的堆积间隙就越多，标准稠度的用水量也就越多，水产物在早起产生的也就相对较少并且之间的距离也较远，所以水泥凝结的时间就相对较长。

3.5颗粒分布对水泥水化率的影响

水泥的颗粒分布对其水化率有重大的影响。据试验表明：在相同的时间与水化深度的前提下，有着相同均匀系数值的水泥颗粒粒径的值越小，水泥的水化率就越高。在水化深度低于0.5μm时，颗粒分布较宽的水泥水化率显著高于颗粒分布窄的水泥，因此，其早期的强度也相对较高。在水化深度大于2μm时，颗粒分颗粒分布较窄的水泥水化率显著高于颗粒分布宽的水泥。

3.6 颗粒级配对水泥强度的影响

研究表明要提高水泥的石孔结构密实性和水泥的强度，可以通过对水泥颗粒分布的调整来实现。水泥的最佳性能颗粒级配是：小于3μm颗粒的含量应当小于10%；3～32μm颗粒的含量应当大于65%；大于65μm的颗粒含量应当为零；小于1μm颗粒的含量应当为零。增加3～32μm的颗粒含量可以显著地提高水泥的强度。水泥颗粒的粒径合理分布能够使得水泥的浆体保持最佳的密度堆积状态，能够为填充水泥浆体中的充水空间提高足够的水化产物，能够使得水泥石的空隙率与孔径变小，结构均匀并且更加密实。通过对水泥颗粒分布的调整可以使水泥的原始堆积密度与反应面积发生变化，从而进一步找到符合水泥堆积密度和水化物生成量的粒径分布。

4、优化颗粒形状和大小的方法

4.1 选择合适的设备

对水泥颗粒的形状和大小进行优化，首先要提高选粉效率，选粉的效率越高水泥颗粒的分布就越会越集中，粒径小于3μm的细粉颗粒和粒径大于45μm的粗粉颗粒的含量会减少，因此，应当选择使用选粉效率较高的选粉设备。旋风式选粉机、离心式选粉机与新型高效的O- sepa式选粉机是圈流磨系统中常用的三种选粉设备。不同类型的选粉机的选粉效率也是各不相同的。循环负荷相同的情况下，离心式选粉机的效率最低仅为50%，旋风式选粉机的效率次之为64%，选粉效率最高的选粉机是O- sepa式选粉机，其效率为78%。所以选择合适的选粉的设备进行选粉对提高水泥颗粒分布的质量和水泥的强度有着重大的影响，在确定设备的形式和粉磨工艺时，应当尽可能地使用选粉效率相对较高的设备。

4.2磨机内部结构调整

磨机内部的结构主要参数是仓长比。通常1：2的比例是处于正常范围内的仓长比。如果磨机的仓长比范围超出了正常范围就应当及时地对磨机的内部结构进行改造，使得仓长比始终处于1：2的比例，进而提高了磨机的产量，使得水泥颗粒级配得到优化。

4.3 共同粉磨和分别粉磨

混合材料和熟料一起共同粉磨，是提高水泥颗粒形状和大小质量的有效途径。将一些具有良好易磨性的混合材料 （粉煤灰、石灰石等）加入熟料当中，能够获得更多的粒径小于3μm的颗粒，进而对水泥的颗粒级配实施优化。在粉磨中还应当把一些比熟料更难粉磨的混合材料分离开来，单独进行粉磨。

4.4 矿物掺合料的加入

矿物掺合料的粒径比水泥粒径要小，矿物掺合技术在水泥生产中已经得到广泛的应用。在矿物掺合中，矿物掺合料的粒径应当是水泥的粒径的0.41倍或者更小，例如，粉煤灰的比表面积应当为500 m2/kg左右。这样可以对水泥的颗粒级配进行有效地改善，进而提高水泥的耐久性和强度。

综上所述，水泥颗粒的形状和大小对水泥强度的影响越来越受到业界的广泛关注。相关试验和生产实践都证明了通过对颗粒形状和大小的调整能够有效地提高水泥的强度，水泥企业应当在提高水泥生存质量的过程中对此以予重视，进一步按照水泥强度的国家标准进行生产。水泥强度影响因素还待我们深入探究，只有不断地完善发展才能使水泥的质量得到更进一步的提高，从而满足建设用料的需求。

来源：矿机之家

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