激光粒度分析儀在水泥粒度檢測的應用

一、水泥的粒度特點

    水泥是一種粉體產品，由不同大小的顆粒按一定比例構成，常作為建筑施工中一種重要材料。

    水泥是典型的寬分布（不均勻）粉體，zui小顆粒達 1μm以細，zui大則可達80μm以粗。在我國，目前用來表示水泥顆粒大小的zui流行的方法是細度和比表面積、粒度分布。細度只反映80um以上顆粒的百分含量，而比表面積只反映顆粒平均粒徑。而粒度分布是水泥顆粒大小的全面描述。

    粒度分布在水泥行業又叫顆粒級配，是指各種大小的顆粒占顆粒總數的比例，又稱粒度的微分分布或頻度分布。水泥粒度的大小直接影響水泥的凝結、硬化過程和強度、流動性等一系列物理性能，乃至混凝土的物理力學性能。

二、水泥粒度分布對水泥性能具有指導意義

（一）水泥粒徑大小和含量的關系

    水泥顆粒的大小與水化速度和程度有著直接的聯系，不同粒徑的水泥的水化速度和程度差異很大，對水泥性能的影響也是各不相同。

具體分析如下：

（1） <1μm 的水泥顆粒加水后便立即水化，還沒等水泥硬化就已經完成水化，水化后的顆粒只是起到細微顆粒的填充作用，對水泥的強度沒有貢獻，其活性白白損失了，因此zui好沒有。

（2） 1-3μm的細顆粒的水化速度很快，有的甚 至在攪拌過程中就已經完成，所以這些細顆粒僅對早期強度有利，但是不能過多，過多會造成水泥需水量增大、凝結時間縮短。限制其含量(一般以<10％為宜)。

（3）3-32μm的顆粒對水泥強度增長起主導作用。3～32μm各粒級的分布應是連續的，且總含量控制在65％～75％比較合理。這一區間含量太少（如≤60％），粗顆粒就會太多，水泥強度會下降，粗顆粒熟料內核長時間都不水化，造成資源浪費；但這一區間含量也不能太高（如≥75％），會使水泥細度整體過細，顆粒分布過窄，水泥粉磨能耗增加。通俗的說，水泥熟料就是水泥的半成品

（4）32-65μm的顆粒的水化程度較低。

（5）>65μm 的顆粒水化速度更慢，28天只水化了很少一部分，3個月水化不到一半，其后期強度雖然仍有增長，但水泥企業已無法實現其價值，只起到填充作用，zui好沒有。

（二）水泥粒徑大小和強度的關系

    水泥強度的產生主要是由于水泥顆粒及水化物之間相互連生、搭接、水化從而產生可以抵抗外力的作用。陳云波等應用灰色關聯分析方法, 用原始測試數據直接進行關聯度分析和均值化變換后再進行關聯度分析, 研究了水泥顆粒級配與水泥強度之間的關系, 發現各粒徑區間顆粒對各齡期強度貢獻程度大小的順序是不一樣的。

（三）某水泥廠采用粒度分布控制水泥強度案例

    水泥用戶要求水泥均勻、質量穩定，特別是現代建筑施工工程對水泥質量要求越來越高，愈來愈迫切。一方面我國水泥行業不僅需要重視如何提高水泥的3天和28天強度，而且還需要重視如何提高水泥的質量穩定性，減小波動。

以下是金牛能源水泥廠采集的幾個水泥樣品，測試粒度分布，并且預測28天后水泥強度。

預測公式: R28=A·W3+B·W32+C·W>32（式中: A、B、C 為經驗系數,W3、W32、W>32 分別為水泥中<3μm、<32μm、>32μm 顆粒的百分含量）

可見通過檢測水泥顆粒粒度分布，可用于指導水泥28天的強度，實現超前控制。

三、采用激光粒度儀測量水泥粒度的優勢

    目前較流行的粒度測試儀器有：激光粒度儀、沉降粒度儀、電阻法顆粒計數器、顆粒圖像儀以及動態光散射儀等。其中動態光散射儀的測量范圍主要在亞微米和納米級，顯然不適合水泥的測量；沉降儀、電阻法計數器和圖像儀的測量范圍雖然主要在微米級，但它們的動態范圍不夠。所謂動態范圍就是粒度儀器在一個量程內能測量的zui大與zui小粒徑之比。前述三種儀器的動態范圍均在20:1左右，而一個水泥樣品的粒度分布范圍大約在 100:1左右，所以這三種儀器難以滿足水泥的粒度測試需要。在水泥的粒度測量中，樣品的粒度范圍越寬，測量越困難，測量精度也越低。

    國家發改委于2006年5月發布了建材行業推薦性標準《水泥顆粒級配測定方法__激光法》。激光粒度儀適合測量水泥的粒度分布，首先因為其動態范圍可以達到1000:1 以上，大于水泥的粒度分布范圍；其次它在樣品分散方式上還可用空氣作為介質，做到了既方便又低成本。

    使用激光粒度儀檢測水泥粒度分布，克服了傳統檢測方法的局限性， 不僅能夠指導水泥生產，有效改善水泥和混凝土的性能，還能夠降低水泥生產成本，對水泥工業節能降耗做出突出貢獻。

四、激光粒度分析儀測試粒度分布案例

    葛洲壩松滋水泥有限公司是中國能源建設集團有限公司—中國葛洲壩集團旗下葛洲壩水泥的成員企業，也是荊州市唯一一家水泥生產企業。葛洲壩松滋水泥位于松滋市劉家場鎮，現有一條日產2500噸熟料新型干法水泥生產線，年產優質水泥130萬噸. 公司生產的“三峽”牌水泥廣泛用于江南高速、岳宜高速、宜張高速、荊州長江大橋等諸多大型工程的建設。

松滋水泥為了指導水泥生產，與濟南微納合作，采用Winner3003激光粒度分析儀，采用空氣作分散介質，利用紊流分散原理，配合高精度喂料裝置和ZL粉料噴射泵，無油靜音氣源，保證樣品被充分分散。儀器測量精準，準確度和重復性極高，客戶非常滿意。