水泥细度 谈谈水泥细度

贵州醇胺水泥助磨剂有限公司是一家专业从事助磨剂及原料研发、生产、销售和服务的科技型企业。公司注册资金2000万元，拥有三条自动化生产线，年产液体助磨剂和原料10万吨。公司凭借强大的R&D实力，依托一流的技术服务，确保卓越的产品质量，为水泥企业赢得了良好的经济效益，发展迅速。

新产品推荐:附加功能性醇基水泥助磨原料，如早凝、缓凝、预强、后强、大量石灰石、矿渣、低碱、蓄水能力降低。公司有70多种水泥助磨配方，客户只有47对水泥助磨配方。说到这个话题，大家肯定觉得是老生常谈了。而且不知道人类对真理的理解从来都不是一成不变的。如果你不坚持学习，不跟随知识的新发展，你可能就弹不好这支老调。我自己的经历简述如下，供同行参考。

1水泥的细度状态及其控制

1.1细度状态的含义

描述水泥的细度，现在用的是细度状态这个词。细度状态应包括四个方面:研磨程度、颗粒分布、颗粒形态和堆积密度。在水泥成分已经确定的前提下，水泥的性能取决于其细度状态。因此，正确理解和控制细度状态是非常重要的，这将在下面描述。因为颗粒分布和紧密堆积密切相关，所以将这两个方面放在一起讨论。

1.2筛余量

我国的水泥土标准规定水泥土制品的细度小于10%，这个细度是指0.08 mm的筛余量，这种方法简单易行。在一定的研磨条件下，细度与水泥强度有一定的关系。理论分析和生产实践表明，传统细度和比表面积与水泥性能的相关性不理想。80μm筛余仅反映80μm以上颗粒的百分含量，虽然该组分含量低，表明有效颗粒含量高，水泥强度变高，但总量大于90%且粒径小于80μ m的颗粒的具体粒径分布不清楚，对水泥性能有直接影响，因此无法完全确定水泥性能。).用这种方法控制水泥质量存在一些问题。

第一，水泥磨细时，如小于1%，控制意义不大。水泥在国外一般都是磨得很细的，所以国外水泥标准几乎取消了这个指标。文献介绍:某厂采用32μm筛余物作为磨矿过程常规控制的依据。当32μm的筛余在控制目标范围内时，80μm的筛余为0.2% ~ 0.4%，几乎没有波动。如果用80μm筛渣作为磨矿过程常规控制的依据，几乎不可能对磨矿设备进行任何调整。由于设备故障，32μm筛余一度大幅波动，从原来的控制目标值16%到20%。这部分水泥的28天抗压强度比正常细度降低约4MPa，水泥的80μm筛余仅从0.3%变化到0.8%。这一事实表明，当水泥细度较细时，80μm筛余难以反映水泥的粉磨情况，因此不适合作为粉磨过程的控制指标。

其次，当研磨过程改变时，细度值也随之改变。比如开路粉磨细度值过大，闭路粉磨细度值过小，有时很难根据细度来控制水泥强度变化。

第三，细度值是指筛余量为0。08mm，即水泥中80μm颗粒的含量，大家都知道，>:64μm水泥颗粒的水化活性很低，所以大于80μm的水泥质量控制不能完全反映水泥的真实活性。

控制0.08毫米筛余量的方法用于控制水泥细度已经有几十年的历史了。不幸的是，一些制造商今天仍然在使用它。如果要继续通过控制筛余量来控制水泥的细度，筛孔应该改为45μm或32 μ m，比如大连华能小野田公司生产的出口美国的ⅰ/ⅱ型水泥，32μm控制8.5% 1.0%筛余，国内销售的P O32.5R水泥5.0% 1.5% R80，P II 42.5R水泥32μm控制24% 2.0%筛余

1.3比表面积

控制地面水泥比表面积的方法目前也是很多厂家广泛采用的方法。比表面积是颗粒平均粒径的反映。颗粒尺寸越小，对比表面积的贡献越大。例如，每单位重量的2μm颗粒的表面积之和是相同重量的20μm颗粒的10倍。比表面积主要反映细粉颗粒的含量，也就是说反映3天强度。比表面积与28天强度有一定关系，但相关系数仅为0.57。

用比表面积控制水泥质量主要有两个缺点。

比表面积对水泥中细颗粒的含量很敏感。有时比表面积不是很高，水泥颗粒级配合理，但水泥强度很高。

掺有火山灰材料的水泥比表面积不能真实反映水泥的细度状态。如果掺入火山灰材料，比表面积会产生假高现象。

1.4颗粒分布和紧密堆积

关于水泥颗粒分布，大量实验数据表明:

在搅拌过程中，1微米以内的颗粒完全水合，这对强度没有贡献。其含量的增加表明研磨过度，会显著增加需水量，降低浇注性能。因此，组分颗粒是有害的，应尽可能减少。

高含量的1 ~ 3微米颗粒会使3天后的强度增加，同时需水量增加，浇注性能下降。所以组分颗粒在3天强度能达到要求的前提下尽量低。

1～32微米粒子的高含量决定了28天强度。

对比表1和表2可以看出，与富勒级配相比，磷硅酸盐水泥的超细颗粒≤2.7μm和42.2 ~ 100微米粗颗粒较少，但在2.7 ~ 42.2微米范围内中等颗粒较多..

这是一个非常重要的结论，它告诉我们在使用S-T级配硅酸盐水泥配制高性能混凝土时，需要掺入粒径≤2.7μm的超细矿物掺合料和粒径为42.2 ~ 100微米的粗矿物掺合料，使胶凝材料的粒径分布接近富勒级配，从而实现紧密堆积。

更准确地说，参考文献介绍了计算球体中两相粒子对空间隙率影响的公式:

球体紧密堆积的线性模型假设单个颗粒的初始空间隙比为E0，两相颗粒堆积的空间隙比的最大降低值不宜过高，因此颗粒含量3 ~ 32微米越高越好。如果强度指标有较大的余量，可以增加混合料的量。

32～65微米粒子含量对强度有贡献，但贡献率低。

65μm以上的粒子基本上只起到骨架的作用。

以上讨论的是纯硅酸盐水泥的颗粒特性，即国标中的P.I型水泥。对于掺有外加剂的水泥，其粒径组成应满足密堆要求，这在密堆内容中有所论述。

更准确地说，文献分析表明，P ⅰ硅酸盐水泥的粒径组成应满足S T级配要求。水泥特征粒径X=21.4μm，均匀系数n=1.17，计算结果应符合表1的数据。

富勒级配的研究对象是混凝土胶凝材料，是指颗粒紧密堆积的级配，主要用于制备高性能混凝土。配制更饱满级配的胶凝材料，不仅要加入S-T级配的硅酸盐水泥，还要加入适当的矿物掺合料，以使混凝土的综合性能达到最佳。

文献研究了Pⅰ硅酸盐水泥的细度和Pⅰ硅酸盐水泥与混合材组成的胶凝材料的细度，认为应符合表2的规定。

△E是粒径比r和初始空间隙比E0的函数。Ridgway和Tarbuck提出了一个修正的二次回归方程来描述△E和r之间的关系:

△e/△E0 = 1-2.35 r+1.35 r 2或0

对上式的理解，当粒径比r≤0.741时，两相粒子的堆积可以降低堆积后的整体空间隙率。但当粒径比r≥0.741时，堆积后的整体空间隙率不能降低，即不能实现粉末的致密堆积。

例如水泥、矿渣A、矿渣B、粉煤灰和超细水泥的中值粒径分别为8.3μm、2.6μm、8.0μm、7.6μm和3.6μm。根据上述公式，矿渣B、粉煤灰和水泥的粒径比大于0.741，不存在紧密堆积效应。矿渣A、超细水泥和水泥的粒径比分别为0.31和0.43，具有紧密堆积效应。

顺便说一句，在水泥中加入不同颗粒分布和活性的细掺合料，不仅具有紧密堆积效应，还具有复合胶凝效应。它可以优化多组分胶凝粉体的活性组分、含量和细度，调控各组分胶凝反应、水化放热过程和强度发展过程的工艺匹配，有望根据制备高性能混凝土的要求设计多组分胶凝粉体材料的粉体。

通过测量水泥颗粒分布的具体数据，我们可以推断出水泥的一些性质，当然也可以通过控制颗粒分布来控制水泥的性质。以下至是中国建筑材料研究所在大掺量混合材水泥研究中建立的水泥颗粒分布与水泥性能之间的一些关系，供参考。

水泥的比表面积与以下相同

S=24W3+83

水泥颗粒分布与水泥28天抗压强度R28的关系:

R28=A W3+B W16+C W32+D W >32

其中:a、b、c、d为经验系数；

W3、W16、W32、W >等；32个是:32μm颗粒含量。

水泥中8μm与水泥3天抗压强度的关系:

R=0.79W8+1.6

水泥中8μm和水泥中3天的水化热

关系:

H3=2.5 W8+166

M=41.2-0.43W32

按此公式计算的水泥泌水率见表3。

水泥标准稠度用水量。

K.仁辰用4～32微米颗粒的重量百分比与比表面积之比作为试验系数RP，由此可估算水泥的用水量。

W4~32

RP =———100%

操作系统

其中:W4 ~ 32——4 ~ 32微米粒子的重量百分比，%；Os——布氏比表面积，cm2/g；

RP在1-2之间，用水量相对较小。

如果要控制水泥的颗粒分布，要不要如上讨论

1μm以下、1 ~ 3微米、3 ~ 32微米、32 ~ 65微米的几个控制区间，哪一个可以分别检测和控制？

答:没必要。

文献提出了控制模式:利用RRB公式可以很好地拟合水泥颗粒的分布，通过控制RRB公式中的特征粒径和均匀度系数两个参数来达到控制颗粒粒径分布的目的。

有一个简单的方法可以大致判断粒度分布是否正常。如果以32μm筛余物或45μm筛余物作为研磨过程常规控制的依据，并且32μm筛余物或45μm筛余物在正常控制范围内，则可以测量另一个小于63μm的筛余物，并且该筛余物的尺寸至少与常规质量控制筛余物的尺寸相差10μm。将测得的筛余值与之前的正态粒度分布数据进行比较，如果测得的筛余值与之前的正态粒度分布数据有明显差异，则表明粒度分布可能有明显变化。例如，在工厂的正常条件下，32μm的筛余物约为16% 1.5%，45μm的筛余物约为5% 1.5%。如果32μm的筛余在正常控制范围内，45μm的筛余超过目标值约3%，则表明粒度分布可能有明显变化。

研磨水泥的粒度分布由研磨系统决定。在测量出精确的粒度分布后，通过调整和改造磨机、分级机和破碎设备，水泥粒度分布趋于合理，并变得适合所需的性能。文献介绍了常见的磨削问题，具有参考价值。

问题1:强度指标高，但浇注性能差。

答:应该是3μm颗粒含量高，特别是1 μ m以内的细颗粒含量高造成的，应该调整分级机的转速和给料量，降低这一成分的含量。

问题二:强度3天高，28天不高。

答:原因是1 ~ 3微米含量够高，3 ~ 32微米含量低。一般这种情况都是小磨开路造成的，为了降低细度已经磨过了。

问题3:不能添加混合材料。

答:原因是有效粒径成分含量低。开磨或小磨都容易出现这个问题。增加混合料含量最简单的方法是尽可能增加熟料的有效粒度成分。一种更好的方法是根据最佳堆积原则使混合物和熟料的粒度分布互补，形成最佳堆积。此时，适当添加外加剂不仅会增加水泥的强度，劣化浇注性能，而且会改善浇注性能。

除了上述检测和控制水泥粒径有助于控制水泥质量外，粒径控制还可以指导水泥新品种的开发:在确定水泥组分时，粒径决定水泥性能。因此，在开发新的水泥品种的过程中，粒度测试有时可以发挥非常重要的作用。比如低热水泥的开发中，粒径控制的关键点是降低细粉颗粒的含量，以减缓水化速度。但同时要保证足够的后期强度，所以3 ~ 32微米粒子的含量要足够高。

目前，对于如何定量判断水泥的最优合理粒径分布，还没有达成共识。然而，从对水泥性能的影响的分析来看，文献被整合成11个关系。

1.5颗粒形态

20世纪90年代，人们开始研究水泥颗粒形态对水泥性能的影响。如果在电子显微镜下观察水泥颗粒，其形态不是圆形，就像破碎堆积的石灰石，棱角少，棱角大，片状，针状。描述水泥颗粒与球形紧密程度的参数是圆度系数f，理想球形颗粒f=1，其他形状小于1。

国外水泥的圆度系数f大多在0.67左右。中国建材研究院测定的我国部分大中型水泥企业的水泥土圆度系数平均值为0.63，波动在0.51-0.73之间。

日本Kitamura等人的试验研究表明，当水泥颗粒的圆度系数从0.67提高到0.85时，水泥砂浆28天抗压强度可提高20% ~ 30%，配制的混凝土水灰比可降低6% ~ 8%，坍落度达到同等水平时单位体积用水量可降低14% ~ 30%，减水剂用量可减少1/3，水泥早期水化热可降低25%。

黄有峰等人2000年在国内的研究成果列于表8。

水泥颗粒的形态与研磨过程有关。在对水泥颗粒形态的研究中，中国建筑材料研究院还发现，水泥磨的粉磨能力越强，F值越大；高细磨水泥f值大；用辊压机碾磨的水泥的F值也较高。通过研究球磨机水泥和辊压机水泥在不同粒径区域的颗粒形状系数分布，可以看出两种水泥颗粒形状的差异主要在粗粉部分，如>:在63μm的粗粉中，辊压机水泥不含f = 0.8 ~ 1.0的规则颗粒，f = 0.8 ~ 1.0的球磨机水泥约占50%。但是

更准确地说，王新随机选取了多家大中型水泥企业不同粉磨工艺的物理水泥样品进行分类对比，统计结果列于表9。

从表9可以看出，水泥的颗粒圆度系数在0.51到0.73之间变化很大。即使采用同样的研磨工艺，由于研磨过程中材料应力的不同，颗粒的圆形系数也有很大的变化，例如普通球磨机的圆形系数在0.56 ~ 0.72之间波动。这主要是由于球磨机对物料颗粒的研磨能力不同。研磨能力强，剪切力大，可以极大的研磨颗粒的棱角，改善颗粒的形貌，使颗粒表面更加光滑。同时从表9可以看出，闭路粉磨水泥颗粒的循环系数为0.54 ~ 0.72，而开路粉磨的循环系数要低得多。这可能是由于两种研磨工艺的差异，其中闭路研磨有效减少了过研磨，提高了研磨效率，所以研磨效果一般较好。文献6进一步探讨了改善颗粒形貌的途径:采用高细磨、辊压机球磨联合研磨工艺、优化水泥颗粒组成等。都有利于改善水泥颗粒的圆度。

2结束语

水泥细度控制是水泥企业的一项常规工作。在与同行的交流中发现，相当一部分中小企业对这个问题重视不够，思想认识跟不上技术发展的需要。他们继续使用80μm筛余量的方法进行检测和控制。一旦水泥性能出现问题，调整外加剂的用量是不科学、不经济的，有时甚至是无效的。水泥行业也要向精细化方向发展，水泥粉磨技术已经发展到可以控制粒度组成的水平，也要控制。鉴于此，对散落在书刊中的学者的研究成果进行梳理和总结，试图充分体现对水泥细度的认识，对读者和朋友的工作有所启发。

安徽省巢湖铸造厂轨枕分公司、安徽省巢湖市建材工业技术信息研究所、安徽省巢湖市永昌水泥有限公司李思源夏、舒晓明