水泥顆粒形貌對其性能影響的研究(上)

　　水泥顆粒形貌球形化，有利于改善水泥的物理性能。水泥顆粒形貌方面的研究開發(fā)以及球形化水泥的推廣應用，將明顯地改善目前水泥的物理性能，滿足現代建筑施工對水泥性能要求，提高混凝土施工性及耐久性，推動建筑施工質量更上新臺階。一家惟俊、鈴木信雄等人，自20世紀90年代開始進行水泥顆粒球形化對水泥混凝土性能的影響研究。研究結果表明，球形化水泥在流動度值相同時，W/C能減少10％以上；在相同W/C下，28d強度提高20％～30％。而我國在水泥顆粒形貌對性能影響的專題研究很少，且對我國目前水泥顆粒形貌現狀也缺乏了解，為此我們立項就顆粒形貌對水泥性能的影響進行較系統(tǒng)研究。本文現就此問題與大家共同探討。

1　樣品和試驗方法

1.1　水泥熟料的選擇

　　為了避免試驗偏差，減小試驗結果的偶然性，本次試驗選用了四家水泥企業(yè)的熟料樣品進行試驗研究。所選熟料樣品取自福建三德、山西云崗、河北太行三家回轉窯水泥企業(yè)和山東勝利油田一家立窯水泥企業(yè)。熟料樣品的化學成分及礦物組成見表1。

1.2　水泥樣品的制備

　　對所選熟料樣品分別摻入4％的石膏，制成兩類水泥樣品：一類樣品用500mm×500mm試驗室標準小磨制成一般硅酸鹽水泥樣品；另一部分類樣品用QS50型氣流磨制成圓形度較高的球形化水泥樣品。在樣品制備過程中，通過粗細顆粒搭配方法控制氣流磨水泥樣品與球磨機樣品的細度及顆粒分布狀況基本相同。制備好的不同顆粒形貌的比對樣品細度情況見表2和圖1－1～圖1－4。表中樣品比表面積用S表示，顆粒分布情況用均勻性系數n表示。可以看出，各比對樣品的細度狀態(tài)基本一致。

　　水泥的顆粒形貌，可用顆粒的圓形度(或稱圓形系數)表征。圓形系數，即為與顆粒投影面積相等的圓的周長與顆粒投影面積的周長之比。圓形系數越高，顆粒越圓，顆粒形貌就越好(球體的圓形系數為1)。我們利用掃描電鏡對兩種粉磨條件下的制備水泥樣品進行觀測，并用計算機軟件對顆粒圓形系數進行統(tǒng)計計算。試驗樣品的圓形系數統(tǒng)計結果見表2。樣品在掃描電鏡下觀測到的顆粒形貌，如圖2～圖9所示。

　　上圖2、圖4、圖6、圖8為掃描電鏡下觀測拍攝到的球磨機制備的水泥樣品顆粒形貌；圖3、圖5、圖7、圖9為掃描電鏡下觀測拍攝到氣流磨制備的水泥樣品顆粒形貌。從這些圖片我們可以看出：氣流磨制備的水泥樣品的顆粒形貌，總體上比較好，顆粒較圓滑、棱角少，圓形系數高；球磨制備的水泥樣品顆粒形貌略差，棱角較多，圓形系數較低。

1.3　試驗方法

　　(1)顆粒形貌

　　水泥樣品用超聲波充分分散，然后利用JSM－35C型掃描電鏡對水泥顆粒形貌進行觀測、拍攝照片，并通過計算機配備的軟件統(tǒng)計計算所觀測的顆粒圓形系數。

　　(2)比表面積　按GB8074－87水泥比表面積測定方法(勃氏法)進行檢測。

　　(3)顆粒級配　利用WINNER2000型激光粒度分析儀進行檢測。

　　(4)水泥膠砂流動度　按GB2494－92水泥膠砂流動度測定方法進行檢測，其中水灰比W/C=0.5，灰砂比=1：3，試驗砂為中國ISO標準砂。

　　(5)凝結時間、水泥凈漿標準稠度

　　按GB1346－89水泥標準稠度用水量、凝結時間、安定性檢驗方法進行檢測。

　　(6)強度　按GB17671－1999水泥膠砂強度檢驗方法(ISO法)進行檢測。

　　(7)砂漿孔隙率　水泥砂漿孔隙率，采用水銀壓入法進行檢測。試驗前，先將達到預定養(yǎng)護強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水化， 然后進行孔結構檢測。

　　(8)密實容重　利用75mm高91mm，容積400ml金屬圓筒測得。

2　水泥性能試驗與結果分析

2.1　水泥需水性及膠砂和易性

　　顆粒表面呈圓形，可以減小與水接觸表面積，顆粒表面的包裹水層少，從而減小需水量。圓形顆粒還減小了與骨料顆粒間的磨擦，增大了砂漿的流變性。對于這方面的研究，90年代初國外已有研究報道。一家惟俊等人〖1〗的研究結果也表明，當C：S=1：2、W/C=0.55時，一般水泥砂漿流動度為177mm，而球形化水泥達277mm。日本I.Tanaka〖2〗等人研究認為，水泥顆粒圓形系數由0.67提高至0.85，水泥膠砂流動性有明顯提高。用球形化水泥配制混凝土的水/膠比，較一般水泥低6％～8％，且達到相同工作度時單位體積用水量減少14％～30％。

　　在日本學者的試驗研究中，球形化水泥顆粒分布均在3～40μm或10～30μm較窄的范圍內，且球形水泥與一般水泥的顆粒級配及比表面積也相差較大，其試驗結果會受到細度、顆粒分布不同等因素的影響。

　　為此，本文在這方面的研究時，即控制樣品比表面積相同，又盡量控制球形化水泥顆粒分布較寬些，基本達到與一般水泥的顆粒分布一致，以避免比表面積、顆粒級配不同的影響。不同顆粒形貌水泥樣品的需水性及砂漿流動性研究結果，見表3及圖10。

　　從表3及圖10－1、圖10－2中我們可以清晰地看出，球形化水泥比一般水泥膠砂流動度要大得多，水泥凈漿標準稠度也低些，尤其是球形化水泥膠砂流動性，圓形系數較高的樣品流動度遠大于一般水泥，最高可達到原來的125％。(待續(xù))

摘自《中國水泥》