水泥顆粒形貌對(duì)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(kāi)發(fā)以及球形化水泥的推廣應(yīng)用，將明顯地改善目前水泥的物理性能，滿足現(xiàn)代建筑施工對(duì)水泥性能要求，提高混凝土施工性及耐久性，推動(dòng)建筑施工質(zhì)量更上新臺(tái)階。一家惟俊、鈴木信雄等人，自20世紀(jì)90年代開(kāi)始進(jìn)行水泥顆粒球形化對(duì)水泥混凝土性能的影響研究。研究結(jié)果表明，球形化水泥在流動(dòng)度值相同時(shí)，W/C能減少10％以上；在相同W/C下，28d強(qiáng)度提高20％～30％。而我國(guó)在水泥顆粒形貌對(duì)性能影響的專題研究很少，且對(duì)我國(guó)目前水泥顆粒形貌現(xiàn)狀也缺乏了解，為此我們立項(xiàng)就顆粒形貌對(duì)水泥性能的影響進(jìn)行較系統(tǒng)研究。本文現(xiàn)就此問(wèn)題與大家共同探討。

1　樣品和試驗(yàn)方法

1.1　水泥熟料的選擇

　　為了避免試驗(yàn)偏差，減小試驗(yàn)結(jié)果的偶然性，本次試驗(yàn)選用了四家水泥企業(yè)的熟料樣品進(jìn)行試驗(yàn)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(zhuǎn)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(xué)成分及礦物組成見(jiàn)表1。

1.2　水泥樣品的制備

　　對(duì)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(yàn)室標(biāo)準(zhǔn)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(guò)程中，通過(guò)粗細(xì)顆粒搭配方法控制氣流磨水泥樣品與球磨機(jī)樣品的細(xì)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(duì)樣品細(xì)度情況見(jiàn)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(shù)n表示。可以看出，各比對(duì)樣品的細(xì)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(shù))表征。圓形系數(shù)，即為與顆粒投影面積相等的圓的周長(zhǎng)與顆粒投影面積的周長(zhǎng)之比。圓形系數(shù)越高，顆粒越圓，顆粒形貌就越好(球體的圓形系數(shù)為1)。我們利用掃描電鏡對(duì)兩種粉磨條件下的制備水泥樣品進(jìn)行觀測(cè)，并用計(jì)算機(jī)軟件對(duì)顆粒圓形系數(shù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)計(jì)算。試驗(yàn)樣品的圓形系數(shù)統(tǒng)計(jì)結(jié)果見(jiàn)表2。樣品在掃描電鏡下觀測(cè)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(cè)拍攝到的球磨機(jī)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(cè)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(shù)高；球磨制備的水泥樣品顆粒形貌略差，棱角較多，圓形系數(shù)較低。

1.3　試驗(yàn)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(duì)水泥顆粒形貌進(jìn)行觀測(cè)、拍攝照片，并通過(guò)計(jì)算機(jī)配備的軟件統(tǒng)計(jì)計(jì)算所觀測(cè)的顆粒圓形系數(shù)。

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

　　(3)顆粒級(jí)配　利用WINNER2000型激光粒度分析儀進(jìn)行檢測(cè)。

　　(4)水泥膠砂流動(dòng)度　按GB2494－92水泥膠砂流動(dòng)度測(cè)定方法進(jìn)行檢測(cè)，其中水灰比W/C=0.5，灰砂比=1：3，試驗(yàn)砂為中國(guó)ISO標(biāo)準(zhǔn)砂。

　　(5)凝結(jié)時(shí)間、水泥凈漿標(biāo)準(zhǔn)稠度

　　按GB1346－89水泥標(biāo)準(zhǔn)稠度用水量、凝結(jié)時(shí)間、安定性檢驗(yàn)方法進(jìn)行檢測(cè)。

　　(6)強(qiáng)度　按GB17671－1999水泥膠砂強(qiáng)度檢驗(yàn)方法(ISO法)進(jìn)行檢測(cè)。

　　(7)砂漿孔隙率　水泥砂漿孔隙率，采用水銀壓入法進(jìn)行檢測(cè)。試驗(yàn)前，先將達(dá)到預(yù)定養(yǎng)護(hù)強(qiáng)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(wú)水乙醇終止水化， 然后進(jìn)行孔結(jié)構(gòu)檢測(cè)。

　　(8)密實(shí)容重　利用75mm高91mm，容積400ml金屬圓筒測(cè)得。

2　水泥性能試驗(yàn)與結(jié)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(duì)于這方面的研究，90年代初國(guó)外已有研究報(bào)道。一家惟俊等人〖1〗的研究結(jié)果也表明，當(dāng)C：S=1：2、W/C=0.55時(shí)，一般水泥砂漿流動(dòng)度為177mm，而球形化水泥達(dá)277mm。日本I.Tanaka〖2〗等人研究認(rèn)為，水泥顆粒圓形系數(shù)由0.67提高至0.85，水泥膠砂流動(dòng)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(dá)到相同工作度時(shí)單位體積用水量減少14％～30％。

　　在日本學(xué)者的試驗(yàn)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(nèi)，且球形水泥與一般水泥的顆粒級(jí)配及比表面積也相差較大，其試驗(yàn)結(jié)果會(huì)受到細(xì)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(shí)，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(dá)到與一般水泥的顆粒分布一致，以避免比表面積、顆粒級(jí)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(dòng)性研究結(jié)果，見(jiàn)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(dòng)度要大得多，水泥凈漿標(biāo)準(zhǔn)稠度也低些，尤其是球形化水泥膠砂流動(dòng)性，圓形系數(shù)較高的樣品流動(dòng)度遠(yuǎn)大于一般水泥，最高可達(dá)到原來(lái)的125％。(待續(xù))

摘自《中國(guó)水泥》