水泥的最佳颗粒分布及其评价方法

水泥的最佳颗粒分布及其评价方法水泥的粉体状态一般表达为磨细程度（细度和比表面积）、颗粒分布和颗粒形貌。水泥产品必须磨制到一定细度状态时，才具有胶凝性。水泥细度直接影响着水泥的凝结、水化、硬化和强度等一系列物理性能。细度状态可用以下方式表达：平均粒径法、筛析法、比表面积法、颗粒级配法。如细度指标（80um和45um筛筛余），主要反映水泥中粗颗粒含量（%）；再如比表面积指标（m，kg），主要反映水泥中细颗粒含量；而颗粒级配分析可以全面反映水泥中粗细颗粒分布状态，是当前水泥企业调整、控制水泥性能的先进手段。在水泥粉磨过程中得到的水泥颗粒不是均匀的单颗粒，而是包含不同粒径的颗粒群体。水泥颗粒的平均粒径是表现水泥颗粒体系的重要几何参数，但其所能提供的粒度特性信息则非常有限，因为两个平均粒径相同的粒群，完全可能有不一样的粒度组成（颗粒级配）。我国水泥标准规定，水泥产品的细度0.08mm方孔筛筛余不得超过10%。控制细度的方法简单易行，在一定的粉磨工艺条件下，水泥强度与其细度有一定的相关关系。细度值是指0.08mm筛的筛余量，即水泥中N80um的颗粒含量（%）。众所周知，习4um的水泥颗粒的水化活性已经很低了，所以用380um颗粒含量多少进行水泥质量控制，不能全面反映水泥的真实活性。现在，水泥普遍磨得很细，所以这条标准规定就失去了控制意义。国外水泥标准大多规定比表面积指标，采用勃氏比表面积仪测定水泥比表面积。我国的硅酸盐水泥和熟料的国家标准已与国外标准相一致。一般情况下，水泥比表面积与水泥性能都保持着较好的关系；但用比表面积控制水泥质量时，却有以下不足：（1） 比表面积数值主要反映5um以下的颗粒含量，数值比较单一。在固定的工艺条件下，控制水泥的45um筛余量和比表面积在一个合理的水平上，限制3um以下和45um以上的颗粒，能够获得良好的水泥性能和较低的生产成本。（2） 比表面积对水泥中细颗粒含量的多少反应很敏捷。有时比表面积并不是很高，但由于水泥颗粒级配合理，水泥强度却很高。（3） 掺有混合材料的水泥，比表面积不能真实反映水泥的总比表面积。如掺有火山灰质混合材料，水泥比表面积往往会产生偏高现象。（4） 大量的实践证明，掺助磨剂的水泥如果细度下降了，比表面积往往也下降。这可能与水泥的颗粒形貌有关。平均粒径法、筛析法及比表面积法单一地表示水泥颗粒细度状态，并不能真实准确地反映水泥性能。人们有时采取两种优化组合的方式来控制水泥细度状态，操作简便，控制有效。而颗粒级配对水泥颗粒群体用连续、分区间的尺寸范围来表示大小颗粒的百分含量，更加准确地反映了水泥细度状态，是水泥性能的决定性因素。水泥最佳性能的颗粒级配为3〜32um颗粒总量不能＜65%，＜3um的细颗粒不要超过10%，＞65um和＜1um的颗粒越少越好，最好没有。因为3~32um的颗粒对强度增长起主要作用，特别是16〜24um的颗粒对水泥性能尤为重要，含量越多越好。而＜3um的细颗粒容易结团，＜1um的小颗粒在加水搅拌中很快就水化，对混凝土强度作用很小，且影响水泥与外加剂的

适应性，易影响水泥性能而导致混凝土开裂，严重影响混凝土的耐久性。至于＞65um的颗粒则水化很慢，对水泥28天强度贡献很小。在水泥粉磨过程中加入助磨剂，可以改善水泥产品的颗粒组成。使用水泥助磨剂后，磨机中的过粉磨现象会减少或消失，因此水泥中＜3um的颗粒含量会有所减少，大颗粒的比例也会因粉磨强度的增加而降低。但是，水泥企业要组合水泥的颗粒级配则需要结合其他工艺措施才能实现。不同厂家的水泥助磨剂，其配方、选料、生产工艺各不相同，即使同一厂家的助磨剂，也会因其目的不同，在粉磨过程中会有不同的效果。由于不同的助磨剂其性能存在较大的差异，水泥企业在使用时应针对本企业的实际情况进行科学选择。我国水泥标准同国际接轨后改进产品质量的分析【中国水泥网】作者:姚燕，王文义单位:中国建筑材料科学研究院【2007-04-09】摘要：水泥新标准实施已有2年时间，实施效果逐步显现出来，水泥生产工艺进行了和正在进行大的调整，水泥产品质量已明显提高。但是我们必须清醒的认识到，提高水泥产品质量的工作任重道远，特别是根据用户的要求改进产品质量，以至修订标准中不适应的规定等工作更是长期任务。这里根据我国水泥生产、使用实施新标准的经验教训，反映出来的新问题，就改进水泥产品质量的途径进行简要分析。水泥新标准实施已有2年时间，实施效果逐步显现出来，水泥生产工艺进行了和正在进行大的调整，水泥产品质量已明显提高。但是我们必须清醒的认识到，提高水泥产品质量的工作任重道远，特别是根据用户的要求改进产品质量，以至修订标准中不适应的规定等工作更是长期任务。这里根据我国水泥生产、使用实施新标准的经验教训，反映出来的新问题，就改进水泥产品质量的途径进行简要分析。1提高水泥熟料活性实施新标准前，同国外水泥熟料相比，我国水泥熟料普遍存在着硅酸盐矿物含量偏低，铁含量偏高的问题，它是熟料活性偏低的重要原因。2002年6月全国抽样调查表明，实施新标准后，有75.1%的企业调整了熟料配料方案，提高了熟料活性，这对于我国顺利实施水泥新标准起到了重要作用。但目前仍有许多中小型企业的熟料质量太差，在350m2/kg比表面积下熟料28d抗压强度不足48MPa。如何提高熟料的活性，应从影响熟料烧成的各个环节进行全面分析，找出主要影响因素适时解决。根据国内外的试验研究⑴和实施新标准的经验，归纳如下2个方面。1.1选择最佳熟料率值熟料配料的三率值决定了熟料的矿物组成和熟料的活性状况。企业应根据原燃材料实际、易烧性和窑炉的热工状况，选择最佳的熟料率值。在熟料率值选择和确定中应努力提高硅酸盐矿物（C3S+C2S）含量，回转窑可在75%以上，立窑可在72%以上。在这个基础上适当提高C3S含量，适当调整C3A含量，适当降低QAF含量。我国不同窑型的典型率值见表1。表1不同窑型熟料典型率值窑型厂家KHnPCSCSCACAF新型干法窑北京水泥厂0.902.71.635921938410

湿法窑安阳水泥厂0.922.41.36215712立窑齐银水泥厂0.962.01.46778131.2强化烧成快速冷却迅速升高烧成温度，使熟料矿物迅速形成，A矿和B矿晶体尺寸较小，约为10〜30um,且分布均匀时，熟料活性最高。相反，如果熟料易烧性差，如生料细度粗，有难烧的石灰石，或缓慢升高烧成温度，会使A矿尺寸增大到50〜100um，B矿尺寸增大到30〜50um，此时，熟料活性会降低，表2是我院部分研究结果⑵。表2A矿尺寸大小对熟料活性的影响窑型A矿结晶状况熟料28d抗压强度差值（R-R）/MPa立窑20〜40um，大小均齐 GB ISO3.2立窑20〜70um，大小欠均齐10.3回转窑20〜50pm，大小均齐3.6回转窑40〜70pm，粗大11.0熟料矿物都有不同的温度变体，各种变体的水化速度和强度是不同的。快速冷却可倔矿、B矿的高温变体在常温下稳定下来，对熟料活性有利。一般认为，熟料从1250〜1150°C开始快速冷却可以获得最高的强度。快速冷却还可以形成一定的玻璃体，它对熟料活性有利。重视微量组分对熟料活性的影响。K2O、Na2O、SO3、Cl-等微量组分在数量较少时对熟料活性影响不明显，但超过一定数量后对熟料煅烧工艺和活性会造成很大影响。欠烧的熟料活性低是众所周知的。过烧的熟料，如熔融的熟料，其活性低于烧结的熟料。在还原气氛中，被还原的Fe2+进入C3S固溶体中取代Ca2+，并促使C3S在冷却时分解。Fe2+进入6-C2S固溶体中，能促使它向Y-C2S转变。2控制水泥的细度状态提高水泥粉磨细度是提高ISO强度的有效途径，在我国实施水泥新标准过程中，有近60%的企业调整了粉磨工艺，提高了水泥细度，明显提高了ISO强度。但是，不少建筑施工单位反映，水泥太细，需水性大，混凝土开裂严重等。目前我国水泥企业几乎都采用80um筛余和比表面积控制水泥的粉磨细度，它对于控制水泥性能和充分发挥水泥各组分的作用是远远不够的。相同筛余或比表面积的水泥性能会有很大差别，为此应全面考虑磨制水泥的细度状态，包括:细度（筛余和比表面积）、颗粒分布、颗粒形貌和堆积密度。2.1水泥颗粒分布对水泥性能的影响对于相同组分（熟料、混合材和石膏）水泥而言，水泥的颗粒分布决定水泥的性能，如水化速度、水化热、强度、需水量等，表3是80年代我院施娟英的试验结果。表3水泥颗粒级配与水泥性能关系编口 颗粒级配/% 平均粒径比表面积标准稠度C3S小试体胶砂强度①/MPa<10pm10〜30pm30〜60pm>60pm/pm/(m2/kg)用水量/%/%1d3d28d1ad198.51.5004.7692043.056.727.329.838.642.0e13.286.80016.5620028.554.93.57.117.634.11

F11.423.675.0039.497428.051.52.55.17.514.3H12.73.05.389.074.054028.046.81.42.73.97.6原水泥27.742.025.15.1—30028.052.76.411.916.426.5注：①试体为①1.6cmX1.6cm小试体，数据只作参考。由表3看出，＜10um为主的水泥，比表面积达920m2/kg,水泥标准稠用水量高达43.0%,水泥早期强度很高。10〜30um为主的水泥，比表面积降至200m2/kg,水泥标准稠度用水量正常，早期强度下降。水泥颗粒级配对水泥性能产生的各种影响，主要是因为不同大小颗粒的水化速度不同，施娟英的测定结果是：0〜10um颗粒，1d水化达75%，28d接近完全；10〜30um颗粒，7d水化接近一半；30〜60um颗粒，28d水化接近一半；〉60um颗粒，3个月后水化还不到一半。学者Meric认为，粒径＜1um的小颗粒，在加水拌和中很快水化了，对混凝土强度作用很小，反而造成混凝土体积较大收缩。一个20um颗粒硬化1个月只水化了54%，水化进入深度才5.48um，剩留的熟料核只能起骨架作用，潜在活性没有发挥。国内外试验研究证明，水泥颗粒级配对水泥性能有直接影响，目前比较公认的水泥最佳颗粒级配为：3〜32um颗粒对强度增长起主要作用，其间粒度分布是连续的，总量不低于65%。16〜24um的颗粒对水泥性能尤为重要，含量愈多愈好。＜3um的细颗粒，易结团，不要超过10%。＞65um的颗粒活性很小，最好没有。1998〜2001年在世界水泥检测大对比中选用了不同强度等级的法国水泥，国际试验室的检测结果列于表4中。表4法国水泥颗粒级配与性能抗压强度 比表面标准稠强度水泥品 颗粒级配（累计通过量）/%密度时间/MPa积度用水等级种/(g/cm3)2um4um8um16um32um40um50um63um80um2d28d/(m2/kg)量/%199852.5R波特兰13.624.339.659.085.190.995.798.699.338.068.13.1040826.0200052.5波特兰17.026.235.046.963.365.674.580.186.329.958.13.1634825.6波特兰矿渣200142.5 9.517.029.348.573.085.290.894.799.717.052.83.00 334 29.0(36%〜64%)波特兰复合199732.5R 10.018.030.449.274.885.190.795.397.721.441.13.09 374 23.0(6%〜20%)

表5为2001年我院对我国部分水泥企业不同粉磨工艺下的实物水泥进行的颗粒级配测定结果。表5我国部分水泥企业的水泥颗粒级配（平均值）序号企业类型粉磨工艺水泥品种颗粒级配（累计通过量）/%统计个数3um8um16um24pm32pm45pm60pm1大中型一般闭路磨P•O42.51631435265829192大中型高效选粉机闭路磨P•O42.51729435161839263大中型带辊压机闭路磨P-O42.51834495671929664大中型开路磨P-O42.52135475669839065大中型高细磨P•O42.51934365064909416小型一般闭路磨P•O32.5122844566681898在通常细度的水泥中，可能有20%〜40%的熟料对混凝土强度增长没有发挥作用。如何挖掘熟料活性潜力，改善水泥性能，应根据水泥强度等级、混合材状况和具体粉磨工艺，确定合理颗粒级配。这里从颗粒分布对水泥和混凝土性能的影响上提出表6的大致关系。2.2水泥颗粒形貌对水泥性能的影响表6水泥颗粒分布与水泥混凝土性能、粉磨工艺的大致关系粒径参考指标水泥性能粉磨工艺混凝土性能比表面积需水性强度子力学<3pm（熟料）<10%正常正常正常正常正常增加增大增大早强过粉磨现象施工性变差<3pm（矿渣）适当正常正常强度高分别粉磨混凝土性能优3〜32pm>65%正常正常强度高研磨能力好混凝土性能优32〜64pm增加变小正常强度低研磨能力差正常>64pm增加变小易泌水强度低粉磨能力差混凝土保水性差连续分布一个凸型正常正常正常正常正常两个凸型———研磨能力差—一个型———粉磨能力差—水泥颗粒形貌通常用圆度系数表示，正圆形颗粒圆度系数等于1，其他形状都小于1。国外水泥的圆度系数大多在0.67左右，我院测定的我国部分大中型水泥企业水泥的圆度系数波动在0.51〜0.73之间［3］平均值为0.63。日本一家惟俊等试验研究表明，将水泥颗粒的圆度系数由0.67提高0.85时，水泥砂浆28d抗压强度可提高20%〜30%，配制混凝土的水灰比可降低6%〜8%，达到相同坍落度时的单位体积用水量可减少14%〜30%，减水剂掺量可减少1/3，水泥早期水化热可降低25%。近2年我院就水泥颗粒形貌对水泥性能的影响研究表明，在水泥颗粒圆度系数由0.65提高到0.73时，水泥用水量减少，水泥胶砂流动度增大25%；相同流动度下，W/C可减少8%，

水泥28d和60d抗压强度可提高20%以上；水泥粉体的堆积密度明显提高；水化水泥石中的微孔增多，大孔减少；在相同W/C下，水泥抗压强度28d约提高6MPa，60d约提高10MPa。2.3最佳堆积密度理论4水泥颗粒的堆积密度对配制出的混凝土施工性、强度和耐久性有很大影响，水泥颗粒的堆积密度最佳时，混凝土性能最好。2.4改进粉磨工艺1） 磨机改造我国大部分水泥企业目前使用的小规格磨机大多内部结构不合理，技术落后，效率低。在磨机改造中可使用史密斯公司的康必丹磨技术及其它各种新型衬板、隔仓板和研磨体技术。研磨体级配和尾仓的小型研磨体对于改善水泥颗粒分布和颗粒形貌具有重要作用。如合肥院高细磨水泥颗粒圆度系数可达0.70以上；沈阳水泥机械研究所的磨机改造技术，可明显改善水泥的颗粒分布，提高圆度系数。2） 辊压机（或立磨）与球磨机组合采用辊压机（或立磨）与球磨机联合的粉磨工艺，可明显改善水泥颗粒形貌，圆度系数可达0.58〜0.73，水泥颗粒分布也很好。3） 采用高效选粉机的闭路磨带高效选粉机的闭路磨工艺，通过改变选粉机转速、风量等可按需要调整水泥的颗粒分布，而开路磨及带离心选粉机、旋风选粉机的闭路磨要进行这种调整就比较困难。4） 采用分别粉磨工艺目前水泥企业大都是熟料与混合材一起混合粉磨，由于不同物料的易磨性差别很大，造成混合粉磨的许多问题。而采用分别粉磨不但可以解决这些问题，还可以根据熟料和混合材料细度的不同要求，制备出不同性能的水泥产品。3发挥混合材的作用混合材料在水泥中主要起3个作用:一是活化效应，它与混合材料活性和细度有关。二是填料作用，它同水泥水化产物结合在一起，起骨架作用。三是最佳堆积密度效应，当混合材料的粒径很小时，如＜3um，可以明显提高水泥石的密实度，改善水泥混凝土性能，提高水泥混凝土的强度。高性能混凝土的迅速发展，需要矿渣等细磨混合材料替代部分水泥，替代量可达水泥质量的30%以上，细磨混合材料应符合高强高性能混凝土用矿物外加剂国家标准（GB/T18736-2002）。在水泥中多掺加一些混合材料生产出高质量的水泥主要有如下途径。3.1提高熟料粉磨细度早在60年代，我院为了提高矿渣水泥的强度，将熟料比表面积磨制到450〜550m2/kg，熟料颗粒＜30um含量达到80%以上，在矿渣掺加量为35%和45%的条件下，可以生产出早期和后期强度都很高的矿渣水泥。70〜80年代，我院在研究沸石-石灰石水泥和粉煤灰-石灰石水泥中，将熟料比表面积磨制400m2/kg，＜20um含量达60%〜70%时，混合材掺量30%后，仍能生产出早期和后期强度都较高的优质水泥，并具有节能10%，增产水泥20%的效果。3.2提高矿渣的细度

1999年我院在制订GB/T18046-2000＜用于水泥和混凝土中的粒化高炉矿渣粉＞的试验研究中发现，将矿渣磨细到400〜600m2/kg比表面积后，大量掺入到水泥中时，不但不降低水泥强度，反而能大幅度提高水泥强度，见表7。表7水泥中掺矿渣微粉对&与Rgb的影响水泥样品 ISO矿渣微粉 GB 28d抗压强度/MPaRiso/Rgb掺加量/%比表面积/(m2/kg)RRP-10GB54.3ISO53.50.995053672.369.10.96P•O067.259.60.875053669.666.10.953.3提高粉煤灰细度粉煤灰活性的特点是早期强度很低，后期强度很高，因此在通常细度的情况下，限制了粉煤灰混合材料的掺入量。如果将粉煤灰细磨，可明显提高粉煤灰的早期活性，表8是江西同济丰宇公司采用振动磨细磨粉煤灰后的试验结果。表8细磨粉煤灰活性试验结果序号比表面积/(m2/kg)胶凝材料/%抗折强度/MPa抗压强度/MPaP•I粉煤灰3d28d3d28dF010006.39.033.057.0F146670305.28.125.554.2F264670305.28.627.459.4F370070305.69.529.063.64提高水泥质量的均匀性水泥质量的均匀性对于水泥的使用具有重要意义。我国预拌混凝土和集中搅拌的混凝土28d抗压强度标准偏差要求W3.0〜4.0MPa。水泥质量的均匀性成为施工单位普遍关注的大问题。当前施工单位对水泥质量均匀性不满意主要集中在强度、用水量和凝结时间波动太大上。我国实施水泥新标准后水泥质量均匀性仍未得到解决。表9为北京市某工地现场使用的水泥28d抗压强度的波动情况。表9北京n忙某工地使用的普通水泥28d抗压强度统计结果类别P•O32.5P•O32.5RP•O42.5R样品数5556生产厂家2233平均值/MPa48.651.456.2标准偏差/MPa6.44.343.73最大值/MPa61.255.861.8最小值/MPa34.544.051.6

表10为北京市某预拌混凝土搅拌站使用同一个水泥厂同一品种（32.5等级）的水泥标准稠度用水量和初凝时间的波动情况。表10某水泥厂32.5水泥用水量和初凝时间水泥编号123456标准稠度用水量/%272629302728初凝时间/（h:min）2：001：201：102：551：302：40施工单位对水泥质量这么大的波动意见很大，但很无奈，因为水泥质量都符合水泥标准要求。水泥质量的均匀性在水泥标准中并没有规定，只在“水泥企业质量管理规程”中对出厂水泥强度的均匀性提出了要求，即28d抗压强度变异系数（C）目标值不大于3.0%。v大型水泥企业都有完备的工艺设施和严格的内部管理规程，而中小水泥企业无论在工艺设施和管理上都需大力加强。对后者提出如下途径供参考：1） 建立大型的原燃材料堆场，将足够多的原燃材料进行简易预均化处理。2） 建立大型熟料均化库（场），特别是立窑生产厂，窑的单机产量低，质量波动大，尤为重要。3） 建立水泥联合粉磨车间，将数个小型磨机的产品混合在一起进行均化。4） 用中3.5m或①3.8m大磨机替代小磨机。5改善水泥与混凝土外加剂的适应性混凝土外加剂已经成为混凝土中必不可少的第5组分，因此水泥与外加剂的适应性就显得十分重要。适应性也称为相容性，即将某种外加剂掺入某种水泥所配制的混凝土中，若能产生应有的效果，认为该水泥与这种外加剂适应性好，否则认为适应性差。为判别水泥与外加剂适应性好坏，Aitein等提出可用3个指标来衡量:初始流动性、饱和点和流动性损失。初始流动性是指水泥混凝土的流动性能；饱和点是指流动性不再明显增大时的外加剂掺量值；流动性损失是指在60〜90min内水泥混凝土流动性保持状况。水泥与外加剂适应性好应体现在初始流动性大、有明确的饱和点和流动性损失小。适应性检测方法有多种，如混凝土坍落度法、砂浆流动度法、漏斗法、水泥稠度法及净浆流动度法等。经我院大量试验验证，认为净浆流动度法简便易行，并能较好地反映适应性状况，因此建议水泥企业采用此方法。净浆流动度法是采用现行水泥净浆搅拌机拌制水泥净浆，W/C一般采用0.29，拌制时按需要加入一定量外加剂。拌制好的净浆装入锥模（上口中36mm下口中60mm，高60mm）中，锥模下放一块足够大的玻璃板，将模中净浆用餐刀插动后刮平，提取锥模，浆体流开，用直尺测量初始流动度值。又根据不同外加剂掺量和不同时间间隔进行多数检测，即得知是否有明确的饱和点和流动度损失大小。水泥与外加剂的适应性既取决于外加剂品种和质量，也取决于水泥品种和质量。实施水泥新标准后，由于水泥生产工艺调整，水泥性能的变化，不少建筑施工单位对水泥与外加剂适应性变差了提出意见。就水泥而言，影响适应性的因素归纳起来有如下几方面：5.1水泥熟料矿物组成水泥熟料中qS'CzS'C'A'C'AF对高效减水剂的吸附能力是不一样的，其吸附顺序为c3a〉c4af〉c3s〉c2s，即铝酸盐矿物对高效减水剂的吸附能力大于硅酸盐矿物。这是因为铝酸盐矿物在水泥水化初期其动电电位是正值，能吸附较多的阴离子型高效减水剂，而硅酸盐矿物

在水泥水化初期其动电电位是负值，吸附高效减水剂的能力较弱。因此，为了提高水泥与外加剂适应性，应提高熟料中的硅酸盐矿物(C3S+C2S)含量，降低铝酸盐矿物，特别是C3A的含量。5.2石膏的形态和掺量石膏是水泥的缓凝剂，石膏遇水后溶解为Ca2+，如果在水泥水化初期能抑制C3A水化速度，水泥和混凝土就可以得到所需的工作性能，因此水泥中硫酸盐的数量和溶解度至关重要。不同形态石膏的溶解度不同:二水石膏为2.08g/L，a-半水石膏为6.20g/L，B-半水石膏为8.15g/L，可溶性无水石膏为6.30g/L，天然无水石膏为2.70g/L。二水石膏应用的最多，但它的溶解度不是最大的，因此控制好磨机温度很重要:磨内温度适当高，使部分二水石膏脱水为溶解度大的半水石膏适应性好；磨内温度过高会形成大量半水石膏，导致假凝；磨内温度过低，半水石膏量少，会导致急凝。5.3水泥细度状态高效减水剂一般都是阴离子型高分子表面活性剂，而水泥颗粒表面一般带正电，对阴离子表现出较强的亲合力。在水泥和水后，减水剂迅速吸附在水泥颗粒表面，增大了水泥浆体的流动性。因此水泥细度状态，如比表面积、颗粒分布、颗粒形貌等对减水剂与水泥适应性影响很大。实施水泥新标准后，我国水泥细度普遍变细，是造成适应性变差的重要原因。在这种情况下如何提高适应性，我院作了大量试验研究工作。水泥比表面积适当提高(如446m2/kg)，外加剂饱和掺量增大，新拌混凝土的初始坍落度仍较大。水泥比表面积过高(如550m2/kg)，即使加大外加剂掺量，混凝土的初始坍落度仍较小。随水泥比面积的提高，混凝土lh后的坍落度损失增大。在水泥比表面积相近(约300m2/kg)时，水泥颗粒中＜3um含量对外加剂饱和掺量影响不大，但＜3um含量增多会加剧水泥浆体的流动度损失。水泥颗粒圆度系数由0.67提高到0.74时，对减水剂饱和掺量影响不大，但可以提高水泥浆的流动度和混凝土坍落度，坍落度损失减小。5.4混合材料水泥中混合材料的种类、细度、颗粒形貌及掺量等对外加剂的吸附作用是有影响的。根据试验和实践表明，减水剂对矿渣水泥和粉煤灰水泥的适应性较好，而对火山灰、煤矸石、窑灰为混合材料的水泥适应性较差。5.5水泥中的碱含量随着水泥中碱含量的增大，减水剂对水泥的塑化效果变差。碱含量的增大，还会导致混凝土的凝结时间缩短和坍落度损失变大。5.6水泥的陈放时间水泥陈放时间越短，出磨温度愈高，减水剂对水泥的塑化效果越差，减水率低，坍落度损失快。因此使用陈放时间稍长的水泥有利于提高适应性。6调整通用水泥品种根据2002年6月全国抽样调查，目前我国六大通用水泥产量的分布见表11。表11我国六大通用水泥产量分布%硅酸盐水泥(P・I、 普通水泥矿渣水泥 粉煤灰水泥火山灰水泥 复合水泥

p«n） （p•o）（p•s）（p•f） （p•p）（p•c）4.4 78.4 14.9 0.5 0.2 1.4由表11可以看出：1） 我国六大通用水泥产品结构同90年代初期相比发生了很大变化，那时普通水泥约占50%，矿渣水泥约占35%，而目前普通水泥产量急增达78.4%，这种变化有市场需求驱动的结果，也有一些企业把混合材掺量超过15%的水泥作为普通水泥销售的结果。2） 国外发达国家通用水泥产量以波特兰水泥（我国的硅酸盐水泥）为主，而我国以普通水泥为主，硅酸盐水泥产量太少，只有4.4%，这说明我国六大通用水泥产品结构不合理，有待调整。如何调整我国六大通用水泥产品结构，我们提出如下建议：大力发展硅酸盐水泥，适应重点工程和高强度高性能混凝土发展的需要。提高普通水泥质量档次。各级水泥质量监督检验机构应按GB/T12960-1996＜水泥组分的定量测定＞方法，加大监督检验力度；建议取消普通水泥中32.5强度等级水泥。宣传、发展粉煤灰水泥、复合水泥以及砌筑水泥等大量掺加混合材料水泥品种，为不同建筑工程提供广泛选择水泥品种的余地。不同粉磨系统对水泥及混凝土性能的影响一、前曰课题内容水泥性能包括强度、标稠、外加剂相容性等指标，影响水泥性能主要因素包括（1）熟料的矿物组成；（2）矿物的生长条件（烧成条件）；（3）水泥的颗粒组成（粉磨系统）；（4）混合材的品种与掺量。我们判断粉磨系统的优劣或者水泥颗粒组成的优劣的前提，是以水泥及混凝土性能（工作性能，力学性能，耐久性）为核心，探讨水泥颗粒组成的影响，及其与粉磨系统的关系。水泥的终端产品是混凝土，我们是以混凝土的性能来判断粉磨系统优劣。但是因为两个产业间跨度大，混凝土产业的从业者不一定懂得水泥生产工艺，生产水泥的企业家不一定懂混凝土企业的需求。我们需要通过了解混凝土一一这个终端产品的性能，最终了解水泥的生产目标、探讨水泥颗粒组成对于粉磨系统的要求。2、 关于水泥颗粒组成的基本认识<3um3~1010~323~32>32HL11.1424.2342.8067.0321.84F22.5013.9221.5735.4942.02

n=U7n=0.62n=U7n=0.62某大型水混厂PO42.5R水湿及含惬Full席级配的RRS&曲线a） 从最紧密堆积（构件结构致密性）角度出发，最佳颗粒组成符合Fuller曲线；材料质量好是指材料的致密度好，粘结性要好。如何达到材料的致密呢？首先我们就要考虑材料的堆积密度，只有堆积紧密了，再通过颗粒的粘结性能，材料的泌水性能就要好。粉状颗粒如何才能堆积紧密呢？行业内通常我们都以Fuller曲线作为其中的一个标准。当然，Fuller曲线以不水化的颗粒为样本，水泥是边搅拌边水化，因此水泥的颗粒大小是随着时间在变化的，所以研究水泥是非常困难的。从图中可以看出，3~32um区间的颗粒组成可以达到最紧密堆积。b） 根据S.Tsivills的研究结果，从水泥28d胶砂强度出发，3〜32um含量越多越好（＞65%）即S.T级配最有利于熟料强度的发挥；大多数的研究表明，3~32um水泥颗粒组成对强度的贡献是最大的。C）从系统效率出发（产量高，电耗低，投资少，维护方便）。这也是我们考虑粉磨系统很重要的因素。理想状态：上述三方面均可最大限度地得到满足。但事实上因这些因素均存在着关联，不可能完全统一，取决于我们在建造粉磨系统时侧重考虑哪个因素或如何更合理地处理好这三者的关系。二、粉磨系统对水泥颗粒组成、部分性能及能耗的影响表2不同大型粉磨系统磨制的PO42.5R水泥的检测结果，比表面积360+10m2/kg

粉磨系统颗粒组成um（%）n值标稠（%）电耗（度/吨）出磨水泥温度°C评价<33~3232~45>45开路磨/康比丹磨1561.8810.0113.110.9324.2038很高，（磨内喷水120C）与Fuller级配最接近，砼性能优越辊压机+开路磨13.8462.0412.6112.511.0324.8032高(130C)配制混凝土性能较好辊压机+开路磨+助磨剂1362.3212.1312.551.0725.0030高(120〜130C)辊压机+闭路磨（人为降低选粉效率后）13.3262.6411.1312.911.025.0030~3290〜100C辊压机+闭路磨（高效选粉）11.1467.0311.909.931.1727.2028~3090〜100C配制混凝土性能较差立磨26.5~3024~2890〜100C电耗低，配制砼性能差Fuller级配22.5035.4942.010.62注：颗粒分布数据为马尔文激光粒度检测仪所测得由表中可以看出，效率是从上往下逐渐提高的，随着粉磨效率的提高，可以看到，3um的水泥颗粒在逐渐减少，离Fuller曲线中，最紧密堆积区间越来越远；3um-32um区间内逐渐增多，也就是说强度性能越来越好，但紧密堆积性能是越来越差；标准稠度越来越大，均匀性系数也在不断提高，也就是说颗粒度越来越集中，比表面积越高，3um-32um的颗粒就越多。反之，亦然。由于效率的提高，电耗在降低，水泥出磨温度也由上往下降低。由此可见，由上往下变化，效率越高，节能减排的效果越好，但是离混凝土最紧密堆积是越来越远。简单的来说，当粉磨系统效率越高时，磨出的水泥往往是里需求标准越来越远的产品，使用起来越来越不好用的水泥，做出来的混凝土是越来越差，当然也可以有其他的办法进行改善。

图中各样品的RRSB曲线由数据可见：a）随系统效率提高（电耗低，产量高）一3um以下颗粒减少一n值增大（颗粒集中）—堆积密度下降一标稠增大。也就是说颗粒越均匀，颗粒之间的空隙就越多，堆积的密度就越小，意味着达到一定流动度时，需水量就越大。因此，用助磨剂、选粉机或者立磨，随着系统效率越高，均匀性系数越来越大，水泥颗粒间的孔隙率也越来越大。需水量越大的水泥一般就是比较难用的水泥。

水淀竣险水泥颗粒间的三角空隙水及

颗粒外围的水膜厚度示意图b）胶砂强度与比表面积、颗粒组成及n的关系（S.T级配）S.T.sivills对某II型水泥的研究表明：胶砂28d强度与颗粒组成及n值关系为:Sb=450m2/kg时，S28=0.219（%3-32um）+40.17，S28=22.22n+33.54Sb=400m2/kg时，S28=0.145(%3-32um)+41.70,S28=15.75n+36.37Sb=350m2/kg时，S28=0.128(%3-32um)+40.60，S28=12.25n+37.40Sb=300m2/kg时，S28=0.133(%3-32um)+38.32，S28=11.23n+35.62当比表面积360m2/kg以上时，n值增大，3〜32um含量增多，28d胶砂强度越高；比表面积300m2/kg以下时，n越大，3〜32um含量减少，28d胶砂强度降低。一一这里描述的主要是熟料颗粒，若掺混合材较多，易磨性差异较大时，该规律会变化。Sb(m2/kg)强度系数与(3-32um)含量关系强度系数与n关系4500.21922.224000.14515.753500.12812.253000.13311.23上述结果的原因如下：C3A、石膏与混合材易磨性较好，在：32um的细颗粒中含量较多；增加比表面积可增加C3S、C2S在3〜32um颗粒中的含量，故提高比表面积，强度系数增大。需注意：混合材易磨性好，掺量多时，要发挥熟料的作用，比表面积要合理控高些；注：比表面积过大，水泥需水量大。c)开路系统的技术进步足以显著改变水泥的颗粒组成传统开路磨辊压机+开路磨内技术改造辊压机+开路磨+助磨剂评价电耗(度/吨水泥)383230电耗接近闭路磨n值0.90~0.930.92~0.960.99~1.05不断提高，接近闭路磨标稠(%)<24.525.0>25.5性能变差3〜32um含量(%)58~6260~64>64与闭路磨接近若助磨剂掺量增大，上述指标还可向闭路系统接近。总体感受在开路系统更易控制较理想的颗粒组成。总的来说，目前国内的开流磨经过辊压机、助磨剂的使用，所磨的水泥颗粒组成和能耗可以逐渐接近闭路磨。用开流磨抹水泥选择性更大，可以磨出颗粒比较分散的水泥，也可以通过调整效率，磨出颗粒比较集中的水泥，加入助磨剂之后，效率提高效率更好。劣势：出磨水泥温度比较高，虽然利用磨内洒水可以适当降温，但喷雾效果与喷水量较难控制，储存时间较长时易引起水泥强度倒缩与结库现象。d） 混合材对水泥颗粒组成的影响易磨性较好且自身需水量较低的混合材（如石灰石）有利于增加5um以下的细颗粒，对降低水泥标准稠度有利此时水泥比表面积需稍控高一些，否则熟料不易磨细，引起强度下降。（因为不同水泥颗粒组成之间的差异主要在于10u以下的颗粒，10u以下的颗粒比较少，堆积起来的孔隙率就比较大。）易磨性较差的混合材（比熟料易磨性还差，如矿渣、铁渣等），有利于增加＜32um中熟料的含量，即熟料颗粒更接近S.T级配，对提高水泥胶砂强度有帮助，但由于颗粒组成与Fuller级配差异增大，对标准稠度改善不大。因此，混合材的选择既要考虑就地取材，也要考虑其对水泥颗粒组成，生产能耗，及水泥使用性能的影响。e） 混凝土中微细集料的作用及要求无论采用哪种粉磨系统磨制水泥，其颗粒组成均与混凝土要求最紧密堆积的颗粒组成（Fuller级配）相差甚远。以接近Fuller级配要求，即从细颗粒的致密性作用角度出发：开流磨〉辊压机+开流磨〉闭路磨〉辊压机+闭路磨因此往往开流磨的水泥老百姓最欢迎，立磨的水泥最不受欢迎，主要原因是产品间，水泥颗粒组成和材料的紧密堆积性能的差距。使用助磨剂虽可以起到提产、节能的效果，但助磨剂的过量加入会使水泥颗粒更加集中，n值增大，堆积孔隙率增大，对混凝土结构不利。因为助磨剂的原理就是取消过粉碎，从混凝土的角度、从Fuller曲线分布来说，我们很需要过粉碎，但是从节能减排的角度来说，我们不需要过粉碎。所以这是一对矛盾。由于无论怎么做出来的水泥都没有办法满足混凝土的要求，所以在配置混凝土时，就需要加入掺合料，专门为补偿水泥颗粒组成的不足而发明的。在混凝土中需要使用“微细集料”，其原理之一就是增加粉料中10um以下的颗粒，使粉料级配更接近Fuller级配，从而达到减水、致密化的目的一一“微细集料效应”。微细集料：颗粒组成一一要求10um以下的颗粒（尤其是3um以下的颗粒）要比水泥多2~3倍以上（3um以下颗粒希望达到30~40%以上）；作用一一填充水泥颗粒间的空隙，降低孔隙率，提高混凝土的密实性。理想的状态是在磨水泥的时候，最大限度地将熟料的强度发挥出来，那么他的颗粒组成在配置混凝土的时候，他的颗粒分布的不理想是通过掺合料来改善。或者专门生产掺合料，专门来补足水泥颗粒差异。这里也说明一个道理：无论水泥颗粒组成如何，只要有相应的掺合料及其配套技术，均可改善水泥的颗粒组成，配制出好的混凝土。这就是分别粉磨和掺合料校正工艺的基本原理。目前中国混凝土行业尚未到此阶段！尚依赖于水泥的原有级配。在目前我们国家，混凝土的配置过程中，我们认识到水泥颗粒组成的差异，我们知道可以通过掺合料来弥补，但是我们找不到理想的掺合料。我们用粉煤灰，在商品混凝土产业比较发达的地区，已经成为了稀缺资源，优质粉煤灰已经找不到。颗粒很粗、含碳量很高的粉煤灰，作用适得其反。目前还没有人专门生产掺合料，如果大家都能意识到这种差异，专门生产优质掺合料，我觉得这是一个很大的商机。目前我们国家掺合料的资源很少，也没有制造工艺，混凝土的主要性能还是依赖于水泥的颗粒组成。所以水泥颗粒组成的不理想，直接影响到混凝土的性能，所以我们感受到水泥粉磨系统效率越高，磨出来的水泥越不好用。我们在拼命做水泥粉磨系统的节能减排工作，实际上是在把我国混凝土产业越高越差。三、颗粒组成对水泥与减水剂相容性的影响对相容性的影响a）对饱和点的影响——影响成本

对流出时间的影响对经时损失的影响比表面积样品n值饱和点流出时间320m2/kg1#0.8130.722.092#0.8300.728.983#1.0351.126.61380m2/kg4#0.9341.222.635#0.9601.241.236#1.1111.447.67艮50,60,70.80.31LI1-2L31.41,5I上AP-lF^l（知分别对比1#—3#,4#—6#，随n值增大，饱和点掺量增大，饱和点Marsh时间延长；对比1#与4#,比表面积增大，饱和点掺量增大(开路)。对比3#与6#，比表面积增大，饱和点掺量增大，Marsh时间变化明显(闭路)。由此可见：水泥颗粒集中，n值增大，比表面积增大，对水泥与减水剂相容性的不利影响十分显著，这将直接影响水泥的使用价值及高标号混凝土的配制。比表面积越大，外加剂的适应性、相容性也越差。颗粒越集中，外加剂的适应性越大。但是从水泥强度来说，比表面积越大，均匀性越高，强度是最高的。因此我们生产的厂家，一味追求高强度和低电耗，最终追求出来的产品最不受混凝土客户欢迎。2、掺合料的校正作用

典605Q典605Q403020108-L林中15跄破（0.44L7）A3#（0.4T61）—tfi—3#-hl3%A2（0.4414）上图说明，水泥颗粒组成不理想时，我们可以通过掺细集料来进行改善上图说明掺粗的粉煤灰不但不能矫正颗粒组成，反而会使空隙率增大。细掺合料：堆积空隙率减小，饱和点掺

量下降，饱和点＞1"山时间缩短上图说明，水泥颗粒组成不理想时，我们可以通过掺细集料来进行改善上图说明掺粗的粉煤灰不但不能矫正颗粒组成，反而会使空隙率增大。也就是说水泥颗粒组成不理想，强度理想的条件下，可以通过添加细的掺合料进行改善，但是如果用粗的掺合料，那结果是适得其反。四、水泥颗粒组成对混凝土性能的影响1、颗粒组成对混凝土强度的影响a)对水泥胶砂强度的影响——固定水灰比法PII42.5R水泥比表面枳(m2/Kg)标准稠度(%)初凝(min)终凝(min)抗折强度(Mpa)抗压强度(Mpa)3天28天3天28天C-1(开路)39023.51231635.99.034.453.0C-2(闭路)37725.31381766.29.131.856.5b)对混凝土强度的影响 固定工作性能鲍罗米公式：Rh=ARc(C/W-B)Rc一水泥实际强度(MPa)；C/W—灰水比；A、B—与骨料性能、砂率等因素有关的常数Rh——试配强度(MPa)当C=(C+F)时，Rc=R(C+F)为达到同一和易性，n值越大，减水剂掺量越大，成本增大；增大用水量，水灰比增大，混凝土强度下降。即由于砼强度是在同一工作性能条件下检测的，它可充分发挥开路系统磨制颗粒组成的优势，足以抵消其胶砂强度稍低的劣势。我们认为混凝土的强度与用水量及水泥强度相关，用水量大的水泥强度相对低。由于水泥强度标准与混凝土强度标准的不同，水泥标准无法与混凝土标准完全跟踪配合，因而无法满足混凝土客户的需求。水泥行业内目前强调节能减排、高强度等概念，但是都不是终端产品所需求的。终端产品的需求是材料的耐久性达到最长，提高材料的寿命，才能真正达到节能减排。颗粒组成对混凝土强度的影响水灰比材料用量(Kg/m3)塌落度(mm)28天抗压强度(Mpa)水泥砂石水FDNC-10.6428289810551756.4814527.0C-20.6428289810551756.484527.6即使在水灰比相同的情况下，仍有细颗粒对混凝土中界面（过渡区）填隙作用的差异。*水泥的颗粒组成（标准稠度）与水泥使用价值对应目前广东省大部分水泥使用单位的识别能力较高，从砼性能角度评价水泥的使用价值。在配制同样等级的预拌混凝土时，标准稠度25%以下的水泥与标准稠度26.5%的水泥的混凝土成本相差10〜15元/吨水泥，即标稠25