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论水泥颗粒形貌改善对水泥性能及孔结构的影响
【论文关键词】水泥 颗粒形貌 圆形系数 孔结构
【论文摘要】本文利用扫描电镜等测试方法，对多组颗粒级配、比表面积基本一致的水泥样品进行测试，得出了水泥颗粒形貌改善对水泥性能及孔结构等相关影响的结论。
颗粒形貌是水泥颗粒的重要特性之一，一般以颗粒圆形度（或圆形系数）表征。圆形系数，即与颗粒投影面积相等的圆的周长与颗粒投影面积的周长之比。圆形系数越高，表示颗粒就越圆，颗粒形貌也就越好。
1.实验
1.1不同颗粒形貌水泥样品的制备为了减小实验结果的偶然性，实验中选用了多个水泥熟料样品掺入等量的石膏制备成硅酸盐水泥。制样时，将同一熟料样品分成两份：一份直接用∮500mm×500mm. 实验室标准小磨制成一般水泥（用OP 表示）；另一份先预磨一定细度后，再用气流磨粉磨以改善其颗粒形貌（用SP表示）。
1.2实验
1.2.1实验样品的测试，按GB8074-87水泥比表面积测定方法（Blaine法）检测水泥样品比表积，利用JSM-35c 型的SEM观测水泥激光粒度分析仪检测水泥颗粒形貌。通过计算机配备的软件统计计算颗粒圆形系数。
1.2.2对比实验 按 GB/T2494-92水泥胶砂流动度测定方法检测水泥胶砂流动度，其中水灰比m（w）/m（c）=0.5，，m（c）/m（s）=1：3实验砂为中国ISO标准砂。按 GB1346-89水泥标准稠度用水量、凝结时间、安定性检验方法检测凝结时间、水泥净浆标准稠度。利用∮75mm，，高91mm，容积400ml金属圆筒测得密实度。采用水银压入法检测水泥砂浆孔隙率：砂浆孔隙率实验前，先将达到预定养护强度龄期的水泥胶砂试体破碎成小块，取试体中央部位的小样块，用无水乙醇终止其水化，然后进行孔结构检测。按 GB17671-1999 水泥胶砂强度检验方法（ISO法）检测水泥胶砂试体强度。
2.结果及讨论
2.1水泥需水性及胶砂和易性
对水泥颗粒形貌改善前后砂浆流动性进行实验研究，可见：水泥颗粒形貌改善后水泥胶砂流动度均普遍增大，如#3 样品颗粒圆形系数由0.60 提高到 0.71 时，水泥胶砂流动度可提高25%；同时，水泥净浆的标准稠度有所降低。
结果表明：水泥颗粒形貌的改善，有利于水泥胶砂流动性的提高，降低了水泥的需水性。
Tanaka等研究过颗粒形貌对水泥砂浆流动度性的影响机理，认为：水泥颗粒表面越圆，颗粒在浆体中旋转需水面就越小，有利于获得很好的砂浆流变性。
用SEM对水泥颗粒进行分析，并模拟出颗粒需水量图。通过实验，证实了文献的观点，同时认为：流动度的提高还与颗粒形貌改善后砂浆中水泥颗粒与骨料颗粒滑动的摩擦阻力减小有关。因为表面越趋光滑，颗粒间相对运动阻力就越小，所以流动性也就越好。随着水泥颗粒圆形系数的提高，水泥胶砂流动度有不断增大的趋势。
2.2 密实度
水泥粉状颗粒的密实度，反映单位体积物料紧密堆积时的密实程度。密实度越大，物料堆积越紧文献认为：在相同水化深度下，密，孔隙越小。孔隙率与粉状颗粒堆积密度呈线性关系。当水化深度较低时（早期），堆积是主要的，水化程度是次要的。
通过比较颗粒形貌改善前后水泥颗粒堆积状态可看出：水泥颗粒形貌改善后，颗粒的堆积状况变得更加密实。这是由于物料颗粒表面棱角减少，趋于圆形化，使颗粒间相对滑动阻力小，填充效果增强的缘故。
2.3凝结时间
凝结时间是重要的水泥物理性能之一。水泥凝结硬化过快或过慢将影响水泥的使用。影响凝结时间的因素，除了水泥化学成分、矿物组成、水泥细度、石膏等因素外，还与水泥颗粒级配有关。当水泥颗粒组成中0-10μm 细粉颗粒含量偏多，水泥水化速率相对加快，水泥水化产物生成迅速，浆体硬化快，凝结时间相应变短，同时需水量也随之增加。通过实验，研究对比了水泥颗粒形貌改善前后的凝结时间， 由在石膏掺量相同、比表面积及颗粒级配相近的情况下，颗粒形貌改善后（SP）无论是初凝还是终凝，都比改善前（OP）凝结时间长，平均约相差30min左右。这可能是由于颗粒形貌改善后，颗粒表面棱角少、较圆滑，颗粒间搭接绞合以及摩擦阻力相对减弱，生成的水泥产物相互间搭接绞合及粘附力受到了影响。
2.4水泥胶砂孔结构
实验表明：改善泥颗粒形貌，有利于改善水泥石孔结构，有害及害大孔减少，无害细孔数量增多，中位孔径和总孔率降低，这对提高水泥强度、耐久性等十分有益。
2.5水泥胶砂强度
实验可知：在相同胶砂流动度下，水泥颗粒形貌改善后，无论其早期还是后期强度，都比一般水泥高20%以上，同时m（w）/m（c）可减少8%左右。颗粒形貌改善后水泥强度提高的主要原因是硬化水泥石中孔隙率低，孔结构得以改善，大孔含量减少，细孔增多，水泥石结构更密实的缘故。
3.结论
（1）水泥颗粒形貌改善后，需水量减小，胶砂和易性好。水泥胶砂流动度有随圆形系数的提高而不断增大。当水泥颗粒圆形系数由0.60提高至0.71时，流动度可提高25%。
（2）颗粒形貌改善后水泥颗粒堆积更密实。
（3）颗粒形貌改善后凝结时间延长。初凝时间平均延长约30min，终凝时间延长多于40min。
（4）颗粒形貌改善后，28d， 水泥石总孔隙率低，中位孔径小，大孔（孔径 ＞100nm）及超大孔（孔径＞1000nm）含量少，细孔（15.1-39 ；F nm）或微细孔（3.4-15.1nm）含量多。
（5）在相同水灰比下，水泥颗粒圆形系数平均由0.65提高至0.73时，28d抗压强度可提高6MPa 左右（平均提高约10%），60d的可提高10MPa（平均增长约12%），而水泥抗折强度提高的幅度较小。
（6）在相同胶砂流动度下，当颗粒圆形系数由0.67 提高至0.72 时，水灰比可减少8，且无论早期还是中后期水泥胶砂强度，都比一般的水泥高20%以上。
（7）水泥强度提高的主要原因是颗粒形貌改善后水泥颗粒堆积更密实，水泥石中孔隙率低，中位孔径小，细孔数增多，大孔减少所致。
参考文献：
［1］J 一家惟俊，铃木信雄，山本英夫，等，球形水泥的实用化［J］.陈剑雄译.四川建材，1992（3）；；38-41
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