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(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(zhì)量更上新臺階。一家惟俊、鈴木信雄等人，自20世紀(jì)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(jié)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(xiàn)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(xiàn)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(jié)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(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(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。在樣品制備過程中，通過粗細(xì)顆粒搭配方法控制氣流磨水泥樣品與球磨機樣品的細(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樣品細(xì)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(shù)n表示。可以看出，各比對樣品的細(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與顆粒投影面積的周長之比。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(shù)進行統(tǒng)計計算。試驗樣品的圓形系數(shù)統(tǒng)計結(jié)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(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(shù)。

　　(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(biāo)準(zhǔn)砂。

　　(5)凝結(jié)時間、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(dá)到預(yù)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(jié)構(gòu)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(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(jié)果也表明，當(dāng)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(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)到相同工作度時單位體積用水量減少14％～30％。

　　在日本學(xué)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(nèi)，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(jié)果會受到細(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，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(jié)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(biāo)準(zhǔn)稠度也低些，尤其是球形化水泥膠砂流動性，圓形系數(shù)較高的樣品流動度遠(yuǎn)大于一般水泥，最高可達(dá)到原來的125％。(待續(xù))

摘自《中國水泥》