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水泥是國民經(jīng)濟(jì)建設(shè)的基礎(chǔ)原材料，水泥的質(zhì)量與工程質(zhì)量有著密切的關(guān)系。針對(duì)不同用途，水泥的粒度（顆粒級(jí)配）是對(duì)最終混凝土商品的耐久性、適用性、強(qiáng)度，以及其可施工性和經(jīng)濟(jì)性起著重要影響的關(guān)鍵因素。針對(duì)不同應(yīng)用的高性能混凝土在現(xiàn)代建筑工業(yè)中發(fā)揮了重要的作用，特別是對(duì)于高速鐵路，大跨度橋梁以及超高建筑物建設(shè)具有及其重要的意義。

在高性能混凝土配置過程中，由于水泥的礦物組成和水泥顆粒粒度的分布差別導(dǎo)致了混凝土的性質(zhì)產(chǎn)生了較大的差異。市場對(duì)水泥粒度的快速、簡便、精確地檢測有著廣泛的需求。

與傳統(tǒng)的勃氏比表面積法和篩析法可以獲得水泥整體粗細(xì)和部分不同粒徑段的信息不同，現(xiàn)代常用的粒度分析儀器——激光粒度分析儀，其粒度分析具有動(dòng)態(tài)范圍大，粒徑分級(jí)詳細(xì)，測試速度快，操作方便，重復(fù)性好等優(yōu)點(diǎn)，在線或?qū)嶒?yàn)室干法激光粒度儀可以作為先進(jìn)的水泥企業(yè)日常測試儀器。同時(shí)水泥生產(chǎn)中可能用到的礦渣、石灰石等摻合料亦可以用激光粒度儀進(jìn)行測量質(zhì)控。

激光粒度儀的原理是不同的水泥顆粒大小對(duì)光的散射光能分布不同的原理來進(jìn)行粒度測定的。光線在傳播中碰到細(xì)小顆粒時(shí)，會(huì)發(fā)生散射現(xiàn)象，顆粒越小 ，散射光散射角越大。散射光的光能分布與顆粒粒徑分布之間的定量關(guān)系可以用 “Mie散射理論 ”或“Fraunhofer 衍射理論 ”來描述和計(jì)算。

我們選取了P·O 42.5 品牌A水泥，P·O 42.5 品牌B水泥，采用勃氏比表面積儀，負(fù)壓篩和歐美克干法激光粒度分析儀來分別進(jìn)行測試和質(zhì)量比對(duì)。

▲ 表 1 水泥比表面積與篩余量測試結(jié)果

▲ 圖 1 品牌A水泥粒度分析圖

▲ 表2 品牌B水泥粒度分析

▲ 圖 2  品牌B水泥粒度分析圖

▲ 表 3 品牌B水泥粒度分析

從表1中及表2中可以看出品牌A水泥、品牌B水泥的各粒徑段含量如下： 

▲ 表 4  品牌A、品牌B水泥的各粒徑段含量

在激光粒度儀測試與比表面積法和篩析法的比較中，比表面積測試結(jié)果兩者接近，無法明確的顯示出兩種水泥的優(yōu)劣，而負(fù)壓篩析法的出的結(jié)果與激光粒度儀測試結(jié)果基本一致，顯示出品牌B水泥45μm以上或32-80μm含量要高于品牌A，品牌A水泥3-32um含量要高于品牌B。相對(duì)傳統(tǒng)方法，激光粒度儀能夠詳細(xì)給出各粒徑段的含量信息，為精準(zhǔn)的水泥粉磨工藝參數(shù)快速調(diào)整提供了直觀的數(shù)據(jù)支撐。為了驗(yàn)證粒度分布對(duì)水泥性能的影響，對(duì)兩個(gè)品牌水泥樣品進(jìn)行了標(biāo)準(zhǔn)稠度需水量、凝結(jié)時(shí)間及強(qiáng)度的測試如下： 

▲ 表 5  水泥標(biāo)準(zhǔn)稠度需水量與凝結(jié)時(shí)間測試結(jié)果

▲ 表 6 水泥強(qiáng)度測試結(jié)果

從上述實(shí)驗(yàn)結(jié)果對(duì)比可以得出，由于3μm以下的顆粒含量對(duì)水泥需水量有直接的影響，特別是1um以下的顆粒，在水泥和水拌合的時(shí)候就可以完全水化。品牌B水泥在1μm及3μm以下的顆粒含量略大與品牌A水泥，使得品牌B水泥的標(biāo)準(zhǔn)稠度需水量大于品牌A水泥，初凝時(shí)間短。 

早期強(qiáng)度和標(biāo)準(zhǔn)稠度需水量的實(shí)驗(yàn)結(jié)果與粒度分析結(jié)果一致。1-3μm的顆粒中，品牌A水泥要大于品牌B水泥的顆粒含量，使得水泥3天早期強(qiáng)度比較高。3-32μm中品牌A水泥顆粒的含量高于品牌B水泥顆粒的含量。使得7天，28天強(qiáng)度品牌A水泥的強(qiáng)度高于品牌B水泥。32μm 以上顆粒，尤其是 65μm以上顆粒水化率較低，是對(duì)熟料的浪費(fèi)，兩者的含量中，品牌B水泥含量稍高一些。以上的顆粒粒度分析和實(shí)際實(shí)驗(yàn)結(jié)果一致。

●  測試范圍：0.1-1400μm（干法） 

●  重現(xiàn)性：優(yōu)于1%（標(biāo)樣D50偏差） 

●  對(duì)中方式：智能自動(dòng)對(duì)中，對(duì)中精度0.2μm 

▲ 歐美克LS-9090E 激光粒度分析儀

LS-909E型激光粒度儀是歐美克公司基于用戶對(duì)高性能干法儀器的需求而開發(fā)的一款性能卓越的新一代粒度分析儀。它采用國際引進(jìn)先進(jìn)的長焦距光學(xué)設(shè)計(jì)、優(yōu)化的三維空間分布及多后向探測器布局、升級(jí)的模數(shù)轉(zhuǎn)換信號(hào)獲取系統(tǒng)，結(jié)合進(jìn)口的高品質(zhì)He-Ne激光器光源、高精度對(duì)中裝置、壓電陶瓷震動(dòng)下料機(jī)構(gòu)、全密閉干法窗口等核心部件，使得LS-909E在勝任多種樣品的干法檢測的同時(shí)將儀器的維護(hù)需求降到最低，測試自動(dòng)化程度高、動(dòng)態(tài)范圍大、重現(xiàn)性好、分辨能力優(yōu)。其智能化測控分析軟件、專業(yè)化的可根據(jù)水泥等行業(yè)定義的測試報(bào)告，附帶簡潔易操作的報(bào)告瀏覽、比對(duì)及多種數(shù)據(jù)導(dǎo)出功能，使得粒度測試質(zhì)控分析從此變得輕松。

附：粒度數(shù)據(jù)對(duì)水泥特性的綜述

水泥各組分示意圖

（1） 1μm以細(xì)顆粒由于在和水的拌和過程中就完全水化，對(duì)強(qiáng)度沒有貢獻(xiàn)。其含量增加，說明存在過粉磨，浪費(fèi)了粉磨能量；同時(shí)顯著增加了拌和的需水量，降低了澆筑性能。因此，該組分顆粒是有害的，應(yīng)盡可能減少。

（2） 1~3μm顆粒含量高，3 天強(qiáng)度就高，同時(shí)需水量會(huì)相應(yīng)增加，澆筑性能下降。因此，該組分顆粒在3 天強(qiáng)度能滿足要求的前提下，也應(yīng)盡可能低。

（3） 澆筑28 天后的水化深度約為5.46μm。這就意味著大于兩倍水化深度（約11μm）的顆粒，總是有一部分內(nèi)核未水化。未被水化的內(nèi)核在混凝土中只起骨架作用，對(duì)膠凝沒有貢獻(xiàn)。16、32 和64μm 顆粒的水化率分別為97%、72%和43%，因此通常認(rèn)為3～32μm 顆粒對(duì)28 天強(qiáng)度其主要作用。65μm以上顆粒水化率較低，是對(duì)熟料的浪費(fèi)，生產(chǎn)中應(yīng)盡可能降低。

（4） 3~16μm 顆粒含量越高，熟料的作用發(fā)揮得越徹底，相同條件下混合材添加量就可以越高。

（5） 32μm 以上顆粒含量過高，泌水性會(huì)增大。

（6） 混合材在粒度上如果能與熟料互補(bǔ)，形成最佳堆積，則混合材的添加不僅不會(huì)降低水泥強(qiáng)度，而且還能增加強(qiáng)度