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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。針對不同用途，水泥的粒度（顆粒級配）是對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，其粒度分析具有動態(tài)范圍大，粒徑分級詳細(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，會發(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。

▲ 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)證粒度分布對水泥性能的影響，對兩個品牌水泥樣品進(jìn)行了標(biāo)準(zhǔn)稠度需水量、凝結(jié)時間及強(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)果對比可以得出，由于3μm以下的顆粒含量對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） 

●  對中方式：智能自動對中，對中精度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、升級的模數(shù)轉(zhuǎn)換信號獲取系統(tǒng)，結(jié)合進(jìn)口的高品質(zhì)He-Ne激光器光源、高精度對中裝置、壓電陶瓷震動下料機(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將儀器的維護(hù)需求降到最低，測試自動化程度高、動態(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，同時需水量會相應(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28 天強(qiáng)度其主要作用。65μm以上顆粒水化率較低，是對熟料的浪費(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降低水泥強(qiáng)度，而且還能增加強(qiáng)度