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《陜西煤炭雜志》2014年第二期

1比表面積粒度分布顆粒形貌及堆積密度

1．1水泥的比表面積、粒度分布細(xì)度測(cè)定:目前使用最多的描述粉體總體粗細(xì)程度的特征參數(shù)是比表面積和篩余百分率，前者是指單位質(zhì)量粉體所具有的表面積，它能夠綜合地反映粉體顆粒的粗細(xì)程度，后者表示水泥顆粒整體的粗細(xì)程度。同時(shí)，表面積本身還具有表面能的意義，即比表面積越大，表示粉磨消耗的能越多。比表面積與粒徑的變化規(guī)律相反:比表面積越大，其顆粒群的平均粒度越小，粉體就越細(xì)。水泥的比表面積按勃氏法測(cè)定。結(jié)果見表2。顆粒分布:粉磨工藝的不同，對(duì)成品的顆粒分布影響很大。本文采用激光顆粒分析儀測(cè)得水泥顆粒分布結(jié)果如表3。均勻性系數(shù):運(yùn)用激光顆粒分析儀對(duì)6種水泥樣品的顆粒級(jí)配進(jìn)行測(cè)定，并通過Rosin-Rammler經(jīng)驗(yàn)分布表達(dá)，作出Rosin-RammlerBennet圖(簡(jiǎn)稱R．R．B．圖)。并按照RRB粒度分析圖，可得各水泥的均勻性系數(shù)及特征粒徑De值，列于表4。結(jié)果分析:①ⅠB號(hào)樣品比表面積大，顆粒分布窄，＞63μm的顆粒很少，占6．19%，3～30μm以下的顆粒較多較集中，占58．38%;ⅠK號(hào)樣品比表面積小，顆粒分布寬，＞63μm的顆粒很多，占10．87%，3～30μm的顆粒卻只有51．13%。ⅠB的均勻性系數(shù)高于ⅠK，特征粒徑小;②ⅡB號(hào)樣品比表面積大，大于63μm的顆粒只有2．85%，3～30μm的顆粒較多，為63．04%，且其5μm以下的顆粒占22．74%，顆粒較集中;ⅡK號(hào)樣品比表面積小，大于63μm的顆粒有9．10%，3～30μm的顆粒占52．43%，相對(duì)較少，5μm以下的顆粒占24．62%，顆粒分布較分散。ⅡB的均勻性系數(shù)高，特征粒徑小;③n值越小，顆粒粒徑分布越寬，顆粒大小越不均勻，粉體的堆積密度越高。圈流粉磨的水泥比開流粉磨的水泥粒度分布集中，大于63μm和小于5μm以下的顆粒減少，5～30μm的顆粒增多。

1．2水泥顆粒形貌傳統(tǒng)的比較常用的顆粒特征分析方法如勃氏透氣法、篩分析法及顯微鏡法等，這些方法只能單獨(dú)測(cè)量顆粒群某一特征，且只能獲得測(cè)量的二維結(jié)構(gòu)信息，其在分析顆粒群整體特征方面，有一定的局限性。本文除了采用掃描電鏡觀察顆粒形貌的顯微鏡法外，還選用了圖像分析儀為分析手段，同時(shí)與光學(xué)顯微鏡、攝像機(jī)等相結(jié)合，對(duì)水泥顆粒的圓度、長短徑之比、分?jǐn)?shù)維和粗糙度進(jìn)行定量體視學(xué)研究。水泥顆粒幾何特征測(cè)試原理和方法:根據(jù)定量體視學(xué)原理采用QUANTIMET600圖像分析儀對(duì)水泥顆粒群的多方面幾何信息進(jìn)行研究。定量體視學(xué)是通過測(cè)量和計(jì)算材料的二維結(jié)構(gòu)來定量推斷其三維結(jié)構(gòu)特征的一種外推方法，是一種統(tǒng)計(jì)復(fù)原方法。而QUANTIMET600圖像分析儀正是基于這一原理，綜合與光密度成比例的信息，將信息數(shù)據(jù)化為圖像元素(或像素)，按得到的圖像灰度及色彩對(duì)其進(jìn)行處理。圖像分析主要包括對(duì)圖像的尺寸、數(shù)量、形貌、位置和密度等進(jìn)行定量分析及計(jì)算。其主要測(cè)試參數(shù)包括表征顆粒群顆粒尺度的參數(shù)和表征顆粒群形狀的參數(shù)。試驗(yàn)結(jié)果:由表5中所示試驗(yàn)結(jié)果可知，開流磨水泥的圓形系數(shù)高，粗糙度小;圈流磨水泥的圓形系數(shù)小，粗糙度大。圓形系數(shù)越高，顆粒越圓，顆粒形貌就越好。已有文獻(xiàn)證明水泥顆粒分?jǐn)?shù)維越大，流動(dòng)性越小。水泥顆粒圓形系數(shù)越大，就越接近球形，表面就越光滑，顆粒之間的摩擦阻力就越小，這對(duì)水泥的密實(shí)堆積和標(biāo)準(zhǔn)稠度需水量都有益。掃描電鏡下水泥顆粒形貌:將這些水泥樣品在1000倍掃描電鏡下，逐一觀察并拍攝了顆粒形貌照片。由水泥顆粒形貌照片觀察到的結(jié)果可知，開流粉磨系統(tǒng)磨制的水泥，細(xì)顆粒較多，且顆粒較圓滑、棱角少;圈流磨磨制的水泥樣品顆粒，形貌略差，棱角較多。

1．3堆積密度水泥粉狀顆粒堆積密度，反映單位體積物料緊密堆積時(shí)的密實(shí)程度。假想漿體中水泥顆粒表面包裹一層水膜，將其看作一個(gè)復(fù)合顆粒。由水泥漿體中粉體顆粒堆積模型示意圖可以看出，水泥干粉顆粒堆積密度越大，物料越緊密，孔隙越小。有資料指出，在相同水化深度下，孔隙率與粉狀顆粒堆積密度呈線性關(guān)系。當(dāng)水化深度較低時(shí)(早期)，堆積是主要的，水化程度是次要的。因此水泥顆粒的密實(shí)堆積對(duì)水泥早期強(qiáng)度具有一定的影響。由于試驗(yàn)方法和試驗(yàn)容器對(duì)密實(shí)堆積的測(cè)試結(jié)果有一定的影響，本文采用以下兩種方法測(cè)定水泥的堆積密度。①將物料放入直徑4cm的200ml量筒中，先用振動(dòng)臺(tái)振動(dòng)2min，然后手工反復(fù)礅擊，直至礅擊200次量筒內(nèi)物料下沉量小于1ml，最后用天平(感量0．1g)稱量，得到物料的堆積密度;②選用400ml的容量筒，選用對(duì)筒壁敲擊200次的方法進(jìn)行測(cè)定堆積密度。兩種試驗(yàn)方法測(cè)得的數(shù)據(jù)均按相關(guān)公式計(jì)算，試驗(yàn)結(jié)果見表6。表6水泥的堆積密度(g•cm－3)試樣編號(hào)ⅠBⅠKⅡBⅡK堆積密度方法一1．521．571．491．56方法二1．3951．4491．3841．432由表3～6所示，使用兩種方法測(cè)試結(jié)果的規(guī)律是相同的，開流磨磨制的水泥由于顆粒分布寬，且圓度高，顆粒均勻性系數(shù)小，密實(shí)堆積的孔隙率小，顆粒間相互填充堆積緊密，密實(shí)容重大;圈流磨水泥顆粒分布較窄，圓度小，顆粒較均勻，密實(shí)堆積的孔隙率大，密實(shí)容重小。

2結(jié)論

(1)選用不同的粉磨系統(tǒng)對(duì)水泥顆粒分布產(chǎn)生不同的影響。當(dāng)選用圈流磨時(shí)，水泥顆粒分布較集中，大于63μm和小于5μm以下的顆粒較少，0～30μm的顆粒明顯增多，顆粒較均勻;當(dāng)選用開流粉磨系統(tǒng)時(shí)，顆粒分布比較寬，0～30μm的顆粒較少，顆粒均勻系數(shù)小。(2)不同的粉磨系統(tǒng)可以改變水泥的顆粒形貌。圈流磨生產(chǎn)的水泥圓形系數(shù)小，粗糙度大;開流磨水泥的圓形系數(shù)高，粗糙度小。(3)在電鏡下觀察，圈流磨磨制的水泥樣品顆粒形貌略差，棱角較多;開流磨磨制的水泥，細(xì)顆粒較多，且顆粒較圓滑、棱角少。(4)水泥粉體的密實(shí)堆積受粉磨工藝的影響明顯，由于粉磨工藝造成水泥顆粒分布和顆粒形貌的差異，使得圈流磨密實(shí)容重小于開流磨的水泥。

作者：張雪晶楊鵠宇單位：陜西煤業(yè)化工建設(shè)(集團(tuán))有限公司陜西彬長礦業(yè)集團(tuán)有限公司