摘要:
定量分析了水泥物理性能与粒度分布的关系，旨在指导水泥粉磨过程的质量控制。根据试验结果和实际生产经验，提出水泥粉磨细度控制应该以控制粒度分布为最终目标。控制方法应能以足够的准确度确定水泥的粒度分布。以45μm筛余作为日常生产控制参数，同时定期检验30～35μm或55～60μm区间内某一个粒径的筛余，是值得推荐的水泥粉磨细度控制方法。介绍了水泥粒度分布的重要影响因素，包括选粉机选粉效率、助磨剂和分别粉磨等。
0 前言
水泥厂的工程实践表明，通过优化水泥的粉磨工艺，改善粒度分布，可以显著改善水泥性能。通过调整水泥粒度分布还可以满足顾客对水泥性能的不同要求。近年对水泥、混凝土性能与水泥粒度分布的关系进行了广泛研究,已经基本阐明从水泥性能角度提出的对水泥粒度分布的要求。国内一些水泥厂进行了改善水泥粒度分布的尝试。本文在比表面积、均匀性系数和特征粒径中固定某一个参数，改变另外二个参数，探讨了水泥强度、标准稠度用水量与粒度分布之间的定量关系。在水泥厂进行工业试验，观察凝结时间与均匀性系数的关系。在此基础上，根据实际生产控制经验，提出了水泥粉磨工艺细度、均匀性系数的控制方法。本文的细度一词，使用了GB/T4131一1997《水泥的命名、定义和术语》中的定义，某一孔径的筛余、比表面积和粒度分布都作为细度的表示方法之一。
1 水泥粒度分布与物理性能的数值分析
1.1粒度分布特性对强度的影响
使用水泥厂正常生产的熟料在试验室闭路磨机和间歇式磨机．制得一系列不同均匀性系数、特征粒径和比表面积的水泥，检验其强度、标准稠度用水量和凝结时间等物理性能，以观察物理性能与粒度分布之间的关系。粒度分布特性对强度影响的定量关系见图1～图3。
(1)试验中保持比表面积为220m2/kg不变时，水泥抗压强度与均匀性系数、特征粒径与均匀性系数的关系见图1。图1显示，在相同的比表面积下，3，7，28 d抗压强度均与均匀性系数具有良好的正比线性关系。均匀性系数提高0.1时，3，7，28d抗压强度分别提高1.6，3.6，4.8 MPa，其中28d抗压强度对均匀性系数的变化更加敏感。在相同的比表面积下，随均匀性系数增加，特征粒径以近于乘幂关系降低。特征粒径曲线表明，相同的比表面积的水泥，其粒度分布参数可以在一个非常大的范围内变化。换言之，比表面积不是均匀性系数或特征粒径的单值函数。均匀性系数的提高意味着较粗和较细的颗粒都减少：特征粒径降低意味着颗粒平均粒径降低，水化速率较慢的大颗粒减少；二者综合效果是提高了水化速率和水化程度，从而提高了水泥强度。
(2)试验中保持水泥的特征粒径为18μm不变时，水泥抗压强度与均匀性系数、比表面积与均匀性系数的关系见图2。图2显示，在相同的特征粒径下，3d抗压强度与均匀性系数具有良好的反比线性关系。均匀性系数提高0.1时，3d抗压强度降低2.4 MPa。7.28 d抗压强度与均匀性系数相关性非常微弱。在相同的特征粒径下，随均匀性系数增加，比表面积以近于乘幂关系降低。均匀性系数的提高意味着较粗和较细的颗粒都减少；比表面积降低意味着水化速率较快的细颗粒减少；二者综合效果是降低了早期水化速率，导致早期强度明显下降。
(3)试验中保持水泥的均匀性系数为0.80时，水泥抗压强度与特征粒径、比表面积与特征粒径的关系见图3。图3显示，在相同的均匀性系数下，3，7，28 d抗压强度均与特征粒径具有良好的反比线性关系。特征粒径提高1μm，3，7，28 d抗压强度分别降低0.80，0．83，0.78MPa。在相同的均匀性系数下，随特征粒径增加．比表面积以近于乘幂关系降低。特征粒径增加意味着颗粒普遍变粗，水化速率很慢的大颗粒增加；比表面积降低意味着水化速率较陕的细颗粒减少；综合效果是降低了水化速率，导致强度下降。
与特征粒径比较，均匀性系数对强度具有更加显著的影响。获得提高均匀性系数0.1对应的3，7，28 d抗压强度的增加值，如果依靠降低特征粒径，则特征粒径降低的数值分别是：2.0，4.3，6.2μm。特征粒径对于28 d抗压强度更加敏感，为了获得相同的28 d抗压强度提高幅度，可以使均匀性系数降低0.1，或者使特征粒径降低6.2μm。在实际生产中后者的难度和付出的代价更高，前者则会带来需水量增加的弊端。
1.2 粒度分布特性对标准稠度用水量影响的定量关系
保持相同比表面积为220m2/kg时，水泥标准稠度用水量与均匀性系数、特征粒径与均匀性系数的关系见图4。图4显示，在相同的比表面积下，标准稠度需水量与均匀性系数具有良好的正比线性关系。均匀性系数提高0.1，标准稠度需水量提高0.77%。均匀性系数提高导致水泥颗粒的堆积密度降低，颗粒间的填充水增加；特征粒径降低意味着水化速率较快的小颗粒增加，初期水化程度增加，初期水化需要的水量增加。二者综合效果是提高了水泥标准稠度用水量。
1.3粒度分布特征对凝结时间影响的定量关系
在一台闭路水泥磨进行了均匀性系数对凝结时间影响的试验。调整粉磨工艺参数，保持水泥32μm筛余没有大幅度变化，改变水泥均匀性系数。水泥凝结时间与均匀性系数的关系见图5。图5表明，水泥的初凝时间、终凝时间均与均匀性系数具有良好的正比线性关系。均匀性系数增加0.1，水泥初凝时间延长0.22 h，终凝时间延长0.32 h。较小的均匀性系数意味着水泥的粒度分布较宽，粗颗粒和细颗粒均较多，其中<3μm的细熟料颗粒对水泥的凝结时间具有显著影响。因此随均匀性系数的增加，水泥凝结时间延长。
