水泥强度仪

p style=" text-indent: 2em " 现如今水泥厂都偏向于将水泥磨细来提高水泥强度，其实水泥石强度并不一定随水泥细度的增加、组分水化活性的提高而提高。但颗粒越细，水化活性越高；最初的强度发展速率随细度增加而增长。在规范中，水泥细度通常用筛余或比表面积来衡量。实际上除了进行上述指标的控制，对于细度而言粒度分布（水泥行业称“颗粒级配”，这里统称“粒度”或“粒度分布”）也是重要因素。 /p p style=" text-indent: 2em " 粒度分布是指组成水泥的所有颗粒中，不同粒径颗粒所占有的百分比。粒度分布的测定不仅是控制水泥颗粒细度的一种有效的方法，更重要的是它将对粉磨、分级等环节的优化提供准确的依据。水泥的粒度分布情况将极大地影响混凝土的强度。粒度分布的测量对最终产品的质量控制，以及在生产的过程中，如何使生产工艺最佳化，来提高产品的质量，同时在减少能耗，降低生产成本等方面均有极大的作用。 /p p style=" text-indent: 2em " 大量研究表明，在原料及烧成条件确定的情况下,粒度决定水泥性能,同时物料的颗粒分布也能用来判断粉磨系统的性能。水泥颗粒只有发生水化，才对强度有贡献，而水化过程对一个单独的水泥颗粒而言又是由表及里，渐进发生的，1微米以下细颗粒由于在和水的拌和过程中就完全水化，对强度没有贡献。其含量增加，说明存在过粉磨，浪费了粉磨能量；同时显著增加了拌和的需水量，降低了浇筑性能。因此，该组分颗粒应尽可能减少。1～3微米颗粒含量高，3天强度就高，同时需水量会相应增加，浇筑性能下降。因此，该组分颗粒在3天强度能满足要求的前提下，也应尽可能低。大颗粒水化的慢，在后期才能逐渐发挥作用，特大颗粒只有表层被水化，内核只起骨架作用，对强度没有贡献。浇筑28天后的水化深度约为5.46µ m。这就意味着大于两倍水化深度（约11µ m）的颗粒，总是有一部分内核未水化。未被水化的内核在混凝土中只起骨架作用，对胶凝没有贡献。16、32和64µ m颗粒的水化率分别为97%、72%和43%，因此通常认为3～32µ m颗粒对28天强度起主要作用。32µ m以上颗粒，尤其是65µ m以上颗粒水化率较低，是对熟料的浪费，应尽可能降低。3～16µ m颗粒含量越高，熟料的作用发挥得越彻底，相同条件下混合材添加量就可以越高。32µ m以上颗粒含量过高，泌水性会增大。混合材在粒度上如果能与熟料互补，形成最佳堆积，则混合材的添加不仅不会降低水泥强度，而且还能增加强度。而传统的细度和比表面积同水泥的性能的相关性并不理想。因此,在现代水泥生产中,测定水泥的颗粒分布对水泥性能（比如强度、流动性、混合材的掺加比例等）有强烈影响。 /p p style=" text-indent: 2em " 那么如何更好的测得水泥的粒度呢？现代比较流行的粒度测试仪器有：激光粒度仪、沉降粒度仪、电阻法颗粒计数器、显微颗粒图像分析仪以及纳米激光粒度仪等。其中用动态光散射原理的光子相关动态光散射仪的测量范围主要在亚微米和纳米级，显然不适合水泥的测量；沉降仪、电阻法计数器和图像仪的测量范围虽然主要在微米级，但它们的动态范围不够。所谓动态范围就是粒度仪器在一个量程内能测量的最大与最小粒径之比。前述三种仪器的动态范围均在20:1左右，而一个水泥样品的粒度分布范围大约在100:1左右，所以这三种仪器也难以满足水泥的粒度测试需要。激光粒度仪的动态范围可以达到1000:1以上，大于水泥的粒度分布范围；其次它在样品分散方式上还可用空气作为介质（干法分散），做到了既方便又低成本，测试速度快，测一个样品只需1min左右，而且测量的重复性好，D50的相对误差小于1%。因此激光粒度分析仪已逐渐成为水泥行业中一种日常的控制方式而得到广泛应用。 /p

日前，中国建筑材料科学研究总院有限公司绿色建筑材料国家重点实验室低碳水泥研究团队在《Cement and Concrete Research》发表了题为“Influence of free calcium sulfate levels on the early hydration of sulfate-rich belite sulfoaluminate clinkers: A comparative study with anhydrite and gypsum”（游离硫酸钙含量对富硫型高贝利特硫铝酸盐熟料早期水化的影响：与硬石膏和二水石膏的比较研究）的论文。富硫型高贝利特硫铝酸盐水泥（sulfate-rich BSAC）是在高贝利特硫铝酸盐水泥的矿物组成基础上，提高熟料中SO3含量，并使之以高温煅烧游离硫酸钙形式存在的一种新型水泥。高温煅烧游离硫酸钙对熟料组成、水化有重要影响。同时硬石膏和二水石膏又是调节硫铝酸盐水泥性能的重要组分。因此，研究新型熟料中高温煅烧游离硫酸钙与硬石膏/二水石膏共同作用下，富硫型高贝利特硫铝酸盐熟料的水化机理具有重要意义。为此，绿色建筑材料国家重点实验室张文生团队探讨了sulfate-rich BSAC这种新型水泥熟料中游离硫酸钙含量对熟料水化的影响，研究了石膏种类和掺量对水泥水化过程中的水化放热、水化产物的演变和水泥的物理性能的影响。研究取得的成果如下：1. 不含游离硫酸钙BSA熟料在6h内的水化速度较慢。与硬石膏相比，二水石膏能显著提高BSA熟料的早期水化速度[图1(a)]。2. 随着sulfate-rich BSAC中游离硫酸钙含量的增加，熟料中高活性c-C4A3$含量增加，熟料的早期水化速率也相应提高。此外，游离硫酸钙促进了熟料的水化和AFt的生成。游离硫酸钙含量低时，由于SO42⁻ 离子不足，导致浆体中逐渐形成AFm相，样品抗压强度降低。反之，充足的游离硫酸钙含量可确保C4A3$充分反应，从而提高早期抗压强度[图1(b、c)]。3. sulfate-rich BSAC中的游离硫酸钙溶解较快，可以使溶液中的Ca2+和SO42⁻ 离子快速饱和，从而抑制二水石膏的溶解[图2(a)]。4. 与二水石膏相比，高溶解度的硬石膏能提高溶液中Ca2+和SO42⁻ 浓度，促进C4A3$的水化。因此，硬石膏对sulfate-rich BSAC的早期性能的提高更为明显[图1(d)]。图1 硬石膏(A)/石膏(G)对熟料早期水化放热与抗压强度的影响图2 硬石膏(A)/石膏(G)对熟料水化产物的影响该成果有以下主要创新点：通过对比研究游离硫酸钙sulfate-rich BSAC与BSA熟料早期水化，以及游离硫酸钙与硬石膏/二水石膏协同作用下sulfate-rich BSAC的早期水化特征。发现，sulfate-rich BSAC较BSA水泥具有更好的小时级强度，其6h强度超过15MPa。此外，sulfate-rich BSAC中掺加硬石膏能进一步提高早期水化速度，使6h强度达到20MPa。研究阐明了硬石膏和二水石膏影响sulfate-rich BSAC早期水化的机制，为sulfate-rich BSAC熟料制备水泥时，选择石膏种类和掺量提供了理论支撑。

斯派克计划在2013年3月11日至14日在伊斯坦布尔召开的第七届全球CemFuels会议中推出针对水泥行业的元素筛选包。X射线荧光分析(XRF)已成为特别有用的确定二次燃料中有害物质的方法，并已成为用户最喜爱的技术，因为它能够快速进行许多相关元素的分析检查。 　　水泥行业使用二次燃料呈现不断上升的趋势。一方面，二次燃料是传统的化石燃料的替代品，如石油和煤 同时，在另一方面，水泥厂有处理问题燃料的能力，如油漆和清漆。水泥厂的回转窑通常被加热至1500摄氏度。在这样的温度下，所有有害的有机物质被破坏。在水泥工业中，使用二次燃料的频率甚至比能量回收高，同时二次燃料燃烧时还能产生一些需要加在水泥当中的物质。 　　斯派克XRF专家Dirk Wissmann强调：“虽然水泥炉的高温能迅速消除许多有害的有机物质，值得注意的是水泥厂不仅关注二次燃料的热值，而且还经常分析其中的微量元素。否则，有害的无机物质可能引入到产品中，使得水泥产品和排出空气中的相关元素含量超过限量值。” 　　除了氯，元素锑，钡，铅，镉，铬，钴，铜，钼，镍，汞，锌和锡等元素的分析也被认为是十分关键的。 　　样品制备和自动基质校正 　　二次燃料的分析可以说特别困难，因为燃料经常具有特异性。一块废木料有可能是完全未受污染的，而另一块则有可能用含重金属的化学品的处理过。出于这个原因，斯派克推出的方法包中有很大一部分是关于如何采取并制备有代表性的样品。方法包的另一部分所涉及的内容主要是关于XRF分析技术。 　　二次燃料分析的另一个困难是样品的基质往往是未知的。然而基质对于测量强度却有很大的影响，这些所谓的基体效应，如果没有校正，就有可能出现很高的测量偏差。出于这个原因，斯派克根据水泥行业的需求，开发了TurboQuant软件，该软件会自动判断基质的影响，从而大大提高了分析的准确度。在单次测量中，确定所有相关元素的含量，并且能同时分析高浓度和低浓度样品，是XRF技术的另一个关键优势。 　　斯派克已经向众多水泥厂提供了XRF仪器。最具代表性的是，其紧凑的台式XEPOS型号XRF及相配套的用于水泥行业的方法包的应用。在未来XRF仪器产品线新品的研制中，斯派克将会充分考虑水泥行业用户的关心和需求。（编译：秦丽娟） 　　关于二次燃料 　　“二次燃料”就是别的行业已经用过而曾被废弃但仍可被水泥工业用来替代天然矿物原料或燃料的物质。使用二次燃料，既可节约日趋减少的资源，又有保护环境的作用，对水泥厂还可降低生产成本。美国、西欧各国和日本是最早利用二次燃料作为生产水泥的燃料的国家。早在上世纪七十年代末，这些国家的水泥工业的技术人员就进行利用汽车废轮胎代替煅烧燃料的试验，并在八十年代初成功地改造了一批工厂。目前，在欧美工业发达国家用于水泥工业的二次燃料主要是：废旧轮胎、废纸、塑料包装废弃物，废机油，木屑、废溶剂和屠宰业需弃置的肉、骨头等。