水泥成品RRSB粒度分布对水泥性能的影响*

汪克春，张宗见，轩红钟，李志强

（安徽海螺建材设计研究院有限责任公司 安徽 芜湖 241070）

0 引言

众所周知，水泥颗粒只有进行水化反应后，对水泥强度才会有贡献。就一个单独的水泥颗粒来讲，水化过程实际是由外及内，逐渐发生的，所以小颗粒很快就完全水化，对水泥的早期强度贡献较大；而大颗粒的水化过程就比较慢，在后期才能逐渐发挥作用。随着水化反应的进行，后期水分在逐渐的减少，特大颗粒只有表层被水化，颗粒的内部没有发生水化反应，实际只起了骨架作用，对水泥强度几乎没有贡献。

1 RRSB分布函数

RRSB分布函数被普遍应用于水泥颗粒级配的研究，它是一种理想化的粒度分布的表示。根据相关研究说明，绝大多数单一材料经机械方法粉碎得到的粉体，基本上满足该规律。RRSB分布函数表达式如下：

W（x）=1-exp［-（x/De）N］(1)

（1）W(x)为小于x的颗粒百分比（即筛下量）；

（2）x为颗粒粒径；

（3）De为特征粒径，是累积百分比为63.4%时对应的粒径，并与体积平均粒径D（4，3）在数值上相近。

（4）N为均匀性（宽度）系数。N越大，颗粒均匀性越好。水泥的N值在1左右。

由于该种方法各参数的物理意义明确、公式表达相对简洁，而且只要通过做两种筛孔的筛余就能够求出分布，所以在实际生产及工程应用中，水泥行业大都用RRSB曲线分布来描述水泥的粒度分布。

2 粒度分布对水泥性能影响

一般来说，不同粒度区间分布的水泥颗粒，在水化反应和水泥的物理化学性能具有以下特点。

（1）当水泥颗粒＜1um时，其表面活性能很高，基本上在搅拌过程中就完全发生水化反应，对水泥强度几乎没有贡献。这种粒度区间的颗粒含量，直接说明水泥粉磨系统的过粉磨现象程度，该种粒度区间的含量越高，过粉磨越严重。在实际工程应用中，该种区间的水泥粒度含量高，会增加水泥浇筑过程的需水量，导致水泥的浇筑性能差。所以，一般而言，该区间的颗粒对水泥的应用是不利的的，建议应尽可能的降低该种粒度区间的颗粒含量。

（2）1~3um的水泥的粒度分布对水泥的早期强度影响较为明显，该区间的颗粒含量越高，水泥的3天强度就越高；另外，也会增加需水量，降低浇筑性能。所以，在3天强度能满足实际应用的前提下，建议尽可能降低该组分颗粒的颗粒含量。

（3）通过实验分析，从粒度分布情况来看，水泥的后期强度主要由1~32um颗粒含量决定。前面所述，在满足早期强度的前提下，1~3um颗粒含量不宜太高，所以3~32um颗粒含量应越高越好，对水泥的后期强度起着决定性的作用。实际工程应用中，在强度指标很高的情况下，可以增加混合材添加量，以节省生产成本。

（4）＞32um的颗粒应尽可能的降低，因为相关实验研究说明，32~65um颗粒含量虽然对强度有一定的贡献，但贡献率很低；而＞65um颗粒基本上只起骨架作用，对强度基本没有什么贡献。

所以，结合以上分析，将水泥颗粒的粒度分布划分为不同的区间，对不同区间的水泥颗粒对水泥的物理化学性能分析，可以很好地指导实际生产。一般来说，增加水泥颗粒分布中3~32um颗粒含量，对增加水泥强度有很大的作用。

3 RRSB方程计算实例

在水泥产品的研究和开发中，使用激光粒度分析仪和负压筛均可以得的水泥RRSB分布。激光粒度分析仪可以直接得到水泥RRSB分布曲线，使用负压筛需要进行回归分析计算得到RRSB分布。一般来说，使用负压筛在20~60μm的粒径范围内选择6~8个筛余数据，然后利用计算机进行回归分析计算，即可得到RRSB方程。

例如：某水泥产品的筛余情况如下，通过负压筛测定3um的筛余为10%、60um的筛余为0.5%。将以上两种粒度的筛余数据代入RRSB方程，通过分析，即可求得一个最佳RRSB方程。计算得该水泥的特征粒径De=16.74um，均匀性系数n=1.31。计算过程详见表1。该种水泥的RRSB分布方程式为：

表1 特征粒径和均匀性系数的计算

水泥的实际生产过程中，可以选用1组套筛（例如：0.01~80um）筛分水泥颗粒不同粒度区间的分布，得到一组实测值；同样可以通过RRSB方程理论计算0.01-80um水泥颗粒的分布情况。如表2所示：

根据表2中数据（理论计算筛下量和实测筛下量），绘制出筛下量曲线趋势图（如图1所示）。通过下图可以看出，最佳性能RRSB方程的粒度分布和实测水泥粒度分布在粒径3um处相交，粒径＜3um时RRSB方程曲线在实测水泥粒度分布曲线下方，粒径＞3um时RRSB方程曲线在实测水泥粒度分布曲线的上方。

表2 最佳性能RRSB粒度分布和实测粒度分布粒径

图1 RRSB和实测筛分通过量趋势图

图2为RRSB分布和实测分布的微分分布曲线。由图2可见：＜3um的颗粒含量，RRSB分布小于实测分布；3~20um的颗粒RRSB分布多于实测分布；＞20um的颗粒RRSB分布少于实测分布。最佳性能RRSB分布给出了一个水泥粒度分布的优化趋势，所以通过2种曲线图对比分析可知，要使水泥的实际颗粒分布接近最佳性能RRSB方程，应该尽量减少水泥中3um以下和30um以上的颗粒含量，增加3~20um的颗粒含量。

图2 微分分布趋势图

4 结语

（1）20世纪末，S.Tsivilis等学者根据水泥的水化速度和水化程度角度，提出水泥的粒度分布要求。水泥中粒径＜3um的颗粒应该＜10%，粒径3~30um的颗粒应该在65%以上，粒径＞60um和＜1um的颗粒应尽量减少。所以，在水泥的生产应用中，可以以此为指导意见，进行优化操作和工艺改进。

（2）若水泥中1~3um以下颗粒含量过高，则会增加水泥的强度较高，但浇筑性能较差。所以，在水泥粉磨工艺操作中，建议应当调整磨机的钢球级配、选粉机转速和喂料量等参数，以减少水泥成品中1~3um颗粒含量。

（3）若水泥中1~3um含量较高，同时3~32um含量偏低。则会出现水泥3天强度高，但28天强度不高。这种现象主要是由于水泥粉磨过程中存在较为严重的过粉磨现象、水泥成品细度过细等造成的。

（4）若水泥中的有效粒径3~32um颗粒含量偏低，会影响水泥的后期强度发挥，导致混合材掺加量受限制。实际生产中，应通过工艺操作，尽量使水泥中的3~32um的有效粒径含量增加。