引言

　　水泥顆粒的大小與形狀已經(jīng)成為生產(chǎn)商和使用商關(guān)注的水泥質(zhì)量的內(nèi)容之一。人們曾經(jīng)以為水泥細(xì)度是水泥早強的關(guān)鍵，而科學(xué)研究認(rèn)為，提高水泥早強不一定要走細(xì)磨道路，可以通過調(diào)整水泥顆粒分布達(dá)到最佳堆積密度，適當(dāng)加入高效分散劑降低水膠比，使膠體中水泥顆粒靠得更緊密，同樣可以配制出高早期強度和高密實性的混凝土（喬齡山語）。

　　在追求水泥細(xì)度的過程中，人們很容易發(fā)現(xiàn)，高細(xì)度會加大能耗、鋼耗，會使用更多地助磨劑、減水劑。既然水泥顆粒分布的控制可以實現(xiàn)水泥早強提高的要求，水泥制造商必然會從成本和質(zhì)量的角度出發(fā)，把精力放到顆粒分布的控制上來。

　　本文從水泥粒度控制理論依據(jù)出發(fā)，談?wù)勊嗔６确治黾夹g(shù)的發(fā)展趨勢。

　　1、水泥粒度控制的理論

　　關(guān)于水泥質(zhì)量的控制,我國較多的水泥企業(yè)采用控制80µm 篩余和比表面積來實現(xiàn)，但實踐證明，這些方法對于控制水泥性能和充分發(fā)揮水泥各組分的作用是遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠的。細(xì)度（80µm 篩余）和勃氏比表面積只能部分的體現(xiàn)水泥的顆粒情況，無法完全了解水泥顆粒的分布。眾所周知，即使篩分細(xì)度相同或比表面積相近，水泥的性能有時也會表現(xiàn)出較大的差異，其原因是粒度分布可能不同（當(dāng)然，顆粒形狀的因素也很重要）。勃氏透氣法比表面積實際含有顆粒堆積因素，并非真正幾何意義上的顆粒比表面積。激光計算比表面積值比較細(xì)致地考慮了顆粒形狀和細(xì)度且與顆粒堆積狀況無關(guān)，與水泥使用過程中強度的發(fā)揮對應(yīng)性可能會更好。激光粒度儀能夠得出水泥行業(yè)原來無法測量的粒度分布，建立起粒度分布與強度的關(guān)系。

　　國內(nèi)外水泥性能研究人員的研究認(rèn)為，水泥顆粒大小對水化過程有著直接的影響，不同粒徑的水泥水化速度及水化程度差異很大。水泥中0~30µm 的顆粒對強度起主要作用，其中0~10µm 部分早期強度高，10~30µm 部分后期強度高。3~30µm 這部分顆粒含量越多，水泥質(zhì)量越好。粉磨過程中，不能完全消除>32µm 的顆粒（但應(yīng)盡量減少>60µm 的顆粒），同時又必然產(chǎn)生<3µm 的顆粒。最佳水泥顆粒級配是：3~32µm 的顆粒含量>65%，<3µm 的顆粒含量在10%左右。在適當(dāng)?shù)臈l件下，提高這一階段的含量，就可達(dá)到提高強度的目的。

　　通過對粉磨方法及粉磨工藝的研究可知，調(diào)節(jié)選粉機產(chǎn)品的粒度分布可以提高水泥的強度，而不一定要由提高粉磨細(xì)度來實現(xiàn)這個目的。這些研究成果已經(jīng)被很多從事水泥粉磨的技術(shù)人員和提供水泥粉磨咨詢服務(wù)的公司所認(rèn)可。在國內(nèi)的幾家水泥技術(shù)雜志的廣告上，不少的從事粉磨服務(wù)的公司都在倡導(dǎo)這一技術(shù)思想。

　　2、推廣水泥粒度測試方法的現(xiàn)狀

　　在水泥質(zhì)量控制觀念發(fā)生變化以后，粒度測試漸漸進入水泥企業(yè)的實驗室。除了國外知名品牌的粒度測試儀器涌入我國以外，用于水泥粒度的國產(chǎn)測試儀也多了起來。幾年前，粒度測試在我國水泥行業(yè)的較高層次上也已引起一定的重視，2006年5月發(fā)布的建材行業(yè)推薦性標(biāo)準(zhǔn)《水泥顆粒級配測定方法――激光法》就足以說明。

　　這種觀念的改變并非我們想像的那么快。目前粒度測試儀器在水泥生產(chǎn)企業(yè)的普及率還處于較低水平（2007年，在中國國際峰會上，張福根、曾學(xué)敏等認(rèn)為粒度測試儀器在水泥企業(yè)的普及率只達(dá)到2%）。筆者認(rèn)為其根本原因有二：一是國家的強制性標(biāo)準(zhǔn)只對細(xì)度作了規(guī)定，而粒度只是推薦性標(biāo)準(zhǔn)；二是廣大的水泥生產(chǎn)企業(yè)及行業(yè)主管部門，對粒度測試還不夠重視，沒有真正理解粒度控制在水泥質(zhì)量的提高和生產(chǎn)能耗降低方面的作用。

　　3、常見的粒度測試儀器

　　常見的粒度測試儀器有：激光粒度儀、沉降粒度儀、電阻法顆粒計數(shù)器、顆粒圖像儀以及動態(tài)光散射儀等。其中動態(tài)光散射儀的測量范圍主要在亞微米和納米級，顯然不適合水泥的測量；沉降儀、電阻法計數(shù)器和圖像儀的測量范圍雖然主要在微米級，但它們的動態(tài)范圍不夠。所謂動態(tài)范圍就是粒度儀器在一個量程內(nèi)能測量的最大與最小粒徑之比。前述三種儀器的動態(tài)范圍均在20:1左右，而一個水泥樣品的粒度分布范圍大約在100:1左右，所以這三種儀器難以滿足水泥的粒度測試需要。在上世紀(jì)七、八十年代，我國水泥行業(yè)嘗試過推廣沉降天平，最終沒有成功。原因有很多，其中原理性的原因就是動態(tài)范圍不夠。激光粒度儀適合測量水泥的粒度分布，首先因為其動態(tài)范圍可以達(dá)到1000:1以上，大于水泥的粒度分布范圍；其次它在樣品分散方式上還可用空氣作為介質(zhì)（干法分散），做到了既方便又低成本。用激光法進行水泥粒度分布測量的突出優(yōu)點是速度快，操作簡便，重復(fù)性好。激光法是國內(nèi)外水泥行業(yè)首選的一種新的粒度分布測定方法。

　　4、水泥粒度分析技術(shù)的發(fā)展趨勢

　　對于那些明白水泥粒度分布（顆粒級配）對水泥強度、混凝土性能的影響及其帶來方方面面效益的企業(yè)，在實驗室改造和新線建設(shè)時就很重視粒度測試儀器的配置。

　　激光法用于水泥粒度測試常見的形式有離線測定和在線測定，在線測定因能提供比人工取樣的實驗室測量結(jié)果更為精確而連續(xù)的數(shù)據(jù)而成為發(fā)展趨勢。最為先進的自動化在線測定已經(jīng)在豪西蒙（Holcim ）的Obourg公司使用。

　　4.1在線測定水泥粒度的案例

　　上海聯(lián)合水泥有限公司在做了一段時間的調(diào)查后，選用了英國Malvern 公司的Insitec 在線粒度監(jiān)控系統(tǒng)來在線監(jiān)控水泥的粒徑分布。因為Insitec 系統(tǒng)能自動監(jiān)控質(zhì)量，提供連續(xù)的數(shù)據(jù)，使實時生產(chǎn)優(yōu)化成為可能。生產(chǎn)優(yōu)化是終極目標(biāo)，通過生產(chǎn)監(jiān)控來決定哪些參數(shù)需要優(yōu)化，如何進行優(yōu)化。

　　在使用Insitec 以前，每小時測量比表面積和80µm 篩余1 次。但上海聯(lián)合水泥有限公司發(fā)現(xiàn)，有時人工比表面積并不能及時地反映粉磨系統(tǒng)操作狀態(tài)的變化。有時生產(chǎn)很平穩(wěn)，人工比表面積值卻波動較大，有時生產(chǎn)已出現(xiàn)較大波動，人工比表面積值卻沒有什么變化。

　　上海聯(lián)合水泥有限公司安裝新的Insitec 在線分析系統(tǒng)的目的是，在線監(jiān)控水泥的粒徑分布，及時調(diào)整選粉機的轉(zhuǎn)速，通過對水泥在線粒徑分布的更佳控制來提高對水泥質(zhì)量的控制力度。

　　Insitec 在線分析系統(tǒng)的工作過程是：使用一種可調(diào)速的螺旋取樣器將樣品取出，調(diào)節(jié)螺旋取樣器轉(zhuǎn)速以確保收集到足夠的樣品給下一級取樣系統(tǒng)。利用Eductor，次級取樣系統(tǒng)每小時取樣量可達(dá)20kg。Eductor通過陶瓷管吸入樣品并將其輸送到流動池做激光衍射粒徑測量。當(dāng)顆粒通過激光光束時，前散射光被接收鏡接收并聚焦到圓環(huán)孔環(huán)形檢測器，被高速掃描、記錄和數(shù)字化，用于連續(xù)實時分析。測量結(jié)束（瞬時測量）后，樣品通過有陶瓷內(nèi)襯的回料管回到水泥主管路中去，避免損失和泄漏。

　　在線設(shè)備的主要優(yōu)點是它提供閉合回路并使用根據(jù)粒徑分布計算而得的關(guān)鍵參數(shù)去自動控制選粉機的可能性。Insitec 系統(tǒng)每秒測量一次，但我們選擇30 秒鐘的平均值來控制選粉機。

　　利用選粉機速度微調(diào)的性能，可以對選粉機的轉(zhuǎn)速做細(xì)微的改變，操作人員坐在中央控制室，幾秒鐘之后就可以看到水泥的粒度是如何隨著選粉機轉(zhuǎn)速的變化而變化以及變化大小，好像一臺實驗室儀器搬到了現(xiàn)場。而目前現(xiàn)有的實驗室測量粒徑和比表面積儀器，由于取樣的局限性，不能及時、真實的反應(yīng)生產(chǎn)線上的實際情況。在線水泥細(xì)度監(jiān)控使操作員能將水泥細(xì)度控制在更窄的范圍內(nèi)。

　　上海聯(lián)合水泥有限公司使用Insitec 系統(tǒng)后認(rèn)為：（1）在線監(jiān)控3-32µm 的百分比，能更好的控制水泥的顆粒級配；（2）實驗室每天的工作量減少22 次；（3）實驗室每天只需測試一次一天平均細(xì)度值，來驗證細(xì)度在設(shè)定范圍；（4）水泥細(xì)度標(biāo)準(zhǔn)偏差更小，早期強度和后期強度更穩(wěn)定；（5）生產(chǎn)的水泥具有比表面積值偏差更小，顆粒級配更加合理，分散性更好，早強高，后期增進好，質(zhì)量更穩(wěn)定等特性，更加具有競爭力。

　　4.2 自動化在線測定水泥粒度的案例

　　由于水泥生產(chǎn)商致力于降低日常運營相關(guān)成本，建立自動化實驗室成為日漸興起的趨勢。完全自動化可以使分析過程與日常操作更緊密地集合在一起，從而提高了對業(yè)務(wù)需求的響應(yīng)。此外，分析變成了生產(chǎn)過程中不可或缺的一部分而不是服務(wù)設(shè)施，其坐落位置通常會更接近實際生產(chǎn)線。

　　據(jù)國外某水泥專業(yè)媒體報道， Holcim的Obourg(比利時)水泥廠進行了化驗室改造，使其能夠進行日常水泥成分和粒徑分析的自動化實驗室。所選用的顆粒表征的系統(tǒng)是來自馬爾文儀器公司的Insitic ALISS，