關于激光粒度儀測試報告的解析

引言隨著我國水泥粉磨技術和粉體粒度測試技術的進展，眾多水泥企業對水泥的顆粒級配越來越重視,不少大中型企業已將激光粒度儀用于日常的生產控制、分析，一些中小企業通過科研院所對水泥成品做分析，來指導生產。由于我國水泥企業對水泥顆粒級配測試開展得遲，應用的還不普遍，相關人員對顆粒級配的測試理論、測試數據的運用等還不十分了解。本文對激光粒度儀測試報告作一簡介，希望能對一些水泥企業工作者對顆粒級配的了解應用有所幫助。

1 粒度分布的一般概念

1． 1粒徑的定義      

 所謂粒徑，就是顆粒的直徑、顆粒的大小或尺寸。但是現實的粉體顆粒，如水泥顆粒，其形狀是不規則的，難以用一個尺度（比如粒徑）來描述。實際上，迄今為止的任何一種粒度測量儀器，都是假定顆粒是圓球形的條件下測量顆粒大小的。在粒度測試中引入“等效粒徑”概念，用來描述粒徑。

1．2等效粒徑     所謂等效粒徑，即是指一個顆粒的某一物理特性與同質球形顆粒相同或相近時，那么這個球形顆粒的直徑就稱為該顆粒的等效粒徑。常見的等效粒徑有等效散射光粒徑（激光粒度儀所測的粒徑），等效電阻粒徑（庫爾特計數器所測的粒徑），Stokes徑（沉降法所測的粒徑），等效篩分徑（篩分法所測的粒徑）等等。由于等效的方法不同，一個顆粒也可能有多個不同等效的粒徑。這就是不同粒度測試方法所得到的結果往往不同的主要原因。

1.3粒度分布（顆粒級配）    粒徑是用來描述一個顆粒的大小的。一種粉體樣品的各個顆粒，大小往往互不相同，這時要用粒度分布才能較全面地描述粉體的整體顆粒大小。所謂粒度分布就是用一定方法反映出一系列不同粒徑顆粒分別占粉體總量的百分比。粒度分布在水泥行業又稱顆粒級配。通常我們將粒徑分成多個粒徑區間：[D0，D1],[D1, D2],……[Dn-1, Dn],各區間內的顆粒數占總數的百分比：w1,w2,……wn就組成了粒度分布。這種以各粒徑區間內的顆粒占總顆粒的百分比表示的粒度分布，又稱為粒度的微分分布或頻度分布。此外還可以用累積（積分）分布來表示。累積分布表示大于某代表粒徑Di的顆粒占總顆粒的百分比，即我們常用的篩余表示。在粒度測試報告中，粒度分布通常用表格法和圖形法來表示。

1.4 RRSB方程   顆粒分布常以RRSB方程表示，RRSB方程是用以表述經粉磨制備的細粉顆粒分布的數學方程式，也有的簡稱為RRB方程。D(χ)=1－R（χ）=1－e-(χ/χ′)n   式中：D（χ）——粒徑χ的篩析通過量，%；R（χ）——粒徑χ的篩余量，%；χ——粒徑，um;χ′——當量粒徑或特征粒徑,表示顆粒群的粗細程度，um;n——曲線斜率或均勻性系數，表示粒度分布范圍的寬窄程度。n值越小，粒度分布范圍越廣。 從方程中可以看出，兩個參數χ′和n就決定了該方程。所以在水泥的粒度分布研究中,只需測量80um和45um的篩上物的百分比,就可計算出χ′和n的數值,從而得到水泥樣品的粒度分布.但RRSB只是水泥實際粒度分布的一種近似表達,同現代粒度儀測量出的粒度分布有偏差。  

 1.5平均粒徑平均粒徑是通過對粒度分布加權平均得到的一個反映粉體平均粒度的一個量。    

平均粒徑 D(p,q)=(  niDi)/(  niDi  )         

式中，n1,n2,……，nm表示粒度的顆粒個數分布，Di=     ,代表第I粒徑區間上顆粒的平均粒徑。         

當p=4,q=3時，稱為體積平均徑D（4，3）。         

當p=3,q=2時，稱為面積平均徑D（3，2）。  

 1 .6邊界粒徑       

邊界粒徑用來表示樣品粒度分布的范圍，由一對特征粒徑組成，例如：（D10，D90）、（D16，D84）等等。以（D10，D90）為例，表示小于D10的顆粒占顆粒總數的10%，大于D90的顆粒也占顆粒總數的10%（=100%-90%），即80%的顆粒分布在區間[D10，D90]內。 2測試報告詳解表1是BT——9300S型激光粒度分布儀結果報告單。其中第一欄是有關樣品測試情況的參數，包括樣品名稱、來源、分散介質、測試單位等。第二欄是是被測樣品的粒度特征參數和測試時所用光學參數。該欄以簡明的方式表達出被測樣品的主要粒度特征。其中中位徑（有的報告中用D50表示）是指累計分布百分數達到50%時所對應的粒徑值，它是反映粉體粒度特性的一個重要指標之一。體積平均徑是通過體積分布得到的平均徑，有的報告中用D（4，3）或VMD表示。面積平均徑是通過面積分布得到的平均徑，有的報告中用D（3，2）或SMD表示。面積平均徑與比表面積成反比。即面積平均徑越大比表面積越小。比表面積是根據粒度分布計算的比表面積，其值還與測試時輸入的密度有關，如果密度值與實際偏差大，那比表面積值就有偏差。實際應用中，比表面積應以比表面積儀測量出的值為準。樣品折射率和介質折射率是測量時所選取的，在根據光的散射原理法測量的粒度儀中，測試時都要選擇好樣品的折射率,同一樣品選擇不同的折射率會有不同的結果，每種物質都有它固有的折射率。跨度，有的報告中稱為寬度系數（常用N表示）。跨度也是反映粒度分布寬度的一個參數。N=（D90-D10）/D50。第三欄是給出了一系列特征參數，D3，D6，D10……D90，D95，D98分別表示累積百分比（篩下物含量）達到3、6、10……90、95、98時的粒徑。例如表中D10：3.37um表示小于3.37um的顆粒占10%。第四欄是粒度分布表。它詳細列出了各個粒徑區間顆粒的百分含量和某一粒徑點以下的累積含量。例如表1中表示0.69 um~0.76 um的顆粒含量為0.26%，<0.76  um的顆粒含量為1.35%。第五欄是粒度分布圖。橫坐標表示粒徑，左縱坐標和右縱坐標分別表示累積分布和微分分布數值。累積分布值相當于篩下物的百分含量。

BT-9300S型激光粒度分布儀分析系統結果報告單 樣品名稱:水泥樣品來源:試驗磨介質名稱:水測試單位:鹽城市水泥粉磨技術研究所測試人員:韓乃成測試日期:2006-09-21  測試時間:15:10:55備注:粉磨時間20分鐘 中位徑:18.10um體積平均徑:24.40um面積平均徑:7.24um遮光率:30.91比表面積:281.98m^2物質折射率:2.645+0.000i介質折射率:1.333跨度:2.81D3:1.26umD6:2.16umD10:3.37umD16:5.23umD33:10.99umD75:34.11umD84:44.01umD90:54.26umD97:79.82umD98:88.01um 粒徑(um)區間%累積%粒徑(um)區間%累積%粒徑(um)區間%累積%粒徑(um)區間%累積%0.10 - 0.11000.76 - 0.850.291.645.85 - 6.512.062044.69 - 49.743.287.70.11 - 0.12000.85 - 0.950.321.966.51 - 7.242.2422.2449.74 - 55.362.8290.60.12 - 0.14000.95 - 1.050.352.317.24 - 8.062.4524.6955.36 - 61.622.4930.14 - 0.15001.05 - 1.170.42.718.06 - 8.972.6627.3561.62 - 68.581.9894.90.15 - 0.17001.17 - 1.310.443.158.97 - 9.982.8730.2268.58 - 76.331.5896.50.17 - 0.19001.31 - 1.450.483.639.98 - 11.113.0933.3176.33 - 84.961.2197.70.19 - 0.21001.45 - 1.620.554.1811.11 - 12.373.336.6184.96 - 94.560.8898.60.21 - 0.24001.62 - 1.800.614.7912.37 - 13.773.5240.1394.56 - 105.240.6199.20.24 - 0.26001.80 - 2.000.675.4613.77 - 15.323.7343.86105.24 - 117.130.499.60.26 - 0.29002.00 - 2.230.756.2115.32 - 17.053.9147.77117.13 - 130.370.2599.90.29 - 0.32002.23 - 2.480.847.0517.05 - 18.984.0751.84130.37 - 145.100.141000.32 - 0.36002.48 - 2.760.937.9818.98 - 21.124.1956.03145.10 - 161.5001000.36 - 0.400.140.142.76 - 3.081.039.0121.12 - 23.514.2860.31161.50 - 179.7501000.40 - 0.450.160.33.08 - 3.421.1410.1523.51 - 26.174.3264.63179.75 - 200.0601000.45 - 0.500.170.473.42 - 3.811.2711.4226.17 - 29.124.2968.92200.06 - 222.6601000.50 - 0.550.180.653.81 - 4.241.412.8229.12 - 32.414.273.12222.66 - 247.8301000.55 - 0.620.210.864.24 - 4.721.5514.3732.41 - 36.084.0577.17247.83 - 275.8301000.62 - 0.690.231.094.72 - 5.251.716.0736.08 - 40.153.8280.99275.83 - 307.0001000.69 - 0.760.261.355.25 - 5.851.8717.9440.15 - 44.693.5484.53307.00 - 341.690100
	

表一 粒度測試報告3水泥顆粒級配評析   如何定量判斷水泥最佳顆粒級配和合理顆粒級配，目前尚未有一致意見。國內比較公認的水泥最佳顆粒級配為：3~32um顆粒對強度增長起主要作用，其間粒度分布是連續的，總量不低于65%。16~24um的顆粒對水泥的性能尤為重要，含量愈多愈好。小于3um的細顆粒，易結團，不要超過10%。大于65um的顆粒活性很小，最好沒有。表二為1998~2001年在世界水泥檢測大對比中選用了不同強度等級的法國水泥，國際試驗室的檢測結果。
時間強度等級水泥品種顆粒級配（累計通過量%）um抗壓強度（Mpa）密度（g/cm3）)比面積標準稠度（%）2481632405063802天28天1998年52.5R波特蘭13.624.339.659.085.190.995.798.699.338.068.13.1040826.02000年52.5波特蘭17.026.235.046.963.365.674.580.186.329.958.13.1634825.62001年42.5波特蘭礦渣（36~64%）9.517.029.348.573.085.290.894.799.717.052.83.0033429.01997年32.5R波特蘭復合（6~20%）10.018.030.449.274.885.190.795.397.721.441.13.0937423.0

表二  法國水泥顆粒級配與性能當前人們對水泥細度狀態又有了一個新的認識，即最緊密堆積理論。水泥粉體物料的堆積密度對配制出的砼施工性、強度和耐久性有很大影響，水泥粉體物料的堆積密度愈密實，砼的性能愈好。如何實現水泥顆粒分布最緊密堆積呢？歐美一些學者多數主張使用90年代初Fuller和Thompson提出的理想篩析曲線，簡稱Fuller曲線。Fuller曲線數學式為：       

 A=100.(di/D)0.5式中：A—篩析通過量，%；   

 di—篩孔尺寸，mm；     

 D—混合集料中最大顆粒的直徑，mm。早期的Fuller曲線沒有考慮顆粒形狀和表面特性，后來A.Hummel和K .Wesche等學者將此式改為：     

 A=100.(d/D)mm—指數，視集料顆粒形狀特性而定。礫石類集料取0.4,即      

A=100.(d/D)0.4    

此計算式被用作水泥顆粒分布的理想篩析曲線，并依此對水泥、砂漿及混凝土進行評價。表三為按此式計算的各級顆粒累計含量。   

dD<1<2<4<8<10<16<20<24<30<32<40<60<63<80<125<20000~6319.0725.1633.2043.8047.8957.8063.1967.9774.3276.2683.3898.07100   0~8017.3322.8730.1739.8143.5352.5357.4361.8767.5569.3175.7989.1390.89100  0~12514.5019.1325.2433.3036.4143.9448.0451.6856.5056.5063.4074.5676.0383.65100 0~20004.786.318.3310.9912.0114.5015.8517.0518.6419.1320.9124.6025.0827.5932.99100

表三     按100.(d/D)0.4計算的顆粒累計含量%調配水泥或細粉最佳堆積密度的理論和工藝在歐美一些工業發達國家日趨普及，在橋梁、隧道、高性能混凝土、耐磨、耐腐蝕混凝土等工程中都有應用，并取得很好效果。根據最佳堆積原理（參考Fuller曲線），使混合材與熟料的顆粒在粒度分布上互補，形成最佳堆積。此時適當地增加混合材，不僅不會使水泥的強度和澆筑性能變差，反而還能變好。 參考文獻1.喬齡山.水泥的最佳顆粒分布及其評價方法       水泥，2001（8）

2．張福根，郭華，水泥工業現代粒度測試技術探討   水泥技術，2002（增刊）

3．姚燕，王文義，我國水泥標準同國際接軌后改進產品質量的分析  水泥，2003（6）