關(guān)于激光粒度儀測試報(bào)告的解析

引言隨著我國水泥粉磨技術(shù)和粉體粒度測試技術(shù)的進(jìn)展，眾多水泥企業(yè)對(duì)水泥的顆粒級(jí)配越來越重視,不少大中型企業(yè)已將激光粒度儀用于日常的生產(chǎn)控制、分析，一些中小企業(yè)通過科研院所對(duì)水泥成品做分析，來指導(dǎo)生產(chǎn)。由于我國水泥企業(yè)對(duì)水泥顆粒級(jí)配測試開展得遲，應(yīng)用的還不普遍，相關(guān)人員對(duì)顆粒級(jí)配的測試?yán)碚?、測試數(shù)據(jù)的運(yùn)用等還不十分了解。本文對(duì)激光粒度儀測試報(bào)告作一簡介，希望能對(duì)一些水泥企業(yè)工作者對(duì)顆粒級(jí)配的了解應(yīng)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(xiàn)實(shí)的粉體顆粒，如水泥顆粒，其形狀是不規(guī)則的，難以用一個(gè)尺度（比如粒徑）來描述。實(shí)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(gè)顆粒的某一物理特性與同質(zhì)球形顆粒相同或相近時(shí)，那么這個(gè)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(jì)數(shù)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(gè)顆粒也可能有多個(gè)不同等效的粒徑。這就是不同粒度測試方法所得到的結(jié)果往往不同的主要原因。

1.3粒度分布（顆粒級(jí)配）    粒徑是用來描述一個(gè)顆粒的大小的。一種粉體樣品的各個(gè)顆粒，大小往往互不相同，這時(shí)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(yè)又稱顆粒級(jí)配。通常我們將粒徑分成多個(gè)粒徑區(qū)間：[D0，D1],[D1, D2],……[Dn-1, Dn],各區(qū)間內(nèi)的顆粒數(shù)占總數(shù)的百分比：w1,w2,……wn就組成了粒度分布。這種以各粒徑區(qū)間內(nèi)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(bào)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(jīng)粉磨制備的細(xì)粉顆粒分布的數(shù)學(xué)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(dāng)量粒徑或特征粒徑,表示顆粒群的粗細(xì)程度，um;n——曲線斜率或均勻性系數(shù)，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(gè)參數(shù)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(jì)算出χ′和n的數(shù)值,從而得到水泥樣品的粒度分布.但RRSB只是水泥實(shí)際粒度分布的一種近似表達(dá),同現(xiàn)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(duì)粒度分布加權(quán)平均得到的一個(gè)反映粉體平均粒度的一個(gè)量。    

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

式中，n1,n2,……，nm表示粒度的顆粒個(gè)數(shù)分布，Di=     ,代表第I粒徑區(qū)間上顆粒的平均粒徑。         

當(dāng)p=4,q=3時(shí)，稱為體積平均徑D（4，3）。         

當(dāng)p=3,q=2時(shí)，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(duì)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(shù)的10%，大于D90的顆粒也占顆粒總數(shù)的10%（=100%-90%），即80%的顆粒分布在區(qū)間[D10，D90]內(nèi)。 2測試報(bào)告詳解表1是BT——9300S型激光粒度分布儀結(jié)果報(bào)告單。其中第一欄是有關(guān)樣品測試情況的參數(shù)，包括樣品名稱、來源、分散介質(zhì)、測試單位等。第二欄是是被測樣品的粒度特征參數(shù)和測試時(shí)所用光學(xué)參數(shù)。該欄以簡明的方式表達(dá)出被測樣品的主要粒度特征。其中中位徑（有的報(bào)告中用D50表示）是指累計(jì)分布百分?jǐn)?shù)達(dá)到50%時(shí)所對(duì)應(yīng)的粒徑值，它是反映粉體粒度特性的一個(gè)重要指標(biāo)之一。體積平均徑是通過體積分布得到的平均徑，有的報(bào)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(bào)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(jù)粒度分布計(jì)算的比表面積，其值還與測試時(shí)輸入的密度有關(guān)，如果密度值與實(shí)際偏差大，那比表面積值就有偏差。實(shí)際應(yīng)用中，比表面積應(yīng)以比表面積儀測量出的值為準(zhǔn)。樣品折射率和介質(zhì)折射率是測量時(shí)所選取的，在根據(jù)光的散射原理法測量的粒度儀中，測試時(shí)都要選擇好樣品的折射率,同一樣品選擇不同的折射率會(huì)有不同的結(jié)果，每種物質(zhì)都有它固有的折射率。跨度，有的報(bào)告中稱為寬度系數(shù)（常用N表示）?？缍纫彩欠从沉６确植紝挾鹊囊粋€(gè)參數(shù)。N=（D90-D10）/D50。第三欄是給出了一系列特征參數(shù)，D3，D6，D10……D90，D95，D98分別表示累積百分比（篩下物含量）達(dá)到3、6、10……90、95、98時(shí)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(xì)列出了各個(gè)粒徑區(qū)間顆粒的百分含量和某一粒徑點(diǎn)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(biāo)表示粒徑，左縱坐標(biāo)和右縱坐標(biāo)分別表示累積分布和微分分布數(shù)值。累積分布值相當(dāng)于篩下物的百分含量。

BT-9300S型激光粒度分布儀分析系統(tǒng)結(jié)果報(bào)告單 樣品名稱:水泥樣品來源:試驗(yàn)?zāi)ソ橘|(zhì)名稱:水測試單位:鹽城市水泥粉磨技術(shù)研究所測試人員:韓乃成測試日期:2006-09-21  測試時(shí)間:15:10:55備注:粉磨時(shí)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(zhì)折射率:2.645+0.000i介質(zhì)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(qū)間%累積%粒徑(um)區(qū)間%累積%粒徑(um)區(qū)間%累積%粒徑(um)區(qū)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(bào)告3水泥顆粒級(jí)配評(píng)析   如何定量判斷水泥最佳顆粒級(jí)配和合理顆粒級(jí)配，目前尚未有一致意見。國內(nèi)比較公認(rèn)的水泥最佳顆粒級(jí)配為：3~32um顆粒對(duì)強(qiáng)度增長起主要作用，其間粒度分布是連續(xù)的，總量不低于65%。16~24um的顆粒對(duì)水泥的性能尤為重要，含量愈多愈好。小于3um的細(xì)顆粒，易結(jié)團(tuán)，不要超過10%。大于65um的顆?；钚院苄?，最好沒有。表二為1998~2001年在世界水泥檢測大對(duì)比中選用了不同強(qiáng)度等級(jí)的法國水泥，國際試驗(yàn)室的檢測結(jié)果。
時(shí)間強(qiáng)度等級(jí)水泥品種顆粒級(jí)配（累計(jì)通過量%）um抗壓強(qiáng)度（Mpa）密度（g/cm3）)比面積標(biāo)準(zhǔn)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(fù)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(jí)配與性能當(dāng)前人們對(duì)水泥細(xì)度狀態(tài)又有了一個(gè)新的認(rèn)識(shí)，即最緊密堆積理論。水泥粉體物料的堆積密度對(duì)配制出的砼施工性、強(qiáng)度和耐久性有很大影響，水泥粉體物料的堆積密度愈密實(shí)，砼的性能愈好。如何實(shí)現(xiàn)水泥顆粒分布最緊密堆積呢？歐美一些學(xué)者多數(shù)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(shù)學(xué)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(xué)者將此式改為：     

 A=100.(d/D)mm—指數(shù)，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(jì)算式被用作水泥顆粒分布的理想篩析曲線，并依此對(duì)水泥、砂漿及混凝土進(jìn)行評(píng)價(jià)。表三為按此式計(jì)算的各級(jí)顆粒累計(jì)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(jì)算的顆粒累計(jì)含量%調(diào)配水泥或細(xì)粉最佳堆積密度的理論和工藝在歐美一些工業(yè)發(fā)達(dá)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(yīng)用，并取得很好效果。根據(jù)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(bǔ)，形成最佳堆積。此時(shí)適當(dāng)?shù)卦黾踊旌喜模粌H不會(huì)使水泥的強(qiáng)度和澆筑性能變差，反而還能變好。 參考文獻(xiàn)1.喬齡山.水泥的最佳顆粒分布及其評(píng)價(jià)方法       水泥，2001（8）

2．張福根，郭華，水泥工業(yè)現(xiàn)代粒度測試技術(shù)探討   水泥技術(shù)，2002（增刊）

3．姚燕，王文義，我國水泥標(biāo)準(zhǔn)同國際接軌后改進(jìn)產(chǎn)品質(zhì)量的分析  水泥，2003（6）