14矿渣粉细度分类与优化

______矿渣粉细度分类与优化靳秀芝1，赵宏杰2，韩涛1,3，韩铁宝3，李新建3(1中北大学材料科学与工程学院，山西太原，030051)(2天津振兴水泥有限公司，天津，300400)(3中北大学-智海企业集团水泥混凝土技术研发中心，山西太原，030031)摘要：利用弱化缓冲算子和曲线拟合的方法研究了矿渣粉比表面积和掺量对掺矿渣粉水泥强度的影响。结果表明：按矿渣粉细度和掺量对水泥强度的影响规律可以把矿渣粉分成三类：粗矿渣粉（比表面积＜400m2/kg）、细矿渣粉（比表面积为450-550m2/kg）和超细矿渣粉（比表面积＞600m2/kg）。掺这三类矿渣粉水泥各龄期的抗压强度随着矿渣粉掺量增加分别呈现逐渐减小、基本不变和持续提高三种截然不同的趋势。通过对比矿渣粉磨时间和矿渣粉水泥强度比得出矿渣粉比表面积最佳范围是450m2/kg到500m2/kg。关键词：弱化缓冲算子;曲线拟合；矿渣粉；比表面积；分类；优化中图分类号：TU528文献标识码：A文章编号：引言矿渣粉用在混凝土中具有成本低、工作性好、后期强度高、水化热低、耐久性好等优点，使其成为配制高强高性能混凝土的必要组分之一[1-3]。矿渣粉性能的好坏主要取决于其粉磨细度。通常情况下，矿渣粉越细，比表面积越大，活性越高。提高矿渣粉细度一度成为提高矿渣粉质量主要手段[4-6]。新国标《GB/T18046-2008用于水泥和混凝土中的粒化高炉矿渣粉》也把矿渣粉的比表面积由“S75、S95、S105均不小于350m2/kg”改为“S75≥300m2/kg、S95≥400m2/kg、S105≥500m2/kg”。但用在混凝土中的矿渣粉并不是越高越好，矿渣粉太细会引起工作性变差、粉磨能耗大幅度提高等问题，如何将矿渣粉的细度控制在合理范围成为困扰超细矿渣粉生产企业的主要问题[7]。掺矿渣粉胶砂抗压强度比是决定矿渣粉等级的最主要指标，研究矿渣粉细度对抗压强度的影响并在此基础上确定矿渣粉的最佳细度范围对矿渣粉生产和在混凝土中的应用具有重要指导意义。1试验原料及试验方法1.1试验原料水淬高炉矿渣为长治钢铁集团公司3、7号高炉产生，熟料来源于山西双良水泥有限公司。熟料、矿渣的比重分别为3.16g/cm3、2.95g/cm3。原料的化学成分见表1。表1物料的化学成分Tab.1Chemicalcompositionofmaterialswt（%）成分SiO2TiO2Al2O3Fe2O3MgOCaOMnOfcaoSO3熟料21.50.285.984.111.9864.5－0.850.42矿渣33.00.6016.32.608.0034.50.70－0.60利用Φ500×500mm的标准试验磨机粉磨制备七种矿渣粉和一种熟料粉，矿渣粉与熟料粉以不同的比例混合成矿渣水泥粉体（石膏掺量固定为4%）。表2矿渣粉与熟料粉的粉磨时间与比表面积Tab.2Grindingtimeandspecificsurfaceareaofslagandclinker编号S1K1K2K3K4K5K6K7粉磨时间min324556668597121140比表面积m2/kg3563444144415005496036401.2试验方法1.2.1比表面积测定：BS－1型勃氏透气法比表面积测试仪，依GB/T8074—2008进行；1.2.2水泥胶砂强度测定：按照GB/T17671—1999《水泥胶砂强度检验方法》（ISO），测定标准养护试件3天、7天、28天的试样抗折和抗压强度（见表3）。表3矿渣水泥的强度Tab3strengthofslagcement矿渣粉细度m2/kg矿渣掺量%抗折强度MPa抗压强度MPa3d7d28d3d7d28d03.835.566.7718.3928.8843.95344103.815.307.8217.8127.1646.84203.595.397.6417.8926.9252.25303.995.207.7217.0327.3948.96403.865.658.3716.6025.9950.33503.795.088.2515.7724.1347.82603.344.958.1313.4721.2042.56703.235.267.9712.7120.7336.14414103.865.467.9019.6629.8050.19203.815.418.0217.7727.9453.25303.955.687.9517.8927.9350.16404.205.618.3317.9526.8551.30504.025.318.5615.5624.0647.81603.775.438.6614.4522.0644.95703.405.167.9413.2921.3038.10441104.185.847.4419.9131.2453.77204.316.788.0620.8333.5257.59304.596.268.2921.6732.8458.26404.536.068.6520.7831.2358.53504.366.508.8118.3329.0955.16604.416.329.0517.6127.7250.78704.256.329.6118.2927.1044.20500104.275.857.4219.8531.2252.55204.475.968.0721.0533.6557.38304.616.208.2221.4032.9558.70404.466.258.8020.5131.6458.86504.326.609.3318.3630.7656.97604.317.089.4818.9031.6054.23704.326.999.9318.6630.1847.78549104.325.777.6019.7931.7952.53204.516.398.1321.2933.7957.14304.846.578.3521.1433.8658.77404.986.628.6620.2533.3059.66504.746.829.0219.8032.9060.46604.887.3610.3219.4933.5756.31704.687.489.7318.8331.6146.41603104.575.677.6420.1633.2853.44204.816.598.6023.0737.1962.60305.016.738.4423.2036.4161.16405.367.249.4023.1338.2064.41505.367.739.4423.2538.2765.45605.417.7310.0021.6736.5258.80705.337.7010.6921.9833.9349.05640104.555.857.3719.8931.1149.66204.686.918.5722.9036.1859.06305.066.659.0724.8937.2164.70405.507.219.0625.2839.4965.74505.947.619.6525.9339.7466.41605.937.8810.3926.9340.4863.61706.058.6511.0925.8536.2451.842结果与分析2.1矿渣粉对水泥强度影响表达为了便于分析矿渣粉的质量水平及其对矿渣水泥的影响程度，先采用GB/T18046-2008规定的强度比法进行数据处理。强度比（％）＝硅酸盐水泥的胶砂强度掺矿渣水泥的胶砂强度×100％（1）2.2弱化缓冲算子构建从矿渣粉对水泥水化硬化影响的机理上来看，其细度和掺量引起水泥强度的变化是连续的。由于硬化水泥石是由由固、液、气组成的多孔体系，孔隙分布的不均匀性和操作人员偶然误差都会引起强度及强度测定值的波动。这些波动引起的随机误差，会掩盖矿渣粉的细度和掺量对矿渣水泥强度的作用规律的体现。为了消除偶然因素对试验结果的影响，凸现规律性，本文采用弱化缓冲算子对数据进行了处理（以3天抗压强度为例，见表4，表5，图1）。其中弱化缓冲算子定义如下：若设原始数据序列为：Xx1x2xn，，，；（2）令XDx1dx2dxnd，，，；（3）其中ki11xkdxkk12nn＝；，，，（4）该算子符合不动点公理、信息充分利用公理、规范化公理等缓冲算子三公理。表4矿渣水泥3天抗压强度比Tab4ratioof3dcompressivestrengthofslagcement矿渣粉比表面积m2/kg矿渣粉掺量％1020304050607034496.997.392.690.385.873.269.1414106.996.697.397.684.678.672.3441108.2113.3117.8113.099.695.899.5500107.9114.5116.4111.599.9102.8101.4549107.6115.8114.9110.1107.7106.0102.4603109.6125.5126.1125.7126.4117.8119.5640108.1124.5135.3137.5141.0146.4140.6表5矿渣水泥3天抗压强度比（修正）Tab5ratioof3dcompressivestrengthofslagcement（adjusted）矿渣粉比表面积m2/kg矿渣粉掺量％1020304050607034496.997.195.694.392.689.386.4414106.9101.7100.299.696.693.690.5441108.2110.8113.1113.1110.4108.0106.7500107.9111.2112.9112.6110.0108.8107.8549107.6111.7112.8112.1111.2110.3109.2603109.6117.5120.4121.7122.7121.9121.5640108.1116.3122.7126.4129.3132.1133.3809010011012013014015016017001020304050607080矿渣掺入量wt%3d抗压强度比%344414441500549603640809010011012013014001020304050607080矿渣掺入量wt%3d抗压强度比%344414441500549603640a修正前b修正后图1掺矿渣粉水泥3d的抗压强度比Fig.1ratioof3dcompressivestrengthofslagcement(a.beforeadjustedb.afteradjusted)利用公式4对表4中数据进行处理可得表5。矿渣水泥的3天抗压强度比（修正）与矿渣粉比表面积、矿渣粉掺量的关系见图1。对比表4和表5及图1可以看出，修正后的数据比修正前的数据光滑了许多。表5中由于偶然因素引起的数据间的差别比表4中由于偶然因素引起的数据间的差别小的多了，对规律的影响小了。弱化算子确实起到了淡化扰动对数据的影响，但同时也降低了强度的增长率，分析水泥强度变化时应注意。2.3矿渣粉比表面积对水泥强度的影响2.3.1矿渣粉比表面积对水泥早期（3d）抗压强度的影响由图1（b）可以看出，不同比表面积矿渣粉在不同掺量下对水泥3d抗压强度的影响规律可分成三类：第一类矿渣粉（粗矿渣粉）是比表面积为350-400（＜400）m2/kg。此类矿渣粉的比表面积与常用水泥粉体比表面积相当，掺入水泥中，造成矿渣水泥3天抗压强度比大都低于100，说明掺入此类矿渣粉后，会造成水泥3天抗压强度降低；同时，3天抗压强度比线随着矿渣粉掺量的增加而迅速下降，说明掺入此类矿渣粉水泥的3天抗压强度会随着矿渣粉掺量的增加而迅速减小；掺414（400）m2/kg矿渣粉水泥的强度比都大于掺344（350）m2/kg矿渣粉水泥的强度比，说明掺此类矿渣水泥的3天抗压强度随着矿渣比表面积的增大而增大。第二类矿渣粉（细矿渣粉）的比表面积为450-550m2/kg。掺