从比表面积的影响看水泥标准的细度规定.pdf

2023.No.9-27-1水泥标准有关细度的规定水泥生产乃至使用过程，几乎所有品种都用比表面积控制产品细度，但GB 175通用硅酸盐水泥（报批稿）中，只有硅酸盐水泥规定用比表面积表示细度，而普通硅酸盐水泥、矿渣硅酸盐水泥、火山灰质硅酸盐水泥、粉煤灰硅酸盐水泥、复合硅酸盐水泥等都用45 m方孔筛筛余R45作细度指标。此外，其他现行水泥标准规定比表面积的有：GB 250292010钢渣道路水泥、GB 135902006钢渣硅酸盐水泥、GB/T 136932017道路硅酸盐水泥、GB 102382005油井水泥、GB 2002017中热、低热硅酸盐水泥、GB 204722006硫铝酸盐水泥、JC/T 6002010石灰石硅酸盐水泥；规定R45筛余的有：GB/T 20152017白色硅酸盐水泥、GB/T 312892014海工硅酸盐水泥、JC/T 21522012复合硫铝酸盐水泥；另有JC/T 7402006磷渣硅酸盐水泥、GB/T 351612017超细硅酸盐水泥 分别用R80筛余和D50、D90粒径表示细度，GB/T 2012015铝酸盐水泥 则规定R45筛余有争议时以比表面积为准。众所周知，比表面积和筛余对细度的定义和检测方法完全不同，作为一项强制性指标，涉及生产、验收、质检、仲裁等异时、异地检测过程，上述标准为何不作统一规定，这难免让人困惑。但从实测反馈的一些现象分析，又颇觉不无道理。本文从原料特性和检测环境分析其影响，或许有助于理解标准的含义，对日常检测也有所裨益。2比表面积的影响因素GB/T 80742008水泥比表面积测定方法 勃氏法 的相关规定见表1。表1GB/T 8074标准规定的主要指标项目 方法指标试样准备先通过0.09 mm方孔筛，再110 5 烘干1 h，并冷却至室温适用原料水泥和各种粉状物料（多孔物料和超细粉体不适用）测定范围200600 m2/kg试验温度按校准温差大于或小于3 计算S相对湿度不大于50%空隙率P 、P 水泥取0.5000.005，其他水泥或粉料取0.5300.005。捣器支持环不能与圆筒顶边接触时，允许改变勃氏透气仪手动或自动。有争议时以手动为准结果处理二次试验S相差不大于2%除表1外，比表面积还包括下式各种影响因素。S=STssss Tss 1(1()33（1）式中：S、Ss 试 样、标 准 样 的 比 表 面 积，cm2/g或m2/kg；、s 试样、标准样的密度，g/cm3；、s 试 样、标 准 样 检 测 时 的 空 气 黏 度，Pa s；T、Ts 试样、标准样的透气时间，s；、s 试样、标准样料层中的空隙率。式（1）是在校准温差3 时引入条件最多的计算式，式中S、T、取决于试样品种及细度，属原料特性；空气黏度与试验室温度、湿度等气候条件有关，属环境因素。此外还有粉体粒度特性、颗粒形态、助磨剂、手动与自动检测等潜在因素，也可能影响透从比表面积的影响看水泥标准的细度规定罗帆1，2（1.合肥水泥研究设计院有限公司，安徽合肥230051；2.中建材（合肥）粉体科技装备有限公司，安徽合肥230051）摘要：国家标准对不同水泥的细度规定，有的采用比表面积，有的采用方孔筛筛余，有的则两者兼具。对细度标准为何不作统一规定？本文从原料特性和检测环境两个方面分析其原因。结果表明，原料特性已知有6种混合材容易产生粉体料层空隙率改变而影响比表面积；检测环境的影响主要是气候条件，同在3 温差下，高温与低温的空气黏度不同，湿度也不受温度制约，对比表面积起明显干扰作用。本文为相关水泥标准采用45 m筛筛余表征细度提供了数据支持。关键词：比表面积；水泥原料；粉体特性；检测环境中图分类号：TQ172.12文献标志码：B文章编号：1002-9877（2023）09-0027-04DOI：10.13739/11-1899/tq.2023.09.007-28-2023.No.9气时间T、Ts而得到不同的计算结果。以下均采用手动勃氏透气仪检测。2.1试样密度与空隙率试样密度、空隙率用于计算透气圆筒体积V所需的试样量m，即：m=V（1）。式中V通常由透气仪供应商提供或者自行校定；、随原料和细度而异，需试验室配套检测。按GB/T 8074标准规定：P 、P 水泥取0.5000.005，其他水泥或粉料取0.5300.005，并允许改变。实际上，微弱改变0.01，即可使S偏差5%10%甚至更大，也不易掌控捣器支持环与圆筒顶边是否接触，很多原料都是因为粉体料层体积增大而必须改变来重新调整试样量m，相关统计见表2。表2不同原料的料层空隙率分布原料空隙率 试样数占比/%原料品种混合材0.50019987.7粉煤灰、矿渣、钢渣、锂渣、锰渣、炉渣、镍铁渣、磷铁渣、煤矸石、钒钛渣、铜尾渣、铁尾渣（尾砂）、铝灰渣、石煤渣、铝矾土、石灰石、火山灰岩0.510.5273.1粉煤灰、矿渣、炉渣、尾砂0.530.5594.0粉煤灰、铁尾渣、锂渣、矿渣0.560.5973.1粉煤灰、煤矸石、炉渣0.600.6252.2粉煤灰水泥0.5008498.8通用硅酸盐水泥，混合材掺量5%49.5%0.51011.2粉煤灰硅酸盐水泥，粉煤灰掺量31%由表2可见，实测17种227例常用混合材中，已知有粉煤灰、炉渣、尾渣（砂）、矿渣、锂渣、煤矸石等6种原料累计28例发生改变，分别占品种数、试样数的35.3%、12.3%，其中以粉煤灰发生频次最高、改变幅度最大，在0.5100.620范围内都有分布。这表明含有上述混合材的水泥皆可能因取值不同而导致S偏差，实测85例水泥就有1例出现这种情况，占比1.2%，相关标准不采用比表面积作细度指标，可规避异时、异地检测因取值差异对结果的影响。问题是，占试样数87.7%的混合材和98.8%的水泥，在空隙率=0.500时仍可满足捣器支持环与圆筒顶边接触而无需改变，需要改变的值范围（0.5100.620）也远远超出GB/T 8074规定的0.530，其发生概率和改变幅度都没有定数。因此，GB/T 8074标准是否有必要对P 、P 水泥之外的“其他水泥或粉料”再作另值规定很值得商榷。本文认为，既然允许改变，则所有试样都应以国家标准样品GSB 08-2184-2014（萤石粉标准样）的空隙率0.500为基本值，需要时再酌情调整，更能反映不同原料的确切空隙率。2.2试验室温度、湿度与空气黏度GB/T 8074标准规定试验室相对湿度不大于50%，但实地监测到，试验室在空调环境下很容易保持温差3，而湿度却很难达标。监测结果见表3。表3监测地为本院研发中心一楼试验室，监测时间为工作日8：3018：00，每2 h读数一次，采用电子式温湿度仪与当地气象播报同步连续监测。实地监测表明，无论是春秋自然环境还是冬夏空调环境，试验室同天温差都可控制到3.0，但湿度变化很大，同天、同月乃至同一温度的湿度绝对值稳定在4%以下和波动在20%以上都有发生，且与天气晴雨和室温高低无明显规律。关键是，按“试验室相对湿度不表3试验室温度、湿度监测统计数据年/月监测天数/d月温度/同天最大温差/月湿度/%同天最小/最大湿度/%相同温度的最小/最大湿度湿度达标天数最小最大最小最大平均温度/湿度/%天数/d占比/%2022/42317.622.51.5467760.762/7622.556/7728.72022/52919.326.12.1418154.857/8123.846/785.519.02022/62522.325.02.3448864.047/8225.047/822.510.02022/72021.125.22.8537862.265/7824.055/78002022/82522.625.42.5438660.954/7324.561/8614.02022/92122.524.81.7386658.943/6423.139/6010.550.02022/102218.625.31.3357754.238/5619.540/738.538.62022/112516.220.61.5437862.761/7819.750/703.514.02022/121312.617.62.6315640.640/5016.131/5111.588.52023/12010.919.62.4336443.135/4418.638/601890.02023/22111.020.23.2356146.835/4413.842/601466.72023/32812.917.32.0357751.154/7016.954/7013.548.2注：6月9月和12月2月为空调环境，自动除湿，其余为自然环境；温差0.1；连续4 h达标为半天，达标6 h以上为全天。2023.No.9-29-罗帆：从比表面积的影响看水泥标准的细度规定大于50%”的标准要求，平均每月只有7.5 d达标，年达标率约33.3%。对于湿度，同一时段的气象播报值与实际监测值相差很多，气象湿度达标率也仅为27.0%。可见合肥地处的亚热带湿润性气候决定了湿度不会太低；对于温度，温差只是相对概念，同样温差下，高温与低温的空气黏度不同，湿度也不受温度高低制约，这就给检测结果增加了不确定因素。同一试样异时检测结果见表4。表4同一试样异时检测的比表面积S对比试样空隙率出磨即测密封袋存放60 d存放90 d烘干1 h温度/湿度/%S/（m2/kg）温度/湿度/%S/（m2/kg）温度/湿度/%S/（m2/kg）水泥A0.50018.061338.926.071359.725.252 342.3水泥B0.50025.546359.524.765364.624.162366.6水泥C0.50020.572359.423.869395.323.362372.4矿渣A0.53025.059412.923.567441.323.265413.7矿渣B0.50022.062588.619.852596.119.242625.8粉煤灰A0.61024.067634.423.143610.624.653617.3粉煤灰B0.50025.070564.023.641596.220.556582.1炉渣0.56022.563760.225.259771.819.650796.5锂渣0.50025.255591.023.667618.220.168597.9注：烘干水分均0.12%。表4均在校准温差3 下测得，标准样均为0.500，只是检测时间各有不同。结果表明，同一试样分次检测有的重现性较好（S相差1.9%），有的则很差（S相差2.8%9.1%）。重现性差的主要是透气时间T或Ts偏移太大，分析认为，一是每个测值均至少两次取样复验，应该不存在操作上的误差；二是试样空隙率相对一致，也不存在取值差异；三是烘干前后的水分变化非常微弱，影响也不至于这样明显。排除这些因素，就只能说明检测环境在起干扰作用，因为上述测值都是在不同季节（包括晴/雨、常温/持续39 极端高温）的气候条件下得出的，温度、湿度有高低之别，这可能是影响测值重现性的直接原因。重现性差即准确性难以保证，水泥标准不规定比表面积可规避异时、异地检测环境的影响。与筛余相比，比表面积对粉磨参数的变量反应灵敏，与030 m含量关系紧密，因而在很多试验中不可替代，如：多因子/水平的正交试验、不同原料/工况的平行试验等，这些试验的系统性强、时间跨度大，一般需要数天甚至数月才能完成，如果每次检测都用标准样校准，则可能因Ts重现性差而丧失试验规律，通常以首次校准的标准样Ts用于试验全程而不在乎时间长短，此时环境因素的影响被削弱，而比表面积曲线更有规律。以粉磨时间为变量的试验如图1。2.3其他潜在影响因素2.3.1助磨剂水泥、混合材粉磨过程使用助磨剂非常普遍，通常都有降低筛余和提升比表面积的作用。但在进行不同助磨剂的对比试验中发现，有1例矿渣因三乙醇胺及其复合物引起比表面积变异。试验见表5。粉煤灰A粉煤灰B镍铁渣C8007006005004003002002比表面积S/（m/kg）粉磨时间/min21019017015013011090705030图1不同原料的S对比试验表5助磨剂影响比表面积S的实例矿渣助磨剂掺量/%R45/%S/（m2/kg）三乙醇胺Na2SO4丙三醇A-00009.4393A-10.11006.1362A-20.040.030.046.3367表5是在相同粉磨条件下经多次取样检测验证的结果，可见试样A-1、A-2相比于空白样A-0的R45筛余均保持减小，但S却始终偏低，说明该助磨剂此时只对降低筛余有效，对S则起紊乱作用，使其真实细度被掩盖，而R45筛余分别用负压筛、水筛、激光仪检测，结果都能相互印证。这也可以作为水泥标准不规定比表面积的原因之一。-30-2023.No.92.3.2粒度特性很多混合材单纯用比表面积表示细度存在局限性。例如，钢渣、镍渣、铝灰渣等冶金废渣有的S很高（500 m2/kg），但同时粗颗粒也多，甚至还有0.9 mm筛筛余20%和0.25 mm筛筛余31%的实例。这些组分若按标准允许的40%70%掺量配制水泥，既有可能比表面积超标，也有可能粗颗粒失控，而用R45筛余控制细度则可抑制这种反差。此外，有些混合材的料层空隙率也变化无常，同一试样越粗（选粉机粗粉）或越细（出磨成品），都有越大的实例。用为0.61、0.50的粉煤灰、炉渣混掺30%50%，仍高居0.560.58，类似现象更适合用R45筛余检测细度。但单独粉磨混合材，还是应同时检测S和R45，以避免两者过于悬殊。3结论与建议原料特性对比表面积的影响，主要是粉体料层体积变化所致的空隙率改变，试验已知粉煤灰、炉渣、尾渣（砂）、矿渣、锂渣、煤矸石等原料的改变概率大、范围宽，取值差异是影响测值重现性的直接原因；检测环境的影响主要是气候条件，同在3 温差下，高温与低温的空气黏度不同，湿度也不受温度制约，对比表面积起明显干扰作用。相比之下，R45筛余基本不受原料和环境的影响，其测值一致性更好，普适性更强。本文为相关标准采用45 m筛筛余表征细度提供了数据支持。反观其他水泥标准如：钢渣道路水泥、钢渣硅酸盐水泥、低碱度硫铝酸盐水泥、石灰石硅酸盐水泥以及矿渣硫铝酸盐水泥（T/CCPA 362022）等，目前仍采用比表面积规定细度，这些水泥的混合材品种也多，允许掺量有的最大也达50%甚至90%，因而上述影响同样存在，值得跟进论证。另外，本地监测的湿度达标率低，在全国或许不是个别现象，建议GB/T 8074标准放宽试验室湿度指标，相信这更符合我国幅员辽阔、气候迥异的特点。（编辑胡如进）0引言实验室间比对对于实验室和检验检测机构，是一种有效的外部质量保证活动，也是内部质量控制技术的重要补充。GB/T 176712021水泥胶砂强度检验方法（ISO法）于2021年12月31日发布，从2022年7月1日起实施，为了切实提高各实验室和检验检测机构水泥胶砂强度检验项目新标准的检验能力，保证新老标准的平稳过渡，2022年5月7月，陕西省质量认证认可协会依据 检验检测机构资质认定管理办法 检验检测机构监督管理办法 及 实验室能力验证实施办法 等有关规定，组织陕西省内建材、水利、公路及铁路等检测机构、商混生产企业内部实验室、科研院所等从事水泥检测的相关技术机构（实验室）开展了水泥胶砂强度实验室间比对，共有387家检验检测机构（实验室）参加了本次室间比对，收到有效结果382份。本文对此进行了总结分析。1材料与方法1.1测试项目3 d抗折强度、3 d抗压强度。1.2测试依据GB/T 176712021水泥胶砂强度检验方法（ISO法），统一采用0.5水灰比进行检验。陕西省2022年度水泥胶砂强度实验室间比对结果分析王军龙1，2，张乐3，马治成3，陶涛1，张大鹏1，杨小静2（1.铜川声威建材有限责任公司，陕西铜川727001；2.国家水泥质量监督检验中心（陕西），陕西铜川727031；3.陕西省质量认证认可协会，陕西西安710004）摘要：本文基于陕西省质量认证认可协会在2022年度开展的水泥胶砂强度实验室间比对的资料和数据，分析了实验室间比对情况，对影响水泥胶砂强度检验的因素进行了技术分析，并提出相关建议。关键词：实验室间比对；水泥胶砂强度；技术分析中图分类号：TQ172.13文献标志码：B文章编号：1002-9877（2023）09-0030-03DOI：10.13739/11-1899/tq.2023.09.008欀欀欀欀欀欀欀欀欀欀欀欀欀欀欀欀欀欀欀欀欀欀欀欀欀欀欀欀欀欀欀欀欀欀欀欀欀欀欀欀欀欀欀欀欀欀欀欀欀