CN115849741B - 一种定量表征水泥中熟料与混合材比表面积的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种定量表征水泥中熟料与混合材比表面积的方法，包括以下步骤S1：利用空气动力筛分仪将所用水泥筛分成不同的粒径段，并测定不同筛余粒径范围水泥的密度、比表面积、并利用密度法计算各筛余水泥中熟料占比；S2：计算出出不同粒度范围水泥的比表面积；S3：二项式拟合后建立粒度与比表面积的关系；S4：计算出熟料在不同粒度范围水泥中的占比；S5：二项式拟合后建立粒度与水泥中熟料比例的关系；S6：按所选水泥激光粒度数据计算出粒度与比表面积及熟料占比的关系；S7：对重新划分的粒度区间进行加权运算计算熟料及混合材的比表面积。本发明可以定量的计算出水泥中熟料比表面积，进而可以准确的计算出水泥的优化空间。
Description
技术领域
本发明属于建筑材料技术领域，特别涉及一种定量表征水泥中熟料与混合材比表面积的方法。
背景技术
水泥是我国建筑行业不可或缺的一种重要材料，它硬化后不但强度较高，而且还能抵抗淡水或含盐水的侵蚀，不仅关系到工程项目的施工速度和成本、标志着我国建筑行业和材料领域的交互发展里程，更关系到建筑的安全系数。水泥是一种重要的资源性和影响国民经济发展的基础性产品，作为基础材料，广泛应用在民用建筑、桥梁公路建设、水利建设、工业建筑等的人们生活的方方面面。其中间产品熟料的质量监控和评估是保证水泥质量的重要环节，所以，水泥的品质和特性受到了各行各业的广泛关注。由于水泥的比表面积是评价水泥质量的重要标准，我们只有测量出较为精确的数据，才能保证施工项目的品质。
文献《基于深度卷积神经网络的熟料颗粒方法研究》中在借鉴结合传统选矿领域中的颗粒粒度检测算法的基础上，首次引入深度卷积网络UNet算法对熟料颗粒图像进行分割，并在此基础上做出了改进，提升了颗粒分割的准确率，最后，利用一些典型的颗粒大小特征来对分割图像进行颗粒粒度分布估计。
专利CN201720157300.X公布了一种在线颗粒图像粒度分析装置，通过高速摄像机对分散物料进行高速拍照，将分散物料的颗粒分度记录下来，并通过颗粒分析软件对所拍摄的图像进行分析，得到水泥各组分粒度的分布情况。
上述发明所用分析方法计算复杂，需要有专有的分析软件，非常规的水泥基材料检测设备，通过无机材料常用检测仪器，定量表征水泥中熟料与混合材的比表面积，可以量化共粉磨水泥中熟料的比表面积，进而评估水泥熟料系数的下降空间，达到降低水泥行业碳排放的目的。
发明内容
本发明的目的在于提供一种定量表征水泥中熟料与混合材比表面积的方法，以解决现有技术中分析方法计算复杂，需要有专有的分析软件的技术问题。
为实现上述目的，本发明提供了以下技术方案：
本发明提供的一种定量表征水泥中熟料与混合材比表面积的方法，包括下述步骤：
S1：利用空气动力筛分仪将所用水泥筛分成不同的粒径段，并测定不同筛余粒径范围水泥的密度、比表面积、并利用密度法计算各筛余水泥中熟料占比；
S2：计算出不同粒径段水泥的比表面积；
S3：二项式拟合后建立粒度与比表面积的关系；
S4：计算出熟料在不同粒度范围水泥中的占比；
S5：二项式拟合后建立粒度与水泥中熟料比例的关系；
S6：按所选水泥激光粒度数据计算出粒度与比表面积及熟料占比的关系；
S7：对重新划分的粒度区间进行加权运算计算熟料及混合材的比表面积。
进一步的，所述水泥为P·C42.5水泥、P·O52.5水泥、M32.5水泥、P·O425水泥、P·II42.5水泥中的一种或两种。
进一步的，所述步骤S1中，粒度范围包括>0μm，>20μm，>32μm，＞45μm四个粒度范围。
进一步的，所述步骤S1中，各筛余水泥中熟料占比的计算式如下：
设>0μm水泥比表面积为S0，设>20μm水泥比表面积为S20，设>32μm水泥比表面积为S32，设＞45μm水泥比表面积为S45；
设>20μm水泥占比为K20，设>32μm水泥占比为K32，设>45μm水泥占为K45；
设>0μm水泥密度为ρ0，设>20μm水泥密度为ρ20，设>32μm水泥密度为ρ32，设>45μm水泥密度为ρ45；熟料密度为ρa，混合材密度为ρb；
则熟料在>0μm筛余水泥中的占比为n0＝(ρ0*ρa–ρa*ρb)/(ρ0*ρa–ρ0*ρb)；
则熟料在>20μm筛余水泥中的占比为n20＝(ρ20*ρa–ρa*ρb)/(ρ20*ρa–ρ20*ρb)；
则熟料在>32μm筛余水泥中的占比为n32＝(ρ32*ρa–ρa*ρb)/(ρ32*ρa–ρ32*ρb)；
则熟料在>45μm筛余水泥中的占比为n45＝(ρ45*ρa–ρa*ρb)/(ρ45*ρa–ρ45*ρb)。
进一步的，步骤S2中，所述不同粒径段水泥的比表面积的计算公式如下：
设0～20μm区间水泥占比为Kt1，设20～32μm区间水泥占为Kt2，设32～45μm区间水泥占比为Kt3，设>45μm区间水泥占比为Kt4；
则Kt1＝1-K20；
则Kt2＝K20-K32；
则Kt3＝K32-K45；
则Kt4＝K45；
设0～20μm区间水泥比表面积为St1，设20～32μm区间水泥比表面积为St2，设32～45μm区间水泥比表面积为St3，设>45μm区间水泥比表面积为St4；
则St1＝(S0-S20*(1-Kt1))/Kt1；
则St2＝(S20*(Kt2+Kt3+Kt4)-S32*(Kt3+Kt4))/Kt2；
则St3＝(S32*(Kt3+Kt4)-S45*Kt4)/Kt3；
则St4＝S45。
进一步的，所述步骤S4中，熟料在不同粒度范围水泥中占比的计算式如下：
设熟料在0～20μm水泥中的占比为nt1，熟料在20～32μm水泥中的占比为nt2，熟料在32～45μm水泥中的占比为nt3，熟料在>45μm水泥中的占比为nt4；
则nt1＝(n0-n20*(1-Kt1))/Kt1；
则nt2＝(n20*(Kt2+Kt3+Kt4)-n32*(Kt3+Kt4))/Kt2；
则nt3＝(n32*(Kt3+Kt4)-n45*Kt4)/Kt3；
则nt4＝n45。
进一步的，所述步骤S6中，将水泥激光粒度数据按照0～5μm，5～10μm，10～15μm，15～20μm，20～25μm，25～30μm，30～35μm，35～40μm，40～45μm，45～50μm，50～55μm，55～60μm，60～65μm，65～70μm，70～75μm，75～80μm区间进行重新划分，并得到各个区间的水泥占比。
基于上述技术方案，本发明实施例至少可以产生如下技术效果：
(1)本发明提供的定量表征水泥中熟料与混合材比表面积的方法，通过无机材料常用检测仪器，定量表征水泥中熟料与混合材的比表面积，可以量化共粉磨水泥中熟料的比表面积，进而评估水泥熟料系数的下降空间，达到降低水泥行业碳排放的目的。
(2)本发明提供的定量表征水泥中熟料与混合材比表面积的方法，可以定量的计算出水泥中熟料比表面积，进而可以准确的计算出水泥的优化空间，而不仅仅是定性分析，还解决了水泥无法直接分离各组分进行比表面积测试的难点。
具体实施方式
应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
下面将对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。另外，各个实施例之间的技术方案可以相互结合，但是必须是以本领域普通技术人员能够实现为基础，当技术方案的结合出现相互矛盾或无法实现时应当人认为这种技术方案的结合不存在，也不在本发明要求的保护范围之内。
本发明的目的是通过以下技术方案来实现的：
实施例1：
原料为广州某水泥厂P·C42.5水泥，组分为75份熟料、11份粉煤灰、10份石灰石、4份石膏。
计算步骤：
(1)通过密度之间的关系计算出筛余水泥的熟料占比，并测量各级筛余水泥比表面积；
则熟料在>0μm筛余水泥中的占比为：
n0＝(ρ0*ρa–ρa*ρb)/(ρ0*ρa–ρ0*ρb)＝0.754；
则熟料在>20μm筛余水泥中的占比为：
n20＝(ρ20*ρa–ρa*ρb)/(ρ20*ρa–ρ20*ρb)＝0.889；
则熟料在>32μm筛余水泥中的占比为：
n32＝(ρ32*ρa–ρa*ρb)/(ρ32*ρa–ρ32*ρb)＝0.908；
则熟料在＞45μm筛余水泥中的占比为：
n45＝(ρ45*ρa–ρa*ρb)/(ρ45*ρa–ρ45*ρb)＝0.927。
(2)测出不同粒度范围水泥的占比及比表面积大小；
设0～20μm区间水泥占比为Kt1，设20～32μm区间水泥占为Kt2，设32～45μm区间水泥占比为Kt3，设>45μm区间水泥占比为Kt4；
则Kt1＝1-K20；
则Kt2＝K20-K32；
则Kt3＝K32-K45；
则Kt4＝K45。
设0～20μm区间水泥比表面积为St1，设20～32μm区间水泥比表面积为St2，设32～45μm区间水泥比表面积为St3，设>45μm区间水泥比表面积为St4；
则St1＝(S0-S20*(1-Kt1))/Kt1＝614；
则St2＝(S20*(Kt2+Kt3+Kt4)-S32*(Kt3+Kt4))/Kt2＝111；
则St3＝(S32*(Kt3+Kt4)-S45*Kt4)/Kt3＝74.5；
则St4＝S45＝61。
设熟料在0～20μm水泥中的占比为nt1，熟料在20～32μm水泥中的占比为nt2，熟料在32～45μm水泥中的占比为nt3，熟料在>45μm水泥中的占比为nt4；
则nt1＝(n0-n20*(1-Kt1))/Kt1＝0.64；
则nt2＝(n20*(Kt2+Kt3+Kt4)-n32*(Kt3+Kt4))/Kt2＝0.85；
则nt3＝(n32*(Kt3+Kt4)-n45*Kt4)/Kt3＝0.88；
则nt4＝n45＝0.93。
| 各级粒径占比 | 各级比表面积 | 熟料比例 | 混合材比例 | |
| 0，20 | 0.56 | 614 | 64 | 36 |
| 20，32 | 0.17 | 111 | 85.2 | 14.8 |
| 32，45 | 0.1 | 74.5 | 88.27 | 11.73 |
| 45，63 | 0.17 | 61 | 92.6 | 7.4 |
(3)二项式拟合后建立粒度与熟料占比的关系：
y＝-0.0187x2+1.8163x+48.339，R2＝0.9767，
二项式拟合后建立粒度与比表面积的关系：
y＝0.5452x2-46.76x+1012.1，R2＝0.9702。
(4)利用PSD数据对粒度区间进行重新划分并对熟料及混合材比表面积进行计算；
(5)通过计算得知，该水泥中熟料比表面积为307.1m2/kg，混合材比表面积为696.6m2/kg。
实验验证：将水泥熟料粉磨至比表约307m2/kg，混合材按比例混合后粉磨至约700m2/kg，按照P·C42.5水泥比例进行混合后记为1#水泥，将混合材与熟料共粉磨至比表370mm2/kg记为2#水泥，通过强度、流动度、凝结时间、安定性、需水量等物理性能的测试及水化热、不同龄期水化程度等化学性能测试，1#、2#水泥物理化学性能均一致，即证明了该方法是可以定量计算表征水泥中熟料与混合材比表面积的。
实施例2：
原料为南宁某水泥厂P·C42.5水泥，组分为77份熟料、5份燃煤炉渣、4份有色金属灰渣、2份页岩、10份石灰石、2份石膏。
计算步骤：
(1)通过密度之间的关系计算出不同粒径区间熟料占比；
则熟料在>0μm筛余水泥中的占比为：
n0＝(ρ0*ρa–ρa*ρb)/(ρ0*ρa–ρ0*ρb)＝0.754；
则熟料在>20μm筛余水泥中的占比为：
n20＝(ρ20*ρa–ρa*ρb)/(ρ20*ρa–ρ20*ρb)＝0.920；
则熟料在>32μm筛余水泥中的占比为：
n32＝(ρ32*ρa–ρa*ρb)/(ρ32*ρa–ρ32*ρb)＝0.952；
则熟料在>45μm筛余水泥中的占比为：
n45＝(ρ45*ρa–ρa*ρb)/(ρ45*ρa–ρ45*ρb)＝0.897。
(2)测出不同粒度范围水泥的占比及比表面积大小；
设0～20μm区间水泥占比为Kt1，设20～32μm区间水泥占为Kt2，设32～45μm区间水泥占比为Kt3，设>45μm区间水泥占比为Kt4；
则Kt1＝1-K20；
则Kt2＝K20-K32；
则Kt3＝K32-K45；
则Kt4＝K45。
设0～20μm区间水泥比表面积为St1,设20～32μm区间水泥比表面积为St2,设32～45μm区间水泥比表面积为St3，设>45μm区间水泥比表面积为St4；
则St1＝(S0-S20*(1-Kt1))/Kt1＝487.60；
则St2＝(S20*(Kt2+Kt3+Kt4)-S32*(Kt3+Kt4))/Kt2＝214.64；
则St3＝(S32*(Kt3+Kt4)-S45*Kt4)/Kt3＝64.11；
则St4＝S45＝58.01。
设熟料在0～20μm水泥中的占比为nt1，熟料在20～32μm水泥中的占比为nt2，熟料在32～45μm水泥中的占比为nt3，熟料在>45μm水泥中的占比为nt4；
则nt1＝(n0-n20*(1-Kt1))/Kt1＝0.69；
则nt2＝(n20*(Kt2+Kt3+Kt4)-n32*(Kt3+Kt4))/Kt2＝0.91；
则nt3＝(n32*(Kt3+Kt4)-n45*Kt4)/Kt3＝0.982；
则nt4＝n45＝0.897。
| 各级粒径占比 | 各级比表面积 | 熟料比例 | 混合材比例 | |
| 0，20 | 0.63 | 487.60 | 69.00 | 31.00 |
| 20，32 | 0.22 | 214.64 | 91.00 | 9.00 |
| 32，45 | 0.10 | 64.11 | 98.20 | 1.80 |
| 45，63 | 0.06 | 58.01 | 89.70 | 10.30 |
(3)二项式拟合后建立粒度与熟料占比的关系：
y＝-0.0389x2+3.064x+37.786，R2＝0.9999，
二项式拟合后建立粒度与比表面积的关系：
y＝0.3526x2–33.605x+842.46，R2＝0.9999；
(4)利用PSD数据对粒度区间进行重新划分并对熟料及混合材比表面积进行计算；
(5)通过计算得知，该水泥中熟料比表面积为300.8m2/kg，混合材比表面积为806.5m2/kg。
实验验证：将水泥熟料粉磨至比表约300m2/kg，混合材按比例混合后粉磨至约800m2/kg，按照P·C42.5水泥比例进行混合后记为1#水泥，将混合材与熟料共粉磨至比表370mm2/kg记为2#水泥，通过强度、流动度、凝结时间、安定性、需水量等物理性能的测试及水化热、不同龄期水化程度等化学性能测试，1#、2#水泥物理化学性能均一致，即证明了该方法是可以定量计算表征水泥中熟料与混合材比表面积的。
上面对本发明的较佳实施方式作了详细说明，但是本发明并不限于上述实施方式，在本领域的普通技术人员所具备的知识范围内，还可以在不脱离本发明宗旨的前提下作出各种变化。
以上显示和描述了本发明的基本原理和主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护的范围由所附的权利要求书及其等效物界定。
Claims (2)
1.一种定量表征水泥中熟料与混合材比表面积的方法，其特征在于，包括下述步骤：
S1：利用空气动力筛分仪将所用水泥筛分成不同的粒径段，并测定不同筛余粒径范围水泥的密度、比表面积、并利用密度法计算各筛余水泥中熟料占比；
S2：计算出不同粒径段水泥的比表面积；
S3：二项式拟合后建立粒度与比表面积的关系；
S4：计算出熟料在不同粒度范围水泥中的占比；
S5：二项式拟合后建立粒度与水泥中熟料比例的关系；
S6：按所选水泥激光粒度数据计算出粒度与比表面积及熟料占比的关系；
S7：对重新划分的粒度区间进行加权运算计算熟料及混合材的比表面积；
所述步骤S1中，粒度范围包括>0μm，>20μm，>32μm，＞45μm四个粒度范围；各筛余水泥中熟料占比的计算式如下：
熟料在>0μm筛余水泥中的占比为：
n0=(ρ0*ρa–ρa*ρb)/(ρ0*ρa–ρ0*ρb)；
熟料在>20μm筛余水泥中的占比为：
n20=(ρ20*ρa–ρa*ρb)/(ρ20*ρa–ρ20*ρb)；
熟料在>32μm筛余水泥中的占比为：
n32=(ρ32*ρa–ρa*ρb)/(ρ32*ρa–ρ32*ρb)；
熟料在>45μm筛余水泥中的占比为：
n45=(ρ45*ρa–ρa*ρb)/(ρ45*ρa–ρ45*ρb)；
ρ0为>0μm水泥的密度，ρ20为>20μm水泥的密度，ρ32为>32μm水泥的密度，ρ45为>45μm水泥的密度；ρa为熟料的密度，ρb为混合材的密度；
步骤S2中，所述不同粒径段水泥的比表面积的计算公式如下：
Kt1=1-K20；
Kt2=K20-K32；
Kt3=K32-K45；
Kt4=K45；
其中，Kt1为0～20μm区间水泥的占比，Kt2为20～32μm区间水泥的占比，Kt3为32～45μm区间水泥的占比，Kt4为>45μm区间水泥的占比，K20为>20μm水泥的占比，K32为>32μm水泥的占比，K45为>45μm水泥的占比；
St1=(S0-S20*(1-Kt1))/Kt1；
St2=(S20*(Kt2+Kt3+Kt4)-S32*(Kt3+Kt4))/Kt2；
St3=(S32*(Kt3+Kt4)-S45*Kt4)/Kt3；
St4=S45；
St1为0～20μm区间水泥的比表面积，St2为20～32μm区间水泥的比表面积，St3为32～45μm区间水泥的比表面积，St4为>45μm区间水泥的比表面积；S0为>0μm水泥的比表面积，S20为>20μm水泥的比表面积，S32为>32μm水泥的比表面积，S45为＞45μm水泥的比表面积；
所述步骤S4中，熟料在不同粒度范围水泥中占比的计算式如下：
nt1=(n0-n20*(1-Kt1))/Kt1；
nt2=(n20*(Kt2+Kt3+Kt4)-n32*(Kt3+Kt4))/Kt2；
nt3=(n32*(Kt3+Kt4)-n45*Kt4)/Kt3；
nt4=n45；
其中，nt1为熟料在0～20μm水泥中的占比，nt2为熟料在20～32μm水泥中的占比，nt3为熟料在32～45μm水泥中的占比，nt4为熟料在>45μm水泥中的占比，n0为熟料在>0μm筛余水泥中的占比，n20为熟料在>20μm筛余水泥中的占比，n32为熟料在>32μm筛余水泥中的占比，n45为熟料在>45μm筛余水泥中的占比，Kt1为0～20μm区间水泥的占比，Kt2为20～32μm区间水泥的占比，Kt3为32～45μm区间水泥的占比，Kt4为>45μm区间水泥的占比；
所述步骤S6中，将水泥激光粒度数据按照0～5μm，5～10μm，10～15μm，15～20μm，20～25μm，25～30μm，30～35μm，35～40μm，40～45μm，45～50μm，50～55μm，55～60μm，60～65μm，65～70μm，70～75μm，75～80μm区间进行重新划分，并得到各个区间的水泥占比。
2.根据权利要求1所述的定量表征水泥中熟料与混合材比表面积的方法，其特征在于：所述水泥为P·C42.5水泥、P·C52.5水泥、M32.5水泥、P·O425水泥、P·II42.5水泥中的一种或两种。
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