关于激光粒度仪测试报告的解析

引言随着我国水泥粉磨技术和粉体粒度测试技术的进展，众多水泥企业对水泥的颗粒级配越来越重视,不少大中型企业已将激光粒度仪用于日常的生产控制、分析，一些中小企业通过科研院所对水泥成品做分析，来指导生产。由于我国水泥企业对水泥颗粒级配测试开展得迟，应用的还不普遍，相关人员对颗粒级配的测试理论、测试数据的运用等还不十分了解。本文对激光粒度仪测试报告作一简介，希望能对一些水泥企业工作者对颗粒级配的了解应用有所帮助。

1 粒度分布的一般概念

1． 1粒径的定义      

 所谓粒径，就是颗粒的直径、颗粒的大小或尺寸。但是现实的粉体颗粒，如水泥颗粒，其形状是不规则的，难以用一个尺度（比如粒径）来描述。实际上，迄今为止的任何一种粒度测量仪器，都是假定颗粒是圆球形的条件下测量颗粒大小的。在粒度测试中引入“等效粒径”概念，用来描述粒径。

1．2等效粒径     所谓等效粒径，即是指一个颗粒的某一物理特性与同质球形颗粒相同或相近时，那么这个球形颗粒的直径就称为该颗粒的等效粒径。常见的等效粒径有等效散射光粒径（激光粒度仪所测的粒径），等效电阻粒径（库尔特计数器所测的粒径），Stokes径（沉降法所测的粒径），等效筛分径（筛分法所测的粒径）等等。由于等效的方法不同，一个颗粒也可能有多个不同等效的粒径。这就是不同粒度测试方法所得到的结果往往不同的主要原因。

1.3粒度分布（颗粒级配）    粒径是用来描述一个颗粒的大小的。一种粉体样品的各个颗粒，大小往往互不相同，这时要用粒度分布才能较全面地描述粉体的整体颗粒大小。所谓粒度分布就是用一定方法反映出一系列不同粒径颗粒分别占粉体总量的百分比。粒度分布在水泥行业又称颗粒级配。通常我们将粒径分成多个粒径区间：[D0，D1],[D1, D2],……[Dn-1, Dn],各区间内的颗粒数占总数的百分比：w1,w2,……wn就组成了粒度分布。这种以各粒径区间内的颗粒占总颗粒的百分比表示的粒度分布，又称为粒度的微分分布或频度分布。此外还可以用累积（积分）分布来表示。累积分布表示大于某代表粒径Di的颗粒占总颗粒的百分比，即我们常用的筛余表示。在粒度测试报告中，粒度分布通常用表格法和图形法来表示。

1.4 RRSB方程   颗粒分布常以RRSB方程表示，RRSB方程是用以表述经粉磨制备的细粉颗粒分布的数学方程式，也有的简称为RRB方程。D(χ)=1－R（χ）=1－e-(χ/χ′)n   式中：D（χ）——粒径χ的筛析通过量，%；R（χ）——粒径χ的筛余量，%；χ——粒径，um;χ′——当量粒径或特征粒径,表示颗粒群的粗细程度，um;n——曲线斜率或均匀性系数，表示粒度分布范围的宽窄程度。n值越小，粒度分布范围越广。 从方程中可以看出，两个参数χ′和n就决定了该方程。所以在水泥的粒度分布研究中,只需测量80um和45um的筛上物的百分比,就可计算出χ′和n的数值,从而得到水泥样品的粒度分布.但RRSB只是水泥实际粒度分布的一种近似表达,同现代粒度仪测量出的粒度分布有偏差。  

 1.5平均粒径平均粒径是通过对粒度分布加权平均得到的一个反映粉体平均粒度的一个量。    

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

式中，n1,n2,……，nm表示粒度的颗粒个数分布，Di=     ,代表第I粒径区间上颗粒的平均粒径。         

当p=4,q=3时，称为体积平均径D（4，3）。         

当p=3,q=2时，称为面积平均径D（3，2）。  

 1 .6边界粒径       

边界粒径用来表示样品粒度分布的范围，由一对特征粒径组成，例如：（D10，D90）、（D16，D84）等等。以（D10，D90）为例，表示小于D10的颗粒占颗粒总数的10%，大于D90的颗粒也占颗粒总数的10%（=100%-90%），即80%的颗粒分布在区间[D10，D90]内。 2测试报告详解表1是BT——9300S型激光粒度分布仪结果报告单。其中第一栏是有关样品测试情况的参数，包括样品名称、来源、分散介质、测试单位等。第二栏是是被测样品的粒度特征参数和测试时所用光学参数。该栏以简明的方式表达出被测样品的主要粒度特征。其中中位径（有的报告中用D50表示）是指累计分布百分数达到50%时所对应的粒径值，它是反映粉体粒度特性的一个重要指标之一。体积平均径是通过体积分布得到的平均径，有的报告中用D（4，3）或VMD表示。面积平均径是通过面积分布得到的平均径，有的报告中用D（3，2）或SMD表示。面积平均径与比表面积成反比。即面积平均径越大比表面积越小。比表面积是根据粒度分布计算的比表面积，其值还与测试时输入的密度有关，如果密度值与实际偏差大，那比表面积值就有偏差。实际应用中，比表面积应以比表面积仪测量出的值为准。样品折射率和介质折射率是测量时所选取的，在根据光的散射原理法测量的粒度仪中，测试时都要选择好样品的折射率,同一样品选择不同的折射率会有不同的结果，每种物质都有它固有的折射率。跨度，有的报告中称为宽度系数（常用N表示）。跨度也是反映粒度分布宽度的一个参数。N=（D90-D10）/D50。第三栏是给出了一系列特征参数，D3，D6，D10……D90，D95，D98分别表示累积百分比（筛下物含量）达到3、6、10……90、95、98时的粒径。例如表中D10：3.37um表示小于3.37um的颗粒占10%。第四栏是粒度分布表。它详细列出了各个粒径区间颗粒的百分含量和某一粒径点以下的累积含量。例如表1中表示0.69 um~0.76 um的颗粒含量为0.26%，<0.76  um的颗粒含量为1.35%。第五栏是粒度分布图。横坐标表示粒径，左纵坐标和右纵坐标分别表示累积分布和微分分布数值。累积分布值相当于筛下物的百分含量。

BT-9300S型激光粒度分布仪分析系统结果报告单 样品名称:水泥样品来源:试验磨介质名称:水测试单位:盐城市水泥粉磨技术研究所测试人员:韩乃成测试日期:2006-09-21  测试时间:15:10:55备注:粉磨时间20分钟 中位径:18.10um体积平均径:24.40um面积平均径:7.24um遮光率:30.91比表面积:281.98m^2物质折射率:2.645+0.000i介质折射率: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 粒径(um)区间%累积%粒径(um)区间%累积%粒径(um)区间%累积%粒径(um)区间%累积%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 粒度测试报告3水泥颗粒级配评析   如何定量判断水泥最佳颗粒级配和合理颗粒级配，目前尚未有一致意见。国内比较公认的水泥最佳颗粒级配为：3~32um颗粒对强度增长起主要作用，其间粒度分布是连续的，总量不低于65%。16~24um的颗粒对水泥的性能尤为重要，含量愈多愈好。小于3um的细颗粒，易结团，不要超过10%。大于65um的颗粒活性很小，最好没有。表二为1998~2001年在世界水泥检测大对比中选用了不同强度等级的法国水泥，国际试验室的检测结果。
时间强度等级水泥品种颗粒级配（累计通过量%）um抗压强度（Mpa）密度（g/cm3）)比面积标准稠度（%）2481632405063802天28天1998年52.5R波特兰13.624.339.659.085.190.995.798.699.338.068.13.1040826.02000年52.5波特兰17.026.235.046.963.365.674.580.186.329.958.13.1634825.62001年42.5波特兰矿渣（36~64%）9.517.029.348.573.085.290.894.799.717.052.83.0033429.01997年32.5R波特兰复合（6~20%）10.018.030.449.274.885.190.795.397.721.441.13.0937423.0

表二  法国水泥颗粒级配与性能当前人们对水泥细度状态又有了一个新的认识，即最紧密堆积理论。水泥粉体物料的堆积密度对配制出的砼施工性、强度和耐久性有很大影响，水泥粉体物料的堆积密度愈密实，砼的性能愈好。如何实现水泥颗粒分布最紧密堆积呢？欧美一些学者多数主张使用90年代初Fuller和Thompson提出的理想筛析曲线，简称Fuller曲线。Fuller曲线数学式为：       

 A=100.(di/D)0.5式中：A—筛析通过量，%；   

 di—筛孔尺寸，mm；     

 D—混合集料中最大颗粒的直径，mm。早期的Fuller曲线没有考虑颗粒形状和表面特性，后来A.Hummel和K .Wesche等学者将此式改为：     

 A=100.(d/D)mm—指数，视集料颗粒形状特性而定。砾石类集料取0.4,即      

A=100.(d/D)0.4    

此计算式被用作水泥颗粒分布的理想筛析曲线，并依此对水泥、砂浆及混凝土进行评价。表三为按此式计算的各级颗粒累计含量。   

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计算的颗粒累计含量%调配水泥或细粉最佳堆积密度的理论和工艺在欧美一些工业发达国家日趋普及，在桥梁、隧道、高性能混凝土、耐磨、耐腐蚀混凝土等工程中都有应用，并取得很好效果。根据最佳堆积原理（参考Fuller曲线），使混合材与熟料的颗粒在粒度分布上互补，形成最佳堆积。此时适当地增加混合材，不仅不会使水泥的强度和浇筑性能变差，反而还能变好。 参考文献1.乔龄山.水泥的最佳颗粒分布及其评价方法       水泥，2001（8）

2．张福根，郭华，水泥工业现代粒度测试技术探讨   水泥技术，2002（增刊）

3．姚燕，王文义，我国水泥标准同国际接轨后改进产品质量的分析  水泥，2003（6）