第27卷第3期 交通科学与工程 Vo1.27 No.3 2 0 I 1年9月 JOURNAL OF TRANSPORT SCIENCE AND ENGINEERING Sep.2011 文章编号:1674—599X(2011)O3一Oo19一O5 水泥颗粒分布与标准稠度需水量的灰色关联分析 左 惠 , 申爱琴 (1.宁夏大学新华学院,宁夏银川 750021;2.长安大学公路学院,陕西西安710064) 摘要:采用Mastersizer 2000激光粒度分析仪,对6种水泥进行颗粒分布测试,并进行标准稠度需水 量试验.应用灰色关联理论对水泥颗粒分布对用水量的影响进行分析.研究结果表明:适当减少水泥颗 粒(<2O m,特别是5~10 m)的质量分数能够减小水泥标准稠度需水量,从而在保证混凝土流变性不 变的前提下,提高混凝土的强度和耐久性. 关键词:水泥;水泥颗粒分布;灰色系统理论;标准稠度需水量 中图分类号:TU5 文献标识码:A Grey connection analysis between particle size distribution of cement and water requirement of cement normal consistency zuo Hui ,SHEN Ai—qin0 (1.School of Xinhua,Ningxia University,Yinchuan 750021,China; 2.College of Highway Engineering,Chang’an University,Xi’an 710064,China) Abstract:Using Mastersizer 2000 laser particle size analyzer for particle size distribution of cement is analyzed on the six kinds of testing cement samples,and the standard con— sistency water requirement is also determined.The experimental results were analyzed with gray system theory to examine the particle size distribution of cement with the wa— ter requirement of cement normal consistency.The results show that:appropriate to re— duce less than 20/zm(in particular the 5~10 btm)content of the cement particles Call re— duce the water demand for normal consistency of cement,thus the same rheological behavior of concrete is ensured under the premise of improving the strength and durability of concrete. Key words:cement;the particle size distribution of cement;gray system theory;water requirement of cement normal consistency 近年来,水泥细度和颗粒分布日益受到重 验,再运用灰色系统理论,对该实验结果进行分 视[1].水泥比表面积和颗粒分布对水泥强度的影 析,试图探讨水泥颗粒分布与水泥标准稠度需水 响已研究多年,但关于水泥颗粒分布对水泥净浆 量之间的关系 引. 标准稠度需水量的影响关注较少,且往往看法不 一.水泥标准稠度需水量是影响水泥品质乃至混 1原材料性质及试验方法 凝土性能的重要因素.本研究利用激光粒度分析 仪,对不同的水泥样品进行级配分析,并用这些已 为全面考察水泥的颗粒分布对新拌水泥砂浆 知颗粒级配的水泥样品进行标准稠度需水量试 标准稠度需水量的影响,选取同一水泥厂、同一生 收稿日期:2011--02—24 基金项目:西部交通建设科技项目(2o05318812O2) 作者简介:左惠(1982一),女,宁夏大学助教,硕士. 20 交通科学与 工程 第27卷 产线上截取的不同磨细程度的水泥,分别为掺加 混合材(和商品水泥掺量相同)A组和不掺加混合 1982年创立的一门新兴横断学科 卜 ,它以“部分 信息已知,部分信息未知”的“小样本”、“贫信息” 材B组,其中:A348代表比表面积为348 n /kg 的掺混合材水泥,依次类推. 采用英国Malvern(马尔文)公司生产的Mas— tersizer 2000激光粒度分析仪对各种水泥进行粒 度分析.Mastersizer 2000(如图1所示)能测试 0.02~2 000 m范围内液体、固体和乳化液的 、 粒度. 图1 Mastersizer 2000激光粒度分析仪 Fig.1 Mastersizer 2000 laser particle size analyzer 分别对A348,A415,A495,B262,B330和 B391等6种水泥材料进行了粒度分析,其中:图2 为A348的粒度分布曲线,由图2可知,各种水泥 粒度分布曲线为连续状态.为方便分析,将水泥颗 粒粒径划分为不同的范围,划分尺寸为2 ( =1, 2,…,6),根据粒度分布曲线,通过积分方法,可得 出各种水泥在不同粒径处的累计筛余量(见表1). 逞 蛙 粒度, m 图2 A348粒度累计分布曲线 Fig.2 A348 size cumulative distribution curve of particle size 2灰色关联分析方法 灰色关联分析是我国著名学者邓聚龙教授‘ 表1各种水泥的累计筛余量 Table 1 A variety of water requirement of cement mormal consistency 2 87.19 85.19 8Z.67 89.61 87.62 82.09 4 79.22 74.92 73.89 83.88 79.59 72.89 8 67.50 62.37 58.56 71.38 66.56 57.88 16 49.55 47.O3 39.82 55.43 47.45 40.55 32 27,58 23.64 19.69 34.99 27.17 21.93 64 8.84 4.22 2.62 12.82 8.79 6.34 不确定性系统为研究对象,通过对“部分”已知信 息的生成、开发及提取有价值的信息,实现对系统 运行行为的正确认识和有效控制.灰色关联分析 是灰色系统理论中的重要方法之一,它的基本思 想是根据序列曲线的几何形状的相似程度来判断 其联系是否紧密.曲线越紧密,相应序列之间的关 联度就越大.灰色关联分析克服了传统数理统计 方法样本量大、有时量化结果与定性分析不一致 的不足,弥补了回归分析和方差分析等存在的缺 点,关联度具有唯一性、对称性和可比性的特点. 关联度是不同因素之间关联极性的量度,其 值愈大,反映子序列与母序列的相关性愈大.正关 联表示子序列对母序列起增进作用;负关联则表 示子序列对母序列起削弱作用. 灰色关联度的计算步骤为[6]: 考察k个时间序列 {Xi∞(r)),r=1,2,…,N1; (x5∞(r】),r—l,2,…,N2; …: {X:D)(,)},r一1,2,…,M. 式中:N ,N。,…,N 均属于自然数集,且不一定 相等;志序列代表五种,再给定时间序列: {X(0)(r)),r一1,2,…,N。称之为母序列;相应地, {g…(o’(,)),m一1,2,…,k称为子序列. 令序列{X (i)), =1,2,…,N 的平均值为 一X ,即 一[∑x (r)]/N ;记数据xo(r)的 第3 期 左 惠,等:水泥颗粒分布与标准稠度需水量的灰色关联分析 21 标么值为Y,,.(r),即Y (r)一X (r)/x ,为此得 标么值时间数据序列: 3水泥粒度对水泥需水量的灰色关 (Yo(r)),r=1,2,…,No;{yl(r)),,.一1,2, 联分析 |.・,Nl;{Y2(r)},r=1,2,…,N2;…;{Y (r)), r一1,2,…,N^. 3.1 水泥砂浆需水量的试验结果 实际上,可以将{X (r))到{Y (r))看作是 对6种水泥进行了标准稠度需水量试验,试 一种映射T. 验结果见表2. 记序列{Y,,.(r))与{Yo(r))在t—r点的绝对 表2各种水泥的标准稠度需水量 差为A。 (,.),则有A。 (r)=lY。(,.)一y (r)l,m一 Table 2 A variety of cement standard consistency water 1,2,….记差值中的最小值为△。 ,最大值为 水泥品种标准稠度需水量/ 水泥品种标准稠度需水量/ △。 … ;记m条子线(每条子线代表一个时间序 A348 27.6 B26Z 24.7 列)中的最大值与最小值分别为△ 。 和△ ¨则在 A415 28.O B330 25.6 r时刻的关联系数 。 (r)为; A495 31.0 B391 26.4 岛 (r)一[△ -m+K△ 。 ]/[△。 (r)+K△ ]. 3.2关联度分析 (1) 按照灰色系统理论的分析方法,以标准稠度 式中:K为分辨系数,取0.5. 用水量为母序列,以相应各组普通硅酸盐和纯硅 故y 与 的关联度为: 酸盐水泥粒度分布为子序列(见表3,为了使实验 N 。 一[∑ 。结果更加精确,该处粒径划分和表1有所不同); rj1 (r)]/N. 并按照灰色关联理论的分析方法进行计算,得出 在计算岛 时,由于使用A。 (r)= 水泥颗粒分布与标准稠度需水量的关联度及关联 I (r)一Ym(r)l,故不能区别因数间的关联极性 极性(见表4). 正关联还是负关联.因而采用判断关联极性的方 由表4可知,对于掺混合材水泥而言,标准稠 法为: 度用水量贡献的正因子越大,标准稠度用水量越 N N N Qm=∑ry (r)~∑ym(r)∑r/N, 大;标准稠度用水量贡献负因子的绝对值越大;标 r宣1 r一1 r一1 准稠度用水量越小. N N Q,=∑r2一∑r/N. 因此,水泥颗粒分布对于掺混合材水泥的标准 r矗1 r_1 稠度需水量的影响顺序将随着粒径的减小而增大. 若sgn(Q /Qr)一sgn(Q。/Q,),则y州与 为 同理,对不掺混合材水泥和忽略混合材因素 正关联;若sgn(Q /Q,)一--sgn(Qo/Q,),则y 与 两种情况进行分析,得出不同颗粒分布对标准稠 y0为负关联. 度需水量的影响见表5. 表3水泥颗粒分布序列与标准稠度需水量序列 Table 3 Particle size distribution of cement series and water requirement of cement normal consistency series 水泥 标准稠度 颗粒分布(子序列)/ 类型 需水量 (母序列)/ <5 lum 5~10 m 10~2O m 20~30 m 30 ̄40 m 40 ̄50 m 50 ̄60 m 60 ̄85 m >85 m 22 交通科学与 工程 第27卷 表4各粒径范围对标准稠度的关联度及关联极性 Table 4 The particle size in the range of standard consistency of correlation degree and correlation of polarity 表5不同颗粒分布对标准稠度需水量的影响 Table 5 Different particle size distribution on water requirement of cement normal consistency effect 注:“十”代表正相关,“一”代表负相关. 从表5可以看出: 出结论: 1)在3种情况下,关键因子5~10/xm水泥 颗粒的质量分数越大,标准稠度需水量越大.总体 1)适当控制水泥中小于20/.tm水泥颗粒的 质量分数,特别是5~10 m水泥颗粒的质量分 数,有利于降低水泥的标准稠度需水量. 2)适当增加较大粒径的水泥颗粒(>20 m), 来说,小于20 m水泥颗粒的质量分数对增大标 准稠度需水量起促进作用. 2)关键负因子2O~30 m颗粒的质量分数 能够一定程度上降低水泥的标准稠度需水量. 3)该两种降低水泥标准稠度需水量的方式,需 越大,标准稠度需水量越小.总体来说,大于20肛m 水泥颗粒的质量分数对增大标准稠度需水量起负 作用. 3)小于20肚m颗粒的质量分数越大,标准稠 度用水量越大;而大于20 m颗粒的质量分数越 大,标准稠度用水量越小.这也进一步证实,细颗 粒越多,意味着水泥颗粒之间有更多的空隙需要 用水填满才能达到标准稠度. 和水泥的比表面积配合使用才能达到更好的效果. 按照本研究的方法,可以研究出水泥颗粒分 布对水泥其他性能的影响规律,便于水泥厂可以 大量生产所谓“标准熟料,,[ .这种熟料和混合材 分别粉磨成不同的细度,分开存放,再根据客户需 要调配成不同品种和性能的水泥.欧美等市场上 已经出现许多不加和少加含碱外加剂的水泥,通 过调整水泥化学成分、组分组成、颗粒分布、硫酸 4 结语 实际工程中,水泥标准稠度需水量的高、低对 混凝土的性能影响很大.如果水泥的标准稠度需 水量大,为确保混凝土的施工性能而加大用水量, 盐最佳掺配、微粉改性及添加适当外加剂,可配制 出满足不同使用条件的道路混凝土. 参考文献(References): [1]乔龄山.水泥的最佳颗粒分布及其评价方法[J].水 泥,2001(8):1—5.(QIA0 Ling-shan.The best parti— cle size distribution of cement and its evaluation 则会降低混凝土强度,增加混凝土干缩产生裂纹 的可能性,降低混凝土的抗渗性和耐久性[7].因 此,应该严格控制水泥的标准稠度需水量,保证工 程质量.通过对掺加混合材和不掺加混合材两大 类水泥进行了粒度分析及标准稠度试验,并对水 method[J].Cement,2001(8):1—5.(in Chinese)) [2]左惠.水泥的技术性质对道路水泥混凝土路用性能 的影响研究[D].西安:长安大学,2008.(ZUO Hui. Research on influence of the performance of the road 泥粒度对需水量的影响进行了灰色关联分析,得 第3期 左 惠,等:水泥颗粒分布与标准稠度需水量的灰色关联分析 23 (上接第18页) search Institute of Highway Ministry of Transport. DI黄卫东,赵明阶,韦刚.高速公路土石混填路基压实 JTG F40—2007,Highway soil experiment specifica— 质量控制与评价EJ3.重庆交通学院学报,2005, tion[s].Bering:China Communications Press,2006. 24(4):49—54.(HUANG We ̄dong,ZHAO Ming- (in Chinese)) jie,WEI Gang.Control and evaluation of the com— E73 刘丽萍,折学森.土石混合料压实特性试验研究[J]. pact quality of soil—stone embankment in highway 岩石力学与工程学报,2006,25(4):206—210.(LIU [J].Journal of Chongqing Jiaotong University,2005, Li-ping,SHE Xuc-sen.Study on compaction property 24(4):49—54.(in Chinese)) of earth-rock mixture EJ].Chinese Journal of Rock Esl李波,王万德.土石混合填料压实特性研究[J].辽宁 Mechanics and Engineering,2006,25(4):206—210. 省交通高等专科学校学报,2003,5(3):4—6.(LI 13o, (in Chinese)) WANG Wan-de.Dust and rock mix filling intimidate E83 中交公路规划设计院.JTG D50—2006,公路沥青路 fact characteristic research[J].Journal of Liaoning 面设计规范[S].北京:人民交通出版社,2006.(Chi— Provincial College of Communications,2003,5(3): na Highway Planning and Design Institute Consult— 4--6.(in Chinese)) ants.JTG D5O一2006,Specification for the design of [6]交通部公路科学研究院.JTG E40—2007,公路土工 highway asphalt pavement[S].Beijing:China Corn— 试验规程ES7.北京:人民交通出版社,2007.(Re— munications Press,2006.(in Chinese))