1、由水泥颗粒比表面积引发的思考史艳忠（神木职教中心 陕西神木 719300）摘 要：本文结合笔者的水泥专业课程教学实践，给出了水泥颗粒比表面积这一概念。同时，在一定的假设条件下，详细推导了水泥颗粒粒径的大小与水泥比表面积之间的换算关系，并得出粉粒状物料比表面积的计算公式 。公2134RnS式中 n 为颗粒粉碎后的个数，显然粉碎后的个数越多，颗粒的粒径就越小，比表面积就越大。另外，作者还给出了水泥颗粒比表面积的大小对水泥物理力学性质的影响情况，为学习水泥专业的人士提供参考。关键词：水泥颗粒 粉磨工艺 比表面积 0课题的引出笔者任教于神木职教中心，曾担任某化工企业培训班水泥专业的水泥煅烧技术及设备
2、、 水泥生产工艺以及粉磨工艺及设备三门主干课程的教学工作。在教学过程中，笔者发现一个使用率极高的名词，那就是水泥颗粒的“比表面积” ，本文作者将就这一概念做详细的阐释，并给出水泥颗粒的粗细程度（用比表面积来表示）与水泥的物理力学性能的一些关系。水泥颗粒的比表面积是指单位质量水泥颗粒的总表面积 1，通俗的说就是一千克水泥包含的所有颗粒的表面积之和。国家规范规定硅酸盐水泥细度为比表面积大于 300m2/kg，凡细度不能满足此规定者皆为不合格品。1. 水泥生产工艺简介我们可以将水泥的生产过程概括为“两磨一烧 2”，即生料粉磨、熟料煅烧以及水泥粉磨，简单的说就是生产水泥的原料经过生料粉磨设备粉磨后，进
3、入烧成设备进行煅烧，煅烧完成后所得的产物叫做熟料，最后将熟料掺加一定的石膏再一次磨细即得水泥制品。在这个过程中提到了粉磨这个名词，很显然我们都知道所谓的粉磨就是将颗粒粒径较大的一些物料通过某些特殊的设备，如球磨机、立式磨等磨细成为粒径较小的颗粒。研究生料颗粒与水泥颗粒的比表面积有着极为重要的意义。首先，生料的颗粒粒径越小，则其比表面积越大，传热面积也越大，会使得碳酸盐的分解速度增快，有利于熟料的烧成 3。其次，水泥在使用过程中，先要进行水化作用，然后才开始凝结硬化，所以水泥颗粒越细，则其比表面积越大，与水接触的面积也就越大，水化反应也就越快，水泥的早期强度就会越高。最后，如果一味要求水泥颗粒的
4、细度越细，势必会造成磨机单位时间内的产量降低、电耗增多等不利的影响 4。综上所述，水泥的细度（即比表面积）应该控制在适宜的范围，具体参看有关资料，本文不再赘述。2颗粒粒径与比表面积关系的研究2.1 基本假设为了本课题的研究，我们对所研究的水泥颗粒做了如下假设：（1）粉磨前后水泥颗粒的形状均为圆球形。（2）粉磨前后水泥颗粒的密度不发生变化。（3）颗粒粉磨一次之后只产生同一种粒径的颗粒。2.2 分析过程鉴于如上假设，我们研究如下：情况一：由一个水泥颗粒粉磨为两个粒径相同的颗粒如图 1 所示，假设一个粒径为 R1的水泥颗粒经过粉磨之后变成了两个粒径为R2的水泥颗粒，则根据总体积不变的原则有： 21V
5、即： 32314R得： 32又： 14RS所以： 213224R（此处的 S2为两个颗粒的总表面积，以下同此。 ）因为 ，所以 ，故粉磨之后颗粒的总表面积增加。131224SR情况二：由一个水泥颗粒粉磨为三个粒径相同的颗粒图 情 况 一 粉 磨 示 意 图如图 2 所示，假设一个粒径为 R1的水泥颗粒经过粉磨之后变成了三个粒径为R3的水泥颗粒，则根据总体积不变的原则有： 31V即： 314R得： 32所以： 21324RS因为 ，所以 。很显然，将一个较大的颗粒粉12321234RS磨为三个较小的颗粒时，在总体积不变的情况下，其总表面积增加，则其比表面积增加。情况三：由一个水泥颗粒粉磨为 n
6、个粒径相同的颗粒如图 3 所示，假设一个粒径为 R1的水泥颗粒经过粉磨之后变成了 n 个粒径为Rn的水泥颗粒，则根据体积不变的原则有： nV1即： 3314nR得： 3n所以： 21324RnSn很显然，当粉磨后颗粒的数量 n 从 1 增加至无穷大时，颗粒的总表面也在逐渐增大，从而我们可以得出这样一个结论：水泥颗粒粉磨后，颗粒的粒径越小其总表面积越大，比表面积也越大。同时，我们也可以得到这样一个公式：，由公式我们还可以看出颗粒的总表面积与粉磨后颗粒数量的三次2134RnS方根成正比。3基本结论通过以上的研究分析，我们可以得出如下结论：（1）通过以上分析验证了水泥颗粒的粉径越小，其比表面越大的结
7、论。（2）在上述假设条件下，得出粉粒状物料比表面积的计算公式 ，2134RnS图 情 况 二 粉 磨 示 意 图图 3 情 况 三 粉 磨 示 意 图 个粉粒状物料的比表面积随着粉磨后颗粒数目的增加而增大。（3）水泥颗粒越细，则其比表面积越大，与水接触的面积越多，水化反应也越快，水泥的早期强度就会越高。（4）由于分子之间存在着某些化学键，要想使得颗粒由大变小，所做的功必须能够使这些化学键发生断裂、扭曲等。很显然，颗粒越小时，颗粒分子之间的化学作用越强，破坏它们之间的化学键就更难，所消耗的粉磨电能也急剧增加。因此，国家规范对水泥行业做了规定，规定水泥的细度为 0.08mm 方孔筛筛余应控制在 1
8、0%14%之间，同时比表面积的最佳控制范围为 350450m2/kg。参考文献1 毕万利，周明月 .建筑材料M.北京，高等教育出版社，20082 李坚利，周惠群 .水泥生产工艺M.武汉，武汉理工大学出版社，20083 周惠群.水泥煅烧技术及设备M. 武汉，武汉理工大学出版社，20064 方景光.粉磨工艺及设备M.武汉，武汉理工大学出版社，2002作者联系方式姓名：史艳忠性别：男出生年月：1983.10.13工作单位：陕西省神木县神木职教中心籍贯：陕西府谷民族：汉学历：硕士研究生主要研究方向：主要从事建筑工程专业的教学与研究工作电话：15091491692Email： QQ：158650165通信地址：陕西省神木县神木职教中心.邮编：719300
