會員注冊 會員登錄   免費熱線:400-600-5673  主辦:建筑材料工業技術情報研究所  主管:中國建筑材料聯合會 關于我們   合同下載   加入收藏  
2528bmi001_1T
地區資訊:

北京 天津 上海 河南 重慶 廣東 江蘇 山西 浙江 福建 湖南 內蒙古 湖北 山東 遼寧 海南 吉林 云南 四川 陜西 安徽 江西 黑龍江 河北省

      關鍵字:    
 您所在的位置:首頁>資訊首頁>技術>水泥技術>水泥顆粒微觀分維與宏觀流動性關系的研究->正文
水泥顆粒微觀分維與宏觀流動性關系的研究

類別:技術|水泥技術   日期:2011-11-3     來源:   點擊率:144252        

 

段百濤1,吳成寶2
(1.越堡水泥有限公司,廣東 廣州 510070;2.華南理工大學 工業裝備與控制工程學院,廣東 廣州 510640)

摘要:將微觀分維作為表征水泥顆粒的形態參數;用數字顯微系統測算了5種水泥顆粒樣品的微觀分維,研究了水泥微觀分維及其與粉體流動性指數的關系,結果表明:水泥粉體微觀分維與其流動性指數呈線性負相關。
關鍵詞:水泥;顆粒;微觀分維;流動性
Abstract: The morphology of cement particle was characterized by the microcosmic fractal dimension. Five kinds of cement particle samples, which were measured with digital micro system, were used to find out the relationship between microcosmic fractal dimension of cement particle samples and the macroscopical fluidity of cement. The results indicated that the microcosmic fractal dimensions of cement particle sample and macroscopical fluidity indexes of cement were negative linear correlation.
Key words: cement; particle; microcosmic fractal dimension; fluidity
First author''s address: Heidelberg Yuexiu Cement Co., Ltd. Guangdong Guangzhou 510070, China

中圖分類號:TQ172.11  文獻標識碼:A  文章編號:1002-9877(2007)04-0008-04

      水泥粉體是由不連續的微粒構成的,是固體的特殊形態。它具有一些特殊的物理性質,如巨大的比表面積和較小的松密度,以及凝聚性和流動性等。在水泥的生產、傳輸、儲存、裝載及其混合過程中都涉及其流動性。所以研究水泥的流動性對水泥工業具有十分重要的作用。至今,有關文獻主要集中在水泥粉體流動性能的評價方法及其影響因素的研究[1~4]。隨著分形理論的發展,人們將微觀分維作為表征顆粒形貌特征的另一參數[5],但至今未見有關其與粉體流動性關系的報道。本文引用并改進了測算顆粒微觀分維的公式,用數字顯微系統與圖像分析法測算5種水泥顆粒樣品的微觀分維;并利用卡爾指數法評價水泥粉體的流動性,研究了水泥顆粒微觀分維與其宏觀流動性的關系。
1 顆粒微觀分維測算模型
      Avnir等[6]根據若干礦物顆粒材料表觀比表面積實測結果,建立了基于吸附法的顆粒材料表觀比表面積A(dⅠ)與顆粒兩粒級平均半徑之間的冪函數關系:

      式中:dI-表示兩粒級dI和dI+1間粒徑的平均值,k是描述形狀和尺度的常數,Ds 是顆粒微觀分維,其范圍限定在2≤Ds≤3。
      常規的表觀比表面積A(dI)是采用一定粒級間隔的顆粒表面積比顆粒質量表示的,即:
  

      式中:SI表示同一粒級中所有顆粒表面積之和, VI表示同一粒級中所有顆粒體積之和。
      即:

      若忽略粒級間顆粒密度ρ差異,也就是認為ρI=ρ(I=1,2,…),則(2)式轉化為:

      式中:si表示第I粒級中第i個顆粒的表面積,vi表示第I粒級中第i個顆粒的體積。
采用式(5)計算顆粒表面積需要顆粒平均密度ρ,這往往不方便。筆者利用數字顯微系統的特點,引入顆粒的幾何特征改進式(5)。具體做法是:在測量顆粒粒徑的同時,測定顆粒形態的其它特征數據,包括“投影面積sip”、“最大投影徑dmax”和“最小投影徑dmin”等,不失一般性地假定顆粒的表面積與投影面積成正比,體積與投影面積和算術平均徑的乘積成正比,于是單個顆粒的表面積、體積可按以下公式計算[7]:

      其中:k0為Caucy系數,根據Caucy定理[7],一般情況下其值為4,但是由于放在平面上的顆粒總是處于穩定的位置上,顆粒的投影并非完全隨機,所以Caucy系數的實測值大約為3.1~3.4。k1為與顆粒形態相關的常數。
      將式(6)、(7)代入式(5)有:


直線,設直線的斜率為d,則: 
      Ds=3+d(12)
      式(11)中的sip源于投影直徑和投影面積等顆粒幾何特征,因而Ds包含了更豐富的顆粒形貌要素,具有明晰的物理意義。
2 試驗材料及方法
2.1 試驗原材料
      本試驗選用5種水泥試樣,分別用1號、2號、3號、4號、5號表示;按多次四分法[8]取得有代表性的水泥顆粒樣品。
2.2 試驗方法
2.2.1 載玻片制作與圖像采集
      將載玻片在1%~2%濃度的鹽酸中浸泡,除去表面雜物后用蒸餾水洗凈晾干備用。將水泥顆粒分散到載玻片上[9],在透射偏光顯微鏡上放大200倍(10×20),且每個載玻片取5個不同部位用數碼相機拍攝水泥顆粒圖像;導入計算機中保存。
2.2.2 圖像和數據處理
      用圖像分析軟件IPP(全稱為:Image-pro Plus)將上述圖像銳化、設置灰度閾值等操作后[10],測算顆粒的“投影面積sip”、“最小投影徑dmin”、“最大投影徑dmax”,統計后導出數據到Excel、origin7.5中進行數據處理。
2.2.3 水泥流動性能的測試——卡爾指數評價法
      卡爾指數法[11,12]是一套比較全面表征粉體流動性的方法,對粉體的休止角、壓縮率、平板角、凝集度共4項指標進行測定,將測定結果換算成表示高低程度的點數然后采用點加法得出總點數作為流動性指數Fw,以綜合評估粉體流動性,其指數如表1所示。流動性指數Fw可以表示為:
      Fw=Cp指數+θr指數+θs指數+Ch指數(16)
      式中:Cp表示壓縮率,θr表示休止角,θs表示平板角,Ch表示凝聚度,各項指標的測算方法已相當成熟,不再贅述,可參看相關文獻[11,12,13]。為保證數據的正確性,取同一試樣4次試驗結果的平均值作為最后結果。

表1 粉體流動性指數評價表[12]

      注:流動性較大的粉體利用均勻度來計算噴流性指數;流動性較小的粉體則利用凝集度來計算流動性指數。水泥即屬于后者。
3 結果與分析
3.1 圖像與數據處理結果
      以3號水泥顆粒樣品為例,圖像處理和數據處理結果見圖1~圖3。其余4種樣品的處理過程與此同

圖1 3號水泥顆粒樣品的顯微圖像

圖2 經IPP處理的顯微圖像

圖3 數據擬合曲線

      從圖3可以看出:增加而下降,兩者的關系大致上呈線性函數關系,與模型構建的要求相符合。根據最小二乘法原理,對圖中數據點進行擬合,5種水泥顆粒樣品的擬合結果如表2。表2數據顯示:根據本文中引用并改進的測算顆粒微觀分維的計算公式,在測算水泥顆粒微觀分維時其線性相關系數均大于0.95,說明該改進的公式在測算水泥顆粒微觀分維時是可靠的,具有一定的應用價值。

表2 5種水泥顆粒樣品的微觀分維

3.2 水泥粉體微觀分維與其流動性能的關系
      與其他粉體一樣,水泥粉體在受到重力作用失去平衡時,宏觀上粉體層被破壞,微觀上顆粒之間發生了相對運動,水泥顆粒之間連續穩定地相對位移構成粉體層整體運動稱之為流動。本文利用卡爾指數法測算了5種水泥試樣的流動性指數,如表3。

表3 水泥樣品粉體流動性指數

      為直觀顯示水泥顆粒微觀分維與水泥宏觀流動性能的關系,以水泥顆粒微觀分維為橫坐標,以水泥宏觀流動性指數為縱坐標作圖,如圖4。根據最小二乘法原理擬合數據點,擬合方程為:y=74.689 8-      11.791 8x(r=-0.848 4, 數據組數n=5)。

圖4 水泥顆粒樣品微觀分維與水泥粉體宏觀流動性指數擬合曲線

      由擬合方程可知,水泥粉體宏觀流動性指數與水泥顆粒微觀分維呈一定的負相關性。這是因為顆粒微觀分維是顆粒微觀形貌不規則程度的表征,微觀分維越大,顆粒表面的精細結構越多,就越不規則,顆粒越粗糙[14,15];當粉體受到重力剪切作用時,顆粒在接觸面上產生滑動,表面越粗糙,剪切過程的擠壓作用越強,滑動摩擦就越大,就不容易產生粉體層整體流動,粉體流動性越弱;再者,顆粒的精細結構越多,顆粒之間的咬合作用增強,對粉體的流動亦有阻礙作用。但同時發現,這種相關性并非十分良好,這可能是因為卡爾指數法的經驗性造成的。
4 結論
      1)根據本文引用并改進的測算顆粒微觀分維的計算公式,在測算水泥顆粒微觀分維時其線性相關系均大于0.95,說明該改進的公式在測算水泥顆粒微觀分維時是可靠的,具有一定的實際應用價值。
      2)微觀分維可作為表征水泥粉體顆粒形貌的一個參數。
      3)水泥宏觀流動性指數與水泥顆粒微觀分維呈負相關性,但相關性不強,可能是由卡爾指數法的經驗性造成的,隨著粉體流動性指數評價方法的進一步改進和完善,將取得更精確的試驗結果。
參考文獻:
[1] Tanaka I, Suzuki N, Ono Y, et al.Fluidity of spherical cement and mechanism for creating high fluidity [J].Cement Concrete Research,1998,28(1):63-74.
[2] WANG Aiqin, ZHANG Chengzhi, ZHANG Ningsheng.The theoretic analysis of the influence of the particle size distribution of cement system on the property of cement [J]. Cement Concrete Research, 1999, 29(11):  1 721-1 726.
[3] 趙 義.水泥粉體流動性能的研究[J].山東建材,2000,(3):12-13.
[4] 王 昕,白顯明,劉 晨,等.顆粒形貌對水泥性能的影響[J].硅酸鹽學報,2004,32(4):448-453.
[5] Mandelbrot BB. The Fractal Geometry of Nature [M]. San Francisco, W.H.Freeman and Co., 1982.
[6] Avnir D, Farin D, Pfeifer P. Surface geometric irregularity of particulate materials: the fractal approach [J]. J Colloid Interface Sci, 1985, 103(1): 112-123.
[7] 王奎升.工程流體與粉體力學基礎[M].北京:中國計量出版社,2002,10.
[8] 三輪茂雄,日高重助.粉體工程試驗手冊[M].楊倫,謝淑嫻,譯.北京:中國建筑工業出版社,1987,7.
[9] 王佳建,徐宏恩.佳木斯市大氣中總懸浮顆粒的顯微鏡下觀察[J].黑龍江環境通報,2001,25(4):76-79.
[10] 胡大為,胡小芳.黏土顆粒群粒度分布分形維與土壤透氣性關系[J].華中農業大學學報,2006,25(2): 145-148.
[11] 張 鵬.卡爾指數法在評價粉煤灰粉體特性中的應用[J].中國粉體技術,2000,(5):33-36.
[12] 奚新國,張耀金.粉體流動性能的研究[J].鹽城工學院學報(自然科學版),2003,16(1):4-7.
[13] 張大康.水泥流動性的測量及其在助磨效果評價中的應用[J].水泥,2006,(10):15-17.
[14] 辛厚文.分形理論及其應用[M].安徽:中國科學技術大學出版社,1993,10.
[15] Mandelbrot B B. The fractal geometry of nature [M]. W. H. Freeman, New York,1983.
(編輯 胡如進)



水泥商訊網
打印此文】【關閉窗口
免責聲明:

① 凡本網注明“來源:水泥商訊網|中國建筑材料聯合會"的所有文字、圖片和音視頻稿件,版權均為"水泥商訊網|中國建筑材料聯合會"獨家所有,任何媒體、網站或個人在轉載使用時必須注明"來源:水泥商訊網|中國建筑材料聯合會”。違反者本網將依法追究責任。
② 本網轉載并注明其他來源的稿件,是本著為讀者傳遞更多信息之目的,并不意味著贊同其觀點或證實其內容的真實性。其他媒體、網站或個人從本網轉載使用時,必須保留本網注明的稿件來源,禁止擅自篡改稿件來源,并自負版權等法律責任。違反者本網也將依法追究責任。
③ 如本網轉載稿涉及版權等問題,請作者在兩周內盡快來電或來函聯系。
相關新聞:

行業資訊 技術 脫硝專題 理事頻道
水泥專題 人物專欄 本站關于
公司黃頁 >>更多
北京市 天津市 上海市 重慶市 廣東省 江蘇省
浙江省 福建省 湖南省 湖北省 山東省 遼寧省
吉林省 云南省 四川省 安徽省 江西省 黑龍江
河北省 陜西省 海南省 河南省 山西省 內蒙古
最新產品 >>更多

鉑思特礦石中

鉑思特新型干

鉑思特難浸黃

鉑思特難浸含

鉑思特選低品

鉑思特炭浸工
關于我們 公告信息 業務資費 廣告合同 友情鏈接 購買閱讀卡 在線訂《水泥》
網絡市場部:400-600-5673/010-65761182 網絡技術部:010-51164639  傳真:010-65761182  《水泥》編輯部:010-65767042/51164621
在線咨詢:       電子郵件:[email protected]
水泥商訊網 建筑材料工業技術情報研究所協辦 中國建筑材料聯合會主管 京ICP備06011358號   京公網安備11010502024146
上海快3玩法和兑奖