水泥顆粒的特性包括顆粒級配、顆粒形狀、細度和比表面積等，其對水泥的強度有著重要的影響，其中水泥顆粒的形狀和大小對水泥強度的影響效果顯著。如何通過調(diào)整水泥顆粒的形狀和大小來更好地提高水泥的強度成為了一個亟待解決的重要課題。

一、水泥顆粒的特性

水泥顆粒的特性是影響水泥強度的核心因素。水泥顆粒的比表面積、細度和顆粒形貌等參數(shù)是表征其特性的關(guān)鍵指標。在國內(nèi)建筑材料領(lǐng)域，比表面積和細度已被廣泛用于描述水泥顆粒的特性差異。研究表明，在環(huán)境溫度、濕度和養(yǎng)護流程等外部條件保持不變的情況下，水泥顆粒的比表面積越大、細度越小，水泥強度越高。

以廣泛應(yīng)用的普通 32.5 級水泥為例，其細度被精準界定為 80μm，方孔篩余量嚴格把控在不超過 6.0% 的區(qū)間范圍之內(nèi)，而比表面積穩(wěn)定處于 350～380m2/kg 的特定區(qū)間，每一項參數(shù)的精準設(shè)定，均是基于大量實驗優(yōu)化與質(zhì)量管控實踐的結(jié)晶；再聚焦 42.5 級水泥，細度同樣精準錨定在 80μm，方孔篩余量遵循更為嚴苛的標準，限定不超 4.0%，比表面積亦為 350～380m2/kg。

此外，水泥顆粒的形貌和級配對水泥強度也有顯著影響。就高標號波特蘭水泥而言，其顆粒最優(yōu)組成結(jié)構(gòu)已然被精細解析：在 9 - 25μm 這一關(guān)鍵區(qū)間內(nèi)，顆粒含量作為核心支撐力量，穩(wěn)定占據(jù) 38% 的比例份額，為水泥強度的構(gòu)建筑牢根基；3 - 9μm 含量仿若靈動敏捷的 “戰(zhàn)術(shù)協(xié)同單元”，依據(jù)實際工況在 22% - 36% 的區(qū)間內(nèi)靈活調(diào)配，實現(xiàn)與其他粒徑顆粒的高效協(xié)同；0 - 3μm 含量則作為輔助補充力量，占比處于 10% - 20% 區(qū)間，各部分各司其職、相輔相成，共同搭建起水泥強度的穩(wěn)固架構(gòu)。有學(xué)者提出顆粒圓形度理應(yīng)精準把控在 0.76 左右。

二、水泥顆粒形貌表征參數(shù)

水泥顆粒的形貌對水泥強度有重要影響，球形度和圓形度是描述其形貌的核心參數(shù)。在實際研究和生產(chǎn)中，獲取球形度和圓形度數(shù)據(jù)的方法包括人工法和圖像儀器法。人工法通過科研人員的細致觀察和精確測量，對水泥顆粒的球形度和圓形度進行逐一統(tǒng)計。圖像儀器法則借助高精度顯微鏡成像技術(shù)、圖像分析軟件和數(shù)據(jù)處理算法，能夠快速掃描大量水泥顆粒樣本，并自動統(tǒng)計出球形度和圓形度的詳細參數(shù)。這些方法為研究水泥強度與顆粒形貌之間的內(nèi)在聯(lián)系提供了數(shù)據(jù)支持。

三、對水泥強度的影響

（一）水泥細度和比表面積對水泥強度的影響

水泥顆粒的細度和比表面積對水泥強度有顯著影響。一般來說，水泥顆粒越細，比表面積越大，水泥強度越高。在水化反應(yīng)初期，水反應(yīng)表面積是決定硬化初期水化物數(shù)量的關(guān)鍵因素。隨著水化進程的推進，水泥顆粒周圍的水化產(chǎn)物結(jié)構(gòu)逐漸形成，反應(yīng)速率逐漸減緩。因此，提高粉磨細度可以顯著提升早期水泥強度。實驗表明，小于 3μm 的顆粒在早期強度發(fā)展中起決定性作用，但后期作用有限；3 - 9μm 和 9 - 25μm 的顆粒是支撐水泥最終強度的“中堅力量”，持續(xù)為強度增長貢獻力量；增加 3 - 32μm 顆粒的含量能顯著提升水泥強度。以 CEM I32.5 水泥為例，當比表面積從 3040cm2/g 增加到 3100cm2/g 時，水泥強度明顯提高。

（二）顆粒級配與顆粒形貌對水泥性能的影響

水泥顆粒的級配和形貌對水泥強度有顯著影響。在水泥比表面積相近的情況下，顆粒級配的微妙變化是決定水泥強度的關(guān)鍵因素。研究表明，當粒徑不大于 32μm 的顆粒含量越高，水泥的強度越高。其中，3 - 32μm 的顆粒是增強水泥強度的關(guān)鍵，其含量應(yīng)不低于 65%，且粒級分布要連續(xù)；粒徑小于 3μm 的顆粒應(yīng)控制在 10% 以內(nèi)；粒徑大于 65μm 的顆粒含量越少越好；16 - 24μm 的顆粒對強度影響極大，含量越多越好。此外，在比表面積相似的情況下，球形度較高的水泥具有獨特優(yōu)勢，用水量顯著減少，且 28d 抗壓強度大幅提升。

（三）顆粒形貌與分布對水泥石孔結(jié)構(gòu)與強度的影響

水泥顆粒的形貌和分布對水泥石的孔結(jié)構(gòu)和強度有顯著影響。研究表明，球形水泥顆粒因出色的流動性而降低標準稠度用水量，同時強度表現(xiàn)優(yōu)異。即使顆粒組成和比表面積相同，圓形度的差異也會導(dǎo)致水泥強度的顯著不同。這是因為圓形度的提升優(yōu)化了硬化水泥石中的孔結(jié)構(gòu)，降低了空間隙率，增加了細小孔數(shù)量，減少了大孔數(shù)量，使石孔結(jié)構(gòu)更加密實。因此，在生產(chǎn)實踐中，優(yōu)化粉磨工藝以提高圓形度是提升水泥強度的關(guān)鍵。

（四）顆粒級配對水泥凝結(jié)時間的影響

水泥凝結(jié)時間受顆粒級配的顯著影響。水化產(chǎn)物數(shù)量與水泥顆粒間空隙共同決定了凝結(jié)時間。當水化產(chǎn)物充足時，凝結(jié)過程順利；若顆粒間空隙較大，則需要更多水化產(chǎn)物來填補。顆粒分布較寬時，顆粒間堆積間隙小，標準稠度用水量減少，水化產(chǎn)物早期大量產(chǎn)生，顆粒間距離縮小，凝結(jié)時間縮短。反之，顆粒間隙分布窄時，用水量增加，水化產(chǎn)物早期產(chǎn)量少，顆粒間距離增大，凝結(jié)時間延長。

（五）顆粒分布對水泥水化率的影響

水泥顆粒分布對水化率有顯著影響。在相同時間與水化深度下，粒徑越小，水化率越高。當水化深度較淺時，顆粒分布寬的水泥水化率高，早期強度優(yōu)勢明顯；而當水化深度較深時，顆粒分布窄的水泥后期水化率上升，實現(xiàn)超越。這種顆粒分布與水化率的博弈深刻影響著水泥的水化進程與強度發(fā)展。

（六）顆粒級配對水泥強度的影響

研究表明，調(diào)整水泥顆粒分布是提升水泥石孔結(jié)構(gòu)密實性與強度的關(guān)鍵。最佳顆粒級配為：小于 3μm 顆粒含量控制在 10% 以內(nèi)，3 - 32μm 顆粒含量大于 65%，大于 65μm 和小于 1μm 的顆粒含量均為零。增加 3 - 32μm 顆粒含量能顯著提升水泥強度。合理規(guī)劃顆粒分布能使水泥漿體達到最佳密度堆積狀態(tài)，使水泥石空隙率與孔徑顯著縮小，結(jié)構(gòu)均勻密實。通過精細調(diào)整顆粒分布，可優(yōu)化堆積密度與反應(yīng)面積，挖掘出最優(yōu)粒徑分布，實現(xiàn)水泥強度的優(yōu)化升級。

四、優(yōu)化顆粒形狀和大小的方法

（一）選擇合適的設(shè)備

提升選粉效率是優(yōu)化水泥顆粒形狀與大小的關(guān)鍵。選粉效率越高，顆粒分布越集中，能有效減少粒徑小于 3μm 和大于 45μm 的顆粒含量。在圈流磨系統(tǒng)中，旋風式、離心式和 O - sepa 式選粉機是常用設(shè)備，但選粉效率差異顯著。在相同循環(huán)負荷下，離心式選粉機效率為 50%，旋風式為 64%，而 O - sepa 式高達 78%。因此，在選擇設(shè)備時，應(yīng)優(yōu)先考慮選粉效率高的設(shè)備，如 O - sepa 式選粉機，以提升水泥顆粒分布質(zhì)量，為生產(chǎn)高品質(zhì)水泥奠定基礎(chǔ)。

（二）磨機內(nèi)部結(jié)構(gòu)調(diào)整

磨機內(nèi)部的倉長比是關(guān)鍵參數(shù)，通常以 1：2 為宜。偏離該比例會導(dǎo)致磨機運行異常，顆粒級配失衡。通過科學(xué)改造，使倉長比重歸 1：2，可提升磨機產(chǎn)量，優(yōu)化顆粒級配，為生產(chǎn)高強度水泥提供保障。

（三）共同粉磨和分別粉磨

混合材料與熟料共同粉磨可以優(yōu)化水泥顆粒的形狀與大小。將粉煤灰、石灰石等易磨性好的混合材料與熟料共同粉磨，可以增加粒徑小于 3μm 的顆粒，優(yōu)化顆粒級配，提升水泥強度。然而，對于比熟料更難粉磨的混合材料，應(yīng)采用分別粉磨策略，單獨粉磨至合適粒徑后再進行調(diào)配，以確保水泥質(zhì)量的穩(wěn)定性。

（四）礦物摻合料的加入

礦物摻合料因其較小的粒徑在水泥生產(chǎn)中廣泛應(yīng)用。礦物摻合料的粒徑通常要求小于水泥粒徑的 0.41 倍，以發(fā)揮最佳效能。例如，粉煤灰的比表面積控制在 500m2/kg 左右，能夠有效填補顆粒間隙，優(yōu)化水泥顆粒級配，顯著提升水泥的耐久性和強度。