基于激光粒度分析仪的硅灰粒度检测条件研究

发布时间：2024-04-07 来源：开云集团

（１．ＲａｉｌｗａｙＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇＲｅｓｅａｒｃｈＩｎｓｔｉｔｕｔｅ，ＣｈｉｎａＡｃａｄｅｍｙｏｆＲａｉｌｗａｙＳｃｉｅｎｃｅ，Ｂｅｉｊｉｎｇ１０００８１，Ｃｈｉｎａ；２．ＳｔａｔｅＫｅｙＬａｂｏｒａｔｏｒｙｆｏｒＴｒａｃｋＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙｏｆＨｉｇｈ－ＳｐｅｅｄＲａｉｌｗａｙ，ＣｈｉｎａＡｃａｄｅｍｙｏｆＲａｉｌｗａｙＳｃｉｅｎｃｅ，Ｂｅｉｊｉｎｇ１０００８１，

摘要：以中位径（Ｄ５０）为评价指标，采用激光粒度分析仪（ＬＳＡ）研究了硅灰溶液质量浓度、超声分

散时间、超声分散频率、分散介质以及激光粒度分析仪测试精度对硅灰粒度检测结果的影响，并对

比研究了激光粒度分析仪与气体吸附ＢＥＴ法测得的硅灰比表面积的相关性．结果表明：高精度激

等情况．随着分辨率高、检测范围宽、重复性好的激光粒度分析仪（ＬＳＡ）［１３］的诞生，采用激光粒度分析仪开展以水泥、粉煤灰、矿渣粉为代表的粒度参数研

Ｃｈｉｎａ；３．ＣｏｌｌｅｇｅｏｆＭａｔｅｒｉａｌｓＳｃｉｅｎｃｅａｎｄＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，ＣｈｏｎｇｑｉｎｇＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｃｈｏｎｇｑｉｎｇ４０００４４，Ｃｈｉｎａ）

Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｈｅｅｆｆｅｃｔｓｏｆｍａｓｓｃｏｎｃｅｎｔｒａｔｉｏｎｏｆｓｉｌｉｃａｆｕｍｅｓｏｌｕｔｉｏｎ，ｕｌｔｒａｓｏｎｉｃｄｉｓｐｅｒｓｉｎｇｔｉｍｅ，ｕｌｔｒａｓｏｎｉｃｄｉｓｐｅｒｓｉｎｇｆｒｅｑｕｅｎｃｙ，ｄｉｓｐｅｒｓｉｎｇｍｅｄｉｕｍａｎｄｔｅｓｔｐｒｅｃｉｓｉｏｎｏｆｌａｓｅｒｐａｒｔｉｃｌｅｓｉｚｅａｎａｌｙｚｅｒ（ＬＳＡ）ｏｎｐａｒｔｉｃｌｅｓｉｚｅｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔｏｆｓｉｌｉｃａｆｕｍｅｗｅｒｅｉｎｖｅｓｔｉｇａｔｅｄｕｓｉｎｇｍｅｄｉａｎｐａｒｔｉｃｌｅｄｉａｍｅｔｅｒｓ（Ｄ５０）ａｓｅｖａｌｕａｔｉｏｎｉｎｄｉｃａｔｏｒ．ＴｈｅｃｏｒｒｅｌａｔｉｏｎｏｆｓｐｅｃｉｆｉｃｓｕｒｆａｃｅａｒｅａｏｆｓｉｌｉｃａｆｕｍｅｍｅａｓｕｒｅｄｂｙｌａｓｅｒｐａｒｔｉｃｌｅｓｉｚｅａｎａｌｙｚｅｒａｎｄｇａｓａｄｓｏｒｐｔｉｏｎｕｓｉｎｇｔｈｅＢＥＴｍｅｔｈｏｄｗａｓｓｔｕｄｉｅｄ．Ｔｈｅｒｅｓｕｌｔｓｉｎｄｉｃａｔｅｔｈａｔｔｈｅｌａｓｅｒｐａｒｔｉｃｌｅｓｉｚｅａｎａｌｙｚｅｒｗｉｔｈｈｉｇｈａｃｃｕｒａｃｙ（ｔｅｓｔｒａｎｇｅ０．０２－２０００．００μｍ）ｉｓａｐｐｌｉｃａｂｌｅｔｏｐａｒｔｉｃｌｅｓｉｚｅｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔｏｆｓｉｌｉｃａｆｕｍｅａｎｄｉｔｈａｓｈｉｇｈｄｅｇｒｅｅｏｆｒｅｐｒｏｄｕｃｉｂｉｌｉｔｙ．Ｔｈｅｄｉｓｐｅｒｓｉｏｎｅｆｆｅｃｔｏｆｗａｔｅｒｉｓｂｅｔｔｅｒｔｈａｎｔｈａｔｏｆａｌｃｏｈｏｌ．Ｗｈｅｎｔｈｅｍａｓｓｃｏｎｃｅｎｔｒａｔｉｏｎｏｆｓｉｌｉｃａｆｕｍｅｓｏｌｕｔｉｏｎｉｓ５－１５ｇ／Ｌｕｓｉｎｇｗａｔｅｒａｓｄｉｓｐｅｒｓｉｎｇｍｅｄｉｕｍ，ｔｈｅｕｌｔｒａｓｏｎｉｃｄｉｓｐｅｒｓｉｎｇｆｒｅｑｕｅｎｃｙｉｓｈｉｇｈｅｒｔｈａｎ４０ｋＨｚａｎｄｔｈｅｕｌｔｒａｓｏｎｉｃｄｉｓｐｅｒｓｉｎｇｔｉｍｅｉｓｌｏｎｇｅｒｔｈａｎ１０ｍｉｎ，ｔｈｅｏｐｔｉｍｕｍｄｉｓｐｅｒｓｉｏｎｅｆｆｅｃｔｏｆｓｉｌｉｃａｆｕｍｅｃａｎｂｅａｃｈｉｅｖｅｄ．ＴｈｅｒｅａｒｅｓｏｍｅｃｏｒｒｅｌａｔｉｏｎｂｅｔｗｅｅｎｓｉｌｉｃａｆｕｍｅｓｐｅｃｉｆｉｃｓｕｒｆａｃｅａｒｅａｍｅａｓｕｒｅｄｂｙｌａｓｅｒｐａｒｔｉｃｌｅｓｉｚｅａｎａｌｙｚｅｒａｎｄｔｈａｔｂｙｇａｓａｄｓｏｒｐｔｉｏｎｕｓｉｎｇｔｈｅＢＥＴｍｅｔｈｏｄ，ｂｕｔｔｈｅｆｏｒｍｅｒｉｓｓｍａｌｌｅｒｔｈａｎｔｈｅｌａｔｔｅｒ．Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ｌａｓｅｒｐａｒｔｉｃｌｅｓｉｚｅａｎａｌｙｓｉｓ；ｓｉｌｉｃａｆｕｍｅ；ｐａｒｔｉｃｌｅｓｉｚｅｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎ；ｄｉｓｐｅｒｓｉｎｇｃｏｎｄｉｔｉｏｎ

度分析仪和气体吸附ＢＥＴ法测得硅灰比表面积的１．２试验方法

相关性，以期获得硅灰粒度检测的最佳试验条件，从

介质水或乙醇溶液（下文除研究分散介质的影响外，分散介质均为水）．将称好的硅灰和水或乙醇溶液进行混合，采用不同的分散条件进行超声分散，然后放

１０００．０μｍ，若文中未指明均指采用高精度激光粒度分析仪；新芝ＳＢ－５２００型超声分散仪；双杰ＪＪ－

无法客观检测出硅灰的粒度信息．例如同一种硅灰材料在不同硅灰溶液质量分数（ｗＳＦ）下超声分散不同时间，激光粒度分析仪所测得的硅灰粒度分布相

光粒度分析仪（测试范围０．０２～２０００．００μｍ）适用于硅灰粒度分布的检测，且具有高度重复性．与乙醇相比，水对硅灰具有更好的分散效果，适宜作为硅灰粒度检测的分散介质．以水为分散介质的

硅灰最佳检测质量浓度为５～１５ｇ／Ｌ．对硅灰溶液超声分散的频率应≥４０ｋＨｚ，最佳分散时间应在

３．５１８４．３１０．５８０．５０９３．９１０．１８０．２２９５．９８０．００１．９２８７．３１１．０５１．１１９４．６３０．００

ｄｏｉ：１０．３９６９／ｊ．ｉｓｓｎ．１００７－９６２９．２０１３．０３．０３２

ＲｅｓｅａｒｃｈｏｎＣｏｎｄｉｔｉｏｎｓｆｏｒＰａｒｔｉｃｌｅＳｉｚｅＭｅａｓｕｒｅｍｅｎｔｏｆＳｉｌｉｃａＦｕｍｅ（ＳＦ）ｂｙＬａｓｅｒＰａｒｔｉｃｌｅＳｉｚｅＡｎａｌｙｚｅｒ

ＬＩＨｕａ－ｊｉａｎ１，２，ＷＡＮＧｕａｎｇ－ｐｅｉ３，ＸＩＥＹｏｎｇ－ｊｉａｎｇ１，２，ＨＵＡＮＧＪｉａ－ｍｕ３

０．１～０．２μｍ，比表面积在１５～２５ｍ２／ｇ［１－３］．由于硅灰特殊的超细颗粒效应［４］、火山灰效应，其被广泛应

用在海工混凝土结构中［５－７］．目前国内外规范中表征硅灰粒度参数都是采用比表面积指标，但［８－１２］比表

１０００型电子天平．材料：硅灰ＳＦ１和ＳＦ２产自贵州，ＳＦ３，ＳＦ４和

ＳＦ５产自甘肃．硅灰的物理化学性能指标如表１所

差很大（见图１）．为此本文以中位径Ｄ５０（在累积粒径分布曲线上占颗粒总数量为５０％所对应的颗粒

（１．中国铁道科学研究院铁道建筑研究所，北京１０００８１；２．中国铁道科学研究院高速铁路轨道技术国家重点实验室，北京１０００８１；

生的ＳｉＯ２和Ｓｉ气体与空气中的氧气迅速氧化并冷凝而形成的一种超细硅质粉体材料，平均粒径为

１０ｍｉｎ以上．激光粒度分析仪与气体吸附ＢＥＴ法测得的硅灰比表面积具有一定的相关性，但激光

关键词：激光粒度分析；硅灰；粒度分布；检测条件

收稿日期：２０１２－０２－２２；修订日期：２０１２－０６－１１基金项目：国家自然科学基金资助项目（５０９０８２２９）；国家重点基础研究发展计划（９７３计划）项目（２０１０ＣＢ７３６１０２）；铁道部科技开发计划项目（２００８Ｇ０３１－Ｎ，２０１０Ｇ００４－Ｅ，２０１０Ｇ０２４）第一作者：李化建（１９７６— ），男，安徽阜阳人，中国铁道科学研究院副研究员，博士．Ｅ－ｍａｉｌ：ｃｈｉｎａｓａｉｌｏｒ＠１６３．ｃｏｍ

１．１试验仪器和材料仪器：２台马尔文２０００激光粒度分析仪，高精度

入激光粒度分析仪测试容器中，参照ＧＢ／Ｔ１９０７７．１— ２００８《粒度分析 ——— 激光衍射法》对硅灰的粒度分布

激光粒度分析仪的测试范围为０．０２～２０００．００μｍ，进行测试．激光粒度分析仪在测试硅灰粒度分布的低精度激光粒度分析仪的测试范围为０．１～同时可计算得到硅灰的比表面积．

Ｆｉｇ．１Ｐａｒｔｉｃｌｅｓｉｚｅｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎｏｆｓｉｌｉｃａｆｕｍｅｓｕｂｊｅｃｔｅｄｔｏｄｉｆｆｅｒｅｎｔｃｏｎｄｉｔｉｏｎｓｏｆｄｉｓｐｅｒｓｉｏｎ［１］

究逐［１４－１５］渐增多．但硅灰超细颗粒之间因静电作用而发生团聚［１６］，如果没有对硅灰进行充分分散，就

ＡｃｔｉｖａｔｉｏｎＷａｔｅｒｄｅｍａｎｄＷａｔｅｒｃｏｎｔｅｎｔＣａＯＭｇＯｉｎｄｅｘ／％ｒａｔｉｏ（ｂｙｍａｓｓ）／％（ｂｙｍａｓｓ）／％

ＳＦ１３．３５ＳＦ２３．７３ＳＦ３３．０７ＳＦ４２．５８ＳＦ５０．９６

表１硅灰的物理化学指标Ｔａｂｌｅ１Ｐｈｙｓｉｃａｌｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓａｎｄｃｈｅｍｉｃａｌｃｏｍｐｏｓｉｔｉｏｎｓｏｆｓｉｌｉｃａｆｕｍｅ

示．使用硅灰ＳＦ１研究分散条件对硅灰粒度检测结果的影响，使用５种硅灰（ＳＦ１～ＳＦ５）研究激光粒度

直径）为评价指标，采取了激光粒度分析仪研究不同分分析仪和气体吸附ＢＥＴ法测得的硅灰比表面积的

散条件对硅灰粒度检测结果的影响，并探讨激光粒相关性．