不同测试方式下矿粉粒径及比表面积对比分析

杨圣才 陶延鹏 韩学冲

（1重庆交通大学材料科学与工程学院；2重庆交通大学土木工程学院）

0 引言

沥青及矿粉（Mineral Powder记为MP）是道路工程中常用的材料，沥青混合料由沥青、矿粉、细集料、粗集料等经过充分拌和而形成，其中沥青与矿粉形成的胶浆是混合料的重要部分。胶浆理论认为沥青混合料是由多种材料按照一定的分布组成的空间结构。其中，粗骨料作为分散相分散在沥青砂浆介质中叫作粗分散系，而沥青砂浆又是以细集料作为分散相分布在沥青胶浆中的细分散系；同理，胶浆又是以填料作为分散相分散在沥青中的微分散系。沥青胶浆的性能优越与否，对路面结构的高低温性能、水稳定性、耐久性等起到至关重要的作用。填料粒径小于75μm，仅占混合料总质量的5%左右，根据胶浆理论，填料在沥青混合料中起着至关重要的作用，所以研究填料粒度分布就显得尤其重要。

本试验研究中填料为河北国明矿粉场生产的碳酸钙矿粉。为了准确测量矿粉粒径分布范围和比表面积，选用Bettersize2000LD型激光粒度分布仪，采用湿法和干法两种测试方式，测试指标为MP1、MP2、MP3三种碳酸钙矿粉粒度大小和比表面积。

1 碳酸钙矿粉干法测试

碳酸钙矿粉干法测试原理：以空气为分散介质，根据紊流分散原理，通过惯性、剪切、碰撞等多种方式保证粉体在通过测量窗口时分散均匀，样品经分散后送达光路系统中进行测试。所用实验仪器准确度高、可重复性强、操作便捷、测试速度快，测量范围宽等优良特性。测试矿粉前需要先混合均匀，后在120℃烘箱中干燥两小时，保证样品干燥，避免测试时矿粉颗粒粘附测量窗口，提高实验结果的准确性、尽量减小误差。

2 碳酸钙矿粉湿法测试

实验选用为Bettersize2000LD型激光粒度分布仪，采用百特双镜头光学系统及日本进口透镜，大大提升了测量精度。探测器数量多达90个，并拥有高性能软件系统，无论样品是单峰、双峰还是多峰都能准确自动测试。样品制备系统完善，拥有循环、超声分散、搅拌、自动进水、自动排水和自动清洗这些方式。

碳酸钙难溶于水，在水中的溶解度极小，溶解度为0.00015 mol/L，且不与水发生水化反应，也不会出现团聚现象，故选用超纯水作为分散剂。测试时样品应逐渐加入容器中，折光率达到10%左右时应缓慢加入。加入样品不宜过多，多余样品会被仪器自动排出，浪费原料，增加测试时间。

3 干湿法测试对比分析

矿粉干湿法测试结果如下所示：

碳酸钙MP1干湿法测试粒径分布范围对比：干法测试中位径(D50)为27.36μ m，体积平均径40.24μm，面积平均径7.473μm，跨度(SPAN)3.105，长度平均径1.435μm，比表面积(SSA)2973cm2/g，残差2.629%。湿法测试中位径(D50)为27.95 μm，体积平均径39.39μm，面积平均径7.826μm，跨度(SPAN)3.004，长度平均径1.220μm，比表面积(SSA)2839cm2/g，残差0.245%。

碳酸钙MP2干湿法测试粒径分布范围对比：干法测试中位径(D50)为23.42μ m，体积平均径27.64μm，面积平均径7.281μm，跨度(SPAN)2.351，长度平均径1.409μm，比表面积(SSA)3051cm2/g，残差2.629%。湿法测试中位径(D50)为25.12 μm，体积平均径31.89μm，面积平均径7.694μm，跨度(SPAN)2.468，长度平均径1.195μm，比表面积(SSA)2887cm2/g，残差0.245%。

碳酸钙MP3干湿法测试粒径分布范围对比：干法测试中位径(D50)为13.28μ m，体积平均径17.27μm，面积平均径4.576μm，跨度(SPAN)2.795，长度平均径1.185μm，比表面积(SSA)5855cm2/g，残差2.643%。湿法测试中位径(D50)为14.53 μm，体积平均径19.13μm，面积平均径4.364μm，跨度(SPAN)2.739，长度平均径0.995μm，比表面积(SSA)5676cm2/g，残差0.204%%。

通过对MP1进行中位径(D50)分析，干湿法测量两者差值为27.95-27.36=0.59 μm，均值为（27.95+27.36）/2=27.66μm，差异幅度为0.59/27.66=2.13%。对MP2进行中位径(D50)分析，两者差值为25.12-23.42=1.7 μ m，均值为(25.12+23.42)/2=24.27μm，差异幅度为1.7/24.27=7.00%。对MP3进行中位径(D50)分析,两者差值为14.53-13.28=1.25μm,均值为(14.53+13.28)/2=13.91μm，差异幅度为1.25/13.91=8.99%。通过对比，干湿法粒度测试结果存在一定误差，但差异幅度均小于10%，认为测量结果合理。

通过对MP1进行中位径(D50)分析，干湿法测量两者比表面积(SSA)差值为:2973-2839=134cm2/g,均值为(2973+2839)/2=2906cm2/g,差异幅度为134/2906=4.61%;对MP2进行中位径(D50)分析，干湿法测量两者比表面积(SSA)差值为:3051-2887=164cm2/g，均值为(3051+2887)/2=2969cm2/g,差异幅度为164/2969=5.52%;对MP3进行中位径(D50)分析，干湿法测量两者比表面积(SSA)差值为:5855-5676=179cm2/g,均值为(5855+5676)/2=5765.5cm2/g,差异幅度为179/5765.5=3.10%。差异幅度均小于5%，认为测量结果准确。其他粒径试验结果差异性均较小，认为测量方式的不同、测量结果存在一定差异性，试验结果准确。

4 结语

（1）通过测试进行对比分析，干、湿法测量最小粒径、中位径、体积平均径、面积平均径、残差、跨度、长度平均径、比表面积、最大粒径范围、粒径分布范围、分布形态等有一定的差异性，但差异性较小，认为测量结果准确。

（2）通过干法、湿法测试发现，同种物质中位径(D50)均是湿法测试结果比干法大，残差、长度平均径、比表面积均是湿法测试结果比干法小。

综上所述，通过对三种碳酸钙矿粉、两种不同方式的测试，可以得到两种测试结果有所差异，但离散型小，其测试结果可以在实际中应用。故均可以选择干法或者湿法测量碳酸钙矿粉粒度分布。

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