水泥熟料強度早期高后期低的原因分析

李福洲金詩潤顏 波

1. 武漢理工大學(xué)硅酸鹽建筑材料國家重點實驗室，湖北 武漢 430070；2. 武漢潤工科技有限公司，湖北 武漢 430070

水泥熟料強度早期高后期低的原因分析

李福洲1金詩潤1顏 波2

1. 武漢理工大學(xué)硅酸鹽建筑材料國家重點實驗室，湖北 武漢 430070；2. 武漢潤工科技有限公司，湖北 武漢 430070

針對某水泥廠熟料強度早期高、后期低的現(xiàn)象進行分析，從熟料、原料、燃料幾個方面進行研究。結(jié)果表明，該廠水泥熟料中堿含量過高，而硫堿比（SG）值較低，從而導(dǎo)致了熟料的早期強度較高，而后期強度增進不足。對原材料的分析顯示，熟料中的堿主要來自于原料中的黑色石灰石及高硅頁巖。

熟料強度 堿含量 硫堿比

0 引言

湖北某水泥有限公司，廠區(qū)內(nèi)現(xiàn)有三條預(yù)分解窯水泥生產(chǎn)線。據(jù)該廠2014年生產(chǎn)數(shù)據(jù)統(tǒng)計，三條線的熟料都表現(xiàn)出早期強度較高、后期強度增進不足的狀況。我中心受該公司委托，對熟料煅燒過程中所使用的原、燃材料、生料配比等進行了綜合分析，剖析造成該廠水泥熟料強度早強高后期增進不足的原因，并對今后的生產(chǎn)給予指導(dǎo)性建議。

1 熟料狀況

為更好地反映出該廠水泥熟料所存在的問題，提取了該廠3號線在2014年至2015年不同月份的熟料強度平均值，具體的數(shù)據(jù)列于表1。

表1 湖北某水泥廠3號線熟料強度月均值

從表1可知，該廠水泥熟料早期強度較高、后期強度較低。同其他廠正常生產(chǎn)的硅酸鹽酸水泥熟料相比，3 d強度普遍高了5～6 MPa，而28 d強度則低了4～7 MPa，該水泥廠熟料的早強高、后期強度低的現(xiàn)象已影響到出廠水泥品種的靈活調(diào)整。

2 問題分析

針對該廠水泥熟料早強高、后期強度低的現(xiàn)象，對該廠熟料、原、燃材料等進行了分析。

2.1 熟料分析

2.1.1 率值及礦物

對該廠三條線2015年1、2、3三個月的熟料礦物組成及率值的平均水平進行分析，其所對應(yīng)的數(shù)值列于表2之中。

表2中數(shù)據(jù)顯示，該廠3號線的飽和比及硅率與另外兩條線相比較低，而飽和比及硅率又直接影響著熟料的強度，體現(xiàn)在該條線的熟料強度上來說，就是其28 d強度值同另外兩條線相比，低了約1～2MPa，可見該廠熟料的率值在一定的程度上會對其后期的強度構(gòu)成影響。

表2中的熟料礦物含量表明，一是該廠水泥熟料中A礦、B礦含量較高，C3S+C2S總量占到77%～78%；二是熟料的早強較高、后期強度較低。二者的矛盾說明還有其他的原因影響著該廠水泥熟料的強度。

2.1.2 堿含量及硫堿比

相關(guān)研究表明[1]，熟料中的堿含量及硫堿比（SG）對熟料的強度構(gòu)成較大的影響。為此將該廠三條線在一、二、三月份熟料中的平均堿含量及SG值進行了對比分析。

表3中數(shù)據(jù)顯示，3月份該廠熟料中的堿含量較高（均值在0.93）時，熟料的強度結(jié)果變化是：相對于前兩個月而言，3 d強度平均提高了1～2 MPa，28 d強度平均降低了約1 MPa。

表2 熟料礦物含量及強度月均值

表3 該廠2015年一季度熟料月均堿含量及SG值

該廠熟料SG值基本上維持在0.6左右，已經(jīng)接近SG最佳范圍的最低值（0.6～1.0）[2]，SG值較低，反應(yīng)了該廠熟料中的堿含量較高，所生成的可溶性硫酸鹽的量也較多。而據(jù)資料表明[3～6]，熟料中堿含量過高時，一方面生成的可溶性硫酸鹽會抑制石膏的緩凝作用，造成熟料中的礦物早期水化較快，另一方面多余的堿又同熟料礦物發(fā)生反應(yīng)，生成復(fù)合礦物，影響熟料礦物的組成，進而影響熟料強度。

綜合來看，該廠水泥熟料早期強度較高而后期強度增進不足的現(xiàn)象，正是由熟料中的堿含量過高所造成的。

2.2 原、燃料分析

通過對熟料的綜合分析，發(fā)現(xiàn)熟料中堿含量過高是造成該廠水泥熟料強度發(fā)生變化的主要原因。為探究熟料中堿的來源，特對該廠熟料煅燒所用的原、燃材料進行了分析。

2.2.1 原料分析

對該廠配比較大的原料石灰石及硅質(zhì)材料進行分析，并同某廠正常使用的石灰石及硅質(zhì)材料進行對比。

（1）石灰石。該廠石灰石礦山主要由兩種不同品質(zhì)的石灰石構(gòu)成：一部分是在外觀上呈現(xiàn)出黑色的石灰石，另一部分則是在外觀上呈現(xiàn)為白色的石灰石，而黑色石灰石在整個礦山的占有率約在80%。為研究兩者在成分上的區(qū)別，特對兩種不同品質(zhì)的石灰石做了X射線熒光分析，通過所測得的結(jié)果計算，得到石灰石中的堿含量如表4。

表4中數(shù)據(jù)顯示，該廠黑色石灰石中堿含量較高，含量為0.280 1%，而對比樣僅為0.031 6%，結(jié)合礦山的情況，黑色石灰石又占絕大部分，因此，可以說明熟料中的堿有一部分是礦山中黑色石灰石所帶入的。

（2）硅質(zhì)原料。該廠的硅質(zhì)材料主要是外購的高硅頁巖，對該廠高硅頁巖的化學(xué)成分進行分析，計算所得的硅質(zhì)原料中堿含量情況如表5。

表4 石灰石中堿含量（W%）

表5 硅質(zhì)材料中堿含量（W%）

表5顯示，該廠高硅頁巖中堿含量較高，約是對比硅質(zhì)材料的5倍，因此，對于該廠而言，其熟料中的堿較高的另一個原因是：硅質(zhì)材料中堿含量過高。

通過對石灰石及硅質(zhì)原料的分析，可知該廠黑色石灰石及高硅頁巖中堿含量較高，對最終熟料的堿貢獻較大。

2.2.2 燃料分析

煤中的堿主要是通過煤灰的沉降帶入熟料之中，因此對該廠所使用的煤的煤灰成分進行了分析，計算所測得的煤灰中堿含量結(jié)果見表6 。

表6 煤灰中堿含量

對應(yīng)的進廠原煤的工業(yè)分析數(shù)據(jù)如表7。

表7 進廠原煤工業(yè)分析

該廠所使用的煤中，其煤灰中堿的含量同對比樣相比相差不大，而且進廠原煤的工業(yè)分析顯示，該廠煤的灰分同對比樣也相差無幾(見表7)，雖然煤灰的不均勻沉降對熟料的性能影響較大，但總的含量較少，因此并不是造成該廠熟料中堿含量過高的主要原因。

3 生產(chǎn)調(diào)整

通過對該廠熟料及原燃料的分析發(fā)現(xiàn)，該廠熟料中的堿大部分來自于礦山中黑色石灰石及高硅頁巖。為驗證原料中的堿對熟料強度的影響，該廠于四月底對所使用的硅質(zhì)原料進行了調(diào)整，主要是采用堿含量較低的硅砂（堿含量在0.242%）替代高硅頁巖進行配料。試驗階段所得的熟料情況記錄見表8 （以3號線為例）。

表8 熟料臺賬數(shù)據(jù)

改變硅質(zhì)材料后熟料的KH均值為0.9，同前三個月數(shù)據(jù)相比變化不大，SM平均值為2.3，同前三個月相比略有降低，熟料中C3S的含量也略有減少。

熟料中的堿含量、硫堿比及強度情況如表9所示。

通過表9中數(shù)據(jù)可以得知，在更換原材料后熟料中堿含量平均值為0.64，同當(dāng)年前三個月相比，熟料中的堿含量降低了將近30個百分點。雖然此時熟料中的C3S礦物含量較低，但熟料后期的強度卻有所增加，均值約在57.27 MPa，同當(dāng)年前三個月相比增加了約3 MPa。

4 結(jié)束語

通過對該廠熟料及原、燃材料的綜合分析，可以得出以下結(jié)論：

表9 熟料中堿含量及強度值

（1）該廠水泥熟料中堿含量較高，而SG值又相對較低，多余的堿及生成的可溶性硫酸鹽會參與到熟料的水化過程之中，提高了熟料的早期水化進程，從而引起該廠熟料早期強度較高，而后期強度較低現(xiàn)象的產(chǎn)生。

（2）該廠熟料中的堿主要來自于礦山中的黑色石灰石，及硅質(zhì)材料的高硅頁巖之中，從而造成該廠即使是在采用低率值配料時，熟料中的堿含量依然相對較高，熟料的后期強度難以提高。

建議：

（1）該廠需要加強進廠原、燃材料的控制，針對當(dāng)前影響因素較大的高硅頁巖及燃煤的有害成分嚴(yán)格管控，保障物料成分的穩(wěn)定性。石灰石礦山的開采要堅持“擇優(yōu)開采、合理配比”的原則，做好兩種石灰石的合理搭配及預(yù)均化工作，嚴(yán)防入磨石灰石成分的較大波動。

（2）由于原料中有害成分的波動較大，造成該廠在配料煅燒時，可控的率值范圍較窄，因此，在生產(chǎn)中需要摸索調(diào)控，找到最合理的率值控制范圍。

（3）加強對來料堿、硫狀況的預(yù)判，也是提高當(dāng)前熟料強度的有效措施。

[1] 謝小云,李明飛,陳宏艷,等.堿和MgO對熟料性能的影響[J].水泥技術(shù), 2015,(2):35-39.

[2] 林宗壽.無機非金屬材料工學(xué)[M] . 武漢:武漢理工大學(xué)出版社.2008.

[3] 楊慧,王建偉,田洪明,等.楊東生.影響熟料強度的原因分析及解決措施[J]水泥.2015.(4): 17-19.

[4] 陳旭峰, 陸純煊. 堿對硅酸鹽水泥水化硬化性能的影響[J].硅酸鹽學(xué)報, 1993, (4):301-308.

[5] 倪眉芳. 堿性氧化物對水泥熟料的燒成、相組成及其強度的影響[J]. 建材發(fā)展導(dǎo)向, 1984, (2):1-8.

[6] B.Osbxck, 宋培建. 堿對于波特蘭水泥強度性質(zhì)的影響[J].建材發(fā)展導(dǎo)向, 1981, (4):55-62、77.

2015-08-18）

TQ172.6

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10.16008/j.cnki.1008-0473.2015.06.003