42.5等級道路硅酸鹽水泥的研制與生產(chǎn)

韋慶鳳 陳柳峰 鄧玉蓮

【摘 要】道路硅酸鹽水泥是一種專門用途的特性水泥，目前主要使用在機(jī)場、橋梁、高速道路等工程。廣西魚峰水泥股份有限公司采用濕磨干燒工藝煅燒熟料、采用分別粉磨工藝粉磨水泥，生產(chǎn)出滿足并優(yōu)于國標(biāo)要求的道路硅酸鹽水泥，并成功應(yīng)用于多個機(jī)場道路建設(shè)項目中，得到客戶一致好評。

【關(guān)鍵詞】干縮；耐磨；濕磨干燒；分別粉磨

【中圖分類號】TQ172 【文獻(xiàn)標(biāo)識碼】A 【文章編號】1674-0688（2016）01-0094-04

中國實施積極的經(jīng)濟(jì)政策引導(dǎo)基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)，對高速公路的資金投入執(zhí)行傾斜政策，每年建成高速公路達(dá)到3 000 km以上，僅廣西在2011年高速公路網(wǎng)規(guī)劃到2020年修編布局方案為“6橫7縱8支線”，規(guī)劃總里程就達(dá)到8 000 km。由此可見，道路水泥的市場發(fā)展前景高闊。目前，道路硅酸鹽水泥主要使用在機(jī)場、橋梁、高速道路等工程。

道路硅酸鹽水泥是一種專門用途的特性水泥，具有強(qiáng)度高，耐磨性能好，干縮率小，水化熱低，抗硫酸鹽侵蝕性強(qiáng)等優(yōu)點，主要用于機(jī)場跑道、高速公路、橋梁、城市大面積建設(shè)以及軍事重點關(guān)鍵工程。

2013年3月，柳州白蓮機(jī)場擴(kuò)建工程提出道路硅酸鹽水泥的使用需求后，廣西魚峰水泥股份有限公司（以下簡稱魚峰水泥公司）便開始研制道路硅酸鹽水泥。自2013年起，道路水泥主要供應(yīng)了柳州機(jī)場、海南陵水機(jī)場等幾個工程。

1 制定技術(shù)路線

（1）從工藝技術(shù)條件出發(fā)，對生產(chǎn)工藝進(jìn)行優(yōu)選，選擇了濕磨干燒工藝進(jìn)行熟料煅燒，根據(jù)技術(shù)指標(biāo)要求，確定濕磨干燒生產(chǎn)工藝生產(chǎn)道路硅酸鹽水泥熟料的煅燒工藝參數(shù)，生產(chǎn)出道路硅酸鹽水泥熟料。

（2）采用先進(jìn)的分別粉磨工藝技術(shù)，將道路硅酸鹽水泥熟料和礦渣分別粉磨，再將其半成品進(jìn)行充分混合均化，最后制成滿足強(qiáng)度、耐磨性能和干縮率要求的道路硅酸鹽水泥。根據(jù)道路硅鹽水泥國標(biāo)準(zhǔn)要求，在水泥粉磨過程中用到?；郀t礦渣作為混合材料，但眾所周知，礦渣是一種較難磨的物料，磨蝕性很高，研磨介質(zhì)損耗大，而熟料相對易磨性好，考慮到兩者易磨性存在著巨大差異，若將兩種物料混合粉磨，兩者細(xì)度將難以兼顧，不僅影響到水泥磨能耗，還影響到礦渣活性發(fā)揮。我們便將兩者分別進(jìn)行粉磨，既有利于磨機(jī)能耗的降低，又有利于混合材摻量的提升，還有利于水泥性能的改善。因此，采用分別粉磨工藝是道路硅酸鹽水泥生產(chǎn)的首選工藝。

2 制定道路硅酸鹽水泥熟料配料方案

道路硅酸鹽水泥標(biāo)準(zhǔn)中對熟料礦物作出了特殊的規(guī)定，因此，生產(chǎn)符合要求的道路硅酸鹽水泥熟料是生產(chǎn)道路硅酸鹽水泥的關(guān)鍵所在，因而確定配料方案是關(guān)鍵一步。根據(jù)道路硅酸鹽水泥的特點，對配料方案進(jìn)行了專項設(shè)計，其關(guān)鍵點是要求強(qiáng)度高、耐磨性能好、干縮率低。在配料方案的設(shè)計上，不僅要符合標(biāo)準(zhǔn)要求，還要根據(jù)本公司生產(chǎn)線的特點，制定合理的配料方案。根據(jù)C3S、C3A、C4AF、C2S各礦物的特點，在保證強(qiáng)度的同時追求良好的耐磨性能，我們制定了高飽和比、低硅酸率、低鋁率的配料方案。

2.1 新型道路硅酸鹽水泥熟料的率值設(shè)定

新型道路硅酸鹽水泥熟料的率值設(shè)定見表1。

2.2 原料配比及生料化學(xué)成分

原料配比及生料化學(xué)成分見表2。

3 生料制備

根據(jù)魚峰水泥公司各生產(chǎn)線的工藝特點，優(yōu)選公司1#生產(chǎn)線為項目實施生產(chǎn)線。該生產(chǎn)線為設(shè)計日產(chǎn)2 000 t熟料的濕磨干燒生產(chǎn)線，擁有1臺φ3.5/4.0 m×58 m回轉(zhuǎn)窯，4臺φ2.5 m×14 m濕法生料磨，8個φ7.0 m×12.8 m料漿庫，2個φ25 m×6 m攪拌大池。生料經(jīng)過生料磨粉磨后，通過8個料漿庫進(jìn)行合理搭配，再放進(jìn)料漿大池進(jìn)行均化攪拌。我們可以利用多庫搭配及大池攪拌，對生料成分在短時間內(nèi)調(diào)整并均化，較新型干法線均化庫有調(diào)整快、穩(wěn)定性好、均勻性好之優(yōu)點；熟料品種轉(zhuǎn)換方便、快捷。

4 熟料的煅燒

道路硅酸鹽水泥熟料在新型道路硅酸鹽水泥中的占比達(dá)到85%～95%，熟料所扮演的絕對重要性角色也是重中之重。道路硅酸鹽水泥熟料“一高兩低”的配料方案，使得煅燒難度增加，主要是易燒性差，且燒結(jié)范圍窄，液相出現(xiàn)范圍較窄。為了解決以上問題，我們經(jīng)過多次試驗研究分析，采取了以下措施。

（1）為了降低煅燒溫度，提高生料易燒性，本項目采用了轉(zhuǎn)爐渣作為晶種，提高了熟料煅燒質(zhì)量。

（2）嚴(yán)格控制入窯料漿和煤粉的水分細(xì)度。

（3）嚴(yán)格控制分解爐溫度穩(wěn)定在860 ℃左右。提高窯轉(zhuǎn)速，窯速由正常的2.9 r/min提高到3.2 r/min。采取薄料快燒原則，避免窯前、后結(jié)圈，確保窯內(nèi)通風(fēng)良好。

（4）調(diào)節(jié)篦冷機(jī)一段、二段推桿速度及冷卻風(fēng)量，加強(qiáng)篦冷機(jī)冷卻能力。

為了更好地判斷所研制的道路熟料質(zhì)量的好壞，生產(chǎn)時均對熟料進(jìn)行巖相分析，從熟料礦物組成含量、礦物溶蝕、礦物結(jié)晶等方面進(jìn)行分析，以科學(xué)地指導(dǎo)生產(chǎn)。

5 道路硅酸鹽水泥的粉磨

魚峰水泥公司1#生產(chǎn)線水泥磨用于生產(chǎn)特種水泥，規(guī)格小，采用的是磨外噴水，對物料適應(yīng)性較差，因此，對入磨物料要求較嚴(yán)格：{1}入磨熟料粒度要求，粒度變化大時，比表面積難以控制在范圍之內(nèi)；{2}熟料溫度要求，因公司的熟料溫度較高，經(jīng)常在100～200 ℃范圍內(nèi)波動，溫度高時，致使水泥磨包球包煅嚴(yán)重，導(dǎo)致磨況惡化，結(jié)合實際情況，我們對水泥磨提出了技術(shù)改造要求，得到公司的大力支持。

（1）對原有的隔倉篦縫進(jìn)行了調(diào)整，將原來的篦縫寬度減小了2 mm。

（2）水泥磨磨外噴水無法滿足降溫效果，在磨尾進(jìn)行了技術(shù)改造，裝磨尾噴水，對磨內(nèi)進(jìn)行降溫。

采取了以上兩個措施后，水泥比表面積穩(wěn)定性得到了較好的提高。

生產(chǎn)道路硅酸鹽水泥的傳統(tǒng)工藝，是將礦渣與熟料、石膏共同粉磨。因熟料、礦渣易磨性差異較大，共同粉磨時，不能較好地磨制到發(fā)揮各自特性的粒度，并且礦物與熟料和石膏一起入磨后容易引起磨內(nèi)包球包鍛現(xiàn)象，嚴(yán)重影響粉磨效率，導(dǎo)致道路硅酸鹽水泥質(zhì)量波動大，水泥生產(chǎn)成本高。因此，經(jīng)研究后我們采用分別粉磨工藝。將易磨性較差的礦渣通過先進(jìn)的立磨磨制成超細(xì)粉，將易磨性較好的熟料、石膏等通過球磨機(jī)磨制成一定細(xì)度的微粉，然后通過混料均化設(shè)備按一定的配比配制成新型道路硅酸鹽水泥，較傳統(tǒng)的混合粉磨工藝少用熟料3%～5%，既保證質(zhì)量穩(wěn)定性，又降低生產(chǎn)成本，最后制成滿足強(qiáng)度、耐磨性能和干縮率要求的道路硅酸鹽水泥。

6 技術(shù)關(guān)鍵點的控制

道路硅酸鹽水泥技術(shù)關(guān)鍵點為耐磨性能、干縮率、水泥強(qiáng)度。

（1）耐磨性能是道路硅酸鹽水泥最關(guān)鍵的技術(shù)指標(biāo)。資料表明，水泥熟料中主要礦物的耐磨性能按下列順序排列：C4AF>C3S>C2S>C3A，而干縮率按下列順序排列：C3A>C3S>C4AF>C2S，因此道路硅酸鹽水泥標(biāo)準(zhǔn)嚴(yán)格規(guī)定了水泥熟料中C4AF和C3A的含量，以保證生產(chǎn)出耐磨性能好、干縮率低的道路硅酸鹽水泥。生產(chǎn)中，為了滿足道路水泥熟料的特殊要求，需要制定嚴(yán)格的熟料配料方案，以滿足道路熟料對礦物組成的要求。根據(jù)理論分析，生產(chǎn)道路硅酸鹽水泥熟料，提高道路硅酸鹽水泥耐磨性能，以高C4AF和低C3A為主線，需按高鐵低鋁生料方案進(jìn)行配料。

高爐礦渣是冶煉生鐵時從高爐中排出的一種廢渣，研究資料表明，高爐礦渣是由脈石、灰分、助熔劑和其他不能進(jìn)入生鐵中的雜質(zhì)組成的，是一種易熔混合物，屬于硅酸鹽質(zhì)材料。因其具有良好的耐磨性能，用做道路硅酸鹽水泥輔材使用，將其粉磨到一定的細(xì)度，可充分提高活性，摻入水泥中，有利于水泥強(qiáng)度的發(fā)揮，又有利于提高混凝土的密實性和水泥的耐磨性能。魚峰水泥公司研制生產(chǎn)的道路硅酸鹽水泥主要使用?；郀t礦渣為混合材，水泥耐磨性能優(yōu)良。

（2）研究文獻(xiàn)表明，水泥熟料中，C3A是影響干縮率的主要礦物成分，干縮率的差別，絕大部分是由于C3A含量變化的緣故，其他組成的作用比較次要，并提出了水泥干縮率與熟料礦物C3A、C3S的回歸關(guān)系式：水泥干縮率=0.004 413 C3S+0.025 27C3A-0.266 3。

這一關(guān)系式說明C3A對水泥干縮率的影響幾乎是C3S的6倍，故C3A含量宜低不宜高。魚峰水泥公司嚴(yán)格控制道路熟料C3A的含量，控制范圍：C3A≤4.0%（國標(biāo)要求≤5.0%）

（3）熟料礦物決定了水泥的水化速度，水化產(chǎn)物本身的強(qiáng)度、形態(tài)以及彼此網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)時各種鍵的比例，因此，對水泥強(qiáng)度的增長起著決定性的作用。研究表明，硅酸鹽礦物的含量是決定水泥強(qiáng)度的主要因素，28 d強(qiáng)度基本依賴于C3S。一般認(rèn)為，從3 d到28 d，水泥的抗折強(qiáng)度隨C3S含量的增加而減小；有學(xué)者認(rèn)為，C2S在水泥石水化早期的抗折強(qiáng)度較抗壓強(qiáng)度貢獻(xiàn)大；普遍認(rèn)為，C4AF與C3A相比，不僅有較高的早期強(qiáng)度，而且后期強(qiáng)度還能有所增長，C4AF對抗折強(qiáng)度的貢獻(xiàn)遠(yuǎn)大于抗壓強(qiáng)度，即脆性系數(shù)特別低。

熟料礦物磨到一定的細(xì)度，才能有效地與水接觸，利于水化產(chǎn)物的形成，充分發(fā)揮其強(qiáng)度。在水化過程中，由于水泥顆粒被C-S-H凝膠包裹，擴(kuò)散逐漸成為反應(yīng)速率的主力。當(dāng)包裹層厚度達(dá)到25μm時，擴(kuò)散進(jìn)程緩慢，水化基本停止。粒徑在25μm以上的水泥顆粒，在1個月內(nèi)就有可能殘留未水化的內(nèi)核部分。由以上分析可知，要使水泥強(qiáng)度發(fā)揮得好，不僅要有合適的熟料礦物組成，還應(yīng)將水泥細(xì)度控制在一定的范圍。

魚峰水泥公司研制的道路硅酸鹽水泥完全符合國標(biāo)要求，成品見表3。

7 結(jié)語

用戶對魚峰水泥公司生產(chǎn)的道路水泥的質(zhì)量和性能給予了極大的肯定，表明公司產(chǎn)品能夠滿足道路水泥的要求，在使用過程中雙方通過不斷地溝通和交流，不斷進(jìn)行改進(jìn)，逐步提高了水泥性能。42.5等級道路硅酸鹽水泥研制生產(chǎn)并成功應(yīng)用于柳州機(jī)場擴(kuò)建等工程，為魚峰水泥公司提高了市場競爭力。

參 考 文 獻(xiàn)

[1]趙磊，馬華，許湛.道路硅酸鹽水泥的生產(chǎn)[J].中國水泥，2015（8）.

[2]韋慶宜.淺談硅酸鹽水泥的特性及可持續(xù)發(fā)展前景[J].工程技術(shù)，2015（24）.

[3]潘耀雄.關(guān)于如何提高白色硅酸鹽水泥白度的探討[J].城市建筑，2015（20）.

[4]佚名.通用硅酸鹽水泥執(zhí)行新標(biāo)準(zhǔn)[J].建材發(fā)展導(dǎo)向，2015（20）.

[責(zé)任編輯：陳澤琦]