水泥強(qiáng)度的影響因素

水泥工業(yè)保持產(chǎn)品質(zhì)量穩(wěn)定的影響因素較多，如生料成分、生料細(xì)度、窯料成分、熟料成分和礦物組成、水泥細(xì)度和混合材性能等。實(shí)際上質(zhì)量中的某一項(xiàng)僅由眾多影響因素中的少數(shù)因素所決定，而這些因素大多數(shù)是水泥廠生產(chǎn)過程中日常檢測(cè)的參數(shù)。掌握了這些參數(shù)的變化狀況，就能實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品質(zhì)量的穩(wěn)定，有利于水泥廠生產(chǎn)性能穩(wěn)定的優(yōu)質(zhì)產(chǎn)品。

1 水泥質(zhì)量的多重線性回歸分析

水泥質(zhì)量的多重線性回歸分析需要大量的生產(chǎn)數(shù)據(jù)，國(guó)外某研究單位對(duì)某水泥廠按該國(guó)水泥標(biāo)準(zhǔn)所生產(chǎn)的水泥的28d強(qiáng)度進(jìn)行了生產(chǎn)時(shí)間為253d的數(shù)據(jù)回歸分析。發(fā)現(xiàn)水泥砂漿試體的28d強(qiáng)度與水泥中的水泥細(xì)度、C3S含量、堿含量、燒失量和游離氧化鈣（fCaO）等因素有關(guān)?，F(xiàn)將回歸分析結(jié)果表達(dá)如下：

28d=66.9-（0.38×A）-(1.67×B）-（2.3×C）-（4.24×D）+（0.06×E）

式中

28d——水泥砂漿試體28d強(qiáng)度

A——45μm水泥篩篩余，%

B——游離氧化鈣（fCaO）含量，%

C——燒失量（L.O.I），%

D——水泥內(nèi)的Na2O當(dāng)量

E——鮑格（Bogue）公式計(jì)算的硅酸三鈣（C3S）

含量，%

2 有關(guān)影響因素

2.1 篩余

水泥細(xì)度一般使用比表面積表示，通常水泥的比表面積越大，28d水泥強(qiáng)度越高。在生產(chǎn)過程中，水泥強(qiáng)度若出現(xiàn)過高或過低的情況時(shí)，除了添加增強(qiáng)劑的水泥外，通常是改變水泥粉磨細(xì)度或改變加入水泥的硫酸鹽百分?jǐn)?shù)來保持水泥強(qiáng)度的穩(wěn)定性。本文進(jìn)行的線性回歸分析是采用水泥45μm篩的篩余值。統(tǒng)計(jì)的樣品45μm篩篩余范圍為2.3%～6.5%，平均值為3.9%，范圍差值為4.2%。按回歸的方程式計(jì)算，28d強(qiáng)度差為0.38×4.2=1.6N/ mm2。

若工廠日常檢測(cè)的數(shù)據(jù)中沒有45μm篩的水泥篩余檢測(cè)項(xiàng)目，可用單位水泥比表面積回歸分析來取代，但系數(shù)的數(shù)值要修改。

2.2 C3S含量

回歸方程式中右邊的第一項(xiàng)66.9N/mm2值是大多數(shù)生產(chǎn)企業(yè)企望的強(qiáng)度值，達(dá)到此值有一定的難度。方程式中C3S數(shù)值增加會(huì)增加強(qiáng)度，其他影響因素?cái)?shù)值增加則會(huì)降低水泥強(qiáng)度。磨制水泥時(shí)，通常在熟料中摻入石膏、混合材，此時(shí)C3S含量較熟料中的低，一般為45%?；貧w方程式計(jì)算的C3S在水泥中的含量是按修改后的鮑格（Bogue）計(jì)算公式進(jìn)行的，應(yīng)去掉石膏中CaO的含量和石灰石中CaO的含量。石膏的分子式為CaSO4，所扣除的CaO值，可按0.7倍SO3計(jì)算（CaO分子量56，SO3為80，56/80=0.7）。而碳酸鈣（CaCO3）中的CaO含量則通過CaCO3的差熱分析得到的數(shù)值來扣除?；貧w統(tǒng)計(jì)樣品中的C3S范圍為32%～60%，差值為28%，按方程式計(jì)算C3S含量對(duì)28d強(qiáng)度影響為0.06×28=1.7N/mm2。

為了驗(yàn)證公式中0.06系數(shù)的可靠性，曾對(duì)試驗(yàn)中相同的樣品C3S含量從30%到60%的數(shù)值進(jìn)行測(cè)試，結(jié)果系數(shù)均接近。

2.3 堿的鈉當(dāng)量

水泥中的堿含量對(duì)其強(qiáng)度有較大影響，回歸的試樣中，氧化鈉的平均當(dāng)量值為0.55%，范圍變化值從0.47%至0.64%，范圍差值為0.17%。對(duì)28d強(qiáng)度影響為4.24×0.17=0.7N/mm2，強(qiáng)度起始數(shù)值為66.9N/mm2，表明回歸統(tǒng)計(jì)的水泥試樣中的鈉當(dāng)量值對(duì)28d強(qiáng)度影響不大。

2.4 燒失量（L.O.I）

水泥熟料中的燒失量幾乎不存在，但磨制水泥時(shí)，摻入含結(jié)晶水的石膏，水泥磨溫度過高，結(jié)晶水分解揮發(fā)，隨煙氣離磨，此外熟料儲(chǔ)存時(shí)受潮，則熟料內(nèi)的礦物成分水化，產(chǎn)生水化產(chǎn)品。此外水泥在磨內(nèi)粉磨時(shí)，為降低磨內(nèi)溫度，通常向水泥磨內(nèi)噴水，若水量過多，則水不能完全揮發(fā)，多余的水與熟料礦物進(jìn)行水化，影響水泥質(zhì)量和強(qiáng)度。

水泥粉磨過程中，石灰石作為混合材和熟料、石膏以及其他混合材一起進(jìn)行粉磨，石灰石中含有CO2，因而存在燒失量。本次回歸分析的水泥樣品中，所含水量范圍從0.64%至1.85%，范圍差值為1.21%，平均含水量為1.24%，按回歸方程式計(jì)算，差值對(duì)28d強(qiáng)度的影響為2.3×1.21=2.8N/mm2，此值超過C3S和堿含量對(duì)強(qiáng)度的影響。

2.5 游離氧化鈣（fCaO）

水泥中fCaO含量與C3S含量密切關(guān)聯(lián)，fCaO的含量在一定程度上反映煅燒的程度。此外，fCaO也影響水泥質(zhì)量?；貧w的水泥試樣中的游離氧化鈣（fCaO）含量范圍為1.8%～5.3%，差值為3.5%，平均值為3.1%，對(duì)28d強(qiáng)度影響為：1.67×3.5=5.8N/ mm2。

3 回歸分析的優(yōu)點(diǎn)

3.1 回歸分析的準(zhǔn)確性

水泥生產(chǎn)日常檢測(cè)的項(xiàng)目數(shù)據(jù)通過回歸分析，可以找出影響28d水泥強(qiáng)度的因素。目前已知的影響因素有水泥細(xì)度、C3S含量、堿含量、燒失量及游離氧化鈣等，所得數(shù)值見表1。

從樣品的實(shí)際和預(yù)測(cè)強(qiáng)度來看，實(shí)際強(qiáng)度最大和最小值差別為10N/mm2，預(yù)測(cè)強(qiáng)度范圍為8N/ mm2，而回歸分析范圍差值為9.2N/mm2，表明回歸分析在實(shí)際和預(yù)測(cè)范圍之內(nèi)，準(zhǔn)確性是可行的。

表1 已知因素對(duì)28d強(qiáng)度的影響

3.2 生產(chǎn)優(yōu)質(zhì)、高強(qiáng)穩(wěn)定的水泥

水泥生產(chǎn)很難做到穩(wěn)定，以至于28d強(qiáng)度也難于穩(wěn)定。實(shí)際上影響強(qiáng)度的因素較多，要提高強(qiáng)度及其穩(wěn)定性，首先應(yīng)穩(wěn)定影響強(qiáng)度的因素，在生產(chǎn)過程中，盡量減少生產(chǎn)的水泥45μm篩的篩余量，增加水泥中C3S的含量，減少水泥中游離石灰（fCaO）的含量、燒失量（L.O.I）和堿含量，只有這樣才能生產(chǎn)28d強(qiáng)度高且穩(wěn)定的水泥。

3.3 有利于水泥強(qiáng)度的穩(wěn)定

水泥在生產(chǎn)過程中，因原燃料、混合材和氣候的變化，則28d水泥強(qiáng)度也會(huì)出現(xiàn)較大變化，如水泥中的水分因熟料儲(chǔ)存受潮或混合材水分而增加，若燒失量（L.O.I）從1%增加到1.5%，則28d強(qiáng)度減少2.3×0.5=1.15N/mm2。此時(shí)若考慮增加水泥中C3S含量來彌補(bǔ)強(qiáng)度的減少，則需增加1.15/0.06= 19%的C3S含量，事實(shí)上是不可能達(dá)到的。若減少水泥中游離氧化鈣（fCaO）的含量，則為1.15/1.67= 0.69%，也很難辦到，較好的辦法是增加水泥細(xì)度減少45μm篩篩余和盡量減少熟料和混合材水分來提高水泥的強(qiáng)度。

3.4 堿硫的影響

回歸方程式中，水泥中的鈉當(dāng)量對(duì)28d強(qiáng)度影響的系數(shù)最高，為4.24，也就是說當(dāng)鈉當(dāng)量范圍差為1時(shí)，28d強(qiáng)度差4.24N/mm2。較C3S、45μm篩篩余、游離石灰（fCaO）和燒失量（L.O.I）分別高出約70.7、11.2、2.5和1.84倍。當(dāng)水泥中堿含量過高影響強(qiáng)度時(shí)，較為合適的措施是適當(dāng)減少水泥中的燒失量（L.O.I）和游離石灰（fCaO），但很難得到彌補(bǔ)。較好的辦法是盡量減少水泥中的堿含量。若必須使用高堿含量的原燃料和工業(yè)廢料時(shí)，較為合適的方法是熟料煅燒過程中采用旁路放風(fēng)。一些企業(yè)因旁路放風(fēng)投資高，且收下的高硫、氯堿化合物難于處置而不愿設(shè)置。旁路放風(fēng)技術(shù)必須多方面考慮，不僅考慮投資和廢物處置，還應(yīng)考慮放風(fēng)帶來的生產(chǎn)效益及對(duì)水泥強(qiáng)度影響造成的經(jīng)濟(jì)損失，應(yīng)綜合判斷性價(jià)比。

本文未對(duì)水泥中的硫?qū)?8d強(qiáng)度的影響進(jìn)行探討，其原因是熟料在煅燒過程中，若出現(xiàn)過剩硫，火焰呈氧化氣氛時(shí)，硫與原燃料中的堿作用，生成硫酸鹽，存在于熟料中，磨制水泥后，硫堿化合物按鈉當(dāng)量考慮；而呈還原氣氛時(shí)，硫酸鹽分解形成SO2循環(huán)。此外，當(dāng)硫過剩時(shí)，在氧化氣氛時(shí)多余的SO2與氧化鈣作用，生成硫酸鈣進(jìn)入熟料內(nèi)，水泥粉磨時(shí)部分形成含水硫酸鈣。硫酸鈣則影響C3A水化。此外堿的硫酸鹽易溶于水，影響燒失量數(shù)值，應(yīng)小心處置。

4 多品種水泥的回歸

一些生產(chǎn)廠家不僅生產(chǎn)普通水泥（CEMⅠ型）還生產(chǎn)粉煤灰水泥（CEMⅡ型）以及礦渣水泥（CEMⅢ型）等，且水泥中的熟料含量也不一致，因而應(yīng)對(duì)不同品種的水泥進(jìn)行回歸分析，分別建立回歸線性方程式。

5 結(jié)語(yǔ)

水泥質(zhì)量的影響因素較多，可通過線性回歸分析找出具體的影響因素，從而做到控制關(guān)鍵因素，對(duì)生產(chǎn)中出現(xiàn)的問題進(jìn)行預(yù)防，提高和穩(wěn)定產(chǎn)品質(zhì)量。

本文僅對(duì)28d水泥強(qiáng)度進(jìn)行回歸分析，由于各生產(chǎn)廠家的情況不太一致，各廠可對(duì)熟料28d強(qiáng)度進(jìn)行線性回歸分析，找出合適的系數(shù)，提出合理的控制質(zhì)量的方法，以利于水泥強(qiáng)度的穩(wěn)定。

陳友德編譯自

No.9/2016 International Cement Review

No.11/2016 International Cement Review