水泥質(zhì)量控制基礎(chǔ)知識

一、硅酸鹽水泥熟料的礦物組成硅酸鹽水泥熟料中的主要礦物有以下四種:

C3S、C2S、C3A、C4AF，另外還有少量的f-CaO、方鎂石、含堿礦物、玻璃體。通常，熟料中C3S+C2S含量75%左右，C3A+C4AF含量22%左右。1.C3SC3S含量通常占熟料的50%以上，其特點(diǎn)：水化較快，早期強(qiáng)度高，強(qiáng)度增進(jìn)率大，干縮性、抗凍性較好，但水化熱較高，抗水性差，抗硫酸鹽浸蝕能力較差。C3S形成需要較高的燒成溫度和較長的燒成時間，含量過高，燒成困難，易導(dǎo)致f-CaO增多，熟料質(zhì)量下降。2、C2S

C2S含量通常分熟料的20%左右，其特點(diǎn)：水化較慢，早期強(qiáng)度低，水化熱低，體積干縮小，抗水性和抗硫鹽日浸蝕能力好，后期強(qiáng)度增進(jìn)快。3、C3AC3A水化速度、凝結(jié)硬化很快，放熱多，硬化快，早期強(qiáng)度較高，但絕對值不高，后期幾乎不再增長，甚至倒縮，C3A干縮變形大，抗硫酸鹽性能差，脆性大，耐磨性差。4、C4AFC4AF水化速度早期介于C3A與C3S之間，早期強(qiáng)度類似于C3A但后期還能不斷增長，水化熱低，干縮變形小，耐磨、抗沖擊、抗硫酸鹽浸蝕能力強(qiáng)。5、f-CaO、MgOf-CaO在高溫下死燒形成，水化很慢，一般加水3天后才反應(yīng)，反應(yīng)體積膨脹97.9%產(chǎn)生應(yīng)力，造成水泥石破壞。MgO少量可與熟料礦物固溶，對降低燒成溫度、增加液相數(shù)量，改善熟料色澤有好處，但超過一定量后，未固溶部分水化很慢，要幾個月甚至幾年才與水反應(yīng)，生產(chǎn)Mg(OH)2，體積膨脹148%，導(dǎo)致水泥安定性不良。二、水泥生產(chǎn)質(zhì)量控制水泥制成的控制項(xiàng)目，一般有水泥的細(xì)度、三氧化硫、燒失量、物料的配合比(混合材料、石膏的摻加量)、凝結(jié)時間、安定性、強(qiáng)度等。(一)控制項(xiàng)目1.入磨物料的配比:目前生產(chǎn)的水泥品種中除硅酸鹽水泥外，其余各種水泥均由硅酸鹽水泥熟料、石膏和混合材料組成，它們之間的配比關(guān)系著生產(chǎn)水泥的品種、標(biāo)號和物理性能。水泥生產(chǎn)中，入磨物料的配比一般是根據(jù)物料的性能(包括熟料的化學(xué)成份、強(qiáng)度，混合材料的活性，石膏的性質(zhì)及成份)和它們在水泥水化、硬化過程中對強(qiáng)度的影響，以及計(jì)劃生產(chǎn)的品種、標(biāo)號，水泥的其它特殊物理性能而確定的。在實(shí)際生產(chǎn)過程中，多數(shù)是根據(jù)熟料質(zhì)量情況，混合材料的品種、質(zhì)量，通過試驗(yàn)的方法確定其經(jīng)濟(jì)合理的配合比例。入磨物料配比不恰當(dāng)或在制成過程中物料下料量不穩(wěn)定，都直接影響到水泥的質(zhì)量。因此，加強(qiáng)水泥制成中物料配比的控制，是保證水泥質(zhì)量、按計(jì)劃穩(wěn)定生產(chǎn)各標(biāo)號水泥的重要環(huán)節(jié)之一。2.出磨水泥細(xì)度:在熟料、混合材料質(zhì)量和配合比相對穩(wěn)定的條件下，水泥的粉磨細(xì)度，對水泥性能影響很大。在一定程度上，水泥粉磨得愈細(xì)，其比表面積愈大，水泥粉末與水拌合時，它們的接觸面積也就愈大，故有利于加速水泥的水化、凝結(jié)和硬化過程，對提高水泥強(qiáng)度，特別是早期強(qiáng)度有良好的效果。此外，在生產(chǎn)過程中，當(dāng)熟料中游離氧化鈣較高時，水泥磨細(xì)些，游離氧化鈣就可較快地吸收水份而消解，因而可減少它的破壞作用，改善水泥安定性能。但是，不適當(dāng)?shù)靥岣咚喾勰ゼ?xì)度，會使磨機(jī)產(chǎn)量降低，電耗增高。另外，當(dāng)水泥細(xì)度過細(xì)時，需水量增加，水泥石結(jié)構(gòu)的致密性降低，反而會影響水泥的強(qiáng)度?？梢?，只有合理地確定水泥細(xì)度指標(biāo)才能在保證水泥質(zhì)量的基礎(chǔ)上，取得良好的經(jīng)濟(jì)效果。在生產(chǎn)過程中，應(yīng)力求減少細(xì)度的波動，以達(dá)到穩(wěn)定磨機(jī)產(chǎn)量和水泥質(zhì)量的目的。3.出磨水泥中的三氧化硫:水泥中三氧化硫的含量實(shí)質(zhì)上是磨制水泥時石膏摻入量的反映(采用劣質(zhì)煤時，熟料中也含有一定量的SO3)。石膏在水泥中主要起調(diào)節(jié)凝結(jié)時間的作用。適量的石膏在水泥水化過程中，能與C3A生成水化硫鋁酸鈣膠體，包裹于C3A表面，阻礙C3A內(nèi)部的繼續(xù)水化而使水泥緩凝。因此，當(dāng)石膏摻入量不足時，它不能抵消水化鋁酸鈣的快凝作用，使水泥快凝。但是，當(dāng)石膏摻入量過大時，由于硫酸鈣水化速度較快，水泥的凝結(jié)反而會變慢；硫酸鈣水化后呈結(jié)晶狀態(tài)，大量晶體硫酸鈣還會產(chǎn)生體積膨脹，對水泥石的結(jié)構(gòu)還會產(chǎn)生破壞作用。適量石膏的另一作用能在一定程度上提高水泥的強(qiáng)度。這是因?yàn)樗谒嗨^程中與C3A可生成一定數(shù)量的硫鋁酸鈣針狀晶體，交錯地填充于水泥石的空隙中，從而增加了結(jié)構(gòu)的致密性。在礦渣水泥中，石膏還起硫酸鹽激發(fā)劑的作用，可加速礦渣水泥的硬化過程。具體的石膏摻量應(yīng)根據(jù)工廠的實(shí)際情況制訂石膏曲線得到。4.混合材料摻入量:水泥中摻加混合材不但可以增加水泥產(chǎn)量，降低水泥成本，而還可以改善水泥的某些物理性能。對于游離氧化鈣較高的熟料，摻入活性混合材料，不但可降低水泥中f-CaO的相對濃度，還可吸收部分f-CaO，起到改善水泥安定性的作用。但是，由于混合材料的加入，水泥中熟料組分就相應(yīng)減少，因此使水泥強(qiáng)度有不同程度的降低，摻加量愈大，強(qiáng)度降低愈顯著。不同品種的混合材料對水泥的物理性能影響是不同的，因此，合理的混合材摻入量應(yīng)在國家標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的范圍內(nèi)，根據(jù)熟料的質(zhì)量和混合材的品種、質(zhì)量來確定。5.出磨水泥的凝結(jié)時間、安定性、強(qiáng)度:水泥的凝結(jié)時間、安定性、強(qiáng)度也是國家標(biāo)準(zhǔn)中規(guī)定的必須達(dá)到的重要質(zhì)量指標(biāo)。如果出磨水泥的這些質(zhì)量指標(biāo)均符合標(biāo)準(zhǔn)要求，出廠水泥就有了保證。如有的性能不符合要求，就要采取多庫搭配等相應(yīng)措施，保證出廠水泥質(zhì)量。6.燒失量:水泥標(biāo)準(zhǔn)中燒失量的規(guī)定，主要是控制水泥中各混合材的摻量及劣質(zhì)熟料的使用。近年來，許多企業(yè)使用的石膏品位下降，所以對水泥的燒失量要進(jìn)行必要的限制。水泥燒失量應(yīng)列為控制項(xiàng)目，在磨頭除定期抽查混合材的摻量外，至少每四小時應(yīng)測定一次水泥的燒失量，必要時可增加檢測頻次。(二)制定水泥質(zhì)量控制指標(biāo)的依據(jù)水泥質(zhì)量控制指標(biāo)的制定，要根據(jù)各廠的具體情況，首先應(yīng)根據(jù)本廠所要求生產(chǎn)的水泥品種、等級，以及熟料和混合材料的質(zhì)量。通過試驗(yàn)，摸清各種工藝因素之間的相互關(guān)系，從質(zhì)量、經(jīng)濟(jì)等各方面進(jìn)行綜合考慮，權(quán)衡利弊后確定。質(zhì)量控制指標(biāo)的制定應(yīng)根據(jù)以下幾個方面:1.水泥的品種、等級:水泥的品種，應(yīng)根據(jù)計(jì)劃并結(jié)合水泥產(chǎn)量，混合材料的品種、來源、數(shù)量，各種材料的價格和市場的需要通盤考慮。水泥的等級，應(yīng)根據(jù)用戶的需要，并考慮本廠的工藝條件和技術(shù)管理水平來確定。當(dāng)水泥品種、等級確定之后，據(jù)此即可制訂出各項(xiàng)質(zhì)量控制指標(biāo)。2.熟料強(qiáng)度:水泥的強(qiáng)度主要是由熟料的強(qiáng)度決定的。在水泥的品種、等級確定之后，熟料強(qiáng)度主要是確定熟料混合材等配合比的主要依據(jù)。3.混合材的活性:混合材的分類及作用為了增加水泥產(chǎn)量，降低成本，改善和調(diào)節(jié)水泥的某些性質(zhì)，綜合利用工業(yè)廢渣，減少環(huán)境污染，在磨制水泥時，可以摻加數(shù)量不超過國家標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的混合材料?；旌喜陌雌湫再|(zhì)可分為兩面大類：活性混合材料和非活性混合材料。凡是天然的或人工制成的礦物質(zhì)材料，磨細(xì)成粉，加水后其本身不硬化，但與石灰加水調(diào)和成膠凝狀態(tài)，不僅能在空氣中硬化，并能繼續(xù)在水中硬化，這類材料稱為活性混合材料或水硬性混合材料?；旌喜牧系幕钚允谴_定混合材料摻加量的依據(jù)之一。在生產(chǎn)某一品種的水泥時，混合材料的活性高，其摻加量就可多些。目前對混合材料的活性雖有統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)要求，但是地區(qū)的混合材料質(zhì)量往往差異很大，用混合材的活性控制其摻加量的實(shí)用價值不大，因此，混合材料的合理摻加量，必須采用不同的配合比進(jìn)行強(qiáng)度試驗(yàn)來確定的。4.水泥細(xì)度與強(qiáng)度的關(guān)系:選擇合理的細(xì)度指標(biāo)，可以獲得較好的水泥強(qiáng)度。同樣的水泥物料配比，在一定范圍內(nèi)改變其粉磨細(xì)度，水泥的強(qiáng)度有時可提高近一個等級。由于各廠情況不同，水泥細(xì)度與強(qiáng)度的關(guān)系也不一致，一般情況下，應(yīng)結(jié)合生產(chǎn)中的實(shí)際情況，通過試驗(yàn)的方法測定細(xì)度與強(qiáng)度的關(guān)系，確定適宜的粉磨細(xì)度指標(biāo)。在日常生產(chǎn)中，通過掌握細(xì)度與強(qiáng)度間的相互關(guān)系，可及時根據(jù)原料的半成品的質(zhì)量波動情況調(diào)整細(xì)度控制指標(biāo)，即當(dāng)發(fā)現(xiàn)熟料、混合材料質(zhì)量下降，使水泥強(qiáng)度沒有保證時，可將水泥磨細(xì)一些，以達(dá)到穩(wěn)定水泥質(zhì)量的目的。一般試驗(yàn)條件下，水泥顆粒的大小與水化的關(guān)系是:0-10μm水化最快3-30μm是水泥活性主要成份>60μm水化緩慢>90μm表面水化，只起微集料作用水泥比表面積與篩余的關(guān)系是否對應(yīng)，理由?（1）、比面積是單位質(zhì)量和物料所共有的總表面積，它是各個顆粒級配的表面積之和，同一質(zhì)量的水泥越細(xì)顆粒數(shù)越多，暴露的比表面積越大，比表面積主要反映細(xì)顆粒(≤10um)的含量，而篩余值只表示通過一種粒徑篩的質(zhì)量百分?jǐn)?shù)，目前我國所用的篩余法測定結(jié)果只表示大于0.080mm的顆粒所占質(zhì)量的百分?jǐn)?shù)，對于小于0.080mm的顆粒則反映不出來;（2）、在一定的區(qū)間，理論上說是有對應(yīng)關(guān)系的，比表面積大，篩余值小。但由于磨機(jī)規(guī)格，研磨體級配，是否配備選粉機(jī)，選粉機(jī)規(guī)格型號等對二者關(guān)系影響很大，有時也會出現(xiàn)比表面積大，篩余值大。（3）、比表面積對摻多孔性混合材的水泥實(shí)用性較差，一般只能作為參考。（4）、實(shí)際上水泥是有大小不同的顆粒組成，這個組成對水泥性能的影響，不僅僅是微小顆粒的含量大小，而是一個堆積模型，如相同的比面積，開流磨的水泥強(qiáng)度就比閉流磨高，也就是說相同狀況下，開流磨的篩余可適當(dāng)放寬。5.石膏摻入量與強(qiáng)度的關(guān)系:石膏可以延緩凝結(jié)時間，一般只要摻加3-6%的石膏，就能使水泥凝結(jié)時間正常。對于C3A含量較高的熟料，應(yīng)多加一些石膏，對于礦渣硅酸鹽水泥來說，石膏又是促進(jìn)水泥強(qiáng)度增長的激發(fā)劑。但石膏過多會影響水泥長期安定性，這是因?yàn)槭嘀械腟O3水化鋁酸鈣作用而形成硫鋁酸鈣賒使體積顯著增加，從而引起建設(shè)物的崩裂。任何一種水泥都有使其強(qiáng)度達(dá)到最高值的石膏最佳摻入量。石膏最佳摻入量的范圍，可通過石膏與水泥強(qiáng)度關(guān)系的試驗(yàn)來確定。在日常生產(chǎn)中，通常用同一熟料摻加不同百分比的石膏，磨到同一細(xì)度，然后進(jìn)行凝結(jié)時間、安定性、各齡期強(qiáng)度情況綜合考慮，選擇在凝結(jié)時間正常、安定性合格時達(dá)到最高強(qiáng)度的SO3摻入量，作為生產(chǎn)中的控制指標(biāo)。6.大磨-小磨強(qiáng)度關(guān)系:上面所說的水泥各物料適宜的配合比、細(xì)度、石膏摻加量等指標(biāo)，大部分在化驗(yàn)室中通過小磨試驗(yàn)確定的，它與生產(chǎn)實(shí)際總有一定的差別。大小磨磨制的水泥，雖然細(xì)度相同，但往往因大小磨機(jī)規(guī)格、研磨體的級配及粉磨方式等各方面的差異，樣品的顆粒級配就不相同。因此單純用小磨的數(shù)據(jù)作為生產(chǎn)控制的指標(biāo)，往往會出現(xiàn)偏差。因而，從小磨得出的數(shù)據(jù)只能作為生產(chǎn)控制指標(biāo)的參考數(shù)據(jù)，應(yīng)進(jìn)一步找出大小磨之間的關(guān)系，對試驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行符合生產(chǎn)實(shí)際的修正后，才能正式成為實(shí)際生產(chǎn)中水泥的控制指標(biāo)。7.工藝條件對粉磨效率的影響(1)入磨物料的粒度；(2)入磨物料的易磨性;(3)入磨物料溫度;(4)入磨物料水分;(5)產(chǎn)品細(xì)度與喂料的均勻性;(6)助磨劑;(7)磨機(jī)通風(fēng);(8)選粉效率與循環(huán)負(fù)荷;(9)料球比及磨內(nèi)物料流速。(三)

出磨水泥的管理加強(qiáng)出磨水泥的管理，是為了確保出廠水泥質(zhì)量的穩(wěn)定，出磨水泥的管理主要抓好以下幾項(xiàng)工作：1.嚴(yán)格控制出磨水泥的備項(xiàng)質(zhì)量指標(biāo)，對于生產(chǎn)工藝條件較差,質(zhì)量波動較大的廠，應(yīng)盡量縮小出磨水泥的取樣時間和檢驗(yàn)噸位，增.加檢驗(yàn)次數(shù)，以掌握質(zhì)量的波動情況，以便在出廠時進(jìn)行合理的調(diào)配。2.嚴(yán)格出磨水泥入庫制度。出磨水泥應(yīng)由化驗(yàn)室指定的庫號入庫，并做好入庫記錄。3.出磨水泥要有一定的庫存量(不低于磨機(jī)5天的產(chǎn)量)，這樣便于根據(jù)出磨水泥的快速或三天強(qiáng)度和其它質(zhì)量指標(biāo)來確定出廠水泥質(zhì)量，同時也可根據(jù)出磨水泥的質(zhì)量情況在庫內(nèi)進(jìn)行必要的均化或在出廠前進(jìn)行合理調(diào)配，以穩(wěn)定出廠水泥質(zhì)量。(四)

出廠水泥的管理出廠水泥的管理是水泥廠質(zhì)量控制中最后的也是最重要的一關(guān)。生產(chǎn)廠對出廠水泥的要求是:(1)出廠合格率100%；(2)確保28天抗壓強(qiáng)度富裕2.0MPa(2002年4月1日起執(zhí)行)以上，即富裕強(qiáng)度合格率100%。另外，出廠水泥28天抗壓強(qiáng)度目標(biāo)值按下式控制：目標(biāo)值≧水泥國家標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定值+2.0MPa+3S。為此，必須加強(qiáng)對出廠水泥的管理，嚴(yán)格把好出廠關(guān)。決定水泥出廠的依據(jù)：①根據(jù)出磨水泥的質(zhì)量:在生產(chǎn)中，為了有效地控制出廠水泥質(zhì)量，采取對出廠水泥進(jìn)行預(yù)先檢驗(yàn)，用以指導(dǎo)出庫管理工作，如果各庫中的水泥質(zhì)量有差別，甚至有的不符合標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定時，就應(yīng)根據(jù)檢驗(yàn)結(jié)果，進(jìn)行必要的存放或搭配，以使出廠水泥合格，并達(dá)到要求的等級。②根據(jù)出磨水泥與出廠水泥的強(qiáng)度關(guān)系:出磨水泥與出廠水泥強(qiáng)度之間往往存在一定偏差，掌握出磨水泥與出廠水泥之間的強(qiáng)度關(guān)系是非常必要的，通?？筛鶕?jù)出磨水泥的.強(qiáng)度推算出出廠水泥的強(qiáng)度，控制出廠。它們之間的關(guān)系，因廠而異，它與水泥的性能、試樣的取樣方法及水泥均勻性等有關(guān)，各廠可在生產(chǎn)實(shí)踐中，通過大量的數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析，找出出磨水泥與出廠水泥強(qiáng)度之間的對應(yīng)關(guān)系是必要的。當(dāng)根據(jù)出磨水泥預(yù)測出廠水泥三天強(qiáng)度較低時，至少應(yīng)保留一個標(biāo)準(zhǔn)偏差的強(qiáng)度富裕才可出庫。③根據(jù)出廠水泥的檢驗(yàn)結(jié)果:水泥出廠前必須按國家標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的編號、噸位取樣，進(jìn)行全套物理、化學(xué)性能的檢驗(yàn)，確認(rèn)全部符合國家標(biāo)準(zhǔn)時，方