水泥質(zhì)量控制基礎(chǔ)知識(shí)

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1、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. C3S C3S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(zhǎng)的燒成時(shí)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

2、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、C3A C3A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(duì)值不高，后期幾乎不再增長(zhǎng)，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、C4AF C4AF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(zhǎng)，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、 MgO f-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(duì)降低燒成溫度、增加液相數(shù)量，改善熟料

3、色澤有好處，但超過一定量后，未固溶部分水化很慢，要幾個(gè)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(shí)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(hào)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?cè)谒嗨?/p>

4、硬化過程中對(duì)強(qiáng)度的影響，以及計(jì)劃生產(chǎn)的品種、標(biāo)號(hào)，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(hào)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(duì)穩(wěn)定的條件下，水泥的粉磨細(xì)度，對(duì)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(shí)，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(duì)提高

5、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(shí)，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(huì)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(shí)，需水量增加，水泥石結(jié)構(gòu)的致密性降低，反而會(huì)影響水泥的強(qiáng)度。 可見，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(dòng)，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(shí)石膏摻入量的反映(采用劣質(zhì)煤時(shí)，熟料中也含有一定量的

6、 SO3)。石膏在水泥中主要起調(diào)節(jié)凝結(jié)時(shí)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(shí)，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(shí)，由于硫酸鈣水化速度較快，水泥的凝結(jié)反而會(huì)變慢；硫酸鈣水化后呈結(jié)晶狀態(tài)，大量晶體硫酸鈣還會(huì)產(chǎn)生體積膨脹，對(duì)水泥石的結(jié)構(gòu)還會(huì)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(cuò)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

7、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(duì)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(duì)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(duì)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

8、.出磨水泥的凝結(jié)時(shí)間、安定性、強(qiáng)度: 水泥的凝結(jié)時(shí)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(duì)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(shí)應(yīng)測(cè)定一次水泥的燒失量，必要時(shí)可增加檢測(cè)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

9、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(jí)，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(gè)方面: 1.水泥的品種、等級(jí): 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(jià)格和市場(chǎng)的需要通盤考慮。 水泥的等級(jí)，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(jí)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(jí)確定之后，熟料強(qiáng)度主要是確定熟料混合材等配合比

10、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(shí)，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(shí)，混合材料的活性高，其摻加量就可多些。目前對(duì)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

11、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(jià)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(shí)可提高近一個(gè)等級(jí)。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(cè)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(shí)根據(jù)原料的半成品的質(zhì)量波動(dòng)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(shí)，可將水泥

12、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(duì)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(gè)顆粒級(jí)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(cè)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(duì)于小于0. 080mm的顆粒則反映不出來; （2）

13、、在一定的區(qū)間，理論上說是有對(duì)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(jí)配，是否配備選粉機(jī)，選粉機(jī)規(guī)格型號(hào)等對(duì)二者關(guān)系影響很大，有時(shí)也會(huì)出現(xiàn)比表面積大，篩余值大。 （3）、比表面積對(duì)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(gè)組成對(duì)水泥性能的影響，不僅僅是微小顆粒的含量大小，而是一個(gè)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(shí)間，一般只要摻加3-6%的石膏，就能使水泥凝結(jié)時(shí)間正常。對(duì)于C3A含量較高的熟料，應(yīng)多加一

14、些石膏，對(duì)于礦渣硅酸鹽水泥來說，石膏又是促進(jìn)水泥強(qiáng)度增長(zhǎng)的激發(fā)劑。但石膏過多會(huì)影響水泥長(zhǎng)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(shí)間、安定性、各齡期強(qiáng)度情況綜合考慮，選擇在凝結(jié)時(shí)間正常、安定性合格時(shí)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

15、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(jí)配及粉磨方式等各方面的差異，樣品的顆粒級(jí)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(huì)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(duì)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(duì)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);

16、 (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(duì)于生產(chǎn)工藝條件較差,質(zhì)量波動(dòng)較大的廠，應(yīng)盡量縮小出磨水泥的取樣時(shí)間和檢驗(yàn)噸位，增.加檢驗(yàn)次數(shù)，以掌握質(zhì)量的波動(dòng)情況，以便在出廠時(shí)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(hào)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(shí)也可根據(jù)出磨水泥的質(zhì)量情況

17、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(duì)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(duì)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(duì)出廠水泥進(jìn)行預(yù)先檢驗(yàn)，用以指導(dǎo)出庫管理工作，

18、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(shí)，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(jí)。 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(duì)應(yīng)關(guān)系是必要的。當(dāng)根據(jù)出磨水泥預(yù)測(cè)出廠水泥三天強(qiáng)度較低時(shí)，至少應(yīng)保留一個(gè)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

19、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(hào)、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(shí)，方可由化驗(yàn)室通知出廠。出廠水泥的檢驗(yàn)樣一般可在包裝機(jī)旁留樣，也可在成品庫中按規(guī)定方法從水泥袋中抽樣。 水泥出廠的強(qiáng)度等級(jí)一般應(yīng)根據(jù)實(shí)測(cè)的1天或3天強(qiáng)度規(guī)律推算出28天強(qiáng)度后確定。在控制中要以確切地掌握水泥強(qiáng)度的發(fā)展規(guī)律，掌握快速強(qiáng)度與3、7、28天強(qiáng)度之間的關(guān)系，否則就難以保證出廠水泥的100%合格和富裕強(qiáng)度100%。 不同水泥庫內(nèi)水泥出庫情況是不同的，具體的情況應(yīng)依據(jù)數(shù)理統(tǒng)計(jì)的結(jié)果。在沒有均化設(shè)施的情況下，水泥后入先出是自然的，準(zhǔn)確掌握水泥庫的出庫情況及均化搭配效果，對(duì)于入庫的不合格水泥處理是必要的，同時(shí)，也可為降低出廠水泥標(biāo)準(zhǔn)偏差，穩(wěn)定出廠水泥實(shí)物。