水泥質(zhì)量控制基礎(chǔ)知識

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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：水化較快，早期強度高，強度增進率大，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：水化較慢，早期強度低，水化熱低，體

2、積干縮小，抗水性和抗硫鹽日浸蝕能力好，后期強度增進快。 3、C3A C3A水化速度、凝結(jié)硬化很快，放熱多，硬化快，早期強度較高，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、C4AF C4AF水化速度早期介于C3A與C3S之間，早期強度類似于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。 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、強度等。 (一)控制項目 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、

4、硬化過程中對強度的影響，以及計劃生產(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，通過試驗的方法確定其經(jīng)濟合理的配合比例。 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，加強水泥制成中物料配比的控制，是保證水泥質(zhì)量、按計劃穩(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

5、水泥強度，特別是早期強度有良好的效果。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)濟效果。在生產(chǎn)過程中，應(yīng)力求減少細(xì)度的波動，以達到穩(wěn)定磨機產(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

6、 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度。這是因為它在水泥水化過程中與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

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，因此使水泥強度有不同程度的降低，摻加量愈大，強度降低愈顯著。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

8、.出磨水泥的凝結(jié)時間、安定性、強度: 水泥的凝結(jié)時間、安定性、強度也是國家標(biāo)準(zhǔn)中規(guī)定的必須達到的重要質(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行必要的限制。 水泥燒失量應(yīng)列為控制項目，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

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，以及熟料和混合材料的質(zhì)量。通過試驗，摸清各種工藝因素之間的相互關(guān)系，從質(zhì)量、經(jīng)濟等各方面進行綜合考慮，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)此即可制訂出各項質(zhì)量控制指標(biāo)。 2.熟料強度: 水泥的強度主要是由熟料的強度決定的。在水泥的品種、等級確定之后，熟料強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，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

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行強度試驗來確定的。 4.水泥細(xì)度與強度的關(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)中的實際情況，通過試驗的方法測定細(xì)度與強度的關(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，使水泥強度沒有保證時，可將水泥

12、磨細(xì)一些，以達到穩(wěn)定水泥質(zhì)量的目的。 一般試驗條件下，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）

13、、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。但由于磨機規(guī)格，研磨體級配，是否配備選粉機，選粉機規(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用性較差，一般只能作為參考。 （4）、實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

14、些石膏，對于礦渣硅酸鹽水泥來說，石膏又是促進水泥強度增長的激發(fā)劑。但石膏過多會影響水泥長期安定性，這是因為石膏中的SO3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度達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度關(guān)系的試驗來確定。 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，然后進行凝結(jié)時間、安定性、各齡期強度情況綜合考慮，選擇在凝結(jié)時間正常、安定性合格時達到最高強度的SO3摻入量， 作為生產(chǎn)中的控制指標(biāo)。 6.大磨-小磨強度關(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、分在化驗室中通過小磨試驗確定的，它與生產(chǎn)實際總有一定的差別。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)進一步找出大小磨之間的關(guān)系，對試驗數(shù)據(jù)進行符合生產(chǎn)實際的修正后，才能正式成為實際生產(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工作： 1.嚴(yán)格控制出磨水泥的備項質(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噸位，增.加檢驗次數(shù)，以掌握質(zhì)量的波動情況，以便在出廠時進行合理的調(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5天的產(chǎn)量)，這樣便于根據(jù)出磨水泥的快速或三天強度和其它質(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

17、在庫內(nèi)進行必要的均化或在出廠前進行合理調(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天抗壓強度富裕2.0MPa( 2002年4月1日起執(zhí)行)以上，即富裕強度合格率100%。 另外，出廠水泥28 天抗壓強度目標(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，采取對出廠水泥進行預(yù)先檢驗，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，就應(yīng)根據(jù)檢驗結(jié)果，進行必要的存放或搭配，以使出廠水泥合格，并達到要求的等級。 ②根據(jù)出磨水泥與出廠水泥的強度關(guān)系: 出磨水泥與出廠水泥強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度關(guān)系是非常必要的，通?？筛鶕?jù)出磨水泥的.強度推算出出廠水泥的強度，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)實踐中，通過大量的數(shù)據(jù)統(tǒng)計分析，找出出磨水泥與出廠水泥強度之間的對應(yīng)關(guān)系是必要的。當(dāng)根據(jù)出磨水泥預(yù)測出廠水泥三天強度較低時，至少應(yīng)保留一個標(biāo)準(zhǔn)偏差的強度富裕才可出庫。 ③根據(jù)出廠水泥的

19、檢驗結(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，進行全套物理、化學(xué)性能的檢驗，確認(rèn)全部符合國家標(biāo)準(zhǔn)時，方可由化驗室通知出廠。出廠水泥的檢驗樣一般可在包裝機旁留樣，也可在成品庫中按規(guī)定方法從水泥袋中抽樣。 水泥出廠的強度等級一般應(yīng)根據(jù)實測的1天或3天強度規(guī)律推算出28天強度后確定。在控制中要以確切地掌握水泥強度的發(fā)展規(guī)律，掌握快速強度與3、7、28天強度之間的關(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，對于入庫的不合格水泥處理是必要的，同時，也可為降低出廠水泥標(biāo)準(zhǔn)偏差，穩(wěn)定出廠水泥實物。