水泥熟料强度早期高后期低的原因分析

李福洲金诗润颜 波

1. 武汉理工大学硅酸盐建筑材料国家重点实验室，湖北 武汉 430070；2. 武汉润工科技有限公司，湖北 武汉 430070

水泥熟料强度早期高后期低的原因分析

李福洲1金诗润1颜 波2

1. 武汉理工大学硅酸盐建筑材料国家重点实验室，湖北 武汉 430070；2. 武汉润工科技有限公司，湖北 武汉 430070

针对某水泥厂熟料强度早期高、后期低的现象进行分析，从熟料、原料、燃料几个方面进行研究。结果表明，该厂水泥熟料中碱含量过高，而硫碱比（SG）值较低，从而导致了熟料的早期强度较高，而后期强度增进不足。对原材料的分析显示，熟料中的碱主要来自于原料中的黑色石灰石及高硅页岩。

熟料强度 碱含量 硫碱比

0 引言

湖北某水泥有限公司，厂区内现有三条预分解窑水泥生产线。据该厂2014年生产数据统计，三条线的熟料都表现出早期强度较高、后期强度增进不足的状况。我中心受该公司委托，对熟料煅烧过程中所使用的原、燃材料、生料配比等进行了综合分析，剖析造成该厂水泥熟料强度早强高后期增进不足的原因，并对今后的生产给予指导性建议。

1 熟料状况

为更好地反映出该厂水泥熟料所存在的问题，提取了该厂3号线在2014年至2015年不同月份的熟料强度平均值，具体的数据列于表1。

表1 湖北某水泥厂3号线熟料强度月均值

从表1可知，该厂水泥熟料早期强度较高、后期强度较低。同其他厂正常生产的硅酸盐酸水泥熟料相比，3 d强度普遍高了5～6 MPa，而28 d强度则低了4～7 MPa，该水泥厂熟料的早强高、后期强度低的现象已影响到出厂水泥品种的灵活调整。

2 问题分析

针对该厂水泥熟料早强高、后期强度低的现象，对该厂熟料、原、燃材料等进行了分析。

2.1 熟料分析

2.1.1 率值及矿物

对该厂三条线2015年1、2、3三个月的熟料矿物组成及率值的平均水平进行分析，其所对应的数值列于表2之中。

表2中数据显示，该厂3号线的饱和比及硅率与另外两条线相比较低，而饱和比及硅率又直接影响着熟料的强度，体现在该条线的熟料强度上来说，就是其28 d强度值同另外两条线相比，低了约1～2MPa，可见该厂熟料的率值在一定的程度上会对其后期的强度构成影响。

表2中的熟料矿物含量表明，一是该厂水泥熟料中A矿、B矿含量较高，C3S+C2S总量占到77%～78%；二是熟料的早强较高、后期强度较低。二者的矛盾说明还有其他的原因影响着该厂水泥熟料的强度。

2.1.2 碱含量及硫碱比

相关研究表明[1]，熟料中的碱含量及硫碱比（SG）对熟料的强度构成较大的影响。为此将该厂三条线在一、二、三月份熟料中的平均碱含量及SG值进行了对比分析。

表3中数据显示，3月份该厂熟料中的碱含量较高（均值在0.93）时，熟料的强度结果变化是：相对于前两个月而言，3 d强度平均提高了1～2 MPa，28 d强度平均降低了约1 MPa。

表2 熟料矿物含量及强度月均值

表3 该厂2015年一季度熟料月均碱含量及SG值

该厂熟料SG值基本上维持在0.6左右，已经接近SG最佳范围的最低值（0.6～1.0）[2]，SG值较低，反应了该厂熟料中的碱含量较高，所生成的可溶性硫酸盐的量也较多。而据资料表明[3～6]，熟料中碱含量过高时，一方面生成的可溶性硫酸盐会抑制石膏的缓凝作用，造成熟料中的矿物早期水化较快，另一方面多余的碱又同熟料矿物发生反应，生成复合矿物，影响熟料矿物的组成，进而影响熟料强度。

综合来看，该厂水泥熟料早期强度较高而后期强度增进不足的现象，正是由熟料中的碱含量过高所造成的。

2.2 原、燃料分析

通过对熟料的综合分析，发现熟料中碱含量过高是造成该厂水泥熟料强度发生变化的主要原因。为探究熟料中碱的来源，特对该厂熟料煅烧所用的原、燃材料进行了分析。

2.2.1 原料分析

对该厂配比较大的原料石灰石及硅质材料进行分析，并同某厂正常使用的石灰石及硅质材料进行对比。

（1）石灰石。该厂石灰石矿山主要由两种不同品质的石灰石构成：一部分是在外观上呈现出黑色的石灰石，另一部分则是在外观上呈现为白色的石灰石，而黑色石灰石在整个矿山的占有率约在80%。为研究两者在成分上的区别，特对两种不同品质的石灰石做了X射线荧光分析，通过所测得的结果计算，得到石灰石中的碱含量如表4。

表4中数据显示，该厂黑色石灰石中碱含量较高，含量为0.280 1%，而对比样仅为0.031 6%，结合矿山的情况，黑色石灰石又占绝大部分，因此，可以说明熟料中的碱有一部分是矿山中黑色石灰石所带入的。

（2）硅质原料。该厂的硅质材料主要是外购的高硅页岩，对该厂高硅页岩的化学成分进行分析，计算所得的硅质原料中碱含量情况如表5。

表4 石灰石中碱含量（W%）

表5 硅质材料中碱含量（W%）

表5显示，该厂高硅页岩中碱含量较高，约是对比硅质材料的5倍，因此，对于该厂而言，其熟料中的碱较高的另一个原因是：硅质材料中碱含量过高。

通过对石灰石及硅质原料的分析，可知该厂黑色石灰石及高硅页岩中碱含量较高，对最终熟料的碱贡献较大。

2.2.2 燃料分析

煤中的碱主要是通过煤灰的沉降带入熟料之中，因此对该厂所使用的煤的煤灰成分进行了分析，计算所测得的煤灰中碱含量结果见表6 。

表6 煤灰中碱含量

对应的进厂原煤的工业分析数据如表7。

表7 进厂原煤工业分析

该厂所使用的煤中，其煤灰中碱的含量同对比样相比相差不大，而且进厂原煤的工业分析显示，该厂煤的灰分同对比样也相差无几(见表7)，虽然煤灰的不均匀沉降对熟料的性能影响较大，但总的含量较少，因此并不是造成该厂熟料中碱含量过高的主要原因。

3 生产调整

通过对该厂熟料及原燃料的分析发现，该厂熟料中的碱大部分来自于矿山中黑色石灰石及高硅页岩。为验证原料中的碱对熟料强度的影响，该厂于四月底对所使用的硅质原料进行了调整，主要是采用碱含量较低的硅砂（碱含量在0.242%）替代高硅页岩进行配料。试验阶段所得的熟料情况记录见表8 （以3号线为例）。

表8 熟料台账数据

改变硅质材料后熟料的KH均值为0.9，同前三个月数据相比变化不大，SM平均值为2.3，同前三个月相比略有降低，熟料中C3S的含量也略有减少。

熟料中的碱含量、硫碱比及强度情况如表9所示。

通过表9中数据可以得知，在更换原材料后熟料中碱含量平均值为0.64，同当年前三个月相比，熟料中的碱含量降低了将近30个百分点。虽然此时熟料中的C3S矿物含量较低，但熟料后期的强度却有所增加，均值约在57.27 MPa，同当年前三个月相比增加了约3 MPa。

4 结束语

通过对该厂熟料及原、燃材料的综合分析，可以得出以下结论：

表9 熟料中碱含量及强度值

（1）该厂水泥熟料中碱含量较高，而SG值又相对较低，多余的碱及生成的可溶性硫酸盐会参与到熟料的水化过程之中，提高了熟料的早期水化进程，从而引起该厂熟料早期强度较高，而后期强度较低现象的产生。

（2）该厂熟料中的碱主要来自于矿山中的黑色石灰石，及硅质材料的高硅页岩之中，从而造成该厂即使是在采用低率值配料时，熟料中的碱含量依然相对较高，熟料的后期强度难以提高。

建议：

（1）该厂需要加强进厂原、燃材料的控制，针对当前影响因素较大的高硅页岩及燃煤的有害成分严格管控，保障物料成分的稳定性。石灰石矿山的开采要坚持“择优开采、合理配比”的原则，做好两种石灰石的合理搭配及预均化工作，严防入磨石灰石成分的较大波动。

（2）由于原料中有害成分的波动较大，造成该厂在配料煅烧时，可控的率值范围较窄，因此，在生产中需要摸索调控，找到最合理的率值控制范围。

（3）加强对来料碱、硫状况的预判，也是提高当前熟料强度的有效措施。

[1] 谢小云,李明飞,陈宏艳,等.碱和MgO对熟料性能的影响[J].水泥技术, 2015,(2):35-39.

[2] 林宗寿.无机非金属材料工学[M] . 武汉:武汉理工大学出版社.2008.

[3] 杨慧,王建伟,田洪明,等.杨东生.影响熟料强度的原因分析及解决措施[J]水泥.2015.(4): 17-19.

[4] 陈旭峰, 陆纯煊. 碱对硅酸盐水泥水化硬化性能的影响[J].硅酸盐学报, 1993, (4):301-308.

[5] 倪眉芳. 碱性氧化物对水泥熟料的烧成、相组成及其强度的影响[J]. 建材发展导向, 1984, (2):1-8.

[6] B.Osbxck, 宋培建. 碱对于波特兰水泥强度性质的影响[J].建材发展导向, 1981, (4):55-62、77.

2015-08-18）

TQ172.6

B

1008-0473(2015)06-0019-04

10.16008/j.cnki.1008-0473.2015.06.003