低碱水泥的生产实践

甘美强

（桐庐南方水泥有限公司，浙江 桐庐 311500）

某些混凝土工程的破坏，是由于水泥水化所析出的KOH和NaOH与集料中活性的二氧化硅相互作用，形成了碱的硅酸盐凝胶，产生膨胀应力，致使混凝土开裂和破坏，影响混凝土的耐久性，即产生所谓的碱集料反应。

影响碱集料反应膨胀的主要因素除了活性集料本身的结构特征、粒径和含量外，还跟水泥的碱含量有关，当水泥的碱含量（Na2O+0.658K2O）在0.6%以下时，不会发生过大的膨胀，是预防混凝土碱集料反应的主要途径之一。

1 生产任务的来源

杭黄高铁东起浙江省杭州市，西至安徽省黄山市，全长285km，共设10个站，其中浙江省境内185km，桐庐南方水泥有限公司地理位置处于浙江段的中间，其中杭州至建德段高铁建设时间45个月，计划需要低碱水泥80万t。根据区域公司市场营销部、生产技术部对建设路段周边水泥生产企业的调研，召开了低碱水泥生产技术专题研讨与协调会，认为我公司生产低碱水泥的条件相对较好，决定由我公司实施低碱水泥试生产，参与工程建设供货竞标。接到任务后，公司迅速成立低碱水泥试生产小组，组织编制低碱水泥生产质量管理实施细则，着手试生产方案的迅速实施。

2 公司概况及生产条件

我公司是具有矿山开采、熟料烧成、水泥粉磨、余热发电、码头起运能力的全能型水泥生产工厂，拥有2条2 500t/d新型干法熟料生产线，和1条年产120万t的水泥生产线，相应辅助设施配套齐全，生产可调节能力较强。自2004年投产以来，生产的熟料、水泥产品品质优良，在业内享有很高的美誉度，深得用户的信赖。

根据中铁集团对投标企业生产能力的实地考察，和相应生产经营资质的审核，完全符合中铁集团对我公司生产条件与供应能力的招标要求。主要工艺设备配置见表1。

3 低碱水泥的技术要求

低碱水泥的各项技术指标除了满足《通用硅酸盐水泥》国家标准第1号修改单（GB175-2007/XG2009）要求外，还需满足《铁路混凝土结构耐久性设计规范》（铁建设〔2010〕255号），《铁路混凝土工程施工质量验收标准》（铁建设〔2010〕240号），以及《铁路混凝土工程施工质量验收补充标准》对水泥的要求。低碱水泥的技术要求和检验方法见表2。

4 原燃材料的检测与分析

公司的2条2 500t/d熟料生产线，1号生产线的熟料全部用于市场外销，2号生产线的熟料配套水泥粉磨生产线。公司熟料生产从开始投产以来，一直采用四组分工艺配料，自己拥有的石灰石和砂岩矿山，材料品位均比较好，CaO含量日常检测均在53.5%左右，砂岩SiO2含量通常＞70%；外购页岩Al2O3含量一般在17%左右，由于零星采购，质量波动较大；外购铜渣作为铁质原料，Fe2O3含量一般在45%以上，因此，原材料的品位总体较好，正常生产出来的熟料碱含量一般在0.6%左右。原材料碱含量见表3。

表1 主要工艺设备配置

表2 低碱水泥的技术要求和检验方法

表3 原材料碱含量（%）

5 生料配料试验方案的确定

由于自有矿山石灰石品位高、品质稳定，自有砂岩矿含硅量70%左右，外购页岩铝含量17%左右，只要生产过程控制得当，特别是外购页岩质量的进厂控制，熟料碱含量低于0.6%应该没有问题。考虑到低碱熟料质量的稳定性，为提高低碱水泥的熟料质量保证，结合2条熟料生产线不同的配套条件和成本因素，决定对2条熟料生产线实行差异化生产，要求2号线熟料游离氧化钙控制≤1.2%，碱含量≤0.5%。配料设计方案见表4。

表4 配料设计方案

表5 熟料化学成分对比（%）

表6 率值和矿物组成（%）对比

表7 P·O42.5低碱水泥检测结果

6 低碱熟料试生产

根据生料配料设计方案，参照原先公司正常生产熟料的质量控制过程，根据熟料工序实行差异化生产要求，严格执行低碱水泥生产质量管理实施细则的内控要求，在试生产小组的精心策划和指导下，加强工序质量验收和检测控制，加强中控操作数据监控，稳定火焰控制，适当上调各级预热器出口温度约10℃左右，控制煅烧过程液相量产生；生料中碱含量的降低，烟室结皮现象随之减轻；控制出窑熟料结粒，加强篦冷机对熟料的冷却效果，改善熟料质量。

低碱熟料碱含量分析对比。2号窑生产线试生产的低碱熟料中碱含量0.49%，碱含量低于1号窑生产线正常生产的熟料0.11%。在使用同一煤种的情况下，2号窑生产线碱含量低的主要原因是生料配料中原料碱含量的严格控制。熟料化学成份对比见表5，率值和矿物组成对比见表6。

7 低碱水泥的试生产

合格低碱熟料试生产成功后，严格按化验室要求进行熟料库底多点搭配，转运至熟料配料库，提高熟料质量均衡性，按照低碱水泥试生产设计方案，采用碱含量较低的石灰石、矿渣作为混合村掺入（石灰石碱含量≤0.15%；矿渣碱含量≤0.50%；石膏≤0.30%）。三氧化硫控制指标按1.80±0.20%控制，比表面积控制在330±15m2/kg范围，通过小磨试样自检，并送国家水泥质量监督检验中心检测，碱含量等质量指标完全能够满足水泥性能要求。投入正式生产后，首批试制的水泥产品经试用检测，用户反馈指标均优于招标要求，并且低碱水泥对混凝土外加剂适应性良好，用户充分认可。低碱水泥检测结果见表7。

现有水泥库6个，总容量1.8万t，实际可周转容量为1.3万余t，其中42.5普通水泥库4个，32.5复合水泥库2个，如果要同时生产3个水泥品种，日常生产组织和保供难度较大。为保障重点工程建设，我们只能放弃P·C32.5复合水泥的生产。同时为了加大散装水泥发货能力，在原有2个散装水泥装车库旁边，投入资金再建1个约300t的散装水泥库，专门用于低碱水泥的装车发货，避免了低碱水泥发货时，散装库需要经常洗库的程序，保证了质量，提高了效率。

8 低碱水泥生产的体会

（l）低碱水泥的生产组织需要精心策划，制订试生产行动方案和实施细则，有利于试生产工作的顺利实施。

（2）生料中碱含量的降低，有利于熟料煅烧过程的控制，有害成分的减少，预热器、分解炉、烟室结皮现象明显减少，稳定了熟料质量。

（3）由于生产工序紧密，为防止入磨熟料温度过高，必须提高篦冷机的冷却效率，加速熟料冷却效果，有利于熟料质量和易磨性提高。

（4）低碱水泥的磨制过程，必须严格执行质量内控指标，在品种转换时严格按照洗磨洗库要求，适当加大检测频次，确保入库低碱水泥质量。

（5）值此杭黄高铁即将开通运营之际，能够为本区域首条铁路的建设提供产品服务保障，我们感到十分自豪，更为我们今后开拓水泥新品种积累了经验，奠定了基础，增强了信心。