水泥強度的影響因素

水泥強度的影響因素

水泥工業保持產品質量穩定的影響因素較多，如生料成分、生料細度、窯料成分、熟料成分和礦物組成、水泥細度和混合材性能等。實際上質量中的某一項僅由眾多影響因素中的少數因素所決定，而這些因素大多數是水泥廠生產過程中日常檢測的參數。掌握了這些參數的變化狀況，就能實現產品質量的穩定，有利于水泥廠生產性能穩定的優質產品。

1 水泥質量的多重線性回歸分析

水泥質量的多重線性回歸分析需要大量的生產數據，國外某研究單位對某水泥廠按該國水泥標準所生產的水泥的28d強度進行了生產時間為253d的數據回歸分析。發現水泥砂漿試體的28d強度與水泥中的水泥細度、C3S含量、堿含量、燒失量和游離氧化鈣（fCaO）等因素有關?，F將回歸分析結果表達如下：

28d=66.9-（0.38×A）-(1.67×B）-（2.3×C）-（4.24×D）+（0.06×E）

式中

28d——水泥砂漿試體28d強度

A——45μm水泥篩篩余，%

B——游離氧化鈣（fCaO）含量，%

C——燒失量（L.O.I），%

D——水泥內的Na2O當量

E——鮑格（Bogue）公式計算的硅酸三鈣（C3S）

含量，%

2 有關影響因素

2.1 篩余

水泥細度一般使用比表面積表示，通常水泥的比表面積越大，28d水泥強度越高。在生產過程中，水泥強度若出現過高或過低的情況時，除了添加增強劑的水泥外，通常是改變水泥粉磨細度或改變加入水泥的硫酸鹽百分數來保持水泥強度的穩定性。本文進行的線性回歸分析是采用水泥45μm篩的篩余值。統計的樣品45μm篩篩余范圍為2.3%～6.5%，平均值為3.9%，范圍差值為4.2%。按回歸的方程式計算，28d強度差為0.38×4.2=1.6N/ mm2。

若工廠日常檢測的數據中沒有45μm篩的水泥篩余檢測項目，可用單位水泥比表面積回歸分析來取代，但系數的數值要修改。

2.2 C3S含量

回歸方程式中右邊的第一項66.9N/mm2值是大多數生產企業企望的強度值，達到此值有一定的難度。方程式中C3S數值增加會增加強度，其他影響因素數值增加則會降低水泥強度。磨制水泥時，通常在熟料中摻入石膏、混合材，此時C3S含量較熟料中的低，一般為45%?；貧w方程式計算的C3S在水泥中的含量是按修改后的鮑格（Bogue）計算公式進行的，應去掉石膏中CaO的含量和石灰石中CaO的含量。石膏的分子式為CaSO4，所扣除的CaO值，可按0.7倍SO3計算（CaO分子量56，SO3為80，56/80=0.7）。而碳酸鈣（CaCO3）中的CaO含量則通過CaCO3的差熱分析得到的數值來扣除。回歸統計樣品中的C3S范圍為32%～60%，差值為28%，按方程式計算C3S含量對28d強度影響為0.06×28=1.7N/mm2。

為了驗證公式中0.06系數的可靠性，曾對試驗中相同的樣品C3S含量從30%到60%的數值進行測試，結果系數均接近。

2.3 堿的鈉當量

水泥中的堿含量對其強度有較大影響，回歸的試樣中，氧化鈉的平均當量值為0.55%，范圍變化值從0.47%至0.64%，范圍差值為0.17%。對28d強度影響為4.24×0.17=0.7N/mm2，強度起始數值為66.9N/mm2，表明回歸統計的水泥試樣中的鈉當量值對28d強度影響不大。

2.4 燒失量（L.O.I）

水泥熟料中的燒失量幾乎不存在，但磨制水泥時，摻入含結晶水的石膏，水泥磨溫度過高，結晶水分解揮發，隨煙氣離磨，此外熟料儲存時受潮，則熟料內的礦物成分水化，產生水化產品。此外水泥在磨內粉磨時，為降低磨內溫度，通常向水泥磨內噴水，若水量過多，則水不能完全揮發，多余的水與熟料礦物進行水化，影響水泥質量和強度。

水泥粉磨過程中，石灰石作為混合材和熟料、石膏以及其他混合材一起進行粉磨，石灰石中含有CO2，因而存在燒失量。本次回歸分析的水泥樣品中，所含水量范圍從0.64%至1.85%，范圍差值為1.21%，平均含水量為1.24%，按回歸方程式計算，差值對28d強度的影響為2.3×1.21=2.8N/mm2，此值超過C3S和堿含量對強度的影響。

2.5 游離氧化鈣（fCaO）

水泥中fCaO含量與C3S含量密切關聯，fCaO的含量在一定程度上反映煅燒的程度。此外，fCaO也影響水泥質量。回歸的水泥試樣中的游離氧化鈣（fCaO）含量范圍為1.8%～5.3%，差值為3.5%，平均值為3.1%，對28d強度影響為：1.67×3.5=5.8N/ mm2。

3 回歸分析的優點

3.1 回歸分析的準確性

水泥生產日常檢測的項目數據通過回歸分析，可以找出影響28d水泥強度的因素。目前已知的影響因素有水泥細度、C3S含量、堿含量、燒失量及游離氧化鈣等，所得數值見表1。

從樣品的實際和預測強度來看，實際強度最大和最小值差別為10N/mm2，預測強度范圍為8N/ mm2，而回歸分析范圍差值為9.2N/mm2，表明回歸分析在實際和預測范圍之內，準確性是可行的。

表1 已知因素對28d強度的影響

3.2 生產優質、高強穩定的水泥

水泥生產很難做到穩定，以至于28d強度也難于穩定。實際上影響強度的因素較多，要提高強度及其穩定性，首先應穩定影響強度的因素，在生產過程中，盡量減少生產的水泥45μm篩的篩余量，增加水泥中C3S的含量，減少水泥中游離石灰（fCaO）的含量、燒失量（L.O.I）和堿含量，只有這樣才能生產28d強度高且穩定的水泥。

3.3 有利于水泥強度的穩定

水泥在生產過程中，因原燃料、混合材和氣候的變化，則28d水泥強度也會出現較大變化，如水泥中的水分因熟料儲存受潮或混合材水分而增加，若燒失量（L.O.I）從1%增加到1.5%，則28d強度減少2.3×0.5=1.15N/mm2。此時若考慮增加水泥中C3S含量來彌補強度的減少，則需增加1.15/0.06= 19%的C3S含量，事實上是不可能達到的。若減少水泥中游離氧化鈣（fCaO）的含量，則為1.15/1.67= 0.69%，也很難辦到，較好的辦法是增加水泥細度減少45μm篩篩余和盡量減少熟料和混合材水分來提高水泥的強度。

3.4 堿硫的影響

回歸方程式中，水泥中的鈉當量對28d強度影響的系數最高，為4.24，也就是說當鈉當量范圍差為1時，28d強度差4.24N/mm2。較C3S、45μm篩篩余、游離石灰（fCaO）和燒失量（L.O.I）分別高出約70.7、11.2、2.5和1.84倍。當水泥中堿含量過高影響強度時，較為合適的措施是適當減少水泥中的燒失量（L.O.I）和游離石灰（fCaO），但很難得到彌補。較好的辦法是盡量減少水泥中的堿含量。若必須使用高堿含量的原燃料和工業廢料時，較為合適的方法是熟料煅燒過程中采用旁路放風。一些企業因旁路放風投資高，且收下的高硫、氯堿化合物難于處置而不愿設置。旁路放風技術必須多方面考慮，不僅考慮投資和廢物處置，還應考慮放風帶來的生產效益及對水泥強度影響造成的經濟損失，應綜合判斷性價比。

本文未對水泥中的硫對28d強度的影響進行探討，其原因是熟料在煅燒過程中，若出現過剩硫，火焰呈氧化氣氛時，硫與原燃料中的堿作用，生成硫酸鹽，存在于熟料中，磨制水泥后，硫堿化合物按鈉當量考慮；而呈還原氣氛時，硫酸鹽分解形成SO2循環。此外，當硫過剩時，在氧化氣氛時多余的SO2與氧化鈣作用，生成硫酸鈣進入熟料內，水泥粉磨時部分形成含水硫酸鈣。硫酸鈣則影響C3A水化。此外堿的硫酸鹽易溶于水，影響燒失量數值，應小心處置。

4 多品種水泥的回歸

一些生產廠家不僅生產普通水泥（CEMⅠ型）還生產粉煤灰水泥（CEMⅡ型）以及礦渣水泥（CEMⅢ型）等，且水泥中的熟料含量也不一致，因而應對不同品種的水泥進行回歸分析，分別建立回歸線性方程式。

5 結語

水泥質量的影響因素較多，可通過線性回歸分析找出具體的影響因素，從而做到控制關鍵因素，對生產中出現的問題進行預防，提高和穩定產品質量。

本文僅對28d水泥強度進行回歸分析，由于各生產廠家的情況不太一致，各廠可對熟料28d強度進行線性回歸分析，找出合適的系數，提出合理的控制質量的方法，以利于水泥強度的穩定。

陳友德編譯自

No.9/2016 International Cement Review

No.11/2016 International Cement Review