水泥強度的影響因素

水泥工業(yè)保持產(chǎn)品質量穩(wěn)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(shù)因素所決定，而這些因素大多數(shù)是水泥廠生產(chǎn)過程中日常檢測的參數(shù)。掌握了這些參數(shù)的變化狀況，就能實現(xiàn)產(chǎn)品質量的穩(wěn)定，有利于水泥廠生產(chǎn)性能穩(wěn)定的優(yōu)質產(chǎn)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(chǎn)數(shù)據(jù)，國外某研究單位對某水泥廠按該國水泥標準所生產(chǎn)的水泥的28d強度進行了生產(chǎn)時間為253d的數(shù)據(jù)回歸分析。發(fā)現(xiàn)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(xiàn)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(chǎn)過程中，水泥強度若出現(xiàn)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(shù)來保持水泥強度的穩(wěn)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(tǒng)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(shù)據(jù)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(shù)的數(shù)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(shù)生產(chǎn)企業(yè)企望的強度值，達到此值有一定的難度。方程式中C3S數(shù)值增加會增加強度，其他影響因素數(shù)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(shù)值來扣除。回歸統(tǒng)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(shù)的可靠性，曾對試驗中相同的樣品C3S含量從30%到60%的數(shù)值進行測試，結果系數(shù)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(shù)值為66.9N/mm2，表明回歸統(tǒng)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(fā)，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(chǎn)生水化產(chǎn)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(fā)，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(lián)，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?；貧w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(yōu)點

3.1 回歸分析的準確性

水泥生產(chǎn)日常檢測的項目數(shù)據(jù)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(shù)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(chǎn)優(yōu)質、高強穩(wěn)定的水泥

水泥生產(chǎn)很難做到穩(wěn)定，以至于28d強度也難于穩(wěn)定。實際上影響強度的因素較多，要提高強度及其穩(wěn)定性，首先應穩(wěn)定影響強度的因素，在生產(chǎn)過程中，盡量減少生產(chǎn)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(chǎn)28d強度高且穩(wěn)定的水泥。

3.3 有利于水泥強度的穩(wěn)定

水泥在生產(chǎn)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(xiàn)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(shù)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(yè)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(yè)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(chǎn)效益及對水泥強度影響造成的經(jīng)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(xiàn)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(huán)。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(shù)值，應小心處置。

4 多品種水泥的回歸

一些生產(chǎn)廠家不僅生產(chǎn)普通水泥（CEMⅠ型）還生產(chǎn)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(chǎn)中出現(xiàn)的問題進行預防，提高和穩(wěn)定產(chǎn)品質量。

本文僅對28d水泥強度進行回歸分析，由于各生產(chǎn)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(shù)，提出合理的控制質量的方法，以利于水泥強度的穩(wěn)定。

陳友德編譯自

No.9/2016 International Cement Review

No.11/2016 International Cement Review