水泥强度的影响因素

水泥强度的影响因素

水泥工业保持产品质量稳定的影响因素较多，如生料成分、生料细度、窑料成分、熟料成分和矿物组成、水泥细度和混合材性能等。实际上质量中的某一项仅由众多影响因素中的少数因素所决定，而这些因素大多数是水泥厂生产过程中日常检测的参数。掌握了这些参数的变化状况，就能实现产品质量的稳定，有利于水泥厂生产性能稳定的优质产品。

1 水泥质量的多重线性回归分析

水泥质量的多重线性回归分析需要大量的生产数据，国外某研究单位对某水泥厂按该国水泥标准所生产的水泥的28d强度进行了生产时间为253d的数据回归分析。发现水泥砂浆试体的28d强度与水泥中的水泥细度、C3S含量、碱含量、烧失量和游离氧化钙（fCaO）等因素有关。现将回归分析结果表达如下：

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

式中

28d——水泥砂浆试体28d强度

A——45μm水泥筛筛余，%

B——游离氧化钙（fCaO）含量，%

C——烧失量（L.O.I），%

D——水泥内的Na2O当量

E——鲍格（Bogue）公式计算的硅酸三钙（C3S）

含量，%

2 有关影响因素

2.1 筛余

水泥细度一般使用比表面积表示，通常水泥的比表面积越大，28d水泥强度越高。在生产过程中，水泥强度若出现过高或过低的情况时，除了添加增强剂的水泥外，通常是改变水泥粉磨细度或改变加入水泥的硫酸盐百分数来保持水泥强度的稳定性。本文进行的线性回归分析是采用水泥45μm筛的筛余值。统计的样品45μm筛筛余范围为2.3%～6.5%，平均值为3.9%，范围差值为4.2%。按回归的方程式计算，28d强度差为0.38×4.2=1.6N/ mm2。

若工厂日常检测的数据中没有45μm筛的水泥筛余检测项目，可用单位水泥比表面积回归分析来取代，但系数的数值要修改。

2.2 C3S含量

回归方程式中右边的第一项66.9N/mm2值是大多数生产企业企望的强度值，达到此值有一定的难度。方程式中C3S数值增加会增加强度，其他影响因素数值增加则会降低水泥强度。磨制水泥时，通常在熟料中掺入石膏、混合材，此时C3S含量较熟料中的低，一般为45%。回归方程式计算的C3S在水泥中的含量是按修改后的鲍格（Bogue）计算公式进行的，应去掉石膏中CaO的含量和石灰石中CaO的含量。石膏的分子式为CaSO4，所扣除的CaO值，可按0.7倍SO3计算（CaO分子量56，SO3为80，56/80=0.7）。而碳酸钙（CaCO3）中的CaO含量则通过CaCO3的差热分析得到的数值来扣除。回归统计样品中的C3S范围为32%～60%，差值为28%，按方程式计算C3S含量对28d强度影响为0.06×28=1.7N/mm2。

为了验证公式中0.06系数的可靠性，曾对试验中相同的样品C3S含量从30%到60%的数值进行测试，结果系数均接近。

2.3 碱的钠当量

水泥中的碱含量对其强度有较大影响，回归的试样中，氧化钠的平均当量值为0.55%，范围变化值从0.47%至0.64%，范围差值为0.17%。对28d强度影响为4.24×0.17=0.7N/mm2，强度起始数值为66.9N/mm2，表明回归统计的水泥试样中的钠当量值对28d强度影响不大。

2.4 烧失量（L.O.I）

水泥熟料中的烧失量几乎不存在，但磨制水泥时，掺入含结晶水的石膏，水泥磨温度过高，结晶水分解挥发，随烟气离磨，此外熟料储存时受潮，则熟料内的矿物成分水化，产生水化产品。此外水泥在磨内粉磨时，为降低磨内温度，通常向水泥磨内喷水，若水量过多，则水不能完全挥发，多余的水与熟料矿物进行水化，影响水泥质量和强度。

水泥粉磨过程中，石灰石作为混合材和熟料、石膏以及其他混合材一起进行粉磨，石灰石中含有CO2，因而存在烧失量。本次回归分析的水泥样品中，所含水量范围从0.64%至1.85%，范围差值为1.21%，平均含水量为1.24%，按回归方程式计算，差值对28d强度的影响为2.3×1.21=2.8N/mm2，此值超过C3S和碱含量对强度的影响。

2.5 游离氧化钙（fCaO）

水泥中fCaO含量与C3S含量密切关联，fCaO的含量在一定程度上反映煅烧的程度。此外，fCaO也影响水泥质量。回归的水泥试样中的游离氧化钙（fCaO）含量范围为1.8%～5.3%，差值为3.5%，平均值为3.1%，对28d强度影响为：1.67×3.5=5.8N/ mm2。

3 回归分析的优点

3.1 回归分析的准确性

水泥生产日常检测的项目数据通过回归分析，可以找出影响28d水泥强度的因素。目前已知的影响因素有水泥细度、C3S含量、碱含量、烧失量及游离氧化钙等，所得数值见表1。

从样品的实际和预测强度来看，实际强度最大和最小值差别为10N/mm2，预测强度范围为8N/ mm2，而回归分析范围差值为9.2N/mm2，表明回归分析在实际和预测范围之内，准确性是可行的。

表1 已知因素对28d强度的影响

3.2 生产优质、高强稳定的水泥

水泥生产很难做到稳定，以至于28d强度也难于稳定。实际上影响强度的因素较多，要提高强度及其稳定性，首先应稳定影响强度的因素，在生产过程中，尽量减少生产的水泥45μm筛的筛余量，增加水泥中C3S的含量，减少水泥中游离石灰（fCaO）的含量、烧失量（L.O.I）和碱含量，只有这样才能生产28d强度高且稳定的水泥。

3.3 有利于水泥强度的稳定

水泥在生产过程中，因原燃料、混合材和气候的变化，则28d水泥强度也会出现较大变化，如水泥中的水分因熟料储存受潮或混合材水分而增加，若烧失量（L.O.I）从1%增加到1.5%，则28d强度减少2.3×0.5=1.15N/mm2。此时若考虑增加水泥中C3S含量来弥补强度的减少，则需增加1.15/0.06= 19%的C3S含量，事实上是不可能达到的。若减少水泥中游离氧化钙（fCaO）的含量，则为1.15/1.67= 0.69%，也很难办到，较好的办法是增加水泥细度减少45μm筛筛余和尽量减少熟料和混合材水分来提高水泥的强度。

3.4 碱硫的影响

回归方程式中，水泥中的钠当量对28d强度影响的系数最高，为4.24，也就是说当钠当量范围差为1时，28d强度差4.24N/mm2。较C3S、45μm筛筛余、游离石灰（fCaO）和烧失量（L.O.I）分别高出约70.7、11.2、2.5和1.84倍。当水泥中碱含量过高影响强度时，较为合适的措施是适当减少水泥中的烧失量（L.O.I）和游离石灰（fCaO），但很难得到弥补。较好的办法是尽量减少水泥中的碱含量。若必须使用高碱含量的原燃料和工业废料时，较为合适的方法是熟料煅烧过程中采用旁路放风。一些企业因旁路放风投资高，且收下的高硫、氯碱化合物难于处置而不愿设置。旁路放风技术必须多方面考虑，不仅考虑投资和废物处置，还应考虑放风带来的生产效益及对水泥强度影响造成的经济损失，应综合判断性价比。

本文未对水泥中的硫对28d强度的影响进行探讨，其原因是熟料在煅烧过程中，若出现过剩硫，火焰呈氧化气氛时，硫与原燃料中的碱作用，生成硫酸盐，存在于熟料中，磨制水泥后，硫碱化合物按钠当量考虑；而呈还原气氛时，硫酸盐分解形成SO2循环。此外，当硫过剩时，在氧化气氛时多余的SO2与氧化钙作用，生成硫酸钙进入熟料内，水泥粉磨时部分形成含水硫酸钙。硫酸钙则影响C3A水化。此外碱的硫酸盐易溶于水，影响烧失量数值，应小心处置。

4 多品种水泥的回归

一些生产厂家不仅生产普通水泥（CEMⅠ型）还生产粉煤灰水泥（CEMⅡ型）以及矿渣水泥（CEMⅢ型）等，且水泥中的熟料含量也不一致，因而应对不同品种的水泥进行回归分析，分别建立回归线性方程式。

5 结语

水泥质量的影响因素较多，可通过线性回归分析找出具体的影响因素，从而做到控制关键因素，对生产中出现的问题进行预防，提高和稳定产品质量。

本文仅对28d水泥强度进行回归分析，由于各生产厂家的情况不太一致，各厂可对熟料28d强度进行线性回归分析，找出合适的系数，提出合理的控制质量的方法，以利于水泥强度的稳定。

陈友德编译自

No.9/2016 International Cement Review

No.11/2016 International Cement Review