42.5等級道路硅酸鹽水泥的研制與生產

韋慶鳳 陳柳峰 鄧玉蓮

【摘 要】道路硅酸鹽水泥是一種專門用途的特性水泥，目前主要使用在機場、橋梁、高速道路等工程。廣西魚峰水泥股份有限公司采用濕磨干燒工藝煅燒熟料、采用分別粉磨工藝粉磨水泥，生產出滿足并優于國標要求的道路硅酸鹽水泥，并成功應用于多個機場道路建設項目中，得到客戶一致好評。

【關鍵詞】干縮；耐磨；濕磨干燒；分別粉磨

【中圖分類號】TQ172 【文獻標識碼】A 【文章編號】1674-0688（2016）01-0094-04

中國實施積極的經濟政策引導基礎設施建設，對高速公路的資金投入執行傾斜政策，每年建成高速公路達到3 000 km以上，僅廣西在2011年高速公路網規劃到2020年修編布局方案為“6橫7縱8支線”，規劃總里程就達到8 000 km。由此可見，道路水泥的市場發展前景高闊。目前，道路硅酸鹽水泥主要使用在機場、橋梁、高速道路等工程。

道路硅酸鹽水泥是一種專門用途的特性水泥，具有強度高，耐磨性能好，干縮率小，水化熱低，抗硫酸鹽侵蝕性強等優點，主要用于機場跑道、高速公路、橋梁、城市大面積建設以及軍事重點關鍵工程。

2013年3月，柳州白蓮機場擴建工程提出道路硅酸鹽水泥的使用需求后，廣西魚峰水泥股份有限公司（以下簡稱魚峰水泥公司）便開始研制道路硅酸鹽水泥。自2013年起，道路水泥主要供應了柳州機場、海南陵水機場等幾個工程。

1 制定技術路線

（1）從工藝技術條件出發，對生產工藝進行優選，選擇了濕磨干燒工藝進行熟料煅燒，根據技術指標要求，確定濕磨干燒生產工藝生產道路硅酸鹽水泥熟料的煅燒工藝參數，生產出道路硅酸鹽水泥熟料。

（2）采用先進的分別粉磨工藝技術，將道路硅酸鹽水泥熟料和礦渣分別粉磨，再將其半成品進行充分混合均化，最后制成滿足強度、耐磨性能和干縮率要求的道路硅酸鹽水泥。根據道路硅鹽水泥國標準要求，在水泥粉磨過程中用到粒化高爐礦渣作為混合材料，但眾所周知，礦渣是一種較難磨的物料，磨蝕性很高，研磨介質損耗大，而熟料相對易磨性好，考慮到兩者易磨性存在著巨大差異，若將兩種物料混合粉磨，兩者細度將難以兼顧，不僅影響到水泥磨能耗，還影響到礦渣活性發揮。我們便將兩者分別進行粉磨，既有利于磨機能耗的降低，又有利于混合材摻量的提升，還有利于水泥性能的改善。因此，采用分別粉磨工藝是道路硅酸鹽水泥生產的首選工藝。

2 制定道路硅酸鹽水泥熟料配料方案

道路硅酸鹽水泥標準中對熟料礦物作出了特殊的規定，因此，生產符合要求的道路硅酸鹽水泥熟料是生產道路硅酸鹽水泥的關鍵所在，因而確定配料方案是關鍵一步。根據道路硅酸鹽水泥的特點，對配料方案進行了專項設計，其關鍵點是要求強度高、耐磨性能好、干縮率低。在配料方案的設計上，不僅要符合標準要求，還要根據本公司生產線的特點，制定合理的配料方案。根據C3S、C3A、C4AF、C2S各礦物的特點，在保證強度的同時追求良好的耐磨性能，我們制定了高飽和比、低硅酸率、低鋁率的配料方案。

2.1 新型道路硅酸鹽水泥熟料的率值設定

新型道路硅酸鹽水泥熟料的率值設定見表1。

2.2 原料配比及生料化學成分

原料配比及生料化學成分見表2。

3 生料制備

根據魚峰水泥公司各生產線的工藝特點，優選公司1#生產線為項目實施生產線。該生產線為設計日產2 000 t熟料的濕磨干燒生產線，擁有1臺φ3.5/4.0 m×58 m回轉窯，4臺φ2.5 m×14 m濕法生料磨，8個φ7.0 m×12.8 m料漿庫，2個φ25 m×6 m攪拌大池。生料經過生料磨粉磨后，通過8個料漿庫進行合理搭配，再放進料漿大池進行均化攪拌。我們可以利用多庫搭配及大池攪拌，對生料成分在短時間內調整并均化，較新型干法線均化庫有調整快、穩定性好、均勻性好之優點；熟料品種轉換方便、快捷。

4 熟料的煅燒

道路硅酸鹽水泥熟料在新型道路硅酸鹽水泥中的占比達到85%～95%，熟料所扮演的絕對重要性角色也是重中之重。道路硅酸鹽水泥熟料“一高兩低”的配料方案，使得煅燒難度增加，主要是易燒性差，且燒結范圍窄，液相出現范圍較窄。為了解決以上問題，我們經過多次試驗研究分析，采取了以下措施。

（1）為了降低煅燒溫度，提高生料易燒性，本項目采用了轉爐渣作為晶種，提高了熟料煅燒質量。

（2）嚴格控制入窯料漿和煤粉的水分細度。

（3）嚴格控制分解爐溫度穩定在860 ℃左右。提高窯轉速，窯速由正常的2.9 r/min提高到3.2 r/min。采取薄料快燒原則，避免窯前、后結圈，確保窯內通風良好。

（4）調節篦冷機一段、二段推桿速度及冷卻風量，加強篦冷機冷卻能力。

為了更好地判斷所研制的道路熟料質量的好壞，生產時均對熟料進行巖相分析，從熟料礦物組成含量、礦物溶蝕、礦物結晶等方面進行分析，以科學地指導生產。

5 道路硅酸鹽水泥的粉磨

魚峰水泥公司1#生產線水泥磨用于生產特種水泥，規格小，采用的是磨外噴水，對物料適應性較差，因此，對入磨物料要求較嚴格：{1}入磨熟料粒度要求，粒度變化大時，比表面積難以控制在范圍之內；{2}熟料溫度要求，因公司的熟料溫度較高，經常在100～200 ℃范圍內波動，溫度高時，致使水泥磨包球包煅嚴重，導致磨況惡化，結合實際情況，我們對水泥磨提出了技術改造要求，得到公司的大力支持。

（1）對原有的隔倉篦縫進行了調整，將原來的篦縫寬度減小了2 mm。

（2）水泥磨磨外噴水無法滿足降溫效果，在磨尾進行了技術改造，裝磨尾噴水，對磨內進行降溫。

采取了以上兩個措施后，水泥比表面積穩定性得到了較好的提高。

生產道路硅酸鹽水泥的傳統工藝，是將礦渣與熟料、石膏共同粉磨。因熟料、礦渣易磨性差異較大，共同粉磨時，不能較好地磨制到發揮各自特性的粒度，并且礦物與熟料和石膏一起入磨后容易引起磨內包球包鍛現象，嚴重影響粉磨效率，導致道路硅酸鹽水泥質量波動大，水泥生產成本高。因此，經研究后我們采用分別粉磨工藝。將易磨性較差的礦渣通過先進的立磨磨制成超細粉，將易磨性較好的熟料、石膏等通過球磨機磨制成一定細度的微粉，然后通過混料均化設備按一定的配比配制成新型道路硅酸鹽水泥，較傳統的混合粉磨工藝少用熟料3%～5%，既保證質量穩定性，又降低生產成本，最后制成滿足強度、耐磨性能和干縮率要求的道路硅酸鹽水泥。

6 技術關鍵點的控制

道路硅酸鹽水泥技術關鍵點為耐磨性能、干縮率、水泥強度。

（1）耐磨性能是道路硅酸鹽水泥最關鍵的技術指標。資料表明，水泥熟料中主要礦物的耐磨性能按下列順序排列：C4AF>C3S>C2S>C3A，而干縮率按下列順序排列：C3A>C3S>C4AF>C2S，因此道路硅酸鹽水泥標準嚴格規定了水泥熟料中C4AF和C3A的含量，以保證生產出耐磨性能好、干縮率低的道路硅酸鹽水泥。生產中，為了滿足道路水泥熟料的特殊要求，需要制定嚴格的熟料配料方案，以滿足道路熟料對礦物組成的要求。根據理論分析，生產道路硅酸鹽水泥熟料，提高道路硅酸鹽水泥耐磨性能，以高C4AF和低C3A為主線，需按高鐵低鋁生料方案進行配料。

高爐礦渣是冶煉生鐵時從高爐中排出的一種廢渣，研究資料表明，高爐礦渣是由脈石、灰分、助熔劑和其他不能進入生鐵中的雜質組成的，是一種易熔混合物，屬于硅酸鹽質材料。因其具有良好的耐磨性能，用做道路硅酸鹽水泥輔材使用，將其粉磨到一定的細度，可充分提高活性，摻入水泥中，有利于水泥強度的發揮，又有利于提高混凝土的密實性和水泥的耐磨性能。魚峰水泥公司研制生產的道路硅酸鹽水泥主要使用粒化高爐礦渣為混合材，水泥耐磨性能優良。

（2）研究文獻表明，水泥熟料中，C3A是影響干縮率的主要礦物成分，干縮率的差別，絕大部分是由于C3A含量變化的緣故，其他組成的作用比較次要，并提出了水泥干縮率與熟料礦物C3A、C3S的回歸關系式：水泥干縮率=0.004 413 C3S+0.025 27C3A-0.266 3。

這一關系式說明C3A對水泥干縮率的影響幾乎是C3S的6倍，故C3A含量宜低不宜高。魚峰水泥公司嚴格控制道路熟料C3A的含量，控制范圍：C3A≤4.0%（國標要求≤5.0%）

（3）熟料礦物決定了水泥的水化速度，水化產物本身的強度、形態以及彼此網狀結構時各種鍵的比例，因此，對水泥強度的增長起著決定性的作用。研究表明，硅酸鹽礦物的含量是決定水泥強度的主要因素，28 d強度基本依賴于C3S。一般認為，從3 d到28 d，水泥的抗折強度隨C3S含量的增加而減小；有學者認為，C2S在水泥石水化早期的抗折強度較抗壓強度貢獻大；普遍認為，C4AF與C3A相比，不僅有較高的早期強度，而且后期強度還能有所增長，C4AF對抗折強度的貢獻遠大于抗壓強度，即脆性系數特別低。

熟料礦物磨到一定的細度，才能有效地與水接觸，利于水化產物的形成，充分發揮其強度。在水化過程中，由于水泥顆粒被C-S-H凝膠包裹，擴散逐漸成為反應速率的主力。當包裹層厚度達到25μm時，擴散進程緩慢，水化基本停止。粒徑在25μm以上的水泥顆粒，在1個月內就有可能殘留未水化的內核部分。由以上分析可知，要使水泥強度發揮得好，不僅要有合適的熟料礦物組成，還應將水泥細度控制在一定的范圍。

魚峰水泥公司研制的道路硅酸鹽水泥完全符合國標要求，成品見表3。

7 結語

用戶對魚峰水泥公司生產的道路水泥的質量和性能給予了極大的肯定，表明公司產品能夠滿足道路水泥的要求，在使用過程中雙方通過不斷地溝通和交流，不斷進行改進，逐步提高了水泥性能。42.5等級道路硅酸鹽水泥研制生產并成功應用于柳州機場擴建等工程，為魚峰水泥公司提高了市場競爭力。

參 考 文 獻

[1]趙磊，馬華，許湛.道路硅酸鹽水泥的生產[J].中國水泥，2015（8）.

[2]韋慶宜.淺談硅酸鹽水泥的特性及可持續發展前景[J].工程技術，2015（24）.

[3]潘耀雄.關于如何提高白色硅酸鹽水泥白度的探討[J].城市建筑，2015（20）.

[4]佚名.通用硅酸鹽水泥執行新標準[J].建材發展導向，2015（20）.

[責任編輯：陳澤琦]