原料的重要性

普通水泥熟料所含的礦物相很復(fù)雜，主要由4種礦物相表達(dá)，見表1。白水泥成分中的鐵含量較低，則C4AF含量也低。抗硫酸鹽水泥熟料中，僅含有少量易與硫作用生成鈣礬石的C3A（表2）。熟料中的堿硫化合物主要由硫酸鈣、硫酸鉀、硫酸鈉等化合物組成。這些堿硫化合物有的組成復(fù)合化物，存在于窯料中。

除了上述4種主要礦物相外，熟料內(nèi)還存在方鎂石（MgO）和游離石灰（fCaO）等化合物。人們習(xí)慣于用C表達(dá)CaO、S表達(dá)SiO2、F表達(dá)Fe2O3、A表達(dá)Al2O3。熟料成分性能如下：

C3S是主要提供熟料強(qiáng)度的礦物，與水反應(yīng)生成鈣硅水化合物，以提供檢測所需的28d強(qiáng)度。

C2S也提供熟料的強(qiáng)度，但強(qiáng)度發(fā)展慢于C3S。

C3A與水和硫反應(yīng)速度較快，需加石膏以減緩反應(yīng)速度。

C4AF反應(yīng)速度很快，但反應(yīng)時會在水化合物表面生成保護(hù)層以阻止進(jìn)一步水化來延緩反應(yīng)。

堿硫化合物通常由于其高堿性，反應(yīng)速度快，加速早期強(qiáng)度發(fā)展。為此必須限制堿含量，以避免堿與硅反應(yīng)形成有害的堿骨料反應(yīng)。

氧化鎂和游離石灰的量若超過5%，在水化反應(yīng)時，易使混凝土產(chǎn)生安定性問題。

熟料中的C3S、C2S晶體是在高溫下，在C3A和C4AF和堿硫化合物組成的熔融物內(nèi)，CaO和SiO2反應(yīng)物相互作用生成的。通常熟料內(nèi)有超過20%的熔融物時，上述反應(yīng)物才能完成結(jié)合，其余的80%為熟料強(qiáng)度所需的礦物。

1 分析方法

水泥、熟料質(zhì)量評估時，需要確切的熟料主要組成。用顯微鏡或X-ray衍射以測得晶體的比例數(shù)，從而計算出各種礦物的含量。然而，一些沒有X-ray衍射裝置的企業(yè)，則通過測定熟料的化學(xué)成分，用鮑格計算公式來計算四種主要礦物的數(shù)量。

白水泥熟料中所含的鋁鐵化合物數(shù)量低，其熔融物含量低，雖然煅燒溫度高，所含的CaO能形成熔融物，但其數(shù)量較低，難于使熟料中的礦化物結(jié)合。

煅燒熟料一般使用三率值，分別為石灰飽和系數(shù)LSF、硅酸率SR和鋁氧率AF。

2 原料化學(xué)成分

原料成分必須滿足所制造的水泥水化所得熟料的強(qiáng)度，在水化時不迅速凝結(jié)，使強(qiáng)度得以控制。

可以制造水泥熟料的原料品種見表3。

按鮑格計算方法，LSF、SR和AF率值主要由四種氧化物組成，而實際上，原料中的氧化物含量遠(yuǎn)不止四種，表4和表5為制造水泥原料的主要成分和次要成分。

從表3來看，石灰石1和3的氧化鈣含量差別較大，意味著在配料時，石灰石3的使用量超過石灰石1。事實上，若石灰石3成分穩(wěn)定，在制造水泥熟料時可能無需摻加其他成分，就能生產(chǎn)所需熟料。石灰石3原料中堿含量為0.8%，由此生產(chǎn)的熟料為1.2%，難于滿足市場對低堿水泥的需求。若采用此原料生產(chǎn)低堿水泥，則需用含堿低的石灰石來減少生料中的堿含量，原料費用相應(yīng)增加。

表1 熟料主要相特點

表2 不同水泥熟料的相成分，%

表3 不同原料的氧化物

表4 不同石灰石的化學(xué)成分，%

表5 硅鋁質(zhì)原料化學(xué)成分，%

圖1 較低LSF值的細(xì)小C3S圓形的熟料，白色晶體為C4AF，灰色為C3A

圖2 較高LSF值粗顆粒帶有的C3S晶體熟料

3 熟料

熟料主要包括4種氧化物，生產(chǎn)熟料所需的原料成分必須滿足所生產(chǎn)熟料所需的比例。在水泥窯內(nèi)煅燒熟料時，當(dāng)窯料溫度超過800℃時，CaCO3分解，生成CaO，所生成的CaO和SiO2作用，生成C2S。與此同時，在1400℃時氧化鋁、氧化鐵和CaO及堿硫化合物生成C3A和C4AF熔融物，C2S與CaO結(jié)合生成C3S，直至冷卻。

CaO與SiO2按比例生成C3S，在煅燒熟料時，若窯料中CaO過多，或者燒成帶太短，且溫度不夠難于使礦物結(jié)合，則CaO會出現(xiàn)剩余，以fCaO形式存在于熟料內(nèi)。

若C3S含量所需的CaO不夠，則生成較高比例的C2S，若窯料中熔融體數(shù)量不足，在燒成帶內(nèi)CaO不可能與SiO2結(jié)合，可以通過提高燒成帶溫度來提高熔融物數(shù)量，以加速CaO與SiO2的結(jié)合。在較高溫度下，生成過燒的C3S礦物，和水反應(yīng)時速率低，其強(qiáng)度發(fā)展較慢。

在熟料煅燒過程中，人們往往認(rèn)為C3S含量越多，熟料強(qiáng)度越高。若熟料中熔融體數(shù)量較少，C2S和fCaO結(jié)合困難。此時必須通過提高溫度對礦物進(jìn)行強(qiáng)燒或者延長煅燒熟料的結(jié)合時間，上述工況下雖然生成較高含量的C3S礦物，但在水化時，此類礦物強(qiáng)度發(fā)展較慢而產(chǎn)生負(fù)效應(yīng)。

圖1和圖2是同一臺窯使用相同原料所生成的熟料巖相圖。圖2的石灰飽和系數(shù)LSF較高，為減少fCaO，則耗能高些，所生成的C3S晶體較大，粗顆粒C3S晶體抵消了較高C3S含量所增加的水化強(qiáng)度。圖2中的C3A和C4AF較細(xì)，表明冷卻速率高，C3S外形的棱角較明顯，SO3揮發(fā)量增加。

選用合適的原料來保證生產(chǎn)的熟料質(zhì)量。若原料質(zhì)量不理想，所生產(chǎn)的熟料質(zhì)量必然受到一定程度的影響。

鋁硅質(zhì)原料的粘土和頁巖成分表達(dá)CaO時，不表示其礦物成分，也不表達(dá)SO3的數(shù)值，只用氧化鈣的含量，如粘土5中的氧化鈣含量為8.1%，一般認(rèn)為可以用來作碳酸鈣配料用，實際上粘土5中CaO成分為硫酸鈣，不能用作原料配料。

陳友德編譯自

No.2/2014 InternationalCement Review

中材裝備集團(tuán)多項成果獲評全國建材行業(yè)技術(shù)革新獎

近日，由中國建筑材料聯(lián)合會和中國機(jī)冶建材工會全國委員會共同組織的2013年度“晶牛微晶杯”全國建材行業(yè)技術(shù)革新獎結(jié)果已正式公布。集團(tuán)所屬單位共有6個項目獲獎。上饒中材“料槽底板軋制成型專機(jī)生產(chǎn)線”項目獲得技藝工法類一等獎；天津重機(jī)“深孔鉆鏜設(shè)備”、“收塵器噴吹管激光制孔”項目及唐山重機(jī)“齒輪齒根成形銑刀”項目獲得技藝工法類二等獎；上饒中材“鏈輪齒圈分割專用鋸床”項目獲得技藝工法類三等獎。淄博重機(jī)“N-6000 O-SEPA高效選粉機(jī)”項目獲得技術(shù)開發(fā)類三等獎。2013年度“晶牛微晶杯”全國建材行業(yè)技術(shù)革新獎項共162個，其中技術(shù)改造類：二等獎9項、三等獎22項；技術(shù)開發(fā)類：一等獎15項、二等獎29項、三等獎46項；技藝工法類：一等獎4項、二等獎14項、三等獎23項。

（肖磊供稿）