高碱原料地区中热硅酸盐水泥的试制与生产

　　中热硅酸盐水泥(简称中热水泥)是用于大型坝体、水电站、水库等水利工程的特种水硬性胶凝材料。本文介绍高碱原料地区中热硅酸盐水泥生产的工艺路线。  

　　一、前言 

　　随着我国经济的高速发展及中央在政策方面对中西部的倾斜，新疆面临快速发展的历史机遇。近几年中央对新疆的投资幅度不断加大，众多拦河大坝的修建、塔里木河治理工程、伊犁河流域治理、额尔其斯河水南调工程、各地区蓄水工程相继动工兴建，中低热硅酸盐水泥的潜在市场需求很大。在新疆160万平方公里的广阔土地上，水资源十分匮乏，且分布十分不均匀。由于新疆特殊的地域环境，各地区黏土质原料和石灰石的碱含量都偏高，不适宜中热硅酸盐水泥的生产，同时给中热硅酸盐水泥的生产企业带来很大的困难。为此，我们选择了两个具有代表性地区的水泥厂，组织对中低热硅酸盐水泥的试制与生产，并获得成功。 

　　二、生产工艺 

　　1、工艺技术路线及参数的选择与确定 

　　本试验所采用的工艺路线与其它水泥生产相同。 

　　在生产中，我们知道熟料的矿物组成，是影响水泥水化热的重要因素，其中C3A的含量对水泥水化热的影响最大，所以生料中的Al2O3含量一定要从低要求，但从煅烧工艺方面看，熔剂矿务低的生料，不易煅烧，因此，生料中的Fe2O3含量要相应提高。经过研究试验得出铝氧率值控制在1.02～0.85之间最佳。另外，水泥中的碱极易与大体积混凝土的活性骨料(活性SiO2)发生反应，严重影响坝体的安全，故中热水泥对碱含量有极严格的要求，所以要选择其它原料，来校正高碱原料中的碱含量。对燃料的要求是低的灰分和高热值，因为煤的灰分中Al2O3含量将影响中热水泥熟料C3A的成分。 

　　2、原燃材料的选择 

　　新疆地域广阔，生产水泥的原材料很丰富，但大部分黏土质原料碱含量偏高，且铝高硅低，不适宜作中热水泥原料，通过实地考察取样，我们发现南北疆地区均分布储量较大的高硅砂岩矿和片岩矿，SiO2含量可达90%，结晶SiO2<60%，经过大量实验研究表明：利用该原料生产中热水泥，只要配方科学，加强生料均化，优化率值匹配，不仅可以降低中热水泥中碱含量，并且可以生产出符合产品标准的产品。 

　　三、优化熟料率值，确定配料方案 

　　按照我国GB200—2003的规定，对C3S、C3A、f-CaO、MgO及碱含量都有严格的要求，通过数次试制，我们发现实际生产控制值也有一定的范围。 

　　原燃材料的选择和配料方案的设计，是生产中热水泥的关键，因此在设计矿物成分比例时，既要兼顾水泥熟料烧成工艺和水泥强度等性能，还要兼顾水化热不能超标。显然，对C3A的含量一定要从低限制，为利于烧成煅烧，可适当提高C4AF，以增加熔剂矿物含量。另外，C2S含量要适当，以保证C3S不至于过低，这样可确保水泥早期强度。 

　　我们在南北疆不同地区通过数次不同的配料方案设计，通过优化率值匹配，确定出两组率值分别适于南北疆两厂批量生产。北疆某厂率值参考值确定为：KH=0.86±0.01，n=2.5±0.1,P=0.88±0.1。南疆某厂率值参考值确定为：KH=0.89±0.02，n=2.3±0.1，P=1.0±0.1。 

　　四、结论 

　　(1)利用高硅砂岩代替部分黏土，可降低生料中的碱含量，从而满足中热水泥的生产。 

　　(2)新疆南北疆的原材料中硫碱含量普遍偏高，造成水泥硫碱含量波动较大，这就要求生产厂家对原材料进厂进行严格的分级管理，搭配合理，做到充分均化。 

　　(3)硅砂岩替代部分黏土，给熟料煅烧带来不利影响，这就要求严格控制入窑生料细度，并采用薄料快转的煅烧方法，适当提高煅烧温度。 

　　(4)影响中热水泥水化热的关键因素是熟料中C3A和C3S的含量。C3A的含量对水化热的影响极为显著，大量试验表明：在满足水泥的强度及其它物理性能条件下，C3A每增减1%，3d和7d水化热分别相应增减5.29J/g和6.62J/g；C3S每增减1%，3d和7d水化热分别相应增减4.02J/g和4.59J/g；C2S每增减1%，3d和7d水化热分别相应增减0.22J/g和1.02J/g；C4AF每增减1%，3d和7d水化热分别相应增减0.93J/g和2.47J/g。显而易见，严格控制C3A和C3S的含量是保证中热水泥水化热指标合格的重要措施。 

　　(5)水泥不同的比表面积和粒度级配对水化热也有较大的影响，因此，也需严格控制。 

　　(6)合理的原料选择和配比的确定，以及最佳率值的匹配，都是中热水泥生产的关键因素。 

　　综上所述，利用新疆地区高碱原料可以生产出合格的中热硅酸盐水泥。