出厂水泥质量确认方法的探讨

　　GB175—2007《通用硅酸盐水泥》已于2008年6月1日实施。该标准将“出厂水泥”条款由原来的“出厂水泥应保证出厂强度等级，其余技术要求应符合本标准有关要求”，改为“经确认水泥各项技术指标及包装质量符合要求时方可出厂”，并由原来的强制性条款改为推荐性条款。对于出厂水泥质量的确认方法，标准没有做出具体要求，水泥厂在执行中可以根据具体情况自行决定。本文根据水泥厂的实际管理经验，对出厂水泥质量的确认方法进行了一些探讨。文中引用未注明日期的标准，适用于最新版本。

 

　　1 出厂水泥质量确认的含义及内容

　　1.1 出厂水泥质量确认的含义

　　GB/T19000—2000《质量管理体系  基础和术语》中对确认的定义为：“通过提供客观证据(支持事物存在或其真实性的数据)对特定的要求已得到满足的认定”。

 

　　新标准和旧标准(指GB175—1999《硅酸盐水泥、普通硅酸盐水泥》、GBl344—1999《矿渣硅酸盐水泥、火山灰质硅酸盐水泥、粉煤灰硅酸盐水泥》和GB12958—1999《复合硅酸盐水泥》)关于出厂水泥条款的规定有很大不同。按旧标准规定，出厂水泥在发运前必须完成标准规定的除28d强度以外的所有技术要求的检验并合格；新标准则改为对技术要求进行确认后即可出厂。检验是确认的方法之一，检验结果即为一种客观证据。但确认还可以是其它方法，这些方法往往比检验更加简便。新旧标准对出厂水泥条款的规定虽然不同，但是目的和本质不变，即保证出厂水泥的所有技术要求符合标准规定。按照新标准规定，经过确认合格后的出厂水泥可以在没有检验结果时直接出厂。这为水泥厂的水泥发运带来很大方便，同时也对出厂水泥的质量控制提出了更高的要求。

 

　　在水泥厂的实际操作中，对出厂水泥质量的确认包括两个层面：一是符合水泥标准的所有技术要求；二是符合水泥厂制定的内控指标。出于市场竞争的需要，水泥厂的内控质量指标，数量应多于国家标准，数据应严于国家标准。对于不符合内控指标但符合国家标准的情况，视其不符合的程度，处理方法可以是采取措施合格后再放行，也可以不采取措施放行。对于不符合国家标准的，则绝对不允许不采取措施放行。

 

　　1.2 出厂水泥质量确认内容和要求

　　1.2.1 对国家标准符合性的确认

　　1)水泥的组分

　　水泥的组分包括组成水泥的各种材料的种类和数量，应符合GB175——2007表1的规定。检验的混合材料的实际掺量应符合该标准8.1规定。

 

　　2)水泥的材料

　　①熟料的硅酸盐矿物(以鲍格公式法计算)：C₃S+C₂S≥66%，CaO/SiO₂≥2.0。

　　②标准规定天然石膏应符合GB/T5483《石膏和硬石膏》中规定的G类或M类二级(含)以上的石膏或混合石膏。标准没有限制M类混合石膏中硬石膏的比例，有些不够严谨。标准不允许单独使用硬石膏，但是没有限制硬石膏与二水石膏混合使用。将硬石膏与二水石膏混合使用时，建议同时限定[CaSO4/(CaSO4·2H2O+CASO4)]<25%。

 

　　③通用水泥允许使用的活性混合材料包括符合相应国家标准规定的粒化高炉矿渣、粒化高炉矿渣粉、粉煤灰和火山灰质混合材料。

 

　　④通用水泥允许使用的非活性混合材料包括：活性指标分别低于相应国家标准要求的粒化高炉矿渣、粒化高炉矿渣粉、粉煤灰、火山灰质混合材料；石灰石(A1203≤2.5%)；砂岩。

 

　　⑤窑灰应符合JC/T742《掺入水泥中的回转窑窑灰》规定。

 

　　⑥助磨剂应符合JC/T667《水泥助磨剂》规定，且掺量不大于0.5%。

 

　　3)化学指标

　　包括不溶物、烧失量、SO3、MgO和C- 应符合GBl75—2007表2的规定。

 

　　4)碱含量

　　当用户有要求并且合同中有规定时应予以确认。确认的标准为Na20+0.658K20≤0.60％，或按照合同的规定值。

 

　　5)物理性能指标

　　物理性能指标包括凝结时间、安定性、强度和细度。应符合GBl75-2007中7.3的规定。

 

　　6)包装质量

　　包装袋质量符合GB9774《水泥包装袋》要求。

　　袋装水泥的总重和净重应符合GBl75—2007中10.1的规定。

　　袋装水泥包装袋的印刷标志，散装水泥的标志卡片符合GBl75—2007中10.2的规定。

 

　　7)合同中有约定的，上述内容以外的技术要求。

 

　　8)经确认合格的水泥出厂时应提供书面的质量承诺，如质量保证书或合格证。

 

　　1.2.2  对内控指标符合性的确认

　　内控指标符合性确认，应该包括上述对国家标准符合性确认的所有内容，其要求的数值依据企业的内控指标。除国家标准符合性确认的所有内容以外，对内控指标符合性确认建议考虑如下内容：

 

　　1)水泥与减水剂相容性

　　按照即将发布的行业标准JC/T1073《水泥与减水剂相容性试验方法》检验。指标要求根据顾客期望及水泥厂情况确定。

 

　　2)质量稳定性

　　水泥的质量稳定性通常以某项技术指标在一定时间的标准偏差或变异系数表示。目前水泥厂对水泥质量稳定性的关注几乎仅限于28d抗压强度。对于28d抗压强度的稳定性已经规定了2个指标：

 

　　①匀质性

　　某一时期单一品种水泥28d抗压强度变化的稳定程度。

     某一时期单一编号水泥l0个分割样28d抗压强度的均匀程度。GB12573—90《水泥取样方法》规定了均匀性的取样、检验和计算方法；JC/T578—1995《评定水泥强度匀质性试验方法》规定了匀质性的取样、检验和计算方法。《水泥企业质量管理规程》规定28d抗压强度匀质性变异系数不大于4.1%，均匀性变异系数不大于3.0%。目前水泥行业有关水泥质量稳定性的规定，反映了混凝土和水泥行业过去以强度为核心的管理观念。今天看来这一观念有些不够全面。几乎所有影响混凝土性能的水泥性能都应该具有稳定性的要求，而这些性能中多数与28d抗压强度并不存在相关性。稳定性最低限度应该包括水泥与减水剂相容性。相容性突然变差，混凝土坍落度会明显减小，如果是泵送混凝土则可能导致无法泵送；相容性突然变好，混凝土坍落度会明显增大，可能出现泌水、离析。建议将净浆流动度目标值±20mm作为水泥与减水剂相容性稳定性的控制范围。

 

　　3)粒度分布

　　水泥的粒度分布与水泥、混凝土性能密切相关，控制粒度分布可以及时发现由于粒度分布变化引起的水泥性能变化。

 

　　4)水化热

　　水泥的水化热，特别是早期水化热与混凝土的体积稳定性、收缩开裂性能密切相关。

 

　　5)碱含量

　　碱含量在GBl75—2007中是选择性指标，多数顾客并没有明确提出水泥碱含量的要求。但是，碱含量过高会加速水泥的早期水化速率，增加收缩开裂的危险。

 

　　6)出厂水泥温度

　　在夏季应控制出厂水泥温度。已建水泥厂宜小于80℃，新建水泥厂宜小于65℃。

 

　　7)色度

　　顾客对于水泥颜色的关注，可能是由于混凝土的颜色有一定要求，例如清水混凝土。但更多的时候源于对水泥质量稳定性的担忧。顾客普遍认为水泥颜色的改变意味着水泥其它质量指标的变化。

 

　　从水泥厂实际操作和顾客关注的重点考虑，在所有出厂水泥质量确认内容中，强度、水泥与减水剂相容性，以及二者的稳定性是确认的重点。

 

　　2 出厂水泥质量保证方法

　　出厂水泥的某项技术要求不符合既定目标，其原因必出于生产过程的某个或多个环节。根据出厂水泥的质量要求，逆向制定出出磨水泥、熟料、入窑生料、出磨生料、各种原燃材料等生产过程与质量有关的控制参数的目标值，包括与质量相关的生产环节、设备的运行参数，确认这些目标值始终得到满足，是确认出厂水泥符合要求的有效方法。这种确认方法，可以更加准确地称为质量保证。

 

　　在没有出厂水泥检验结果的时候放行水泥出厂，而又要保证其完全符合水泥标准的要求，同时以很高的合格率符合内控指标的要求，关键依赖于对整个水泥生产过程的稳定性和可靠性进行有效控制。质量指标多数情况下是在众多微弱因素的共同作用之下，近似服从于正态分布。但有时少量数据会在某些明显的偶然因素作用下偏离正态分布。前者可以利用统计学原理控制，称为稳定性控制；后者无法应用统计学原理有效控制，需要一些特殊的方法，称为可靠性控制。

 

　　2.1 过程稳定性控制

　　2.1.1 过程稳定性控制原理

　　根据大数定律，适当设定控制参数目标值的同时控制标准偏差，即可期待参数以一定的概率落在一定数值区间。若一组服从正态分布的质量指标，平均值为、标准偏差为S，目标值为M，允许波动范围为M±，可按下式求数据ζ落在(M一△ｘ，M+△ｘ)内的百分比：

 

 

　　例如，某水泥厂P·0 42.5R水泥28d抗压强度目标值为51.5MPa±3.0 MPa，标准偏差目标值为1．50MPa。某月共有出厂水泥96个编号，平均值为51．4MPa，标准偏差为l．52MPa，最大值为54.6 MPa，最小值为47.7MPa。图l是水泥的28d抗压强度。

 

图1 某水泥厂某月P·0 42.5R水泥的28d抗压强度

 

　　图1显示，该月28d抗压强度合格率100%，富裕强度合格率100%。同时有少数编号出厂水泥不符合内控指标，即≥ 54.5MPa，或者≤ 48.5MPa。按式(1)计算的位于区间48.5- 54.5MPa的合格率为99.7%，实际计数统计的位于该区间的合格率为97.9%，两者基本吻合。

 

　　根据式(1)体现的统计学原理，要保证质量指标的合格率达到某一水平，应同时采取以下措施：

 

　　1)使平均值最大限度地接近目标值；

　　2)减小标准偏差。

 

　　从定量意义和实际操作的可行性角度考虑，减小标准偏差对提高合格率效果更加显著。

 

　　2.1.2  质量指标目标值的设定

　　目前水泥厂对质量指标目标值的规定方法、统计方法和控制方法存在如下问题，不利于质量稳定性的提高。

 

　　1)多数质量指标只规定上限或下限。

　　2)多数质量指标使用合格率统计。多数情况下标准偏差能够比合格率提供更加丰富和准确的信息。

　　3)对生产过程稳定性的重要意义缺乏足够重视；对稳定性可以达到的程度没有足够信心，缺乏提高生产过程稳定性的充分努力。

 

　　曾经建议了水泥生产过程质量指标的控制标准，以M±限定过程质量指标，并规定了单次测定值位于区间(M-△ｘ，M+△ｘ)的合格率85%～95%。这种规定方法考虑到我国水泥厂长期以来以合格率限定质量指标的习惯，注重于执行的方便。按更高的标准要求，以合格范围及合格率限定质量指标有明显缺陷。首先，合格率无法表达不合格数据的偏离程度；其次，合格率不利于水泥连续的生产过程各个环节的衔接。另外，合格率容易给人造成一种错误观念，认为存在一定数量的不合格是难以避免的。这些都是提供可靠质量保证的巨大障碍。

 

　　为了更有效地对生产过程实施控制，按照统计学原理，质量目标应按下述方法规定：

　　1)目标值M：统计期(1天、1周或者1个月)内测定值的平均值应该最大限度地接近目标值，一般相对误差应小于5%。

　　2)允许波动范围：=tS，t是保证系数，取值范围在2.0～2.5之间；S为标准偏差。不同保证系数对应的合格率见表1。

 

表1 不同保证系数对应的合格率

　　表1的合格率是统计意义上的，并且假设质量指标近似于服从正态分布。实际生产中，总有少量质量指标在一些明显影响因素的作用下，偏离正态分布。在控制思想上，按上述方法确定的目标值、允许波动范围与水泥行业通行的理解不同。它基本上不允许服从正态分布的不合格数据存在，而只允许(不含出厂水泥)存在少量在一些明显影响因素作用下偏离正态分布的不合格数据。该方法摒弃了传统的合格率的概念，在观念上，所有不合格都被认为是不可接受的。在实际操作上，较长统计期内(例如1个月)计数统计的合格率不应低于表l对应t值的合格率。

 

　　2.2 过程可靠性控制

　　本文质量指标的允许波动范围是以质量指标近似服从于正态分布为条件，依据统计学原理做出的。某些时候在偶然的显著影响因素作用下，会出现个别不服从正态分布的数据。这些数据会非常显著偏离目标值，超出允许波动范围，对出厂水泥的质量保证具有很大危害，是质量保证重点防范的内容。

 

　　2.2.1  异常情况预防措施

　　水泥生产过程威胁出厂水泥质量的异常情况及预防措施见表2。

 

表2 水泥生产过程威胁出厂水泥质量的异常情况及预防措施

　　2.2.2  质量预警机制和应急方案

　　建立质量预警机制和应急方案，是避免异常情况导致不合格水泥出厂的有效措施。质量预警机制和应急方案应按下述原则建立：

 

　　1)及时发现对出厂水泥有严重威胁的质量异常情况，有效防止不合格水泥出厂。

　　2)以最短的时间改变产品的不合格状态。

　　3)处理措施应果断、及时、准确、有效，不应该导致出现其它的不合格和设备事故。

　　4)在难以判断处理措施有效性，或无法迅速采取有效处理措施的时候，为防止不合格水泥出厂，可以临时采取某些可能带来损失的应急措施。

 

　　质量预警机制和应急方案的内容包括：

 

　　1)质量预警的对象。

　　2)质量异常的判断标准。

　　3)质量异常出现时的紧急处理方法。

　　4)对处理方法的确认方法。

　　5)处理权限和报告制度，包括紧急联络体制。

　　6)质量异常数据的再检验。

 

　　2.3 重要过程质量控制方法

　　有效控制水泥生产的一些重要生产过程，对于保证出厂水泥符合既定要求具有重要意义。

 

　　2.3.1 原燃材料质量控制

　　从质量保证角度来讲，原燃材料质量标准中比质量指标数值本身更重要的是其稳定性。而目前许多水泥厂对原燃材料的质量稳定性没有限定。原燃材料稳定性的限定方法可以是一定统计期的标准偏差，也可以是一定时间步长的移动平均值。保证足够的原燃材料贮存量，重要原料如石膏，经过检验确认质量合格后再使用，也是质量保证的有效方法。

 

　　2.3.2  配料质量控制

　　配料是水泥厂日常质量控制工作的核心，应给予足够重视。

 

　　2.3.3  熟料质量控制

　　在熟料出窑后的几十分钟至几个小时内，判断熟料质量对出厂水泥的质量保证至关重要。可以迅速判断出窑熟料质量的参数首先是熟料率值、游离氧化钙和升重。除此之外，熟料粒度、岩相分析也可以迅速地判断熟料质量情况。将上述诸因素综合考虑，有助于得到更加可靠的判断。中控室窑操作员根据窑系统的工艺参数可以及时大致估计熟料质量的变化，发现熟料质量可能变差时，应及时通知检验人员确认。

 

　　试验表明，5～20mm的熟料颗粒具有较高的强度。熟料中<5mm的细粉在fCa0低于1.5%的时候，强度和5～20mm的颗粒没有明显区别。>30mm的熟料颗粒fCa0、烧失量均较高，强度偏低。熟料颗粒大部分<20mm是比较理想的结粒状况。熟料的粒度会明显影响到熟料的冷却速度。过多细小颗粒会降低冷却速度。因此不能单纯从烧成角度考虑熟料颗粒的大小。综合烧成和冷却两个方面，熟料颗粒尺寸在10～30mm为宜，且应该尽量均匀。

 

　　2.3.4  出磨水泥质量控制

　　出磨水泥质量对出厂水泥的关系重大。如果水泥库数量不足，水泥不能避免上入下出，则控制出磨水泥质量更为重要。从出厂水泥质量保证角度考虑，出磨水泥的重要控制项目包括细度、S0₃含量和混合材料掺量。有X射线荧光仪的水泥厂，建议使用X射线荧光仪检验水泥中S0₃含量，同时检验水泥的其它化学成分，用以大致计算混合材料掺量。

 

　　出磨水泥入库时上入下出具有很大的质量风险，应该尽量避免。从质量保证的安全性考虑，每个品种和强度等级的水泥至少应该有2个水泥库。近年很多新建水泥厂为节省投资，水泥库数量不足，存在水泥上入下出情况。这是一种对出厂水泥质量保证十分不利的设计方案。

 

　　2.3.5  袋重合格率

　　袋重合格率是最容易出现的出厂水泥不符合标准要求的项目。连续抽取20袋水泥称重，计算每袋水泥的净重和20袋水泥的总重，是水泥厂一直沿用的水泥袋重检查方法。该方法用于判断袋重合格率的抽样误差过大，难以得到与袋重合格率有关的所有参数。

 

　　3  结束语

　　新标准对出厂水泥条款的修改，要求水泥厂改变质量管理观念，弱化最终检验的作用，更加重视事先预防；要求水泥厂建立严密、可靠的质量控制体系，从矿山开采，原燃材料采购至出磨水泥的生产全过程，始终处于合格状态。规定适宜的质量指标目标值和允许波动范围、提高生产过程的稳定性、防范个别严重偏离目标值的数据、建立质量预警机制和应急方案，都是保证出厂水泥合格的有效措施，也是出厂水泥质量确认的可靠方法。