（第二部分）

优质水泥的生产控制过程

核心提示：

1. 水泥熟料适当的KH是生产优质水泥的关键指标。
2. 合适的N值，较低的P值生产的熟料是实现混凝土耐久性基础。
3. 较低合理的水泥比表面积，能够有效改善需水量和降低水化热。
4. 所说生产优质水泥控制过程，是指通过生产过程控制能够达到目的的，并不是通过改变原燃材料来满足优质水泥的生产控制方式。如：碱、硫、氯离子的控制不在讨论的范围。

前言

我们探讨的优质水泥，不是名义上的、标准上的优质水泥，而是从优质混凝土反推而来的，事实上的优质水泥。他不同于现在意义上追求早强、高强水泥，而是局限于混凝土耐久性的优质水泥，所以他在实际生产中有不同于我们现在的控制方式，这才是我们探讨生产优质水泥的目的。

要想生产优质水泥，必须要有优质熟料，没有优质熟料不可能生产优质水泥，当然我们也应该知道，水泥粉磨也是重要的一环，粉磨过程搞好也能够抵消一部分熟料的不足之处。然而如果水泥熟料根本不具备生产优质水泥的条件，那么水泥粉磨就不可能完全抵消劣质熟料的不足之处，无法生产出优质水泥，所以我们要想生产优质水泥必须先从生产优质熟料开始。

优质水泥基础——优质熟料

正常水泥的生产控制过程与优质水泥生产过程控制既有相同之处也有不同之处，为了更好的说明优质水泥的生产过程，我们在叙述优质水泥生产不同之处时，简单地说一下优质水泥与普通水泥生产的相同之处，更需要讨论一下优质水泥熟料的生产方式。

优质水泥熟料标准

优质水泥定义是依据优质混凝土而来，那么优质水泥熟料的标准就应该围绕满足优质水泥的生产过程控制。

上一课我们已经阐明优质水泥的标准是：

1. 较低的比表面积。
2. 较低的需水量。
3. 严控氯离子，杜绝盐的加入。
4. 质量均匀稳定。

其中一至三条的最终目标是降低水泥拌合后的水化热和需水量，避免有害成分的加入而影响混凝土的使用寿命，其中第四条是通用条款，适应于普通水泥和优质水泥熟料，为此我们生产的水泥熟料也应该满足以上条件。

那么如果想达到以上优质水泥标准，同时优质水泥熟料也应该有一个特征，所以应该具备以下特征：

1. 适当的早期强度，持续增长的后期强度；
2. 较低的早期水化热；
3. 适中的KH，合适的N值，较低的P值；
4. 稳定的熟料质量；
5. 与减水剂相容性好。

不过细细考虑以上的条款最终目的也是控制水泥早期的水化热和需水量。但是碱含量同样影响到水化热，没有列入优质水泥控制特征的原因，是因为碱是从原燃材料里带入的不属生产能够调控的范围，不属于本节探讨的范围，所以没有列入，包括硫、氯等有害成分。

以上5条列入优质熟料的原因

适当的早期强度，持续增长的后期强度

为什么说是适当的早期强度？这是因为早期强度高需水量高，已是不争的事实。需水量高对水泥的强度及其耐久性都有影响，对于水泥混凝土来讲不要求过高的早强，而是持续增长的后期强度和耐久性才是我们追求的目标。

较低的早期水化热

为什么是要求较低的水化热。一般情况下，水泥水化时的放热能使大体积混凝土内外产生较大的温差，在冷却过程中混凝土结构会产生巨大的温度应力，甚至导致混凝土开裂。一般混凝土内部温升可达 50～60℃， 中心部位最高温度可达80～100℃。如果水化热大的情况下，中心部位的温度可超过100℃，内外温差更大。更大的温差对水泥破坏性更大，在三天内内部的体积会膨胀，使外部产生开裂。三天以后随着内部的温度下降，内部收缩同样会产生内裂，都严重影响水泥混凝土的使用寿命。而且混凝土的水化热最为关键的是来自水泥熟料中矿物，（特别是C3A和C3S），因此说较低的水化热也是优质水泥熟料的重要指标之一。避免裂纹的同时还能够有效改善水泥的抗渗性，提高水泥的抗冻性。

适中的KH，合适的N值，较低的P值

毫无疑问适中的KH和较低的P值，均为较低的水化热而努力。KH低C3S低，KH高C3S高；P值低，C4AF高，C3A低；P值高，C4AF低，C3A高。水泥熟料矿物的水化热排序为C3A＞C3S＞C4AF＞C2S。一般水泥的早期水化速度快，往往是由C3A 含量多、比表面积越大造成的。细颗粒越多，C3A水化加速期来得越早，早期的水化热越大，混凝土的凝结时间越短，自生收缩来得也越早、越快，易导致混凝土开裂。由此可见，早强水泥的混凝土拌和物浇筑温度较高时，水泥早期水化速度加快，易产生较大的自生收缩。

稳定的熟料质量

熟料质量不稳定，就不可能生产出质量稳定的水泥，水泥质量不稳定，对客户的影响是可见的。

与减水剂相容性好

熟料与减水剂相容性直接关系到水泥产品与客户的关系，与减水剂相容性好，就会降低混凝土的生产成本，直接关系到客户的利益，毫无疑问熟料必须与混凝土减水剂有较好的相容性。

优质水泥生产与普通水泥生产控制的相同之处

优质水泥生产与普通水泥生产的控制大部分是相同的，控制方式和控制方法基本一致，例如：原燃材料的控制方式不变、原燃材料的均化方式控制与管理不变、控制过程不变、检测点不变，检测方式方法不变。需要变得就是理念的变化，接下来我们重点讲需要改变的，不变的不做细致的分析。

优质水泥生产的控制方式

熟料的生产控制过程

熟料的控制过程是生产优质水泥的前期任务，生产不出优质熟料难以生产优质水泥，所以，我们应该首先确定三率值如下。

优质水泥熟料的三率值控制值

KH=0.890±0.015；N=不飞砂较；P=1.0±0.1。

三率值控制的原因

众所周知：凡以适当成份的生料，烧至部分熔融，所得以硅酸钙为主要成分的产物，称为硅酸盐水泥熟料（简称熟料）。

硅酸盐熟料的化学成分是CaO、SiO2、Al2O3、Fe2O3四种氧化物组成。四种氧化物通常在熟料中占95%以上，理论上是越高越好。但是受原燃材料的影响，不同生产线、不同原燃材料、不同地区、会有不同结果，这就是为什么不同的公司，甚至是不同的生产线生产的熟料强度不同。但是无论如何不同，反应过程是相同的，都是在超过1350°C的高温液相中四种成份分别与其他成分相互反应生成四种矿物。分别是：硅酸三钙（3CaO·SiO2，简写C3S）、硅酸二钙（2CaO·SiO2，简写C2S）、铝酸三钙（3CaO·Al2O3，简写C3A）、铁铝酸四钙（4CaO·Al2O3·Fe2O3，简写C4AF）。当然还有少量的游离氧化钙、方镁石、含碱矿物等。

其中：硅酸三钙早期强度高，水化快，28天的增进率大，是获得高质量熟料的基础，但是硅酸三钙水化热较高，抗硫酸盐性能差。硅酸二钙早期强度低，水化慢，凝结硬化慢；但是后期强度好，28天以后仍能较快增长，增长率甚至在一年以后超过硅酸三钙。且水化热低、抗硫酸盐性能好，水泥的耐久性好。特别是在一些海防工程需要抗硫酸盐性能好的水泥，需要提高硅酸二钙的含量。铝酸三钙水化反应迅速，放热量大，凝结很快，硬化也快，不加石膏容易使水泥急凝。铝酸三钙的强度水化3天大部分就会发挥出来，故早期较高，但是绝对值不高，并且干缩变形大，抗硫酸盐性能差。

在考虑水泥耐久性上要适当降低铝酸三钙的含量。铁铝酸四钙的水化速度介于铝酸三钙与硅酸三钙之间，但随后的发展不如硅酸三钙；它的强度早期类似于铝酸三钙，而后期还能不断增长，类似于硅酸二钙。铁铝酸四钙抗冲击性能（适用道路水泥）较好，水化热较铝酸三钙低。铁铝酸四钙能够有效降低液相粘度，提高液相量，对煅烧有利。

通过上述复习工艺知识加之各种资料汇集我们知道：

1. 四种矿物的水化热排序

铝酸三钙＞硅酸三钙＞铁铝酸四钙＞硅酸二钙

1. 四种矿物的抗硫酸盐性能排序

硅酸二钙＞铁铝酸四钙＞硅酸三钙＞铝酸三钙

1. 四种矿物的28强度排序

硅酸三钙＞铁铝酸四钙＞硅酸二钙＞铝酸三钙。

其实有人做过实验一年以上的强度硅酸二钙最高。

通过认真阅读你会发现，C3A水化热最大，是我们最不希望的。抗硫酸盐性能还是最差的。28天强度仍然是最差的。所以我们就应该降低C3A含量。而C3S水化热高，但是它的28天强度也是最高的，所以说要选择合理值。至于C4AF含量可以多，但是C2S虽然是除28天强度以外优点很多，但是现阶段是以28天强度为主，也只有适量。

之所以说N=不飞砂，是因为过高的N率会造成回转窑的飞砂，但是不同的窑型、不同的生产线、不同的原燃材料、不同的地区对N值的影响不同，所以只要是不飞砂，易烧性好就可以了。降低P值目的就是降低C3A的含量。所以我们选择以上的三率值。

相同的原燃材料三率值变化对比

从上表可以看出：在KH从0.90提高至0.92，N值从2.59降至2.35，P值从1.6降至1.2时，硅酸三钙增长了3.47%，硅酸二钙下降了4.24%。铝酸三钙下降了1.5%，铁铝酸四钙增长了2.29%，各种矿物都向好的方向发展（指降低早期的水化热，提高抗硫酸盐性能，增强水泥耐久性）。如果28天强度允许，可以适当的降低KH，当然了需水量低，28天强度低我们就可以适量地提高一下KH。当然了以上是考虑游离钙相同的情况下。当然来了低KH和低P值是优质水泥的标志，之所以提高KH降低硅酸率是为了提高熟料的易烧性，因为篇幅问题这里不再细讲，如果想弄清楚，请到公众号“水泥烧成工艺工程师”阅读《探讨（水泥生产）生料易烧性问题》。

熟料煅烧质量生产的均匀性

水泥熟料生产，在追求适当的早期强度，持续增长的后期强度，较低水化热的同时，更为关键的还是熟料质量的均匀性。这里所说的质量的均匀性，不仅仅是指强度，是广义上的质量均匀性，它包括，强度（3、28天强度）游离钙、三率值、烧失量及其有害成分的均匀性。

1. 进厂原燃材料的控制

为了达到以上质量均匀性首先是从进厂原燃材料控制开始，进厂控制不仅仅是合格和不合格的验收，更多要考虑质量均匀性，也就是说要原燃材料波动小。很多公司关注的是质量要好、要高，其实一种材料的好与坏，不仅仅是某一指标要求的高，而是长期稳定性。控制原燃材料的稳定性优于一味追求高质量。

1. 原燃材料的均化措施

现在的悬浮预热窑外分解窑，大部分都把均化措施设计得很好，的确由于均化效果的作用给熟料质量带来很好的稳定性，均匀性。但是其中也有不少企业对均化措施重视不够，在堆料、布料的过程中随意性，甚至有的厂家对于均化措施弃之不用，这样直接影响到生料配料均化，继而又影响到熟料质量的稳定性。原则是：原料进厂在条件允许的情况下，能多进就多进；入料堆堆，入料时能搭配则搭配，能堆大堆绝不堆小堆（包括高和长）；生料配料时秤要稳、不必要一定准（避免经常性标称），有线性关系即可，不追求准确性关系。

1. 个人业绩指标管理

配料不仅仅追求合格率还要有追求控制指标的稳定性，要考虑标准偏差和变异系数。要求对于个人业绩指标管理控制，在控制合格率基础上一定要追求控制指标的稳定性——标准偏差，甚至某些指标要控制变异系数。对于个人业绩指标一定要重视，工作中所做的一切努力，最终的结果就是业绩兑现工资，没有业绩指标的定位，很难提高员工的能动性。

水泥生产过程的控制

在上一节已经明确了好水泥的标准（请在微信搜索公众号“水泥烧成工艺工程师”，关注后查找《如何生产优质水泥》）这里不再细说。

下面谈一下在生产中水泥的调控措施：

水泥比表面积控制

水泥比表面积控制，应该控制在340±15为宜，主要是避免过高的比表面积，会加快水泥水化速度，提高混凝土初期的水化热。同时也会提高需水量，影响到水泥混凝土的长期使用寿命。详情请参照公众号“水泥烧成工艺工程师”内的文章《如何生产优质水泥》第一篇。至于水泥的颗粒级配对水泥强度和需水量的影响，我们暂时不探讨。主要是因为颗粒级配虽说是影响但水泥的各种性能，但是受工艺调控的限制，即便是作出了不合理的颗粒级配我们也很难做到有效调整，致使很多厂家的颗粒级配分析仪成为摆设。

控制需水量

需水量的主要因素来自于熟料，但前边我们已经详细分析了优质水泥熟料的生产方式，在这里我们仅仅探讨“水泥生产需水量的改善”。

事实上已经证明，水泥需水量是与熟料、混合材、粉磨工艺、级配都有关系的，但是，熟料和级配在水泥磨上的调控有限，我们也暂时不讨论，只讨论混合材品种对水泥需水量的影响。

很久以前，水泥的需水量困扰我，按照老板的想法，使用了一切能够使用的办法，实施了很多措施，说真的费了九牛二虎之力也没能够解决需水量的问题。最终我抛开了磨机的工艺调整，在混合材的掺加量上着手才彻底解决了需水量高的问题。为了证实混合材掺加量的问题，我安排化验室做样：取出磨水泥做母样，每份800g，分为6个样，然后每个样单独加入200g的矿粉、磨细烘干的脱硫石膏、磨细的石灰石、磨细烘干的粉煤灰、钢渣粉、出磨的水泥，分别做水泥的需水量。结果为，活性好的混合材需水量大，活性差或非活性混合材的需水量小。通过计算后与其出磨水泥的需水量相吻合，从此彻底解决了需水量高的问题。

需要说的是，三天强度高的矿物需水量高、三天强度低的矿物需水量低；活性混合材的需水量大、非活性混合材的需水量低；比表面积大需水量大、比表面积小需水量小。所以为了降低需水量调整熟料是主要，但是混合材的掺加量也很关键，既要保证水泥适当的三天强度还要确保需水量合理。

控制助磨剂加盐

盐的确对水泥的早期强度有一定好处，但也是对混凝土耐久性最大的破坏者，所以在助磨剂的使用上严格杜绝掺有盐成分的助磨剂。

水泥质量管理

水泥质量的管理，毫无疑问原材料的均匀性很关键，这里不再重复熟料生产均化管理。需要强调的是水泥配料秤管理和生料配料秤管理是相反的，它追求的是准确性，而非生料配料的线性关系。生料配料秤准确度不关键，是因为不准确他就会反应到化验结果和煅烧上，只要是秤能够按照调整的意图进行调整，即按照加减而变化就可以了。而水泥不是，水泥配料秤不准确，导致的是水泥强度的变化，水泥性能的变化，这些结果都是在物理实验结果出来之后，才能判断，滞后时间太长，来不及调整就反馈到用户使用上，所以必须保证配料秤的准确性。

在个人业绩指标上，水泥的稳定性特别是3天、28天水泥强度要用变异系数进行管理考核，是提高水泥稳定性的关键。

与外加剂相容性

使用相同减水剂拌和混凝土时，由于水泥或减水剂质量变化，可引起水泥浆体流动性、经时损失的变化程度以及为获得相同的流动性而导致减水剂掺量的变化程度。评议水泥与减水剂的相容性，若在所配制的混凝土或砂浆中，经测试能产生应有的使用性能效果时，表明该外加剂与该水泥相容性（或称适应性）好；反之，若外加剂的作用效果明显低于使用原水泥的检验效果或外加剂掺入水泥后出现异常现象，则称为相容性不好或不适应。

水泥与减水剂的相容性，实际上是熟料质量的一种检验，也是水泥质量均匀稳定的一种体现。水泥熟料的最终结果是转变为混凝土，混凝土的制造环节就是水泥的客户，为用户提供均匀稳定的产品，降低客户减水剂使用量，为客户不断降低成本是水泥厂确保可持续发展的保证。所以说，好水泥要具有与减水剂良好的相容性。

结论

优质水泥相比较现在水泥，就是降低水泥初期的水化热，减少水泥的需水量，提高水泥的流动度，提高与混凝土外加剂的相容性。当然除了这些前提是在水泥具备合理的、不影响使用的水泥强度之下。

均匀稳定性好、标准偏差、变异系数小、水化热小、需水量小、水泥强度高才是优质水泥，也是水泥耐久性追求的目标。

作者王成河

2021年11月22日于唐山