42.5等级道路硅酸盐水泥的研制与生产

韦庆凤 陈柳峰 邓玉莲

【摘 要】道路硅酸盐水泥是一种专门用途的特性水泥，目前主要使用在机场、桥梁、高速道路等工程。广西鱼峰水泥股份有限公司采用湿磨干烧工艺煅烧熟料、采用分别粉磨工艺粉磨水泥，生产出满足并优于国标要求的道路硅酸盐水泥，并成功应用于多个机场道路建设项目中，得到客户一致好评。

【关键词】干缩；耐磨；湿磨干烧；分别粉磨

【中图分类号】TQ172 【文献标识码】A 【文章编号】1674-0688（2016）01-0094-04

中国实施积极的经济政策引导基础设施建设，对高速公路的资金投入执行倾斜政策，每年建成高速公路达到3 000 km以上，仅广西在2011年高速公路网规划到2020年修编布局方案为“6横7纵8支线”，规划总里程就达到8 000 km。由此可见，道路水泥的市场发展前景高阔。目前，道路硅酸盐水泥主要使用在机场、桥梁、高速道路等工程。

道路硅酸盐水泥是一种专门用途的特性水泥，具有强度高，耐磨性能好，干缩率小，水化热低，抗硫酸盐侵蚀性强等优点，主要用于机场跑道、高速公路、桥梁、城市大面积建设以及军事重点关键工程。

2013年3月，柳州白莲机场扩建工程提出道路硅酸盐水泥的使用需求后，广西鱼峰水泥股份有限公司（以下简称鱼峰水泥公司）便开始研制道路硅酸盐水泥。自2013年起，道路水泥主要供应了柳州机场、海南陵水机场等几个工程。

1 制定技术路线

（1）从工艺技术条件出发，对生产工艺进行优选，选择了湿磨干烧工艺进行熟料煅烧，根据技术指标要求，确定湿磨干烧生产工艺生产道路硅酸盐水泥熟料的煅烧工艺参数，生产出道路硅酸盐水泥熟料。

（2）采用先进的分别粉磨工艺技术，将道路硅酸盐水泥熟料和矿渣分别粉磨，再将其半成品进行充分混合均化，最后制成满足强度、耐磨性能和干缩率要求的道路硅酸盐水泥。根据道路硅盐水泥国标准要求，在水泥粉磨过程中用到粒化高炉矿渣作为混合材料，但众所周知，矿渣是一种较难磨的物料，磨蚀性很高，研磨介质损耗大，而熟料相对易磨性好，考虑到两者易磨性存在着巨大差异，若将两种物料混合粉磨，两者细度将难以兼顾，不仅影响到水泥磨能耗，还影响到矿渣活性发挥。我们便将两者分别进行粉磨，既有利于磨机能耗的降低，又有利于混合材掺量的提升，还有利于水泥性能的改善。因此，采用分别粉磨工艺是道路硅酸盐水泥生产的首选工艺。

2 制定道路硅酸盐水泥熟料配料方案

道路硅酸盐水泥标准中对熟料矿物作出了特殊的规定，因此，生产符合要求的道路硅酸盐水泥熟料是生产道路硅酸盐水泥的关键所在，因而确定配料方案是关键一步。根据道路硅酸盐水泥的特点，对配料方案进行了专项设计，其关键点是要求强度高、耐磨性能好、干缩率低。在配料方案的设计上，不仅要符合标准要求，还要根据本公司生产线的特点，制定合理的配料方案。根据C3S、C3A、C4AF、C2S各矿物的特点，在保证强度的同时追求良好的耐磨性能，我们制定了高饱和比、低硅酸率、低铝率的配料方案。

2.1 新型道路硅酸盐水泥熟料的率值设定

新型道路硅酸鹽水泥熟料的率值设定见表1。

2.2 原料配比及生料化学成分

原料配比及生料化学成分见表2。

3 生料制备

根据鱼峰水泥公司各生产线的工艺特点，优选公司1#生产线为项目实施生产线。该生产线为设计日产2 000 t熟料的湿磨干烧生产线，拥有1台φ3.5/4.0 m×58 m回转窑，4台φ2.5 m×14 m湿法生料磨，8个φ7.0 m×12.8 m料浆库，2个φ25 m×6 m搅拌大池。生料经过生料磨粉磨后，通过8个料浆库进行合理搭配，再放进料浆大池进行均化搅拌。我们可以利用多库搭配及大池搅拌，对生料成分在短时间内调整并均化，较新型干法线均化库有调整快、稳定性好、均匀性好之优点；熟料品种转换方便、快捷。

4 熟料的煅烧

道路硅酸盐水泥熟料在新型道路硅酸盐水泥中的占比达到85%～95%，熟料所扮演的绝对重要性角色也是重中之重。道路硅酸盐水泥熟料“一高两低”的配料方案，使得煅烧难度增加，主要是易烧性差，且烧结范围窄，液相出现范围较窄。为了解决以上问题，我们经过多次试验研究分析，采取了以下措施。

（1）为了降低煅烧温度，提高生料易烧性，本项目采用了转炉渣作为晶种，提高了熟料煅烧质量。

（2）严格控制入窑料浆和煤粉的水分细度。

（3）严格控制分解炉温度稳定在860 ℃左右。提高窑转速，窑速由正常的2.9 r/min提高到3.2 r/min。采取薄料快烧原则，避免窑前、后结圈，确保窑内通风良好。

（4）调节篦冷机一段、二段推杆速度及冷却风量，加强篦冷机冷却能力。

为了更好地判断所研制的道路熟料质量的好坏，生产时均对熟料进行岩相分析，从熟料矿物组成含量、矿物溶蚀、矿物结晶等方面进行分析，以科学地指导生产。

5 道路硅酸盐水泥的粉磨

鱼峰水泥公司1#生产线水泥磨用于生产特种水泥，规格小，采用的是磨外喷水，对物料适应性较差，因此，对入磨物料要求较严格：{1}入磨熟料粒度要求，粒度变化大时，比表面积难以控制在范围之内；{2}熟料温度要求，因公司的熟料温度较高，经常在100～200 ℃范围内波动，温度高时，致使水泥磨包球包煅严重，导致磨况恶化，结合实际情况，我们对水泥磨提出了技术改造要求，得到公司的大力支持。

（1）对原有的隔仓篦缝进行了调整，将原来的篦缝宽度减小了2 mm。

（2）水泥磨磨外喷水无法满足降温效果，在磨尾进行了技术改造，装磨尾喷水，对磨内进行降温。

采取了以上两个措施后，水泥比表面积稳定性得到了较好的提高。

生产道路硅酸盐水泥的传统工艺，是将矿渣与熟料、石膏共同粉磨。因熟料、矿渣易磨性差异较大，共同粉磨时，不能较好地磨制到发挥各自特性的粒度，并且矿物与熟料和石膏一起入磨后容易引起磨内包球包锻现象，严重影响粉磨效率，导致道路硅酸盐水泥质量波动大，水泥生产成本高。因此，经研究后我们采用分别粉磨工艺。将易磨性较差的矿渣通过先进的立磨磨制成超细粉，将易磨性较好的熟料、石膏等通过球磨机磨制成一定细度的微粉，然后通过混料均化设备按一定的配比配制成新型道路硅酸盐水泥，较传统的混合粉磨工艺少用熟料3%～5%，既保证质量稳定性，又降低生产成本，最后制成满足强度、耐磨性能和干缩率要求的道路硅酸盐水泥。

6 技术关键点的控制

道路硅酸盐水泥技术关键点为耐磨性能、干缩率、水泥强度。

（1）耐磨性能是道路硅酸盐水泥最关键的技术指标。资料表明，水泥熟料中主要矿物的耐磨性能按下列顺序排列：C4AF>C3S>C2S>C3A，而干缩率按下列顺序排列：C3A>C3S>C4AF>C2S，因此道路硅酸盐水泥标准严格规定了水泥熟料中C4AF和C3A的含量，以保证生产出耐磨性能好、干缩率低的道路硅酸盐水泥。生产中，为了满足道路水泥熟料的特殊要求，需要制定严格的熟料配料方案，以满足道路熟料对矿物组成的要求。根据理论分析，生产道路硅酸盐水泥熟料，提高道路硅酸盐水泥耐磨性能，以高C4AF和低C3A为主线，需按高铁低铝生料方案进行配料。

高炉矿渣是冶炼生铁时从高炉中排出的一种废渣，研究资料表明，高炉矿渣是由脉石、灰分、助熔剂和其他不能进入生铁中的杂质组成的，是一种易熔混合物，属于硅酸盐质材料。因其具有良好的耐磨性能，用做道路硅酸盐水泥辅材使用，将其粉磨到一定的细度，可充分提高活性，掺入水泥中，有利于水泥强度的发挥，又有利于提高混凝土的密实性和水泥的耐磨性能。鱼峰水泥公司研制生产的道路硅酸盐水泥主要使用粒化高炉矿渣为混合材，水泥耐磨性能优良。

（2）研究文献表明，水泥熟料中，C3A是影响干缩率的主要矿物成分，干缩率的差别，绝大部分是由于C3A含量变化的缘故，其他组成的作用比较次要，并提出了水泥干缩率与熟料矿物C3A、C3S的回归关系式：水泥干缩率=0.004 413 C3S+0.025 27C3A-0.266 3。

这一关系式说明C3A对水泥干缩率的影响几乎是C3S的6倍，故C3A含量宜低不宜高。鱼峰水泥公司严格控制道路熟料C3A的含量，控制范围：C3A≤4.0%（国标要求≤5.0%）

（3）熟料矿物决定了水泥的水化速度，水化产物本身的强度、形态以及彼此网状结构时各种键的比例，因此，对水泥强度的增长起着决定性的作用。研究表明，硅酸盐矿物的含量是决定水泥强度的主要因素，28 d强度基本依赖于C3S。一般认为，从3 d到28 d，水泥的抗折强度随C3S含量的增加而减小；有学者认为，C2S在水泥石水化早期的抗折强度较抗压强度贡献大；普遍认为，C4AF与C3A相比，不仅有较高的早期强度，而且后期强度还能有所增长，C4AF对抗折强度的贡献远大于抗压强度，即脆性系数特别低。

熟料矿物磨到一定的细度，才能有效地与水接触，利于水化产物的形成，充分发挥其强度。在水化过程中，由于水泥颗粒被C-S-H凝胶包裹，扩散逐渐成为反应速率的主力。当包裹层厚度达到25μm时，扩散进程缓慢，水化基本停止。粒径在25μm以上的水泥颗粒，在1个月内就有可能残留未水化的内核部分。由以上分析可知，要使水泥强度发挥得好，不仅要有合适的熟料矿物组成，还应将水泥细度控制在一定的范围。

鱼峰水泥公司研制的道路硅酸盐水泥完全符合国标要求，成品见表3。

7 结语

用户对鱼峰水泥公司生产的道路水泥的质量和性能给予了极大的肯定，表明公司产品能够满足道路水泥的要求，在使用过程中双方通过不断地沟通和交流，不断进行改进，逐步提高了水泥性能。42.5等级道路硅酸盐水泥研制生產并成功应用于柳州机场扩建等工程，为鱼峰水泥公司提高了市场竞争力。

参 考 文 献

[1]赵磊，马华，许湛.道路硅酸盐水泥的生产[J].中国水泥，2015（8）.

[2]韦庆宜.浅谈硅酸盐水泥的特性及可持续发展前景[J].工程技术，2015（24）.

[3]潘耀雄.关于如何提高白色硅酸盐水泥白度的探讨[J].城市建筑，2015（20）.

[4]佚名.通用硅酸盐水泥执行新标准[J].建材发展导向，2015（20）.

[责任编辑：陈泽琦]