正交实验配制P·C42.5级水泥的有效途径

时间：2024-10-10

吴守民，张海彬，王洪刚

（胜利油田营海实业集团有限公司，山东东营 257000）

0 引言

我集团原是一家传统水泥厂，经过十几年的发展，目前已经形成了从矿山经水泥到商品混凝土的良好完整产业链。为了寻找商品混凝土生产的最佳水泥，我集团经过探索改进，在老工艺生产商品混凝土用 P·O42.5 级水泥的基础上，采取了配制工艺，通过改善各物料颗粒级配，摸索出 P·C42.5级水泥合理的颗粒级配控制、搭配、调整方案，找到了最佳颗粒的实现途径，不仅使 P·C42.5 级水泥更适应商品混凝土的生产，提升了商品混凝土品质，同时也降低了水泥的生产成本。

1 试验用原材料

1.1 出磨水泥

采用我集团水泥磨日常配比生产的出磨水泥。其基本配比为：熟料 76%、石子 5%、脱硫石膏 6%、粉煤灰 13%，连续取样 2 小时，进行过筛混匀缩分而成。后经实验室500×500的标准试验磨进一步粉磨，形成出磨水泥Ⅰ的，加磨 10min 水泥 Ⅱ，加磨 20min 水泥 Ⅲ，三种试验水泥。具体检验数据见表 1。

表1 原材料性能指标

1.2 矿渣粉

采用巨能特钢矿渣，我集团矿粉磨生产的矿粉。经实验室 500×500 的标准试验磨进一步粉磨，形成矿粉Ⅰ，加磨10min 矿粉 Ⅱ，加磨 20min 矿粉 Ⅲ，三种试验矿粉。活性检测按照标准规定，选用对比样品作为基准样，活性要求在95% 以上。具体检验数据见表 1。

1.3 超细粉煤灰

采用胜利发电厂 Ⅱ 级粉煤灰，烧失量 5.0%，经胜利水泥分公司粉煤灰磨粉磨形成超细灰，再经实验室 500×500 的标准试验磨进一步粉磨，形成超细灰Ⅰ，加磨 10min 超细灰Ⅱ，加磨 20min 超细灰 Ⅲ，一共三种试验超细粉煤灰。活性检测按照标准规定，选用对比样品作为基准样，活性要求符合国标 GB/T1596—2005 《用于水泥和混凝土中的粉煤灰》的规定。具体检验数据见表 1。

2 试验过程

此次试验采用生产线实际样品，实验配合比根据前期配制水泥研究的基础数据确定：后掺矿粉 15%，后掺超细灰18%。

2.1 正交设计

采用正交配型原理，配制出三因素、三水平全面 27 种试验方案样品，其中水平 A 代表出磨水泥，B 代表矿粉，C 代表超细灰，正交试验方案见表 2；然后按照正交设计原理，如图 1，筛选出有代表性的 9 个水平组合实验方案，见表 3。进行细度、比表面积、颗粒分析、强度的检测。

表2 正交试验方案

图1 正交设计原理

表3 具有代表性的试验方案

2.2 水泥试验配合比方案

水泥试验配合比方案，见表 4。

表4 水泥试验配合比 %

2.3 试验样品检验数据汇总

试验检验数据汇总，见表 5。

表5 试验数据结果

3 试验结果分析处理

（1）通过对使用同种出磨水泥，不断变化矿粉、超细灰的配合比方案的对比分析中，可以看出矿粉和超细灰的颗粒变化对水泥 3～32μm 的水化有效颗粒影响不明显。随着出磨水泥颗粒粒径逐渐变小，无论矿粉、超细灰的颗粒如何变化，配制胶材整体 3～32μm 颗粒含量都明显上升，出磨水泥粉磨 10 分钟后，3～32 μm 颗粒增长 5% 左右，出磨水泥粉磨20 分钟后，3～32 μm 颗粒增长 17% 左右，规律是基本稳定的，这说明数据有明显的规律性。

（2）配制胶材颗粒级配的变化导致强度变化结果分析：① 在使用同一种出磨水泥的前提下，随着矿粉、超细灰的掺加种类、方式变化，强度的变化不明显，无规律可循。② 在其他物料掺加不变的情况下，随着矿粉颗粒的变细，强度出现明显上升趋势，矿粉加磨 10 分钟后，配制水泥强度提高了4% 以上，加磨 20 分钟后，强度普遍提高了 10% 以上。③ 超细灰的粉磨细度达到一定水平后，对强度的变化影响很小，无明显规律可循。④ 随着出磨水泥有效颗粒含量的不断增加，强度呈上升趋势，加磨 20 分钟 3d 抗压强度提高了 20%以上，28d 强度上升也很明显达到 15% 以上。

（3）试验方案及结果对应表，见表 6。

表6 试验方案及结果对应表

（4）试验结果正交计算筛选表，见表 7。

表7 试验结果正交计算筛选表

（5）根据上述表格计算分析可以得到影响因素确定表，见表 8。

表8 影响因素确定表

（6）按照表 8 制定生产验证配比方案如下，见表 9。

表9 生产验证配比方案

4 生产验证

按照正交理论计算确定的最佳验证方案，细灰磨、矿粉磨、水泥磨同时开始最佳颗粒级配的实验生产。生产中不断从调整磨机工况着手，改善控制措施，验证原料及成品的性能调整前后的变化情况，见表 10。

表10 性能调整前后检测

4.1 生产验证小结

从生产实际验证过程来看,起初主要存在的问题是台时低、工况差、水泥需水量偏高，强度不明显等。经过不断调整找到了最佳生产应用方案，得出最合理的应用结论。以强度实现为目标，最佳颗粒的寻找不能靠一味的降低物料细度，而是在磨机自身条件的基础上，充分挖掘磨机产能，同时通过磨机球配、配制物料配比的调整,实现产能和质量的双丰收。

另外，在合理调整细度和比表面积指标的基础上，通过设备工艺、控制工艺的改进，实现了 P·C42.5 级水泥的颗粒最佳级配；从而水泥的标准稠度需水量、强度，后掺物料的活性等性能都有较大的改善，混合材掺加量提高了 8.0% 以上，水泥磨机总台时增加近 20%，矿粉、细灰磨台时增加超过 10%，总体经济效益非常明显。商品混凝土使用试验验证也较为成功，见表 11，混凝土需水量可以降低约 8%，强度提高约 2%，说明颗粒调整后的效果是良好的。