【正文】 水泥工 藝 學(xué)教學(xué) 課 件 WORD 精 華 版 2020 年 4 月 29 日 第一章 硅酸鹽水泥的生產(chǎn) 通用水泥生產(chǎn)的主要工藝過(guò)程為：生料制備、熟料煅燒、水泥磨制，即“二磨一燒”。 生料制備：包括原料破碎、原料預(yù)均化、原料的配合、生料的粉磨和均化等。即原料 (石灰石、粘土和少量鐵質(zhì)校正原料 )經(jīng)破碎后按一定比例配合、磨細(xì)，并調(diào)配成質(zhì)量均勻的生料稱(chēng)為生料粉磨或生料制備。 熟料煅燒：生料在水泥窯內(nèi)煅燒至部分熔融所得以硅酸鈣為主要 成分的水泥熟料。稱(chēng)熟料煅燒。 水泥磨制：將熟料添加適量石膏，有時(shí)還加適量混合材料或外加劑共同磨細(xì)成水泥，稱(chēng)水泥粉磨。 六、硅酸鹽水泥的生產(chǎn)方法 (P10) 按生料制備方法的不同，分濕法和干法兩種。 1．干法：將原料同時(shí)烘干與粉磨或先烘干后粉磨制成生料粉，而后喂入干法窯內(nèi)煅燒成熟料，稱(chēng)為干法生產(chǎn)。 出磨物料水分一般 1%，干法生產(chǎn)一般揚(yáng)塵多，配料調(diào)和困難，但熱耗低。隨著生產(chǎn)技術(shù)的提高，采用預(yù)均化、生料均化、先進(jìn)收塵設(shè)備、預(yù)熱器、分解爐等使得單機(jī)生產(chǎn)能力大大提高，熱耗大大降低。 半干法：將生 料粉加入適量水分制成生料球 (12%16%)，而后喂入立窯或立波爾窯內(nèi)煅燒成熟料的方法，稱(chēng)為半干法，亦可歸入干法。 立窯生產(chǎn)與回轉(zhuǎn)窯相比投資省、見(jiàn)效快，可就地取材，但在生產(chǎn)水平和產(chǎn)品質(zhì)量上不足。 六、硅酸鹽水泥的生產(chǎn)方法 (P10) 按生料制備方法的不同，分濕法和干法兩種。 2．濕法：將原料加水磨制成含水分 3040%的料漿，在濕法回轉(zhuǎn)窯內(nèi)燒制成水泥熟料。優(yōu)點(diǎn)是制備生料時(shí)揚(yáng)塵少，易于調(diào)和均勻，有利于提高熟料質(zhì)量。缺點(diǎn)是耗用大量能源蒸發(fā)多余水分，因而熱耗高。 半濕法：將濕法制備的生料漿脫水后， 制成生料塊入窯煅燒，稱(chēng)為半濕法生產(chǎn)，亦可歸入濕法，但一般均稱(chēng)為濕磨干燒。 七、膠凝材料的定義和分類(lèi) 1．定義：凡能在物理、化學(xué)作用下，從漿體變成堅(jiān)固的石狀體，并能膠結(jié)其他物料而具有一定機(jī)械強(qiáng)度的物質(zhì)，統(tǒng)稱(chēng)為膠凝材料，又稱(chēng)膠結(jié)料。 3．無(wú)機(jī)膠凝材料按硬化條件分：水硬性、非水硬性 (氣硬性 )。 4．水硬性膠凝材料：拌水后既能在空氣中硬化，又能在水中硬化，通常稱(chēng)為水泥。 5．非水硬性膠凝材料：拌水后只能在空氣中硬化。如石灰。 八、水泥的定義和分類(lèi) GB/T 41311997 水泥的命名、定義和 術(shù)語(yǔ)：本標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定了水泥命名的一般原則、主要水泥產(chǎn)品的定義及有關(guān)術(shù)語(yǔ)的涵義等。 1．定義：加水拌和成塑性漿體，能膠結(jié)砂、石等適當(dāng)材料并能在空氣和水中硬化的粉狀水硬性膠凝材料。 2．分類(lèi) (1) 水泥按其用途及性能分為三類(lèi)： ? 通用水泥：一般土木建筑工程通常采用的水泥。 2020 年 4 月 1 日實(shí)施的新標(biāo)準(zhǔn)，增加了復(fù)合硅酸鹽水泥標(biāo)準(zhǔn)，連同 “ 五大水泥 ” ，通稱(chēng)六大 ( 通用 ) 水泥。即硅酸鹽水泥、普通硅酸鹽水泥、礦渣硅酸鹽水泥、粉煤灰硅酸鹽水泥、火山灰質(zhì)硅酸鹽水泥、復(fù)合硅酸鹽水泥。 ? 專(zhuān)用水泥：專(zhuān)門(mén) 用途的水泥。如油井水泥 ( 耐壓耐高溫 ) 、彩色水泥、道路水泥等。 ? 特性水泥：某種性能比較突出的水泥。如快硬硅酸鹽水泥、低熱礦渣硅酸鹽水泥等。 (2) 水泥按其主要水硬性物質(zhì)名稱(chēng)分為： ? 硅酸鹽水泥即國(guó)外通稱(chēng)的波特蘭水泥； 鋁酸鹽水泥； ? 硫鋁酸鹽水泥， 鐵鋁酸鹽水泥； 氟鋁酸鹽水泥； ? 以火山灰性或潛在水硬性材料以及其他活性材料為主要組分的水泥。 (3) 水泥按需要在水泥命名中標(biāo)明的主要技術(shù)特性分為： ? 快硬性：分為快硬和特快硬兩類(lèi)； ? 水化熱：分為中熱和低熱兩類(lèi)； ? 抗硫酸鹽腐 蝕性：分中抗硫酸鹽腐蝕和高抗硫酸鹽腐蝕兩類(lèi)； ? 膨脹性：分為膨脹和自應(yīng)力兩類(lèi)； ? 耐高溫性：鋁酸鹽水泥的耐高溫性以水泥中氧化鋁含量分級(jí)。 一 標(biāo)準(zhǔn)的類(lèi)別 標(biāo)準(zhǔn)就是對(duì)某項(xiàng)技術(shù)實(shí)行統(tǒng)一執(zhí)行的要求。 水泥生產(chǎn)必須有一定的標(biāo)準(zhǔn)，我國(guó)為提高水泥質(zhì)量，降低成本，加快與國(guó)際慣例的接軌，制定了一系列水泥標(biāo)準(zhǔn)，并在實(shí)踐中不斷發(fā)展。 一 標(biāo)準(zhǔn)的類(lèi)別 (一 )、我國(guó)常用標(biāo)準(zhǔn) 按照適用范圍，目前我國(guó)現(xiàn)行常用的標(biāo)準(zhǔn)有三大類(lèi)。 1．第一類(lèi)是國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)。如 GB1751999《硅酸鹽水泥、普通硅酸鹽水泥》，其中 “GB”為國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)的代號(hào)， “175”為標(biāo)準(zhǔn)編號(hào)， “1999”為標(biāo)準(zhǔn)頒布年代號(hào)， “硅酸鹽水泥、普通硅酸鹽水泥 ”為該標(biāo)準(zhǔn)的技術(shù) (產(chǎn)品 )名稱(chēng)，上述標(biāo)準(zhǔn)為強(qiáng)制性國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)，任何技術(shù) (產(chǎn)品 )不得低于此標(biāo)準(zhǔn)。 此外，還有推薦性國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)，以 “GB/T”為標(biāo)準(zhǔn)代號(hào)，它表示也可以執(zhí)行其他標(biāo)準(zhǔn)，為非強(qiáng)制性的。 一 標(biāo)準(zhǔn)的類(lèi)別 (一 )、我國(guó)常用標(biāo)準(zhǔn) 按照適用范圍，目前我國(guó)現(xiàn)行常用的標(biāo)準(zhǔn)有三大類(lèi)。 1．第一類(lèi)是國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)。 2．第二類(lèi)是行業(yè)標(biāo)準(zhǔn) 3．第三類(lèi)是企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)。代號(hào)為 “QB/”，其后分別注明企業(yè)代號(hào)、標(biāo)準(zhǔn)順序號(hào)、制定年代號(hào)。 通 用硅酸鹽水泥（ Common Portland Cement）：以硅酸鹽水泥熟料和適量的石膏、及規(guī)定的混合材料制成的水硬性膠凝材料。 硅酸鹽水泥熟料由主要含 CaO、 SiO Al2O Fe2O3 的原料，按適當(dāng)比例磨成細(xì)粉燒至部分熔融所得以硅酸鈣為主要礦物成分的水硬性膠凝物質(zhì)。其中硅酸鈣礦物不小于 66%，氧化鈣和氧化硅質(zhì)量比不小于 。 石膏 分 天然石膏 和 工業(yè)副產(chǎn)石膏：以硫酸鈣為主要成分的工業(yè)副產(chǎn)物。采用前應(yīng)經(jīng)過(guò)試驗(yàn)證明對(duì)水泥性能無(wú)害。 水泥混合材料：在水泥生產(chǎn)過(guò)程中，為改善水泥性 能，調(diào)節(jié)水泥標(biāo)號(hào)而加到水泥中的礦物質(zhì)材料。 活性混合材料：具有火山灰性或潛在水硬性，或兼有火山灰性和水硬性的礦物質(zhì)材料。 火山灰性：一種材料磨成細(xì)粉，單獨(dú)不具有水硬性，但在常溫下與石灰一起和水后能形成具有水硬性的化合物的性能。 非活性混合材料 ： 活性指標(biāo)分別低于 GB/T20 GB/T1804 GB/T159 GB/T2847 標(biāo)準(zhǔn)要求的?；郀t礦渣、?；郀t礦渣粉、粉煤灰、火山灰質(zhì)混合材料；石灰石和砂巖，其中石灰石中的三氧化二鋁含量應(yīng)不大于 %。 非活性混合材料：在水泥中主要起填充作用而 又不損害水泥性能的礦物質(zhì)材料。 窯灰 ： 從水泥回轉(zhuǎn)窯窯尾廢氣中收集的粉塵。 助磨劑：在水泥粉磨時(shí)加入的起助磨作用而又不損害水泥性能的外加劑。 水泥粉磨時(shí)允許加入助磨劑，其加入量應(yīng)不大于水泥質(zhì)量的 %，助磨劑應(yīng)符合 JC/T667 的規(guī)定。 強(qiáng)度等級(jí) 硅酸鹽水泥的強(qiáng)度等級(jí)分為六個(gè)等級(jí)： 、 、 、 、 、 普通硅酸鹽水泥的強(qiáng)度等級(jí)分為四個(gè)等級(jí)： 、 、 、 礦渣硅酸鹽水泥、火山灰質(zhì)硅酸鹽水泥、粉煤 灰硅酸鹽水泥、復(fù)合硅酸鹽水泥的強(qiáng)度等級(jí)分為六個(gè)等級(jí)： 、 、 、 、 、 R 型表示早強(qiáng)型水泥。其 3d 強(qiáng)度比普通水泥高， 28d 強(qiáng)度指標(biāo)完全相同。 化學(xué)指標(biāo) （ 1）不溶物：不溶物是指經(jīng)鹽酸處理后的殘?jiān)?，再以氫氧化鈉溶液處理，經(jīng)鹽酸中和過(guò)濾后所得的殘?jiān)?jīng)高溫灼燒所剩物質(zhì)。 PI 硅酸鹽水泥：≤ % PⅡ硅酸鹽水泥：≤ % 普通硅酸鹽水泥：不要求 不溶物來(lái)源：①．生料。熟料煅燒好、漏生少，熟料中不溶物含量很低，回轉(zhuǎn)窯 正常煅燒的熟料約在 %%內(nèi)；②．混合材 (尤其是火山灰質(zhì)混合材料 )。水淬礦渣沒(méi)有明顯的不溶物，火山灰質(zhì)混合材料隨活性的提高，不溶物減少；③．石膏中的雜質(zhì)。粘土質(zhì)雜質(zhì)是石膏帶入的不溶物來(lái)源，石膏純度高，不溶物也很低。 因而該指標(biāo)反映了熟料煅燒好壞、摻加石膏與混合材狀況的一項(xiàng)指標(biāo)。熟料煅燒好，石膏中雜質(zhì)少、火山灰質(zhì)混合材料少，不溶物測(cè)定值就低。 （ 2）燒失量 ：指水泥在 9501000℃高溫下煅燒失去的質(zhì)量百分?jǐn)?shù)。 反映熟料煅燒好壞及限制石膏和混合材料中雜質(zhì)含量的指標(biāo)，以保證水泥的質(zhì)量 。 由于混合料便宜，因此，不合格產(chǎn)品大多混合料過(guò)多，造成燒失量超標(biāo)，從而影響水泥的結(jié)構(gòu)質(zhì)密性，輕微表現(xiàn)就是水泥地墻表面起粉。 PI 硅酸鹽水泥：≤ % PⅡ硅酸鹽水泥：≤ % 普通硅酸鹽水泥： ≤ % 水泥中的不溶物和燒失量主要是為了控制水泥制造過(guò)程中熟料煅燒質(zhì)量以及限制某些組分材料的摻量。 3）三氧化硫 來(lái)源：主要是生產(chǎn)水泥時(shí)為調(diào)節(jié)凝結(jié)時(shí)間加石膏而帶入的。此外，水泥中摻入窯灰、采用石膏礦化劑、使用高硫燃煤等都會(huì)把 SO3帶入熟料。 危害：硅酸鹽水泥中 SO3含量超過(guò) %后 ，強(qiáng)度下降，膨脹率上升，硬化后水泥的體積膨脹，甚至結(jié)構(gòu)破壞。（原因：水泥中過(guò)量的三氧化硫會(huì)與水化鋁酸鈣反應(yīng)生成高硫型水化硫鋁酸鈣 (鈣礬石 )，體積約增大 倍，引起水泥石開(kāi)裂。） 硅酸鹽水泥、普通硅酸鹽水泥： ≤ % （ 4）氧化鎂 危害：氧化鎂經(jīng)高溫煅燒再冷卻后，轉(zhuǎn)變成方鎂石晶體，其水化 (與水生成 Mg(OH)2)速率慢 (幾個(gè)月，甚至幾年，此時(shí)水泥石早已凝結(jié)硬化 )。該反應(yīng)比過(guò)燒的氧化鈣與水的反應(yīng)更加緩慢，且體積膨脹 (148%)，會(huì)在水泥硬化幾個(gè)月后導(dǎo)致水泥石開(kāi)裂。 硅酸鹽水泥、普通硅酸鹽 水泥： ≤ %，如果水泥壓蒸試驗(yàn)合格，則水泥中氧化鎂的含量（質(zhì)量分?jǐn)?shù)）允許放寬至 %。 因氧化鎂水化速率慢，須以壓蒸的方法加快其水化，方可判斷其安定性， 淬冷的熟料方鎂石晶體細(xì)小，危害不大；固溶體內(nèi)的氧化鎂無(wú)危害。 5）氯離子 硅酸鹽水泥、普通硅酸鹽水泥：≤ ，當(dāng)有更低要求時(shí)，該指標(biāo)由買(mǎi)賣(mài)雙方協(xié)商確定。 氯離子在混凝土液相中形成鹽酸，與氫氧化鈣作用生成氯化鈣，氯化鈣具有高吸濕性，在其濃度及濕度較高時(shí)，能劇烈地破壞鋼筋的鈍化膜，使鋼筋發(fā)生潰燦性銹蝕。因而對(duì)鋼筋混凝土有很大的影 響。 6 堿含量（選擇性指標(biāo)） 水泥中堿含量按 Na2O+ 計(jì)算值表示。若使用活性骨料，用戶(hù)要求提供低堿水泥時(shí)，水泥中的堿含量應(yīng)不大于 %或由買(mǎi)賣(mài)雙方協(xié)商確定。 當(dāng)水泥中堿含量較高時(shí)，混凝土容易發(fā)生堿集料反應(yīng)（反應(yīng)生成物吸水膨脹，使混凝土產(chǎn)生內(nèi)應(yīng)力，導(dǎo)致混凝土開(kāi)裂），破壞其結(jié)構(gòu)。 物理指標(biāo) 凝結(jié)時(shí)間：指水泥從加水拌合開(kāi)始到失去流動(dòng)性，即從可塑狀態(tài)發(fā)展到固體狀態(tài)所需要的時(shí)間。水泥凝結(jié)時(shí)間分初凝時(shí)間和終凝時(shí)間。 初凝為水泥加水拌合時(shí)起至標(biāo)準(zhǔn)稠度凈漿開(kāi)始失去可 塑性所需的時(shí)間；終凝為水泥加水拌合時(shí)起至標(biāo)準(zhǔn)稠度凈漿完全失去可塑性并開(kāi)始產(chǎn)生強(qiáng)度所需的時(shí)間。 為使水泥混凝土和砂漿有充分的時(shí)間進(jìn)行攪拌、運(yùn)輸、撓搗和砌筑，水泥初凝時(shí)間不能過(guò)短。當(dāng)施工完成，則要求盡快硬化，具有強(qiáng)度，故終凝時(shí)間不能過(guò)長(zhǎng)。凝結(jié)時(shí)間的調(diào)節(jié)通過(guò)加入適量石膏來(lái)實(shí)現(xiàn)。 硅酸鹽水泥初凝不小于 45min，終凝不大于 390min； 普通硅酸鹽水泥、礦渣硅酸鹽水泥、火山灰質(zhì)硅酸鹽水泥、粉煤灰硅酸鹽水泥和復(fù)合硅酸鹽水泥初凝不小于 45min，終凝不大于 600min。 水泥凈漿標(biāo)準(zhǔn)稠度：為測(cè)定水泥的凝 結(jié)時(shí)間、體積安定性等性能，使其具有準(zhǔn)確的可比性，水泥凈漿以標(biāo)準(zhǔn)方法測(cè)試所達(dá)到統(tǒng)一規(guī)定的漿體可塑性程度。 水泥凈漿標(biāo)準(zhǔn)稠度需水量：拌制水泥凈漿時(shí)為達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)稠度所需的加水量。 安定性 沸煮法合格。 定義：又稱(chēng)體積安定性，是指水泥硬化后體積變化的均勻性。 水泥和水后在硬化過(guò)程中，一般都會(huì)發(fā)生體積變化，如果是在水化過(guò)程中發(fā)生的均勻體積變化，或伴隨著水泥廠凝結(jié)硬化過(guò)程中進(jìn)行，則對(duì)建筑無(wú)不良影響。當(dāng)水泥漿體硬化過(guò)程發(fā)生了不均勻的體積變化，會(huì)導(dǎo)致水泥石膨脹開(kāi)裂、翹曲，即安定性不良。安定性不良的水泥會(huì) 降低建筑物質(zhì)量，甚至引起嚴(yán)重事故。 引起安定性不良的原因有以下三個(gè)： ①．熟料中游離氧化鎂 (方鎂石 )過(guò)多。水泥中的方鎂石 (MgO)在水泥凝結(jié)硬化后，會(huì)與水生成 Mg(OH)2。該反應(yīng)比過(guò)燒的氧化鈣與水的反應(yīng)更加緩慢，且體積膨脹 (148%)，會(huì)在水泥硬化幾個(gè)月后導(dǎo)致水泥石開(kāi)裂。②．水泥中 SO3 含量過(guò)高。當(dāng)石膏摻量過(guò)多時(shí)，水泥硬化后，在有水存在的情況下，它還會(huì)繼續(xù)與水化鋁酸鈣反應(yīng)生成高硫型水化硫鋁酸鈣 (鈣礬石，簡(jiǎn)寫(xiě)成 AFt)，體積約增大 倍，引起水泥石開(kāi)裂。③．熟料中游離氧化鈣過(guò)多。水泥熟料中含有游離 氧化鈣，其中部分經(jīng)較高溫度煅燒的 CaO 在水泥凝結(jié)硬化后，會(huì)緩慢與水生成 Ca(OH)2。該反應(yīng)體積膨脹 (98%)，使水泥石發(fā)生不均勻體積變化。 化學(xué)指標(biāo)中氧化鎂與三氧化硫已做定量限制，而游離氧化鈣對(duì)安定性的影響不僅與其含量有關(guān)，還與水泥熟料的煅燒溫度 (死燒的 fCaO、二次 fCaO、欠燒的 fCaO 三種，前兩種影響安定性 )有關(guān)，故難以定量。沸煮可加速氧化鈣的水化，故需用沸煮法檢驗(yàn)水泥的體積安定性，測(cè)試方法可以用試餅法也可用雷氏夾法，有爭(zhēng)議時(shí)以雷氏夾法為準(zhǔn)。 試餅法：檢驗(yàn)水泥熟料中游離氧化鈣影響水泥 體積安定性的常用方法。用標(biāo)準(zhǔn)稠度需水量拌