【正文】 水泥工 藝 學教學 課 件 WORD 精 華 版 2020 年 4 月 29 日 第一章 硅酸鹽水泥的生產 通用水泥生產的主要工藝過程為：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、粘土和少量鐵質校正原料 )經破碎后按一定比例配合、磨細，并調配成質量均勻的生料稱為生料粉磨或生料制備。 熟料煅燒：生料在水泥窯內煅燒至部分熔融所得以硅酸鈣為主要 成分的水泥熟料。稱熟料煅燒。 水泥磨制：將熟料添加適量石膏，有時還加適量混合材料或外加劑共同磨細成水泥，稱水泥粉磨。 六、硅酸鹽水泥的生產方法 (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，而后喂入干法窯內煅燒成熟料，稱為干法生產。 出磨物料水分一般 1%，干法生產一般揚塵多，配料調和困難，但熱耗低。隨著生產技術的提高，采用預均化、生料均化、先進收塵設備、預熱器、分解爐等使得單機生產能力大大提高，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煅燒成熟料的方法，稱為半干法，亦可歸入干法。 立窯生產與回轉窯相比投資省、見效快，可就地取材，但在生產水平和產品質量上不足。 六、硅酸鹽水泥的生產方法 (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，在濕法回轉窯內燒制成水泥熟料。優(yōu)點是制備生料時揚塵少，易于調和均勻，有利于提高熟料質量。缺點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，稱為半濕法生產，亦可歸入濕法，但一般均稱為濕磨干燒。 七、膠凝材料的定義和分類 1．定義：凡能在物理、化學作用下，從漿體變成堅固的石狀體，并能膠結其他物料而具有一定機械強度的物質，統(tǒng)稱為膠凝材料，又稱膠結料。 3．無機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 GB/T 41311997 水泥的命名、定義和 術語：本標準規(guī)定了水泥命名的一般原則、主要水泥產品的定義及有關術語的涵義等。 1．定義：加水拌和成塑性漿體，能膠結砂、石等適當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 (1) 水泥按其用途及性能分為三類： ? 通用水泥：一般土木建筑工程通常采用的水泥。 2020 年 4 月 1 日實施的新標準，增加了復合硅酸鹽水泥標準，連同 “ 五大水泥 ” ，通稱六大 ( 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、火山灰質硅酸鹽水泥、復合硅酸鹽水泥。 ? 專用水泥：專門 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名稱分為： ? 硅酸鹽水泥即國外通稱的波特蘭水泥； 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明的主要技術特性分為： ? 快硬性：分為快硬和特快硬兩類； ? 水化熱：分為中熱和低熱兩類； ? 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； ? 膨脹性：分為膨脹和自應力兩類； ? 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。 一 標準的類別 標準就是對某項技術實行統(tǒng)一執(zhí)行的要求。 水泥生產必須有一定的標準，我國為提高水泥質量，降低成本，加快與國際慣例的接軌，制定了一系列水泥標準，并在實踐中不斷發(fā)展。 一 標準的類別 (一 )、我國常用標準 按照適用范圍，目前我國現行常用的標準有三大類。 1．第一類是國家標準。如 GB1751999《硅酸鹽水泥、普通硅酸鹽水泥》，其中 “GB”為國家標準的代號， “175”為標準編號， “1999”為標準頒布年代號， “硅酸鹽水泥、普通硅酸鹽水泥 ”為該標準的技術 (產品 )名稱，上述標準為強制性國家標準，任何技術 (產品 )不得低于此標準。 此外，還有推薦性國家標準，以 “GB/T”為標準代號，它表示也可以執(zhí)行其他標準，為非強制性的。 一 標準的類別 (一 )、我國常用標準 按照適用范圍，目前我國現行常用的標準有三大類。 1．第一類是國家標準。 2．第二類是行業(yè)標準 3．第三類是企業(yè)標準。代號為 “QB/”，其后分別注明企業(yè)代號、標準順序號、制定年代號。 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，按適當比例磨成細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。其中硅酸鈣礦物不小于 66%，氧化鈣和氧化硅質量比不小于 。 石膏 分 天然石膏 和 工業(yè)副產石膏：以硫酸鈣為主要成分的工業(yè)副產物。采用前應經過試驗證明對水泥性能無害。 水泥混合材料：在水泥生產過程中，為改善水泥性 能，調節(jié)水泥標號而加到水泥中的礦物質材料。 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材料。 火山灰性：一種材料磨成細粉，單獨不具有水硬性，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 ： 活性指標分別低于 GB/T20 GB/T1804 GB/T159 GB/T2847 標準要求的?；郀t礦渣、?；郀t礦渣粉、粉煤灰、火山灰質混合材料；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材料。 窯灰 ： 從水泥回轉窯窯尾廢氣中收集的粉塵。 助磨劑：在水泥粉磨時加入的起助磨作用而又不損害水泥性能的外加劑。 水泥粉磨時允許加入助磨劑，其加入量應不大于水泥質量的 %，助磨劑應符合 JC/T667 的規(guī)定。 強度等級 硅酸鹽水泥的強度等級分為六個等級： 、 、 、 、 、 普通硅酸鹽水泥的強度等級分為四個等級： 、 、 、 礦渣硅酸鹽水泥、火山灰質硅酸鹽水泥、粉煤 灰硅酸鹽水泥、復合硅酸鹽水泥的強度等級分為六個等級： 、 、 、 、 、 R 型表示早強型水泥。其 3d 強度比普通水泥高， 28d 強度指標完全相同。 化學指標 （ 1）不溶物：不溶物是指經鹽酸處理后的殘渣，再以氫氧化鈉溶液處理，經鹽酸中和過濾后所得的殘渣經高溫灼燒所剩物質。 PI 硅酸鹽水泥：≤ % PⅡ硅酸鹽水泥：≤ % 普通硅酸鹽水泥：不要求 不溶物來源：①．生料。熟料煅燒好、漏生少，熟料中不溶物含量很低，回轉窯 正常煅燒的熟料約在 %%內；②．混合材 (尤其是火山灰質混合材料 )。水淬礦渣沒有明顯的不溶物，火山灰質混合材料隨活性的提高，不溶物減少；③．石膏中的雜質。粘土質雜質是石膏帶入的不溶物來源，石膏純度高，不溶物也很低。 因而該指標反映了熟料煅燒好壞、摻加石膏與混合材狀況的一項指標。熟料煅燒好，石膏中雜質少、火山灰質混合材料少，不溶物測定值就低。 （ 2）燒失量 ：指水泥在 9501000℃高溫下煅燒失去的質量百分數。 反映熟料煅燒好壞及限制石膏和混合材料中雜質含量的指標，以保證水泥的質量 。 由于混合料便宜，因此，不合格產品大多混合料過多，造成燒失量超標，從而影響水泥的結構質密性，輕微表現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程中熟料煅燒質量以及限制某些組分材料的摻量。 3）三氧化硫 來源：主要是生產水泥時為調節(jié)凝結時間加石膏而帶入的。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把 SO3帶入熟料。 危害：硅酸鹽水泥中 SO3含量超過 %后 ，強度下降，膨脹率上升，硬化后水泥的體積膨脹，甚至結構破壞。（原因：水泥中過量的三氧化硫會與水化鋁酸鈣反應生成高硫型水化硫鋁酸鈣 (鈣礬石 )，體積約增大 倍，引起水泥石開裂。） 硅酸鹽水泥、普通硅酸鹽水泥： ≤ % （ 4）氧化鎂 危害：氧化鎂經高溫煅燒再冷卻后，轉變成方鎂石晶體，其水化 (與水生成 Mg(OH)2)速率慢 (幾個月，甚至幾年，此時水泥石早已凝結硬化 )。該反應比過燒的氧化鈣與水的反應更加緩慢，且體積膨脹 (148%)，會在水泥硬化幾個月后導致水泥石開裂。 硅酸鹽水泥、普通硅酸鹽 水泥： ≤ %，如果水泥壓蒸試驗合格，則水泥中氧化鎂的含量（質量分數）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小，危害不大；固溶體內的氧化鎂無危害。 5）氯離子 硅酸鹽水泥、普通硅酸鹽水泥：≤ ，當有更低要求時，該指標由買賣雙方協(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，能劇烈地破壞鋼筋的鈍化膜，使鋼筋發(fā)生潰燦性銹蝕。因而對鋼筋混凝土有很大的影 響。 6 堿含量（選擇性指標） 水泥中堿含量按 Na2O+ 計算值表示。若使用活性骨料，用戶要求提供低堿水泥時，水泥中的堿含量應不大于 %或由買賣雙方協(xié)商確定。 當水泥中堿含量較高時，混凝土容易發(fā)生堿集料反應（反應生成物吸水膨脹，使混凝土產生內應力，導致混凝土開裂），破壞其結構。 物理指標 凝結時間：指水泥從加水拌合開始到失去流動性，即從可塑狀態(tài)發(fā)展到固體狀態(tài)所需要的時間。水泥凝結時間分初凝時間和終凝時間。 初凝為水泥加水拌合時起至標準稠度凈漿開始失去可 塑性所需的時間；終凝為水泥加水拌合時起至標準稠度凈漿完全失去可塑性并開始產生強度所需的時間。 為使水泥混凝土和砂漿有充分的時間進行攪拌、運輸、撓搗和砌筑，水泥初凝時間不能過短。當施工完成，則要求盡快硬化，具有強度，故終凝時間不能過長。凝結時間的調節(jié)通過加入適量石膏來實現。 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、火山灰質硅酸鹽水泥、粉煤灰硅酸鹽水泥和復合硅酸鹽水泥初凝不小于 45min，終凝不大于 600min。 水泥凈漿標準稠度：為測定水泥的凝 結時間、體積安定性等性能，使其具有準確的可比性，水泥凈漿以標準方法測試所達到統(tǒng)一規(guī)定的漿體可塑性程度。 水泥凈漿標準稠度需水量：拌制水泥凈漿時為達到標準稠度所需的加水量。 安定性 沸煮法合格。 定義：又稱體積安定性，是指水泥硬化后體積變化的均勻性。 水泥和水后在硬化過程中，一般都會發(fā)生體積變化，如果是在水化過程中發(fā)生的均勻體積變化，或伴隨著水泥廠凝結硬化過程中進行，則對建筑無不良影響。當水泥漿體硬化過程發(fā)生了不均勻的體積變化，會導致水泥石膨脹開裂、翹曲，即安定性不良。安定性不良的水泥會 降低建筑物質量，甚至引起嚴重事故。 引起安定性不良的原因有以下三個： ①．熟料中游離氧化鎂 (方鎂石 )過多。水泥中的方鎂石 (MgO)在水泥凝結硬化后，會與水生成 Mg(OH)2。該反應比過燒的氧化鈣與水的反應更加緩慢，且體積膨脹 (148%)，會在水泥硬化幾個月后導致水泥石開裂。②．水泥中 SO3 含量過高。當石膏摻量過多時，水泥硬化后，在有水存在的情況下，它還會繼續(xù)與水化鋁酸鈣反應生成高硫型水化硫鋁酸鈣 (鈣礬石，簡寫成 AFt)，體積約增大 倍，引起水泥石開裂。③．熟料中游離氧化鈣過多。水泥熟料中含有游離 氧化鈣，其中部分經較高溫度煅燒的 CaO 在水泥凝結硬化后，會緩慢與水生成 Ca(OH)2。該反應體積膨脹 (98%)，使水泥石發(fā)生不均勻體積變化。 化學指標中氧化鎂與三氧化硫已做定量限制，而游離氧化鈣對安定性的影響不僅與其含量有關，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，故難以定量。沸煮可加速氧化鈣的水化，故需用沸煮法檢驗水泥的體積安定性，測試方法可以用試餅法也可用雷氏夾法，有爭議時以雷氏夾法為準。 試餅法：檢驗水泥熟料中游離氧化鈣影響水泥 體積安定性的常用方法。用標準稠度需水量拌