【正文】 集團(tuán)化大企業(yè)少。 n （5）產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整 蓬勃發(fā)展階段（1990年代—本世紀(jì)初） n 1）東部和沿海沿江經(jīng)濟(jì)發(fā)達(dá)地區(qū)原則上發(fā)展日產(chǎn)4000噸及以上的新型干法窯外分解水泥生產(chǎn)線； n 2）其他地區(qū)可發(fā)展日產(chǎn)2000噸－4000噸的新型干法線； n 3）除邊遠(yuǎn)地區(qū)、交通不便、經(jīng)濟(jì)欠發(fā)達(dá)地區(qū)外，原則上不再擴(kuò)建、新建日產(chǎn)1000噸及以下規(guī)模的生產(chǎn)線。1949年，全國水泥總產(chǎn)量為66萬噸。1952年到1980年28年間水泥總產(chǎn)為5100萬噸。生產(chǎn)過程采用計算機集中或分散控制。 n 1950年：懸浮預(yù)熱器窯的發(fā)明，更使熟料熱耗大幅度降低；熟料冷卻設(shè)備也有了較大發(fā)展，其他的水泥制造設(shè)備也不斷更新?lián)Q代 。出現(xiàn)單筒冷卻機、立式磨、單倉鋼球磨 。 n 能耗低　混凝土單位質(zhì)量的能耗為鋼材的1/5－1/6，鋁合金的1/25，比紅磚還低35%。專用水泥：以專門用途命名，并冠以不同型號，如G級油井水泥。如液體水玻璃。 （2）水泥是無機材料。四、水泥的定義和分類水泥的定義： 水泥：與適量的水調(diào)和后既能在空氣中硬化又能在水中硬化，并能膠結(jié)其他塊狀或粉狀物料，最終形成具有抵抗外力能力的凝固體的無機粉狀水硬性膠凝材料。19世紀(jì)初期(18101825)，波特蘭水泥(Portland Cement，我國稱為硅酸鹽水泥。二、膠凝材料的分類膠凝材料種類繁多，習(xí)慣上按其化學(xué)屬性和硬化條件分類如下： 無機： 水硬性：各種水泥 非水硬性：石灰石膏、粘土等 有機：瀝青 各種樹脂：聚氯乙烯樹脂、聚苯乙烯樹脂、 聚酯樹脂、呋喃樹脂，酚醛樹脂等2. 按硬化條件分 水硬性（水作用下硬化）：各種水泥 非水硬性（非水作用下硬化）：熱硬性：各種樹脂，聚合物氣硬性：石灰、石膏、玻璃膠等 光硬性：光敏性樹脂三、膠凝材料的發(fā)展簡史膠凝材料的發(fā)展，有著極為悠久的歷史：距今約400010000年的新石器時代：使用粘土，還發(fā)現(xiàn)用天然姜石夯實而成的基礎(chǔ)以及鋪墁的地面和四壁。膠凝材料的定義說明：一般地，膠凝材料必須同時具備上述三個特征。 在體系中加水、給體系加熱、用光照射、甚至用射線輻射等，這些都是屬于物理作用。水泥與混凝土工藝第一章 緒論第一節(jié) 膠凝材料的定義和分類一、膠凝材料的定義1. 在物理的、化學(xué)的、或物理化學(xué)的作用下，能從流動狀的漿體轉(zhuǎn)變成堅硬的固體的、還能膠結(jié)其他材料、并能產(chǎn)生一定的機械強度的物質(zhì)，稱為膠凝材料，有時也稱之為膠結(jié)材。如向體系中加入少量化學(xué)物質(zhì)便屬于化學(xué)作用。 另外，嚴(yán)格地說，膠凝材料與膠結(jié)材料是有區(qū)別的。大約公元前20003000年，我國、埃及、希臘以及羅馬等就已開始利用經(jīng)過煅燒所得的石膏或石灰來調(diào)制砌筑砂漿。英國阿斯普丁(J. A. spdin)于1824年首先取得了該項產(chǎn)品的專利權(quán)。 要點說明：（1）水泥是一種水硬性膠凝材料。與其他有機樹脂類膠凝材料相區(qū)別。 水泥的分類水泥的種類繁多，據(jù)稱迄今為止全世界使用中的水泥種類已達(dá)100多種。特性水泥：以水泥的主要水硬性礦物名稱冠以水泥的主要特性命名，并冠以不同型號或混合材料名稱，如低熱礦渣硅酸鹽水泥。 n 具有水硬性，且強度能在一定的條件下繼續(xù)增長 n 具有可塑性　可澆筑成各種形狀的構(gòu)件 n 適應(yīng)性強　海上、地下、深水、各種氣候條件地區(qū)、耐蝕、防輻射等。n 1905年：發(fā)明了濕法回轉(zhuǎn)窯。 n 60年代初：以電子計算機為代表的新技術(shù)在水泥工業(yè)中開始得到應(yīng)用。2003年世界水泥產(chǎn)量14億噸。1981年一年年產(chǎn)量就達(dá)9700萬噸。 n （3）自行研制階段（1950—60年代）：我國開始研制濕法回轉(zhuǎn)窯和半干法立波爾窯生產(chǎn)線成套設(shè)備，并進(jìn)行預(yù)熱器窯的試驗，使我國水泥工業(yè)生產(chǎn)技術(shù)和生產(chǎn)設(shè)備取得較大進(jìn)步。B. 發(fā)展?fàn)顩rn 1）到2005年底，全國累計建成投產(chǎn)的新型干法生產(chǎn)線有600條以上，預(yù)分解窯水泥產(chǎn)量占全國水泥總產(chǎn)量的比例，%%。今后水泥工業(yè)的中心課題n 能源n 資源n 環(huán)境保護(hù)p 循環(huán)經(jīng)濟(jì)p 可持續(xù)發(fā)展第三節(jié) 通用水泥生產(chǎn)的主要工藝過程n 生料制備n 熟料煅燒n 水泥磨制 即“兩磨一燒”第四節(jié) 混凝土的發(fā)展概況n 混凝土的發(fā)展歷史與水泥的發(fā)展歷史是同步的。SiO2，簡寫為C2S n 鋁酸三鈣：3CaO 次要礦物： n 游離氧化鈣（fCaO）n 方鎂石（結(jié)晶態(tài)氧化鎂）n 含堿礦物n 硫酸鹽以及玻璃體等熟料礦物的波動范圍及特征：n C3S和C2S的合計含量：～ 75%， n C3A和C4AF的合計含量：～ 22%。C3S的多晶轉(zhuǎn)變：n 隨著溫度的降低，C3S在不同溫度下經(jīng)歷三個晶系七種晶型的多晶轉(zhuǎn)變：斜方晶系R型；單斜晶系M型；三斜晶系T型。固溶的氧化物的種類和數(shù)量的不同將在更大程度上決定熟料中C3S的晶型。單斜晶系的阿利特單晶呈假六方片狀或板狀。n 正交偏光鏡下：阿利特呈灰色、深灰色干涉色。n 阿利特的密度：～如果水泥生料中含有較多的隧石等結(jié)晶二氧化硅（結(jié)晶的α石英），由于結(jié)晶SiO2的活性差，與CaO反應(yīng)慢，所形成的C2S來不及再吸收液相中的CaO，而被通過富鈣液相作用較快形成的C3S所包裹，阿利特中常常包裹有大量貝利特，出現(xiàn)所謂阿利特包裹體結(jié)構(gòu)。 n 含1%Al2O3以及等當(dāng)量的MgO的阿利特比純的C3S的早期強度高得多。二、硅酸二鈣n C2S在熟料中的含量大約18%左右； n C2S的多晶轉(zhuǎn)變：純的C2S在低于1450℃的溫度下，經(jīng)歷以下多晶轉(zhuǎn)變： n不同晶型C2S之間的性質(zhì)差別：n 不同晶型的C2S之間以g 型性質(zhì)差別最大，具體表現(xiàn)為密度偏小，水硬性能喪失。 n 將熟料中固溶有各種不同外來雜質(zhì)離子的b型C2S稱作貝利特（Belite），簡稱B礦。多見為bC2S。折射率：Ng=、Nm=、Np=、NgNp= n 正交偏光下：灰色干涉色n 正常熟料中的貝利特呈現(xiàn)雙晶紋，而燒成溫度低，冷卻速度慢的熟料呈現(xiàn)平行雙晶紋。不同方法合成的b C2S：n 經(jīng)水熱合成后再在低溫下煅燒得到的bC2S比普通高溫煅燒的水泥熟料中的貝利特具有更高的水化活性，稱之為活性bC2S。利用貝利特的這一特點，可以制造大壩水泥，應(yīng)用于大體積工程和水蝕嚴(yán)重的工程中。 n 中間相主要包括：鋁酸鹽、鐵酸鹽、以及組成不定的玻璃體，和含堿化合物。 n C3A的基本屬性：C3A屬等軸晶系，呈立方體外形，與其他礦物一樣也可固溶各種外來離子。 n 密度：C3A水硬特性：n 水化速度快，水化放熱大而集中，凝結(jié)很快，摻加二水石膏后凝結(jié)正常； n 硬化體強度發(fā)展快，3天內(nèi)基本完成強度發(fā)展，強度絕對值并不大，后期強度增長不多，甚至?xí)l(fā)生倒縮； n 干縮變形大，抗硫酸鹽性能差。C4AF 巖相特征：n 偏光鏡：呈現(xiàn)淺褐色到深褐色的多色性，二軸負(fù)光，Ng(Li)=、Nm(Li)=、Np(Li)=、 NgNp= n 反光鏡：反光能力強，反光鏡下呈亮白色，故稱白色中間相。有研究數(shù)據(jù)表明，鐵相固溶體的水硬活性與其A/F比有一定的關(guān)系。 n 在硅酸鹽水泥熟料中玻璃體的主要成分為Al2OFe2O3和CaO，也有少量的MgO和堿（Na2O和K2O）等。四、游離氧化鈣和方鎂石 n 熟料煅燒過程中未與酸性氧化物結(jié)合形成水泥礦物的、以單獨的結(jié)晶形態(tài)存在于水泥熟料中的CaO和MgO，稱為游離氧化鈣和方鎂石。 n 氧化鎂也有類似的情況。 n 游離氧化鈣晶體結(jié)構(gòu)致密、尺寸大，水化速度極其緩慢。由此對水泥硬化體產(chǎn)生潛在破壞作用，表現(xiàn)為抗折強度下降，2天強度倒縮，水泥石變形、開裂甚至破壞等安定性不良。 n 只有超過這個固溶極限時，多余的氧化鎂才有可能以方鎂石的形式出現(xiàn)，并且對水泥安定性產(chǎn)生危害。晶體尺寸隨冷卻速度而變。所以，由方鎂石引起的水泥安定性的檢驗需要更強化的條件，國家標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定采用壓蒸法檢驗。 n 國家標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定硅酸鹽水泥中MgO含量不得超過5%，只有當(dāng)壓蒸安定性試驗合格時才可以放寬到6%。第二節(jié) 熟料的率值n 目前中國水泥生產(chǎn)中普遍采用的率值為石灰飽和系數(shù)KH，硅率SM，和鋁率IM n 一、石灰飽和系數(shù)KH n （一）石灰飽和系數(shù)KH的含義 n 水泥熟料中所有氧化硅反應(yīng)生成硅酸鹽礦物（C3S+C2S）所需的氧化鈣的量與所有氧化硅反應(yīng)后全部形成C3S所需的氧化鈣的量的比值。（二）石灰飽和系數(shù)KH的公式推導(dǎo)n 假設(shè)：熟料體系中酸性氧化物形成最高堿性礦物應(yīng)該是：C3S、C3A、C4AF（計算時C4AF分解為C3A+CF） n 則每1%的酸性氧化物反應(yīng)生成上述最高堿性礦物熟料礦物所需的CaO分別可以計算如下：n CC3S=3 180。n CCF=MCaO/MFe2O3=n CaOmax=++n 實際情況：并不是所有的酸性氧化物都會按預(yù)期目標(biāo)全部與氧化鈣反應(yīng)生成最高堿度的熟料礦物。n 當(dāng)KH=2/3～，熟料礦物組成為：C3S、C2S、C3A、C4AF。（五）石灰飽和系數(shù)與熟料礦物組成之間的關(guān)系n KH=（C3S+）/（C3S+）n 推導(dǎo)過程如下： 設(shè)熟料中用于形成C3S和C2S的CaO為Cs，用于形成C3S和C2S的SiO2為Sc，則有： KH=Cs/ n 又假定熟料形成過程中先是Sc與部分Cs反應(yīng)形成C2S，此時所消耗的CaO為C1，而剩余的CaO（C2）再與先前形成的C2S作用形成C3S。C2/Mc= 180。 Cs（2）n 解方程組（1）（2）便可得到Cs和Sc、與C3S、C2S之間的關(guān)系。 n 鋁率高，熟料中C3A含量就高，C4AF含量就少。三、硅率n （一）硅率：水泥熟料中SiO2與Al2OFe2O3含量之和的比值，用SM表示，有時也用n表示， n （二）計算式如下： SM=SiO2/(Al2O3+Fe2O3) n （三）一般控制范圍為： SM：～ 特殊品種硅酸鹽水泥，硅率的取值會超出上述范圍。 n 相反，SM高，體系液相量少，熟料就難以燒成； n 游離氧化鈣難以充分吸收轉(zhuǎn)化成阿利特，熟料燒結(jié)也難，嚴(yán)重時可能還會引起熟料的粉化現(xiàn)象。四、熟料礦物組成的計算 （一） 水泥熟料礦物組成計算意義 n （1）熟料礦物組成與水泥性能之間存在一定相關(guān)性，了解礦物組成有助于指導(dǎo)生產(chǎn)，預(yù)見生產(chǎn)水泥的性能。（3180。SiO2 n C3A=180。SO3上述方法的推導(dǎo)過程如下：n C3S和C2S的計算公式的推導(dǎo)過程與上述礦物組成與率值之間關(guān)系的推導(dǎo)過程完全一樣，在中途將KH代入關(guān)系式，并整理成C3S和C2S的表達(dá)式，即可。n 設(shè)水泥熟料的礦物組成為C3S、C2S、C3A、C4AF、CaSO4，則每個熟料礦物的化學(xué)成分可計算得到，如下表所示：由上表可以得到以下關(guān)系式：n CaO=++ ++n SiO2=+ n Al2O3=+ n Fe2O3= n SO3=由熟料化學(xué)組成計算礦物組成解方程組，可以得到以下計算式： n C3S=– SiO2– Al2O3– Fe2O3– SO3n C2S= SiO2– C3S n C3A=180。SO3對計算結(jié)果的評價計算結(jié)果與實際情況往往存在一定的差別 ，主要原因在于： n （1）水泥熟料中的礦物假定只有C3S、C2S、C3A、C4AF、CaSO4，而實際上除了上述礦物之外還有其他一些礦物，如游離氧化鈣、玻璃體等。（三）熟料礦物組成的實測n 實測的方法通常有光學(xué)顯微鏡定量方法、X射線定量分析方法、紅外光譜定量分析方法等。另外，對玻璃體的分析比較困難。KH+1) 180。 (Al2O3+Fe2O3) n CaO=S(SiO2+Al2O3+Fe2O3) n 設(shè)水泥熟料氧化物組成總和為S S=CaO+SiO2+Al2O3+Fe2O3，將各氧化物組成與率值之間的關(guān)系代入KH可推導(dǎo)出上述計算公式， S的值為98左右例1: 已知熟料化學(xué)成分如表所示，試求熟料的礦物組成。 n 在中國，大部分地區(qū)的水泥廠使用的鈣質(zhì)原料主要是石灰?guī)r和泥灰?guī)r，只有河南、陜西、四川等地有儲量不大的白堊；在浙江、湖南、海南島等地有一定儲量的貝殼類原料。二 、硅鋁質(zhì)原料（一）硅鋁質(zhì)原料種類 n 天然的硅鋁質(zhì)原料包括： 黃土、粘土、頁巖、泥灰?guī)r、粉砂巖及河泥等 n 其中，黃土與粘土用得最廣。n 化學(xué)成分：氧化硅、氧化鋁 SM：~； IM：~n 密度：~（2）粘土化學(xué)成分、雜質(zhì)限制及各項工藝性能1）粘土化學(xué)成分要求： n SM：，IM：，對應(yīng)的SiO2含量為55～72%； n SM過高（），可能含粗砂過多，不易粉磨，從而對煅燒不利； n SM過低（），意味著SiO2含量偏低，主要礦物為高嶺石，不利于配料，需要添加難磨難燒的硅質(zhì)校正原料。n 礦物成分：石英、長石、云母、方解石、其他巖石碎屑。（2）煤矸石、粉煤灰：n 煤矸石是采煤時廢棄的含煤量較低的黑色廢石，經(jīng)煅燒后呈粉紅色；n 粉煤灰是火力發(fā)電廠燃煤鍋爐排出的粉狀煤渣； n 煤矸石和粉煤灰的化學(xué)成分很相似，與粘土相比SiO2偏低，Al2O3偏高。GB 502951999 《水泥工廠設(shè)計規(guī)范》n 三氧化二鐵含量大于40%；