【正文】 于1250～1280℃開始熔融轉(zhuǎn)變?yōu)橐合啵Ｖ饕嬖趩栴}n （1）人均產(chǎn)量遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于世界先進(jìn)水平； n （2）水泥廠設(shè)備守舊、技術(shù)落后； n （3）小水泥廠占相當(dāng)大部分 ； n （4）大水泥廠中濕法占一半以上； n （5）環(huán)境污染嚴(yán)重、水泥質(zhì)量不夠穩(wěn)定； n （6）中小水泥廠多、規(guī)模化、集團(tuán)化大企業(yè)少。1949年，全國水泥總產(chǎn)量為66萬噸。生產(chǎn)過程采用計算機(jī)集中或分散控制。出現(xiàn)單筒冷卻機(jī)、立式磨、單倉鋼球磨 。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。 （2）水泥是無機(jī)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。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。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(jī)械強(qiáng)度的物質(zhì)，稱為膠凝材料，有時也稱之為膠結(jié)材。 另外，嚴(yán)格地說，膠凝材料與膠結(jié)材料是有區(qū)別的。英國阿斯普丁(J. A. spdin)于1824年首先取得了該項(xiàng)產(chǎn)品的專利權(quán)。與其他有機(jī)樹脂類膠凝材料相區(qū)別。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 1905年：發(fā)明了濕法回轉(zhuǎn)窯。2003年世界水泥產(chǎn)量14億噸。 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(yàn)，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。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。 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%。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。n 正交偏光鏡下：阿利特呈灰色、深灰色干涉色。 n 含1%Al2O3以及等當(dāng)量的MgO的阿利特比純的C3S的早期強(qiáng)度高得多。 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。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。利用貝利特的這一特點(diǎn)，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 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。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(qiáng)，反光鏡下呈亮白色，故稱白色中間相。 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。 n 氧化鎂也有類似的情況。由此對水泥硬化體產(chǎn)生潛在破壞作用，表現(xiàn)為抗折強(qiáng)度下降，2天強(qiáng)度倒縮，水泥石變形、開裂甚至破壞等安定性不良。晶體尺寸隨冷卻速度而變。 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(yàn)合格時才可以放寬到6%。（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 當(dāng)KH=2/3～，熟料礦物組成為：C3S、C2S、C3A、C4AF。C2/Mc= 180。 n 鋁率高，熟料中C3A含量就高，C4AF含量就少。 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。（3180。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。SO3對計算結(jié)果的評價計算結(jié)果與實(shí)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(shí)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。另外，對玻璃體的分析比較困難。 (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。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 礦物成分：石英、長石、云母、方解石、其他巖石碎屑。GB 502951999 《水泥工廠設(shè)計規(guī)范》n 三氧化二鐵含量大于40%；n 氧化鎂（MgO）含量小于3%；n K2O+Na2O含量小于2%。六、調(diào)凝劑調(diào)凝劑的種類n 石膏n 國家標(biāo)準(zhǔn)GB/T54831996 《石膏和硬石膏》對用作水泥調(diào)凝劑、石膏膠凝材料以及其他各類用途的天然石膏和硬石膏礦產(chǎn)品做出了規(guī)定，將其按礦物組分分為以下三類：n G類 稱為石膏產(chǎn)品。2H2O)]＜ 。 原料的選擇216。 化學(xué)成分可在一定范圍內(nèi)變動，可以采用多種配料方案216。n 煅燒溫度為1350℃時測得的易燒性稱為“實(shí)用易燒性”。n 如果不考慮生產(chǎn)損失，則干燥原料的質(zhì)量應(yīng)等于生料的質(zhì)量，即干石灰石+干粘土+干鐵粉=干生料灼燒基準(zhǔn)n 去掉燒失量（結(jié)晶水、二氧化碳與揮發(fā)物質(zhì)等）后，生料處于灼燒狀態(tài)。 100 =pAyS/100原料化學(xué)成分基準(zhǔn)換算 n 應(yīng)用基（y）、灼燒基（z） n 設(shè)原料應(yīng)用基水分為W，燒失量為L，則 Xz i=Xy i (100L)/100 T = S Xz i （四）不同的配料計算方法n 代數(shù)法 n 嘗試誤差法（遞減試湊法 ）n 礦物組成法n 最小二乘法n 圖解法（五）計算實(shí)例嘗試誤差法原理：n （1）先按假定的原料配合比計算熟料組成，若計算結(jié)果不符合要求，則調(diào)整原料配合比，再進(jìn)行重復(fù)計算，直至符合要求為止。216。n KH=（）/=（） /（）=n SM=SC/(AC+FC)=(+)=n IM=AC/FC=n 所得結(jié)果KH、SM、IM均在要求范圍內(nèi)或接近于要求范圍。 n （2）計算以100公斤熟料中煤灰的摻入比例 以q=3350kJ/kgcli.， Qy=20930kJ/kgcoal, Ay=%，S=100%代入煤灰摻入量計算公式： Ga= (q/Qy) Ay S247。 n 高嶺石（Al2O3n 伊利石脫水時伴隨有體積膨脹n 而高嶺土和蒙脫石則是體積收縮n 所以立窯和立波爾窯生產(chǎn)時，不宜采用以伊利石為主導(dǎo)礦物的粘土，否則料球的熱穩(wěn)定性差，入窯后會引起炸裂、嚴(yán)重影響窯內(nèi)通風(fēng)。 傳質(zhì)n 化學(xué)反應(yīng)過程碳酸鈣分解反應(yīng)過程的控制因素n （1）不同粒度碳酸鈣粒子的分解過程控制機(jī)制n 根據(jù)B. Vosteen的計算，當(dāng)碳酸鈣顆粒尺寸小于30mm時，傳熱和傳質(zhì)過程速度很快，整個過程的速度主要取決于碳酸鈣的分解反應(yīng)過程； n ，傳熱、傳質(zhì)和化學(xué)反應(yīng)速度不相上下； n 當(dāng)碳酸鈣顆粒尺寸約為1cm時，傳熱和傳質(zhì)速度很慢，化學(xué)反應(yīng)不再是整個過程的控制因素。（四）影響碳酸鈣分解反應(yīng)的因素 n （1）石灰石的結(jié)構(gòu)和物理性質(zhì)n 結(jié)構(gòu)致密、質(zhì)點(diǎn)排列整齊，結(jié)晶粗大，晶體缺陷少的石灰石，質(zhì)地堅硬，分解反應(yīng)困難，如大理石等。Al2O3 (CA )n CaO+Fe2O3 → CaOSiO2 (C2AS) n 12CaO水泥熟料礦物的固相反應(yīng)是放熱反應(yīng)。生料細(xì)度與固相反應(yīng)n %，燒成溫度為1400℃%； n %，燒成溫度為1400℃%以下 溫度和時間 n 當(dāng)溫度較低時，固體的化學(xué)活性低，質(zhì)點(diǎn)的擴(kuò)散和遷移速度很慢，因此固相反應(yīng)通常需要在較高的溫度下進(jìn)行，提高反應(yīng)溫度，可加速固相反應(yīng)。n 組分性質(zhì)與數(shù)目都影響系統(tǒng)的最低共溶溫度。 Fe2O3=n 當(dāng)生料組成點(diǎn)位于T2C3SC2SC4AF四面體之內(nèi)時（圖41M點(diǎn)，IM＜），加熱過程中首先是C3A消失。而在最低共熔物中，%，%，則生成C3A中的每1%Al2O3可以生成液相量為：1/180。 n 礦化劑和其他微量元素對降低共熔溫度有一定作用。 原料性質(zhì) n 當(dāng)原料中含有結(jié)晶 SiO2 （如隧石、石英砂等）和結(jié)晶方解石時，由于破壞其晶格困難，所以使固相反應(yīng)的速度明顯降低，特別是原料中含有粗粒石英砂時，其影響更大。n 通常固相反應(yīng)總是發(fā)生在兩組分界面上，為非均相反應(yīng)，對于粒狀物料，反應(yīng)首先是通過顆粒間的接觸點(diǎn)或面進(jìn)行，隨后是反應(yīng)物通過產(chǎn)物層進(jìn)行擴(kuò)散遷移。Al2O3) (C3A) n 7(2CaOSiO2 (C2S)n 800～900℃：C12AC2F開始形成n 7(CaOn （2） 生料細(xì)度n 生料細(xì)度細(xì)，顆粒均勻，粗粒少，而且生料的比表面積增加，使傳熱和傳質(zhì)速度加快，有利于分解反應(yīng)。盡管生料中有＞90%的顆粒小于80mm，生料中碳酸鈣的分解主要取決于傳熱和傳質(zhì)過程，而不是化學(xué)反應(yīng)過程； n 在立窯和立波爾窯內(nèi)，雖然傳熱面積大于回轉(zhuǎn)窯，但是由于料球顆粒較大，決定碳酸鈣分解過程的因素仍然是傳熱和傳質(zhì)過程； n 只有在分解爐內(nèi)生料中碳酸鈣的分解才取決于化學(xué)反應(yīng)過程。n 受系統(tǒng)溫度和周圍介質(zhì)中 CO2的分壓影響較大，在 CaCO3 的分解反應(yīng)中，CO2 的分壓、CO2 濃度和分解溫度之間存在著一定關(guān)系，為了使分解順利進(jìn)行，必須保持較高的反應(yīng)溫度，降低周圍介質(zhì)中CO2分壓或減少CO2濃度。2H2O）加熱過程中脫水分解，一般認(rèn)為形成了無定形的SiO2和Al2O3； Al2O3SM177。遞減試湊法n （1）熟料氧化物組成總和S的設(shè)定 n （2）根據(jù)假定的S值和預(yù)定的目標(biāo)率值（KH0、SM0、IM0）計算出熟料的目標(biāo)氧化物組成。n GA=%，則灼燒生料配合比為（）%=%。例題：n 已知原料、燃料的有關(guān)分析數(shù)據(jù)見表37和表38。n 灼燒基準(zhǔn)用于計算灼燒原料的配合比和熟料的化學(xué)成分。二、配料計算（一）配料計算的目的和意義 n （1）計算出各種原料之間的配合比（灼燒基、干基、天然含水基）； n （2）計算出配合生料的化學(xué)組成、熟料的化學(xué)組成和礦物組成。 根據(jù)其特殊要求，選擇合適的礦物組成原料品質(zhì)n 原料的化學(xué)成分和工藝性能對熟料礦物組成的選擇有很大影響n 一般情況下，盡量采用少加校正原料的配料方案n 配料方案不能保證正常生產(chǎn)時，才考慮更換原料或摻加另一種校正原料燃料品質(zhì)n 燃料品質(zhì)既影響煅燒過程又影響熟料質(zhì)量n 例如：發(fā)熱量高的優(yōu)質(zhì)燃料，其火焰溫度高，熟料的KH可高些；若燃料質(zhì)量差，除了火焰溫度低外，還會因煤灰的沉落不均勻，降低熟料質(zhì)量。 配料計算n 配料的目的： 確定各原料的數(shù)量比例，以保證生產(chǎn)出符合要求的水泥熟料。如有特殊要求，由供需雙方商定；n 分級 各類產(chǎn)品按其品位分級，并應(yīng)符合表33的要求。2H2O）的質(zhì)量分?jǐn)?shù)表示其品位；n A類 稱為硬石膏產(chǎn)品。硅質(zhì)校正原料質(zhì)量指標(biāo)GB 502951999 《水泥工廠設(shè)計規(guī)范》n 二氧化硅含量大于80%或硅酸率大于4；n 氧化鎂（MgO）含量小于3%；n K2O+Na2O含量小于2%。利用廢棄物作硅鋁質(zhì)原料n 赤泥n 煤矸石n 城市污泥n 油頁巖渣n 粉煤灰（1）赤泥： n 燒結(jié)法煉鋁過程中排出的漿狀粉體廢渣； n 。隨風(fēng)化程度的不同，其內(nèi)的礦物種類也各有差異，粘粒含量也不同。n 解：C3S/C2S=(3KH2)/[(1KH)] =(3)/[()]=所以，C3S占硅酸鹽礦物（C3S+C2S）的百分比為C3S/(C3S+C2S)100%=(1+)100% =%第三章 硅酸鹽水泥的原燃料及配料第一節(jié) 原料一 、 石灰質(zhì)（鈣質(zhì)）原料（一）石灰石原料品種 n 天然石灰石原料主要品種有：石灰石、泥灰?guī)r、白堊、貝殼等。 n 在比較理想的情況下，X射線衍射法分析結(jié)果的可能誤差為：C3S：25%，C2S：59%，C3A：%，C4AF：%。n （3）假定上述四種礦物的組成與分子式完全吻合，實(shí)際上并不是如此，往往形成固溶體，尤其是鐵相固溶體的成分變化更大。 n C3A的場合只要將總的Al2O3中扣除形成C4AF所消耗的Al2O3，剩下