水泥的物理化学性质 基础篇

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1、,我们一起来了解水泥工艺,基础篇 水泥的物理化学性质,第1节：水泥 第2节：生产工艺流程 第3节：破碎 第4节：粉磨 第5节：烧成 第6节：制成 第7节：包装出厂,第1节：水泥,水泥为什么会硬化？水泥的质量特点？ 怎样生产水泥 ？ 让我们慢慢揭开水泥神秘的面纱,水泥是什么？,水泥：凡细磨物料，加适量水后，成塑性浆状，即能在空气硬化，又能在水中硬化的水硬性胶凝材料，并能把沙石等材料牢固地胶结在一起的叫水泥。,我们生产的水泥定义和类型,我们生产的是硅酸盐水泥，生产的原材料主要由硅酸盐矿物组成统称为硅酸盐水泥. 颜色:灰色的粉末， 矿物组成：钙 ( 石灰石 )、 硅酸盐（砂岩）、铝酸盐 ( 黏土 或

2、页岩) 、铁酸盐（铁粉）组成。,从各种矿石开采到水泥经历一系列的变化，我们将从以下系列反应中看到物料的个种不同状态,开采 破碎 预均化 研磨 矿山 原料 经破碎的物料 初步配比的物料 校正原料煅烧 粉磨 粉料 熟料 水泥石膏 混合材,水泥的质量（标号）是由水泥28天达到的抗压强度定义的。,水泥品种：,+混合材,熟料+石膏,硅酸盐水泥,普通硅酸盐水泥,那种材料可以直接进入水泥产品中,矿渣 活性混合材 熟料 火山灰 粉煤灰 石膏,同样的熟料可以研磨出不同性能的硅酸盐水泥,提高早期强度应减小水泥颗粒度，可以得出更细的强度更高的水泥 水泥粉磨流程：,熟料 石膏 混合材,熟料是什么？,粉料通过预热、分解

3、、煅烧、冷却得到的矿物质物料。 熟料生产在那里：烧成系统。 1 配好的料粉在预热器里预热、干燥、分解。 2 热源：分解炉、回转窑。 3 冷却机：使熟料急冷，使助燃气体加热。,回转窑,冷却机,配好的料粉,预热器,熟料,粉料是什么？,粉料是通过对配好了的生料进行研磨和均化后得到一定细度的粉末状物料。 生料磨流程：,均 化 库,生料磨,原料均化堆场,粗粉,成品,原料,去预热器,破碎车间,预均化堆场,我们面对环境是责任,破,破,去生料磨,小 结,矿山,破 碎,预 均化堆库,生料磨,均化库,回转窑,篦冷机,熟料库,水泥磨,包装,水泥罐车,煤磨,你明白了吗！,料粉,研磨,分解炉,煅烧,冷却,袋装,第2节：

4、生料和熟料组份,生料经过配料和研磨后被称为生料粉。 生料粉经过煅烧后成为熟料 生料里都含什么那？ 煅烧过程都发生那些变化？ 煅烧过程都释放出什么？ 熟料里有那些矿物组成？,生 料,矿 山,开 采,砂岩 SiO2 石灰石 CaCO3 铝矾土Al2O3 铁粉 Fe2O3,如果用煤做燃料灰分中会掺入微量SiO2 Fe2O3 Al2O3,你将收获它!,石灰石和硅质原料(黏土砂岩)不是很纯,互相掺有成分.为了达到一个合理的配值,人们会使用一些辅助纯净产品来补充这四种化学成分.生料由四种化学成分组成: CaO SiO2 Fe2O3 Al2O3,煅烧,煅烧生料要成为熟料,主要经过两个阶段.1 分解 2 烧结

5、 第一阶段：分解CaCO3 820- 900 CaO + CO2 煅烧过程中释放的主要气体CO2。术语：LOSS。LOSS 烧矢量：表示生料煅烧成为熟料释放出的气体的生料百分比。 CO2 %= 44/100 CaCO3 第二阶段：煅烧 CaO和其它物质相结合的最后阶段被称之为烧结。 3C+A 1260-1338 C3A （液态） 4C+A+F 1260-1338 C4AF 2C+S 1338-1420 C2S(固态熟料) 3C+S 13381420 C3S（固态熟料） 这就是熟料中的四种矿物。熟料的矿物组成：两种硅酸盐，两种铝酸盐。,煅 烧,1000克熟料中： C3S=3*56=228g C2

6、S=2*56=172g C3A=3*56+102=270g C4AF=4*56+102+160=486g,生料惰性物质,SiO2 Fe2O3 CaOAl203, 烧失量 CO2,煅烧,熟料活性物质,C3S,C2S,C3A,C4AF,四种化学成分的比例决定熟料质量. 如果生料中的四种成分有任何变化熟料中的矿物质的比例就会发生相应的变化.并因此改变熟料质量.,第3节：熟料质量, 水泥的水化、凝结、强度。熟料矿物的水硬特性。煅烧和急冷的影响。不同类型熟料组成的实施。 水化：水化是一种水硬产品与水反应结晶时其强度得到提高。短时间的水化被之凝结。 加入石膏的目的：在于延缓和调节凝结时间。 28天的抗压强

7、度是水泥进行分级的依据 凝结：凝结的原因：C3A首先凝结，因为它的亲水性极强，它的水化速度很快。 由于熟料中的f-CaO的存在和石膏的添加。 C3A+C+nH C2AH8 + C4AH13 + 释放大量的热 C3A 的强度在头两天迅速增加，然后它就相对保持低强，不在变化。 在熟料的矿物里，C3A对水泥的凝结时间起着极为重要的影响，并会促进水泥的早期强度。 影响水泥凝结时间的因素还有：1石膏的掺加量。2 C3A含量的提高。 3 熟料研磨的细度。,强度,产生强度的首要原因：C3SC3S的水化：C3S决定水泥的28天强度，C3A决定水泥的凝结时间 为了熟料易于煅烧人们在生料中加入Fe2O3 ，使熟料

8、中就产生了一种新矿物C4AF。 C4AF不具有明显的水硬性。 关于C2S是一种过渡矿物质。,C3S + 3H CHS + 2 CH 释放出热量 C3S + 3H2O CHS + 2Ca（OH）2,C2S + C 1420 C3S,为全部形成C3S应该有： 1 足够未化合的CaO 2 高于1420的温度 3 分布均匀的温度 4 C2S和CaO有足够的反应时间,在工业条件下，由于四个条件很难满足所以：熟料中将残留尚未转变的C2S。这种熟料很难研磨,Ca（OH）2可导致水泥构件脆性，数量要少些,28天 一年 时间,C2S,C3S,强度,结论：C2S水化缓慢，但一年以后强度和C3S一样。,C3S和C2

9、S的水化反应：,C3S+3H CSH+2Ca（OH）2 + 热量,C2S+3H 水化慢 CSH+2Ca（OH）2+ 热量,煅烧和冷却对熟料质量的影响,过 度 煅 烧,C3S强度,C3S晶体尺寸,水化时攻击点消失,水 化 困 难,早期强度,煅烧过度将增加热耗，研磨时消耗更高,易磨性,研磨不佳的危险,研磨能耗,冷 却 过 慢,C3S C2S,需要更多的能量,同 样 产 品,强 度 不 变,四种矿物决定水泥的强度和凝结时间,小结,熟料矿物组成： C3S 55-65% C2S 11-21% C4AF 5-15% C3A 8-12%,熟 料,水 泥,+ =,石 膏,水,C3A决定水泥凝结时间 C3S决定

10、水泥28天强度 C2S晚期强度 C4AF较小的水硬性,随 时 间 硬 化 的 产 品,根据某种水泥特性和矿物水化特性。可以推出熟料矿物组成。,利用化学分析结果，并借助于鲍格公式，确定矿物组成,第4节：熟料的微量元素 第一种微量元素： 游离钙 f-CaO 煅烧对熟料中游离钙的影响：,f-CaO的来源： CaCO3 CaO + CO2 煤中带入,f-CaO高的危害: 水化时产生膨胀, 体积扩大1.6倍.,f-CaO =膨胀,对于配料良好的生料来讲,游离钙的多少,显示着烧成的状况,第二种微量元素 ： 碱 K Na 来源: 生料中的黏土,煤粉中带入.在熟料中的存在形式: 以硫酸盐的形式(可容性碱) K

11、2SO3 和 Na2SO3或吸收到晶格中的碱.对熟料质量的影响: 提高1-3天强度.降低28天强度.并影响水泥的和易性(稠度增加).,Ca2SO3 可以延长水泥凝结时间, 提高熟料硬度(难磨),第三种微量元素 ： 氧化镁 MgO 来源：碳酸盐分解中产生的。性质：当氧化镁以晶体存在时 它的水化速度很缓慢。如果混凝土暴露在一定温度下。几年后会产生极大的膨胀。控制方法：使熟料迅速急冷，使液相固化将氧化镁吸收（防止其结晶）。,熟料矿物生成顺序： C4AF C3A C2S C3S,第5节：熟料率值, 氧化钙不饱和系数 SM 硅酸率 N 碳酸盐品位, AM 铝氧率 P,熟 料 率 值,氧化钙饱和系数,影响

12、1、7、28天强度,SM硅酸率,影响易烧性,AM铝氧率,影响凝结时间和水化性, 氧化钙不饱和系数第一种情况： 0 为控制C3S/C2S的比例，应限制值。通常 3%7% 如果7% 则氧化钙含量不足。第二种情况： = 0如果煅烧理想的话：= 0 则 f-CaO C2S 的值为0 。,F+A+S+C,这种情况是不存在的。 C2S（10-20%）很多的（3-7%）f-CaO。第三种情况： 0无论烧成质量如何 熟料中的f-CaO含量会很高。,2.8S +1.65A + 0.35F-C, SM 硅酸率 SM = S / A+F 硅酸率是生料中氧化硅和熔剂的比例。是易烧性的指示。,A + F,C3A+C4A

13、F,LP,烧结时间,f-CaO,更易烧结,2.2SM3.2,硅酸率为2.2%以便获得足够的C2S、C3S 和较高的物理强度,硅酸率最高不能超过3.2%最低限度地保证溶剂量(液相), AM 铝氧率 AM = A / F 通过AM 来控制 C3A /C4AF 的比例。1AM2.5,小 结,氧化钙不饱和系数,03% C3S含量高难于煅烧 含少量 f-CaO C2S 7% CaO 含量不足. C3S少且强度不足.,硅酸率 SM,SM2.2 容易煅烧.强度低. SM3.2 难于煅烧 强度高,铝氧率 AM,C3A/C4AF 比例的控制. AM0.683 没有C3A,可以控制的两个方面： 化学成分 化验室控制 生料细度 生产部控制,生料化学成分变化原因： 1 矿山原料质量自然的变化。 2 原料配料称的可靠性问题。 3 熟料转变类型。,第 6节：生料对煅烧的影响 化学成分的影响 细度的影响 原料地质成分的影响,在SM AM 恒定时， 下降的变化：熟料强度、易磨性、热耗、f-CaO都相应的提高变化。,