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1、2 硅酸盐水泥生产技术,2.1硅酸盐水泥生产概述(GB175-2007),2.1.1定义与分类,定义： 通用硅酸盐水泥：以硅酸盐水泥熟料和适量的石膏及规定的混合材料制成的水硬性胶凝材料。,分类： 按混合材品种和掺量：硅酸盐水泥、普通硅酸盐水泥 、矿渣硅酸盐水泥 、火山灰质硅酸盐水泥 、粉煤灰硅酸盐水泥和复合硅酸盐水泥。,2.1.2组分与材料,(1)组分: 品种 熟料 粒化高炉 火山灰 粉煤灰 石灰石 +石膏 矿渣 P 100 P 95 5 95 5 PO 80且5且20 PSA 50且20且50 PSB 30且50且70 PP 60且20且40 PF 60且20且40 PC 50且20且50,
2、(2)材料,硅酸盐水泥熟料： 以适当成分的生料烧至部分熔融,所得以 硅酸钙为主要成分的产物(66%,CaO/SiO2 2.0) 石膏： (天然:GB/T 5483,工业副产品: 硫酸钙为主) 活性混合材料：指具有火山灰性或潜在水硬性的混合材料。 (GB/T1596的粉煤灰,GB/T2847的火山灰, GB/T203的粒化高炉矿渣) 非活性混合材料： (石灰石中Al2O32.5%) 窑灰：从回转窑窑尾废气中收集下的粉尘, (JC/T 742) 助磨剂： JC/T 667,加入量(水泥质量)1%,2.1.3 强度等级,硅酸盐水泥： 42.5 、42.5R 、 52.5 、52.5R 、 62.5
3、、62.5R,普通硅酸盐水泥: 42.5 、42.5R 、 52.5 、52.5R,其它: 32.5 、32.5R 、 42.5 、42.5R 、 52.5 、52.5R,2.1.4技术要求,(1) 化学指标 品种 不溶物 烧失量 三氧化硫 氧化镁 氯离子 P 0.75 3.0 P 1.50 3.5 3.5 5.0 PO 5.0 PSA 6.0 0.06 PSB 4.0 PP PF 3.5 6.0 PC,(2) 物理指标,安定性:沸煮法合格,强度:不同品种等级的通用硅酸盐水泥符合各龄期的强度。,凝结时间: 硅酸盐水泥初凝不小于45min,终凝不大于390min 。 其它：初凝不小于45min,
4、终凝不大于600min 。,细度: 硅酸盐水泥和普通硅酸盐水泥比表面积不小于300m2/kg 其它以筛余表示,80m方孔筛筛余不大于10%, 45m方孔筛筛余不大于30%.,碱含量(选择性指标): Na2O+0.658K2O(不大于0.60%或双方协定),2.1.5 判定规则,合格品: 化学指标,凝结时间,安定性,强度符合本标准为合格品。,不合格品： 化学指标,凝结时间,安定性,强度中任何一项技术要求不符合 本标准为不合格品。,硅酸盐水泥的生产方法: 三个阶段: 两磨一烧,生料制备,熟料煅烧,水泥的制成,生产方法： 干 法：原料烘干，粉碎制成生料粉 半干法：生料粉+水，制成生料球 湿 法：原料
5、+水，粉磨成生料浆,悬浮预热器窑(50年代)；窑外分解技术(70年代) 特点:总能耗低,经济效益好，但投资较高。,2.2硅酸盐水泥的生产方法,2.3 新型干法水泥生产,新型干法水泥生产工艺流程,石灰石,粘 土,破碎,破碎,预均化场,铁质,生料磨,悬浮预热器、分解炉,回转窑,冷却,熟料库,石 膏,球磨机,水泥,出厂,水泥熟料中各氧化物的含量对水泥的性质有极大影响，从氧化物的含量，大致可推断水泥的性质。,2.4 硅酸盐水泥熟料的组成,2.4.1化学组成,硅酸盐水泥熟料主要由CaO、SiO2、Al2O3、Fe2O3四种氧化物组成，含量占95%以上，此外还有少量其它氧化物。四种主要氧化物含量的波动范围
6、为： CaO 6267% SiO2 2024% Al2O3 47% Fe2O3 2.56.0%,2.4.2 熟料的矿物组成 硅酸三钙 3CaOSiO2(C3S)；硅酸二钙2CaOSiO2(C2S)； 铝酸三钙 3CaOAl2O3(C3A)； 铁铝酸四钙 4CaOAl2O3Fe2O3(C4AF)。 决定硅酸盐水泥的主要性质，在硅酸盐水泥熟料中，四种矿物占95%以上。 硅酸盐矿物: C3S+C2S 75%左右 熔剂矿物:C3A+C4AF 22%左右， 波动范围如下： C3S 3760% C2S 1537% C3A 715% C4AF 1018% 另外，还有少量的游离氧化钙（fCaO）、方镁石（结晶
7、氧化镁）、含碱矿物和玻璃体等。,2.4.3化学成分与矿物组成间的关系 熟料中的主要矿物由各主要氧化物经高温煅烧化合而成，熟料矿物组成取决于化学组成，控制合适的熟料化学成分是获得优质水泥熟料的中心环节，根据熟料化学成分也可推测出熟料中各矿物的相对含量高低。,氧化钙（CaO）,CaO是水泥熟料中最重要的成分，与其它氧化物形成四种主要矿物。,但CaO含量过高易产生fCaO。,CaOC3S水泥强度， CaO则C3S，C2S。,二氧化硅（SiO2）,SiO2也是水泥熟料的主要成分之一，与CaO形成硅酸盐矿物。,SiO2C2S，C3S，影响水泥质量，煅烧时液相量少，烧成困难，熟料易“粉化”。,SiO2则硅
8、酸盐矿物少，熔剂矿物增加，会降低水泥强度，煅烧时液相量，易结大块。,三氧化二铝（Al2O3）,与CaO 、 Fe2O3生成C3A、C4AF。,Al2O3C3A多，水泥凝结硬化速度快，水化热大， 抗硫酸盐性能变差。 Al2O3过高，煅烧时液相粘度大，不利于C3S形成， 易结大块。,三氧化二铁（Fe2O3）,与CaO、Al2O3形成C4AF 。,Fe2O3可降低液相粘度，降低熟料烧成温度，加速 C3S形成，提高水泥抗硫酸盐性能，但凝结硬化变慢。 Fe2O3过高，易结大块。,氧化镁（MgO） 少量氧化镁时，能降低熟料液相生成温度，增加液相量，降低液相粘度，有利于熟料形成，还能改善熟料色泽。 氧化镁过
9、高会造成水泥安定性不良。 碱（K2ONa2O） 碱易挥发，温度降低时又重新冷凝，易导致结皮、结圈和预热器堵塞。碱含量过高时易使水泥产生急凝，与活性集料产生碱集料反应。,三氧化硫（SO3） 适量SO3在烧成过程中可起矿化剂作用，在水泥中作 缓凝剂，SO3过多会导致安定性不良。 氧化钛（TiO2） 少量TiO2对能提高熟料强度，过高时则会降低水泥强度 氧化磷（P2O5） 少量P2O5对C2S有稳定作用，可提高熟料强度， 但过高时会导致C3S分解，使强度降低，硬化过程变慢。,2.4.4熟料矿物的特性 C3S C3S是熟料的主要矿物，含量通常为50%左右。 C3S有三个晶系的七种变型，在1250以下分
10、解为C2S和CaO，但反应非常缓慢，使C3S在室温下呈介稳状态存在。 存在形式: A矿(阿利特) 形态：A矿通常为板状或柱状晶体，在显微镜下大多呈六角形。 特性：硅酸三钙凝结时间正常，水化较快，强度发展快，早期强度高，且强度增进率大（28天强度可达到一年强度的7080%）。但水化热高，抗水性差。,C2S 含量:一般为20%左右， 晶型:-C2S、-C2S、-C2S、-C2S， 当烧成温度低，液相量不足，C2S含量高，冷却速度慢，窑内还原气氛严重时，C2S在低于500时，容易由C2S转变为几乎无水硬性的C2S，体积膨胀10%，造成熟料粉化。液相量较多，采用急冷时，可防止C2S晶型转变。,存在形式
11、: B矿(贝利特) 形态：贝利特晶体多数呈圆形或椭圆形，表面光滑或有双晶纹。 特性：B矿凝结硬化慢，早期强度低，但28天以后，强度仍能很快增长，约在一年后可达到A矿的强度，B矿水化热小，抗水性好，因而对大体积工程，适当提高C2S含量，降低C3S含量是有利的。,C3A 含量:715% 存在形式:C3A和C12A7，可固溶少量其它氧化物。 形态：快冷时呈点滴状，慢冷时呈矩形或柱状，反光能 力弱，一般称为黑色中间相。(Al2O3含量较高的 慢冷熟料中，才结晶出较完整的大晶体，熟料质 量比较差)。 特性：水化非常迅速，其强度3天内就能充分发挥出来， 早期强度高，但绝对值小，后期几乎不再增长， 甚至倒缩
12、。水化时放热多，凝结很快，干缩变形 大，抗硫酸盐性能差。,C4AF 含量:1018% 存在形式: C矿(才利特) 形态：C矿常呈棱柱状和圆粒状晶体，反射能力强，呈白色，称白色中间相。 特性：水化速度在早期介于C3A 和C3S之间,硬化较慢， 后期强度较高，抗冲击性能和抗硫酸盐性能较 好，水化热较低。,玻璃体 来源:急冷 特点:质点排列无序,组成不定 主要成分: CaO、Al2O3 、Fe2O3 、少量MgO 、K2O 、Na2O 含量变化:快冷,玻璃体含量多,反之亦然. 正常冷却(221%)；急冷(822%)；慢冷(02%) 玻璃体处于不稳定状态，水化热大，含量多会影响熟 料正常颜色；玻璃体包
13、裹住- C2S时，能防止其转变。,四、游离CaO和方镁石,(1) 经高温煅烧未化合的CaO,(2)C3S分解,(3)碱取代C3S等矿物中CaO形成,特点:结构较致密,水化速度很慢, (后果:水泥制件强度下降,开裂甚至崩溃) 含量要求:回转窑(1.0%)；立窑(2.5%) 鉴别:在偏光镜下为无色圆形颗粒,有明显解理,反光镜下用蒸馏水侵蚀后呈彩虹色.,产生:,游离CaO,方镁石,溶解于C4AF，C3S中形成固溶体,溶于玻璃体中,以游离方镁石的形式存在于熟料中,研究证明：以方镁石存在时，水化速度慢（0.51年明显）体积膨胀148%，导致安定性不良。,影响程度：1m时， 含量5%引起微膨胀； 57m时
14、，含量3%严重膨胀,生产上采取快冷的措施。,MgO存在形式,综上所述：硅酸盐水泥矿物组成很复杂，它是一个多 矿物及玻璃体组成的集合体。主要矿物组成： C3S 、C2S、C3A 、 C4AF,水泥质量水泥强度熟料矿物组成,28d强度绝对值： C3S C4AF C3A C4AF C3S C2S 水化热：C3A C3S C4AF C2S,2.5硅酸盐水泥熟料的率值,主要概念: 率值 硅率(SM) 铝率(IM) 石灰饱和系数 (KH),主要内容: 2.5.1 硅率 2.5.2 铝率 2.5.3 石灰饱和系数,率值:硅酸盐水泥熟料中各氧化物之间的比例关系的系数。 硅酸盐水泥熟料中各氧化物并不是以单独状态
15、存在，而是由各种氧化物化合成的多矿物集合体。因此在水泥生产中不仅控制各氧化物含量，还控制各氧化物之间比例即率值。 在一定工艺条件下，率值是质量控制的基本要素。因此，国内外水泥厂都把率值作为控制生产的主要指标，我国主要采用石灰饱和系数（KH）、硅率（SM）、 铝率（IM）三个率值。,2.5.1 硅率,表示水泥熟料中SiO2与Al2O3、Fe2O3之和的比值， 也表示熟料中硅酸盐矿物与熔剂矿物的比例。 常用n或SM表示。,SM高硅酸盐矿物含量多熟料质量高但烧成困难； SM低液相量多易烧性好但熔剂矿物高,硅酸盐矿物减少 会降低熟料强度，SM过低时易结大块。 硅酸盐水泥熟料的n波动在1.72.7的范围内。,SM= SiO2 / Al2O3 + Fe2O3,2.5.2 铝率,又称铝率或铁率，表示熟料中氧化铝和氧化铁之比， 也表示熟料熔剂矿物中C3A与C4AF的比例。 用p或IM表示。,IM= Al2O3 / Fe2O3,IMC3A,C4AF水泥趋于早凝早强；但
