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1、浙江浦高管桩试验员学习资料第一部分 原材料水泥管桩厂主要原材料水泥是管桩生产的关键，混凝土早期强度、混疑土和易性、管桩内壁成型、减水剂掺量、后期增长强度等都与水泥的各主要质量指标有很大的关系，我们作为试验室工作人员对水泥的生产工艺、种类以及主要质量指标必须有所了解，熟悉这些质量指标对管桩生产的影响，为管桩厂的水泥品牌、型号选择提供理论基础和依据。水泥的品种很多，按大类可分为通用水泥、特种水泥和专用水泥三类。普通混凝土常用的是通用水泥，主要有五种：即硅酸盐水泥、普通硅酸盐水泥（参考学习国家标准GB1752008）、矿渣硅酸盐水泥、火山灰质硅酸盐水泥及粉煤灰硅酸盐水泥（以上三种水泥参看国家标准GB
2、13442003）。 各类水尼主要组成成分特性如下：一 硅酸盐水泥凡由硅酸盐水泥熟料、05%石灰石或粒化高炉矿渣、适量石膏磨细制成的水硬性胶凝材料，称为硅酸盐水泥（即国外通称的波特兰水泥）。硅酸盐水泥分两种类型：不掺加混合材料的称I类硅酸盐水泥，代号P。在硅酸盐水泥粉磨时掺加不超过水泥质量5%石灰石或粒化高炉矿渣混合材料的称型硅酸盐水泥，代号P。其特性是：早期及后期强度都较高，在低温下强度增长比其他水泥低，抗冻、耐磨性都好，但水化热较高，抗腐蚀性较差。二 普通硅酸盐水泥凡由硅酸盐水泥熟料、6%15%混合材料、适量石膏磨细制成的水硬性胶凝材料，称为普通硅酸盐水泥（简称普通水泥），代号PO。普通硅
3、酸盐水泥的特性除早期强度比硅酸盐水泥稍低外，其他性质与硅酸盐水泥相近。 （说明1：掺活性混合材料时，最大掺量不得超过15%，其中允许用不超过水泥质量5%的窑灰或不超过水泥质量10%的非活性混合材料来代替。掺非活性混合材料时，最大掺量不得超过水泥质量10%）（说明2：活性混合材料：指符合GB1596 的粉煤灰、符合GB2847 的火山灰质混合材料和符合GB203的粒化高炉矿渣。窑灰：指从水泥回转窑窑尾废气中收集下的粉尘。其质量必须符合国家建材行业标准（标准号失忆待查） 的规定。非活性混合材料：指活性指标低于GB/T203、GB/T1596、GB/T2847 标准要求的粒化高炉矿渣、粉煤灰、火山灰
4、性质混合材料以及砂岩和石灰石。石灰石中的三氧化二铝含量不得超过2.5%。 目前国内管桩行业使用的水泥都是硅酸盐水泥和普通硅酸水泥两种，按着管桩的生产工艺要求，如果仅仅是出于技术层面原因硅酸盐水泥是最好的选择，但对水泥品种的选择时，水泥价格、采购渠道等综合因素都是要考虑的因素，所以使用普通硅酸盐水泥目前是管桩行业的主流。但我们无防对矿渣硅酸盐水泥也做一些粗步的了解：矿渣水泥的特性是：早期强度较低，在低温环境中强度增长较慢，但后期强度增长快，水化热较低，抗硫酸盐侵蚀性较好，耐热性较好，所以一般用于有酸性蚀腐、又大又厚体积、严寒环境下的工程选用。 水泥的生产工艺分为三种：机立窑生产、湿法回转窑生产、
5、干法回转窑生产。机立窑生产锻烧工艺简单，一般都产能小，质量不稳定，所以一般都是小厂（单台生产规模一般都小于20万吨/年），所以管桩生产原则上禁用立窑生产的水泥。温法回转窑就是将各种原材料加水磨成料浆再进行煅烧的生产工艺，所以生料均化效果好，煅烧均匀，熟料质量稳定，是在我国90年代以前大型水泥厂最主要的生产工艺，产品也广泛用于国家重点工程。但湿法生产是把料浆锻烧成水泥熟料，所以能耗特别高，90年代后这种生产工艺逐步淘汰。干法窑外分解回转窑生产是我国90年后从国外引进的水泥生产艺，就是把各种原材料预先加热烘干分解锻烧，能耗低、产能大，是我国目前大型水泥厂最主要的生产方式。但这种生产工艺决定水泥质量
6、的关键是对水泥生料的均化效果。所以如果我们去考察水泥厂的质量时，水泥厂均化库的设计、管理是考察的重点。 水泥的主要是由石灰石、粘土、铁矿粉按比例磨细混合，这时候的混合物叫生料。然后进行煅烧，一般温度在1450度左右，煅烧后的产物叫熟料。然后将熟料和石膏一起磨细，按比例混合，才称之为水泥。 熟料矿物组成成份主要有：硅酸三钙（3CaOSiO2，通常简写为C3S） 、硅酸二钙（2CaOSiO2。通常简写为C2S）、铝酸三钙（3CaOAl2O3，通常简写为C3A）, 铁铝酸四钙（4CaOAl2O3Fe2O3 ，通常简写为C4AF）、石膏（化学名称就是二水硫酸钙，用分子表示就是Ca2SO4H2O，其在水
7、泥中的作用主要是起到缓凝作用）。水泥的化学成分主要是氧化钙（CaO）、二氧化硅（SiO2）、三氧化二铁（Fe2O3）、三氧化二铝（Al2O3）三氧化硫（SO3）。并且还有少量的氧化镁（MgO）、游离氧化钙（F-CaO）,这两种成份都遇水成碱化物是水泥的有害成份，且化学反速度极慢，是水泥厂严格控制的指标，它是影响水泥安定性不合格的主要原因之一。 以下是江苏金峰水泥和江苏扬子水泥的某生产日期某水泥熟料试样的化学分析报告：表一：金峰水泥LOSSSiO2Fe2O3Al2O3CaOMgOSO3F-CaOKH-KHSMIMC3SC2SC3AC4AFCL-3.8422.02.735.5660.742.042
8、.100.9896.910.7980.7822.652.0428.9341.2910.108.300.008表二：扬子水泥LOSSSiO2Fe2O3Al2O3CaOMgOSO3F-CaOKH-KHSMIMC3SC2SC3AC4AFCL-3.8422.323.444.6666.141.8398.530.9160.89758.6119.796.5110.46首先我们学习如何通过上表分析这两种水泥质量对比。对上表还有几个不知道的名称，在这里补充一下。LOSS：就是水泥的烧失量，是指生料在烧成过程中所排出的结晶水，碳酸盐分解出的二氧化碳（CO2），硫酸盐分解出的二氧化硫（SO2），以及有机杂质被排除后
9、物量的损失。烧失量是用来限制石膏和混合材中杂质的，以保证水泥质量。所以，所有水泥厂的常规试验都必须做这项的。在这里成顺带讲解一下什么叫生料。由石灰质原料、粘土质原料及少量校正原料（有时还加入矿化剂、晶种等，机立窑生产时还要加煤）按比例配合，粉磨到一定细度的物料，称为水泥生料。其化学成分随水泥品种、原料和燃料质量、生产方法、窑型及其他生产条件的不同而有所不同。生料随水泥生产方法的不同有生料浆、生料粉、生料球和生料块等形态，他们分别适用于湿法、干法、半干法和半湿法生产的要求。不论何种形态的生料，均要求化学成分稳定，细度和水分要保证满足不同生产方法的要求，以免影响窑的煅烧和熟料质量。（1）生料粉：干
10、法生产用的生料。一般水分1%。据生料中是否含煤又分为三种：白生料：出磨生料中不含煤。干法回转窑及采用白生料法煅烧，立窑用黑生料（出磨生料中含有煅烧所需的全部煤）。采用全黑生料法煅烧的立窑用。半黑生料：出磨生料中只含有煅烧所需煤的一部分。采用半黑生料法煅烧的立窑用。（2）生料浆：湿法生产所用的生料。一般含水分32%40%左右。什么叫水泥熟料：以石灰石和粘土、铁质原料为主要原料，按适当比例配制成生料，烧至部分或全部熔融，并经冷却而获得的半成品。在水泥工业中，最常用的硅酸盐水泥熟料主要化学成分为氧化钙、二氧化硅和少量的氧化铝和氧化铁。主要矿物组成为硅酸三钙、硅酸二钙、铝酸三钙和铁铝酸四钙，其含量总和
11、通常都在95%以上，且通常熟料中硅酸三钙和硅酸二钙含量约占73%左右，铝酸三钙和铁铝酸四钙的理论含量约占22%左右。硅酸盐水泥熟料加适量石膏共同磨细后，即成硅酸盐水泥。水泥熟料的形成过程是一个很复杂的过程，我们只稍为了解一下：1、水分蒸发：自由水分随物料温度而逐渐蒸发，当温度升高至100150时，生料中自由水分全部被排除。湿法生产中，料浆可达3240%，故此干燥过程对产量、质量及热耗影响极大。2、粘土质原料脱水：生料温度升至450时，高岭土脱去化学结合水。在900950时，无定形物质又转变为晶体，同时放出热量。3、碳酸盐分解：碳酸钙与碳酸镁在600都开始分解，碳酸镁在750时分解即剧烈进行，而
12、碳酸钙约在900时才快速分解。MgCO3MgO+CO2CaCO3CaO+CO24、固相反应：水泥熟料中的主要矿物在8001300时可以由固相物质相互反应而生成。800900时,CaO与Al2O3、Fe2O3反应，生成CA、CF；9001100时, 生成C12A7、C2F、C2S；11001300时, 生成C3A、C4AF。以上反应进行时放出一定热量，物料本身温度上升很快。5、硅酸三钙（C3S）的形成和烧成反应：硅酸三钙要在液相中才能大量形成。当温度升高到近1300时，C3A、C4AF、R2O等熔剂矿物变成液相，C2S与CaO溶解在高温液相中，互相反应生成C3S；C3S的生成速度与烧成温度和反应
13、时间有关。其生成温度范围一般为130014501300。熟料烧成后，温度开始下降，C3S形成速度减慢直至液相凝固。6、熟料的冷却过程：在冷却过程中，将有部分熔剂矿物形成晶体析出，另一部分来不及析晶而呈玻璃态存在。C3S在1250时容易分解，所以要求在1300以下熟料要快冷，使C3S来不及分解，越过1250以后，C3S就比较稳定了。C2S在500时，由C2S转变为C2S，密度减少而使体积增大10%左右，从而使熟料块变成粉末状。粉化后的C2S与水反应时，几乎没有水硬性，因此在500温度段时应急冷，使其来不及转化。 熟料急冷的优点：1）防止C3S晶体长大或熟料矿物完全变成晶体。晶体粗大的C3S将使熟
14、料强度下降，矿物完全晶化使熟料难磨。2）使MgO凝结于玻璃体中或以细小晶体析出，能加快MgO的水化速度，改善安定性。3）使C3A晶体减少，避免快凝现象，且有利于提高抗硫酸盐性能。4）使熟料块内部产生应力，增大了熟料的易磨性。在熟料冷却过程中，可部分回收熟料带出窑的热量，从而降低热耗。熟料形成过程是复杂的，各个过程之间互相影响、互相联系而又互相交KH：全称石灰饱和系数。表示水泥熟料中的总CaO含量扣除饱和酸性氧化物（如Al2O3、Fe2O3）所需要的氧化钙后，剩下的与二氧化硅化合的氧化钙的含量与理论上二氧化硅全部化合成硅酸三钙所需要的氧化钙含量的比值。简言之，石灰饱和系数表示熟料中二氧化硅被氧化
15、钙饱和成硅酸三钙的程度。其用数学公式表达的话有两种表达方式：理论值：KH=(CaO-1.65Al2O3-0.35Fe2O3)/2.8SiO2实际值：KH=(CaO-fCaO)-(1.65Al2O3+0.35Fe2O3+0.7SO3)/2.8(SiO2-fSiO2)式中：CaO、SiO2、Al2O3、Fe2O3、SO3分别为熟料中相应氧化物的质量百分数；f- CaO、f- SiO2分别为熟料中呈游离状态的氧化钙、二氧化硅的质量百分数SM：全称硅酸率，简称硅率，也有的管桩厂用符号n表示。硅率就是熟料中SiO2含量与Al2O3、Fe2O3之和的比例。反映了熟料中硅酸盐矿物（C3S+C2S）、熔剂矿物（C3A+C4AF）的相对含量。其用数学公式表达即为SM=SiO2/Al2O3+Fe2O3 其主要反应熟料中硅酸盐矿物（C3S+C2S）、熔剂矿物（C3A+C4AF）的相对含量。(
