水泥熟料煅烧.ppt

四、硅酸盐水泥熟料的煅烧,生料在加热过程中，依次发生干燥、粘土矿物脱水、碳酸盐分解、固相反应、熟料烧结及熟料冷却等重要的物理化学反应。这些反应过程的反应温度、反应速度及反应产物不仅受原料的化学成分和矿物组成的影响，还受反应时的物理因素诸如生料粒径、均化程度、气固相接触程度等的影响。,P177,1.干燥,排除生料中自由水分的工艺过程称为干燥。,自由水分的蒸发温度一般为27-150左右。当温度升高到100-150时，生料自由水分全部被排除。自由水分蒸发热耗大。每千克水蒸发潜热高达2257kJ(在100下)。,生料中还有一定量的水分,干法窑生料含水90%MgO、MnO、Fe2O3、CaS、FeS、TiO2等质量系数=（CaO+MgO+Al2O3）/（SiO2+MnO）活性矿渣质量系数1.2，非活性矿渣质量系数1.2,天然：火山灰、火山凝灰岩、浮石、硅藻土、硅藻石等人工：烧粘土、活性硅质渣、粉煤灰、烧页岩等。,火山灰质混合材,凡天然的及人工的以氧化硅、氧化铝为主要成分的矿物质原料，磨成细粉加水后并不硬化，但与石灰混合后再加水拌和，则不但能在空气中硬化，而且能在水中继续硬化者称为火山灰质混合材。,燃煤发电厂电收尘器收集的细灰主要化学成分：SiO2、Al2O3、Fe2O3、CaO物相组成：玻璃体6085%；结晶化合物1030%；未燃尽碳约5%。,粉煤灰,水泥的基本组成,（2）混合材,活性混合材,非活性混合材,混合材磨细后与石灰和石膏拌合，加水后既能在水中又能在空气中硬化的称为活性混合材。,与水泥成分不起化学作用或化学作用很小的称为非活性混合材。,磨细石英砂、石灰石、慢冷矿渣等,作用：提高水泥产量，减少水化热，降低水泥标号。,水泥的基本组成,（2）混合材,活性混合材,非活性混合材,天然石膏或工业副产石膏（CaSO4，CaSO42H2O）,作用：调节凝结时间，提高早期强度，降低干缩变形，改善耐久性、抗渗性等性能，对混合材起活性激发作用。,（3）石膏,六、硅酸盐水泥的水化与硬化,6.1水泥熟料矿物的水化,注意：硅酸三钙水化产物组成不是固定的，和水固比、温度、有无其它离子参与和水化条件有关。,2C3S+6H2O3CaO2SiO23H2O+3Ca(OH)2,1.硅酸三钙的水化,水泥与水接触时，水泥中的各组分与水的反应称为水化。,水泥cement,水泥浆Cementpaste,+水,凝结硬化,水泥石Hardenedcementpaste,P197,C3S水化过程阶段划分,初始水解期：加水后立即发生急剧反应，持续时间短（15min),又称诱导前期。,诱导期：反应缓慢，持续2-4h，又称静止期。是硅酸盐水泥浆能在几小时内保持塑性的原因。初凝时间基本上相当于诱导期的结束。,C3S水化过程阶段划分,加速期：反应重新加快，反应速率随时间增长，出现第二个放热峰，峰顶时本阶段结束（4-8h）。终凝已过，开始硬化.衰退期：反应速率随时间下降（减退期）。持续1224h，水化作用逐渐受扩散速率控制。稳定期：反应速率很低、基本稳定，水化作用完全受扩散速率控制。,C2S水化过程与C3S极为相似，也有诱导期、加速期等，但水化速度不同。其原因是两者的晶体构造不同造成。二者反应产物都是水化硅酸钙和氢氧化钙。水化硅酸钙的化学组成、结晶程度都不固定，尺寸很小，接近胶体，难以精确区分。为了表示连续范围的组成和结构，将水化硅酸钙统称为水化硅酸钙凝胶（C-S-H)。,2C2S+4H2O3CaO2SiO23H2O+Ca(OH)2,2.硅酸二钙的水化,C3A在硅酸盐水泥熟料矿物中的水化能力最强，但在饱和石灰溶液中显著减慢。其水化产物组成与结构决定于溶液中氧化钙和氧化铝离子浓度与温度。,C3A+6H2O3CaOAl2O36H2O,4C4AF+7H2O3CaOAl2O36H2O+CaOFe2O3H2O,3.铝酸三钙的水化,4.铁铝酸四钙的水化,3CaOAl2O3+3(CaSO42H2O)+2426H2O3CaOAl2O33CaSO43032H2O,水泥拌水后，首先是C3A，以后C4AF与C3S分别与水很快反应，C3S水化时析出CH,同时，掺加的石膏也迅速溶解于水。,3CaOAl2O33CaSO43032H2O简写为Aft，称为三（高）硫型水化硫铝酸钙，因其成分及结构与天然的钙矾石相似，所以又称为钙矾石，针状晶体。,5.2硅酸盐水泥的水化,（1）凝结：水泥加水拌和后，成为可塑的浆体，逐渐变稠，失去塑性，但尚不具有强度的过程。（2）硬化：随后产生明显的强度，并逐渐发展而成为坚硬的人造石。,5.3硅酸盐水泥的硬化,1.概念,水化、凝结硬化历程1,水泥与水拌和，水泥颗粒以分散状态存在于水中（瞬间过程）,2.过程,水泥,水,水化、凝结硬化历程2,水化初期，反应比较迅速，由于各种水化物溶解度很小，很快在水泥颗粒周围达到过饱和，析出以C-S-H为主体的半渗透膜层，包裹在水泥颗粒表面。,水泥,水,水化硅酸钙,水化、凝结硬化历程3,半渗透膜层的形成降低了各种离子从外向内和离子从内向外扩散的速度，水化反应变慢，水份渗入膜层以内进行的水化反应使膜层向外增厚。,水化、凝结硬化历程4,膜层内部由于结晶压力的产生导致膜层向外突出并在其弱点上发生破裂，使水泥与水迅速而广泛的接触，反应进入加速期。,水化、凝结硬化历程5,生成较多的凝胶和CH等相互接触连生，构成贯穿于整个浆体的网状结构，不断充实，使浆体具有一定强度。,未水化水泥颗粒,水化、凝结硬化历程6,水化产物层厚度和致密度不断增加，水泥浆体趋于硬化，水泥颗粒内部的水化愈加困难，进入扩散控制期。,（a）分散在水中未水化的水泥颗粒（b）在水泥颗粒表面形成水化物膜层（c）膜层长大并互相连接（凝结）（d）水化物进一步发展，填充毛细孔(硬化),1水泥颗粒2水分3凝胶4晶体5水泥颗粒的未水化内核6毛细孔,（1）是由表及里进行的。（2）水分和温度是硅酸盐水泥凝结硬化的必要条件。（3）水泥的水化、凝结硬化是一个连续的过程，水化是水泥产生凝结硬化的必要条件，而凝结硬化是水泥水化的必然结果。（4）硬化后的水泥石包含有凝胶体、结晶体、未水化的水泥内核、水和孔隙。（5）影响水泥凝结速率和硬化强度的因素很多，除了熟料矿物本身结构，它们相对含量及水泥磨粉细度等这些内因外，还与外界条件如温度、加水量以及掺有不同量的不同种类的外加剂等外因密切相关。,水泥凝结硬化特点,胶体,晶体,水化硅酸钙凝胶70%,水化铁酸钙,Ca(OH)2六方片状晶体水化铝酸钙六方晶体钙钒石针状晶体,3.凝结硬化产物,水化反应产物电镜照片(1),扫描电镜是用极细的电子束在样品表面扫描，将产生的二次电子用特制的探测器收集，形成电信号运送到显像管，在荧光屏上显示物体。,