环境管理_硅酸盐水泥的生产工艺过程

第二章硅酸盐水泥的生产 标准的类别2 1硅酸盐水泥概述2 2硅酸盐水泥的生产工艺2 3水泥生产的主要工艺过程 标准的类别 标准就是对某项技术实行统一执行的要求 水泥生产必须有一定的标准 我国为提高水泥质量 降低成本 加快与国际惯例的接轨 制定了一系列水泥标准 并在实践中不断发展 标准的类别 一 我国常用标准按照适用范围 目前我国现行常用的标准有三大类 1 第一类是国家标准GB175 1999 硅酸盐水泥 普通硅酸盐水泥 上述标准为强制性国家标准 任何技术 产品 不得低于此标准 此外 还有推荐性国家标准 以 GB T 为标准代号 它表示也可以执行其他标准 为非强制性的 标准的类别 一 我国常用标准按照适用范围 目前我国现行常用的标准有三大类 1 第一类是国家标准 2 第二类是行业标准 如JC T853 1999硅酸盐水泥熟料 其中 JC 为建材行业的标准代号 3 第三类是企业标准 代号为 QB 其后分别注明企业代号 标准顺序号 制定年代号 国家鼓励地方和企业制定技术要求高于国家标准的地方标准或企业标准 标准的类别 二 国际标准国际标准可大致分为三类 1 团体标准和公司标准 指国际上有影响的团体和公司的标准 如美国材料与实验协会标准 ASTM 等 2 区域性标准 如德国工业标准 DIN 日本工业标准 JIS 等 3 国际标准化组织标准 代号ISO ISO标准介绍 ISO 国际标准化组织 成立于1974年 是专门从事除电工 电子领域外其它所有方面标准化的国际组织 在水泥生产领域同样制定了一个世界统一的水泥标准 但在80年代以前并不为世界尤其是发达国家所重视 到80年代初采用ISO标准体系的国家和地区仅占1 3 但随着世界经济格局的变化 经济向一体化发展 再加上ISO对其标准不断修订 到91年 采用ISO标准体系的已占50 因而 一个企业要想使自己的产品进入国际市场 最佳的办法就是获得ISO9000系列标准的评审认证合格证 而且现在越来越多的公司要求其供方必须是通过了ISO9000认证的企业 同时 采用ISO9000系列国际标准对于提高产品质量 降低成本等具有很大作用 因而其重视程度大为提高 通用水泥标准的修订 现在我国水泥标准修订了许多方面都在逐渐向ISO系列国际标准靠拢 以保证我国出口水泥产品质量 增加我国水泥在国际市场上的竞争能力 为适应我国水泥工业的发展 GB175经历了多次修订 发布于1956年 1962年第一次修订 1977年 1985年 1992年 书中标准为GB 1999 共三个标准 GB175 2007 GB175 2007 通用硅酸盐水泥 GB175 2007 通用硅酸盐水泥 标准于2007年11月9日发布 于2008年6月1日开始实施 新标准在水泥品种 强度等级 混合材品种等方面进行了较大调整 并将取代以下六大通用水泥的三个标准 1 GB175 1999 硅酸盐水泥 普通硅酸盐水泥 2 GB1344 1999 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 3 GB12958 1999 复合硅酸盐水泥 2 1硅酸盐水泥概述 一 定义通用硅酸盐水泥 CommonPortlandCement 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 2 1硅酸盐水泥概述 二 分类P 波特兰 Portland 的英文字首 1 硅酸盐水泥熟料 定义即国际上的波特兰水泥熟料由主要含CaO SiO2 Al2O3 Fe2O3的原料 按适当比例磨成细粉烧至部分熔融所得以硅酸钙为主要矿物成分的水硬性胶凝物质 其中硅酸钙矿物不小于66 氧化钙和氧化硅质量比不小于2 0 熟料质量好坏直接影响水泥性能 现熟料已是一种商品 三 组分材料 2 混合材料 定义指在粉磨水泥时与熟料 石膏一起加入磨内用以改善水泥性能 调节水泥标号 提高水泥产量的矿物质材料 如粒化高炉矿渣 粉煤灰 石灰石等 活性混合材料 符合GB T203 GB T18046 GB T1596 GB T2847标准要求的粒化高炉矿渣 粒化高炉矿渣粉 粉煤灰 火山灰质混合材料 具有火山灰性或潜在水硬性 或兼有火山灰性和水硬性的矿物质材料 非活性混合材料 活性指标低于上述标准 3 石膏 作用起缓凝剂 提高水泥的强度 种类 工业生产中以硅酸钙为主要成分的副产品 4 助磨剂 助磨剂助磨剂 在水泥粉磨时加入的起助磨作用而又不损害水泥性能的外加剂 水泥粉磨时允许加入助磨剂 其加入量应不大于水泥质量的0 5 助磨剂应符合JC T667的规定 四 硅酸盐水泥生产技术要求 技术要求即品质指标 是衡量水泥品质及保证水泥质量的重要依据 水泥质量评价 化学指标主要是控制水泥中有害物质的化学成分不超过一定限量 若超过了最大允许限量 即意味着对水泥性能和质量可能产生有害的或潜在有害的影响 四 硅酸盐水泥生产技术要求 技术要求即品质指标 是衡量水泥品质及保证水泥质量的重要依据 水泥质量评价 物理指标主要是保证水泥具有一定的物理力学性能 满足水泥使用要求 保证工程质量 四 硅酸盐水泥生产技术要求 技术要求即品质指标 是衡量水泥品质及保证水泥质量的重要依据 水泥质量评价 硅酸盐水泥技术指标主要有不溶物 烧失量 细度 凝结时间 安定性 氧化镁 三氧化硫 碱及强度指标 1 硅酸盐水泥化学和物理指标 1 不溶物定义 是指水泥经酸和碱处理 不能被溶解的残留物 其主要成分是结晶SiO2 其次是R2O3 它属于水泥中非活性组分之一 不溶物来源及影响 不溶物来源 生料 熟料煅烧好 漏生少 熟料中不溶物含量很低 回转窑正常煅烧的熟料约在0 2 0 5 内 混合材 尤其是火山灰质混合材料 水淬矿渣没有明显的不溶物 火山灰质混合材料随活性的提高 不溶物减少 石膏中的杂质 粘土质杂质是石膏带入的不溶物来源 石膏纯度高 不溶物也很低 因而该指标反映了熟料煅烧好坏 掺加石膏与混合材状况的一项指标 熟料煅烧好 石膏中杂质少 火山灰质混合材料少 不溶物测定值就低 1 硅酸盐水泥化学和物理指标 2 烧失量定义水泥烧失量是指水泥在950 1000 高温下燃烧失去的质量百分数 水泥中不溶物和烧失量指标主要是为了控制水泥制造过程中熟料煅烧质量以及限制某些组分材料的掺量 1 硅酸盐水泥化学和物理指标 3 细度细度即水泥的粗细程度 水泥细度的常用表示方法 比表面积 筛余百分数 颗粒级配等 细度的表示方法及控制原因 细度筛余 粉状物料细度的表示方法 一定质量的粉状物料在试验筛上筛分后所残留于筛上部分的质量百分数 试验筛 测定粉状物料细度时所用的具有标准规格的筛子 测定水泥细度用试验筛是孔边为0 080mm的方孔筛 比表面积 单位质量的物料所具有的表面积 单位是m2 kg 通常用透气法比表面积仪测定水泥的比表面积 粒度分布 不同尺寸的颗粒在粉状物料中分布的质量百分比 细度的表示方法及控制原因 选择指标 硅酸盐水泥和普通硅酸盐水泥以比表面积表示 不小于300m2 kg 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以筛余表示 80 m方孔筛筛余不大于10 或45 m方孔筛筛余不大于30 原因水泥颗粒过粗既不利于水泥活性的发挥 又影响了其保水成浆的性能 过细则增加粉磨能耗 导致需水量增大 勃氏法测水泥比表面积 硅酸盐水泥和普通硅酸盐水泥以比表面积表示 不小于300m2 kg GB T8074 2008 水泥比表面积测定方法勃氏法 方法原理 根据一定量的空气通过具有一定空隙率和固定厚度的水泥层时 所受阻力不同而引起流速的变化来测定水泥的比表面积 在一定空隙率的水泥层中 空隙的大小和数量是颗粒尺寸的函数 同时也决定了通过料层的气流速度 筛析法测筛余百分数 水筛法 GB T1345 2005水泥细度检验方法筛析法主要技术参数 1 筛网目孔边长0 08mm2 水筛转速 50r min3 水筛水压0 03 0 08MPa4 水筛内径 高度 125 80mm5 干筛内径 高度 150 50mm 筛析法测筛余百分数 手工筛析法 GB T1345 2005水泥细度检验方法筛析法主要技术参数 1 筛网目孔边长0 08mm2 水筛转速 50r min3 水筛水压0 03 0 08MPa4 水筛内径 高度 125 80mm5 干筛内径 高度 150 50mm 筛析法测筛余百分数 负压筛析仪 1 硅酸盐水泥化学和物理指标 4 凝结时间 2001标准定义 水泥凝结时间是水泥从和水开始到失去流动性 即从可塑性状态发展到固体状态所需要的时间 分初终时间和终凝时间两种 初凝时间 是指水泥加水拌和到标准稠度净浆开始失去塑性的时间 1 硅酸盐水泥化学和物理指标 4 凝结时间终凝时间 是指水泥加水拌和起到标准稠度净浆完全失去塑性的时间 1 硅酸盐水泥化学和物理指标 4 凝结时间为何要规定初凝时间 终凝时间 为保证水泥使用时砂浆或混凝土有充分时间进行搅拌 运输和砌筑 必须要求水泥有一定的初凝时间 当施工完毕又希望混凝土能较快硬化 较快脱模 因此 又要求水泥有不太长的终凝时间 凝结时间测定方法 水泥净浆 砂浆水泥净浆标准稠度 为测定水泥的凝结时间 体积安定性等性能 使其具有准确的可比性 水泥净浆以标准方法测试所达到统一规定的浆体可塑性程度 现行国家标准 GB T1346 2001 规定 以标准法维卡仪的试杆沉入净浆距底板的距离为6mm 1mm时的水泥浆的稠度作为标准稠度 水泥净浆标准稠度需水量 拌制水泥净浆时为达到标准稠度所需的加水量 标准稠度用水量 净浆 不同的水泥品种 标准稠度用水量各不相同 一般在21 33 之间 水泥净浆搅拌机 标准法维卡仪 标准稠度用水量 净浆 凝结时间以试针沉入水泥标准稠度净浆至一定深度所需时间表示 国标规定 将标准稠度的水泥净浆装入凝结时间测定仪的试模中 以标准试针 分初凝用试针和终凝用试针 测试 标准法维卡仪 初凝试针 终凝试针 凝结时间测定方法 凝结时间测定方法 凝结时间测定方法 凝结时间测定方法 凝结时间测定方法 凝结时间测定方法 凝结时间测定方法 凝结时间测定方法 凝结时间测定方法 凝结时间测定方法 1 硅酸盐水泥化学和物理指标 5 安定性水泥硬化后体积变化的均匀性称为水泥体积安定性 简称安定性 1 硅酸盐水泥化学和物理指标 5 安定性影响安定性不良的原因 熟料中游离氧化钙 方镁石过高及水泥中石膏掺加量过多 1 硅酸盐水泥化学和物理指标 5 安定性熟料中游离氧化钙过高f CaO H2O Ca OH 2体积膨胀 98 CaO安定性检测方法 雷氏夹法 试饼法 雷氏夹法 雷氏夹法 沸煮箱 试饼法 GB1346 2001水泥标准稠度用水量 凝结时间 安定性检验方法试饼法是用标准稠度的水泥净浆按规定方法制成规定的试饼 经养护 沸煮后 观察饼的外形变化 如目测试饼无裂纹 用钢直尺检查无弯曲 则认为安定性合格 反之为不合格 雷氏法为标准法 试饼法是代用法 有矛盾时以标准法为准 试饼法 GB1346 2001水泥标准稠度用水量 凝结时间 安定性检验方法1 测定前的准备工作每个样品需准备两块约100mm 100mm的玻璃板 凡与水泥净浆接触的玻璃板都要稍稍涂上一层油 2试饼的成型方法将制好的标准稠度净浆取出一部分分成两等份 使之成球形 放在预先准备好的玻璃板上 轻轻振动玻璃板并用湿布擦过的小刀由边缘向中央抹 做成直径70mm 80mm 中心厚约10mm 边缘渐薄 表面光滑的试饼 接着将试饼放入湿气养护箱内养护24h士2h 试饼法 3沸煮 1 调整好沸煮箱内的水位 使能保证在整个沸煮过程中都超过试件 不需中途添补试验用水 同时又能保证在30min士5min内升至沸腾 2 脱去玻璃板取下试饼 在试饼无缺陷的情况下将试饼放在沸煮箱水中的蓖板上 然后在30min士5min内加热至沸并恒沸180min士5min 试饼法 3沸煮 3 结果判别 沸煮结束后 立即放掉沸煮箱中的热水 打开箱盖 待箱体冷却至室温 取出试件进行判别 目测试饼未发现裂缝 用钢直尺检查也没有弯曲 使钢直尺和试饼底部紧靠 以两者间不透光为不弯曲 的试饼为安定性合格 反之为不合格 当两个试饼判别结果有矛盾时 该水泥的安定性为不合格 压蒸安定性试验方法 GB750 T 1992在饱和水蒸气条件下提高温度和压力使水泥中的方镁石在较短的时间内绝大部分水化 用试件的形变来判断水泥浆体积安定性 压蒸 是指在温度大于100 的饱和水蒸气条件下的处理工艺 为了使水泥中的方镁石在短时间里水化 用215 7 的饱和水蒸气处理3h 其对应压力为2 0 a 试模 25 25 280mm 1 硅酸盐水泥化学和物理指标 6 氧化镁 MgO 氧化镁过高会导致安定性不良 并非所有f M都会 f MgO H2O Mg OH 2体积膨胀 148 1 硅酸盐水泥化学和物理指标 6 氧化镁 MgO 氧化镁过高会导致安不良为何5 0 总结国内水泥生产使用实践 并经大量科研和调查证明 水泥中MgO含量 5 0 对水泥混凝土工程质量有保证 故标准中规定水泥中MgO的含量不得超过 5 0 1 硅酸盐水泥化学和物理指标 7 三氧化硫 SO3 SO3过高会导致安定性不良SO3 CAH Aft体积约增大1 5倍水泥SO3来源 原料 调凝石膏 窑灰 石膏矿化剂 高硫燃煤 1 硅酸盐水泥化学和物理指标 8 碱 Na2O 0 658K2O 当水泥中碱含量较高时 混凝土容易发生碱集料反应 反应生成物吸水膨胀 使混凝土产生内应力 导致混凝土开裂 破坏其结构 碱的来源 石灰石 粘土和煤等原燃料 1 硅酸盐水泥化学和物理指标 8 碱 Na2O 0 658K2O 碱会导致碱集料反应破坏 碱来源 原燃材料 为何是选择性指标 一般使用活性SiO2集料的用户才要求低含碱水泥 若将该指标统一要求定得很低很死 则水泥厂生产受原燃料限制或无法生产 或大幅增加生产成本 另外碱集料反应速度较慢 通常是几年甚至几十年 所以为选择性指标 1 硅酸盐水泥化学和物理指标 9 氯离子影响 氯离子在混凝土液相中形成盐酸 与氢氧化钙作用生成氯化钙 氯化钙具有高吸湿性 在其浓度及湿度较高时 能剧烈地破坏钢筋的钝化膜 使钢筋发生溃灿性锈蚀 因而对钢筋混凝土有很大的影响 钝化膜 氯离子对钢筋混凝土的破坏很多材料像不锈钢 铝之类的 它们能耐腐蚀全靠钝化膜 只要氯离子和这些材料直接接触就会产生腐蚀 因为处于钝态的金属仍有一定的反应能力 即钝化膜的溶解和修复 再钝化 处于动平衡状态 当介质中含有活性阴离子 常见的如氯离子 时 平衡便受到破坏 溶解占优势 其原因是氯离子能优先地有选择地吸附在钝化膜上 把氧原子排挤掉 然后和钝化膜中的阳离子结合成可溶性氯化物 结果在新露出的基底金属的特定点上生成小蚀坑 孔径多在20 30 m 这些小蚀坑称为孔蚀核 亦可理解为蚀孔生成的活性中心 氯离子的存在对金属的钝态起到直接的破坏作用 2 强度与强度等级 1 水泥强度水泥强度是水泥试体净浆在单位面积上所能承受的外力 一般称3d或7d以前的强度为早期强度 28d及其后的强度称为后期强度 也有将3个月以后的强度称为后期强度 由于水泥到28d时强度大部分发挥出来 以后强度增大相当缓慢 所以通常用28d的强度作为水泥质量的分级来划分硅酸盐水泥的强度等级 水泥胶砂强度试验方法介绍 本方法为40mm 40mm l60mm棱柱试体的水泥抗压强度和抗折强度测定 试体是由按质量计的一份水泥 三份中国ISO标准砂 用0 5的水灰比拌制的一组塑性胶砂制成 中国ISO标准砂的水泥抗压强度结果必须与ISO基准砂的相一致 胶砂用行星搅拌机搅拌 在振实台上成型 也可使用频率2800 3000次 min 振幅0 75mm振动台成型 试体连模一起在湿气中养护24h 然后脱模在水中养护至强度试验 到试验龄期时将试体从水中取出 先进行抗折强度试验 折断后每截再进行抗压强度试验 水泥胶砂强度试验方法介绍行星式水泥胶砂搅拌机 水泥胶砂强度试验方法介绍水泥胶砂试模 40mm 40mm l60mm 水泥胶砂强度试验方法介绍ISO振实台 本院实验为振动台 水泥胶砂强度试验方法介绍电动抗折试验机 水泥胶砂强度试验方法介绍抗压试验机 2 强度与强度等级 2 强度等级与水泥标号强度等级是按规定龄期的抗压强度和抗折强度来划分 各强度等级水泥的各龄期强度值不得低于下表数值 2 强度与强度等级 2 强度等级与水泥标号R型属早强型水泥 它具有比普通水泥3d强度高的特点 而28d的强度指标完全相同 强度等级的另一种称谓就是人们习惯称之的水泥标号 水泥标号俗称商品标号 水泥胶砂强度检验方法 ISO法 GB T17671 1999 3 废品与不合格品 水泥出厂后凡氧化镁 三氧化硫 初凝时间 安定性中的任一项不符合本标准规定或强度低于该品种水泥最低标号规定的指标时 均称为废品 水泥出厂后细度 烧失量 终凝时间和混合材料掺加量中的任一项不符合标准规定或强度低于商品标号规定的指标时 称为不合格品 出厂水泥质量的主要要求 2004年颁布 水泥企业质量管理规程 第三十六条要加强出厂水泥的质量控制 其内控指标必须严于现行国家 行业 标准 以保证出厂水泥的实物质量 出厂水泥质量的主要要求是 摘部分 一 出厂水泥合格率 二 天抗压富裕强度合格率 通用水泥 天抗压富裕强度不小于 MPa 四 天抗压强度控制值 水泥国家 行业 标准规定值 富裕强度值 S式中 S 月 或一统计期 平均 天抗压强度标准偏差 样品数 因存放期会降低水泥标号 包装 水泥可以散装或袋装 袋装水泥每袋净含量为50kg 且应不少于标志质量的99 随机抽取20袋总质量 含包装袋 应不少