水泥工艺学复习资料

胶凝材料胶凝材料 是指在物理 化学作用下 浆体变成坚固石状体 并能胶结其他物 料且具有 一定机械强度的物质 胶凝材料的分类胶凝材料的分类 有机胶凝材料 无机胶凝材料 气硬性胶凝材料 拌水后只能在空气 中硬化不能在水中硬化 水硬性胶凝料 拌水后既能在空气 中硬化又能在水中硬化 水泥的发明和发展水泥的发明和发展 水泥的发明时期 也称硅酸盐水泥时期 19 世纪初 1810 1824 年 用人工配合粘土与石灰石经煅烧 磨细以制造水硬性胶 凝材料已经开始组织生产 1824 年 英国人阿斯普丁将粘土与石灰石配合烧制成块 熟料 再经磨细而成水硬 性胶凝材料 加水拌和后能硬化制成人工石 并具有较高强度 其外观与当时建筑上常用 的英国波特兰岛上出产的岩石相似 故称之为 波特兰水泥 Portland Cement 并于 1824 年 10 月 21 日首先获得该产品的专利权 水泥水泥 是指细磨成粉末状 加水拌和成塑性浆体后 能胶结砂 石等适当材料并能在空 气中硬化的粉状水硬性胶凝材料 简言之 水泥是一种水硬性胶凝材料 水泥的分类水泥的分类 按其用途和性能分 通用水泥 专用水泥 特性水泥 按水泥的组成分 水泥生产设备经历阶段水泥生产设备经历阶段 1825 年 1877 年 1825 年人类用间歇式的土立窑煅烧水泥熟料 1877 年 1905 年 1887 年用回转窑烧制水泥熟料获得专利权 1905 年 1910 年 1905 年发明了湿法回转窑 1910 年 1928 年 1910 年立窑实现了机械化连续生产 发明了机立窑 1928 年 1950 年 1928 年德国发明了立波尔窑 使窑的产量明显提高 热耗降低较多 1950 年 1971 年 1950 年悬浮预热器窑的发明 更使熟料热耗大幅度降低 熟料冷却 设备也有了较大发展 其他的水泥制造设备也不断更新换代 1971 年开发了水泥窑外分解技术 从而带来了水泥生产技术的重大突破 揭开了现代水泥 工业的新篇章 硅酸盐水泥生产过程示意图硅酸盐水泥生产过程示意图 两磨一烧 生料制备 熟料煅烧 水泥粉磨三个阶段 水泥国标水泥国标 标准号表示方法 GB175 2007 硅酸盐水泥 通用硅酸盐水泥分类通用硅酸盐水泥分类 1 硅酸盐水泥 波特兰水泥 2 普通硅酸盐水泥 3 矿渣硅酸盐水泥 4 火山灰质硅酸盐水泥 5 粉煤灰硅酸盐水泥 6 复合硅酸盐水泥 硅酸盐水泥硅酸盐水泥 凡由硅酸盐水泥熟料 0 5 的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 主要技术要求主要技术要求 强度等级分为 42 5 42 5R 52 5 52 5R 初凝时间不得早于 45min 在 0 08mm 方孔筛上的筛余量不得超过 10 其它如氧化镁 三氧化硫 安定性 碱含量等均与硅酸盐水泥的规定相同 通用硅酸盐水泥组分材料通用硅酸盐水泥组分材料 硅酸盐水泥熟料 凡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烧结 物 混合材料 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 石膏 调节凝结时间 是缓凝剂 还可以提高水泥强度 硅酸盐水泥生产技术要求硅酸盐水泥生产技术要求 1 氧化镁 MgO 水泥中氧化镁含量过高时 由于其缓慢的水化和体积膨胀效应可使水泥硬化体结构破坏 采用压蒸安定性试验进行检验 2 三氧化硫 SO3 不超过 3 5 3 烧失量 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 4 细度 细度即水泥的粗细程度 通常以比表面积或筛余数表示 5 凝结时间 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 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 6 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 引起水泥安定性不良的原因主要有三种 熟料中游离氧化钙 方镁石过高及水泥中石膏掺 加量过多 7 强度 水泥强度水泥强度 水泥强度是水泥试体净浆在单位面积上所能承受的外力 通常用 28d 的强度作为水泥质量划分的强度等级 R 表示早强型表示早强型 废品与不合格品 废品与不合格品 1 废品 凡氧化镁 三氧化硫 初凝时间 安定性中的任一项不符合标准规定时 均为废品 2 不合格品 凡细度 终凝时间 不溶物 烧失量中的任一项不符合标准规定 或混合材料掺加量 超过最大限量 强度低于商品强度等级的指标时 该水泥称为不合格品 水泥包装标志中 的水泥品种 强度等级 生产者名称 出厂编号不全的 也属于不合格品 生产方法生产方法 1 按生料制备的方法分为 湿法 生料浆水分占 32 40 左右 生料浆脱水烘干后破 碎 入窑煅烧 称之为半湿法 干法 生料粉调配均匀并加入适量水 制成料球喂入立窑或立 波尔窑内煅烧称为半干法 料球含水 12 15 干法 湿法优缺点比较 干法 热耗低 但粉尘大 生料成分不均匀 熟料质量较湿法窑差 湿法 热耗高 但电耗低 生料易于均化 熟料质量较较好且均匀 且输送方便 粉尘飞 扬少 2 按煅烧熟料窑的结构分为 回转窑 立窑 水泥生产水泥生产 原料主要有 石灰质原料 主要提供氧化钙 和粘土质原料 主要提供氧化硅 氧 化铝及氧化铁 还有少量辅助原料 硅酸盐水泥的生产工艺概括起来就是 两磨一烧 熟料的化学组成 主要氧化物主要氧化物 CaO SiO2 Al2O3 Fe2O3 其总和通常占熟料总量的 95 以上 其波动范围 CaO 62 67 SiO2 20 24 Al2O3 4 7 Fe2O3 2 5 6 主要矿物组成主要矿物组成 硅酸三钙 3CaO SiO2 C3S 硅酸二钙 2CaO SiO2 C2S 铝酸三钙 3CaO Al2O3 C3A 铁铝酸四钙 4CaO Al2O3 Fe2O3 C4AF 其它 游离氧化钙 f CaO 方镁石 即结晶氧化镁 玻璃体 四种熟料矿物特点四种熟料矿物特点 硅酸三钙 水化较快 水化热高 抗水性较差 早期强度高 后期强度也高 在四种主要 矿物中 C3S 强度最高 硅酸二钙 水化较慢 凝结硬化慢 水化热低 抗水性好 早期强度低 后期强度高 铝酸三钙 水化最快 水化热最高 抗水性差 早期强度高 三天的强度大部分就发挥出 来 三天的强度后的强度不再增长 甚至倒缩 铁铝酸四钙 水化介于 C3S 和 C3A 早期强度类似于 C3A 后期不如 C3S 水化热较 C3A 低 抗冲击性能和抗硫酸盐性能好 四种矿物性能比较四种矿物性能比较 28d 内绝对强度 C3S C4AF C3A C2S 水化速度 C3A C4AF C3S C2S 水化热 C3A C3S C4AF C2S 率值率值 硅酸盐水泥熟料中各主要氧化物含量之间比例关系的系数称作率值 表示化学成分与矿物组成之间的关系 水泥熟料的性能及其对煅烧的影响 我国主要采用石灰饱和系数 KH 硅率 n 铝率 p 三个率值 配料 配料 根据水泥品种 原料的物理 化学性能与具体的生产条件 确定原料的配合比 称 为生料的配合 简称配料 原料名称主要提供的成分配比 石灰质原料CaO 80 粘土质原料SiO2 Al2O3 少量 Fe2O3 10 15 铁质校正原料Fe2O3 硅质校正原料SiO2 校 正 原 料 铝制校正原料Al2O3 矿化剂矿化剂 晶种 助磨 剂 如 CaF2 熟料 生产硅酸盐水泥的主要原料 生产硅酸盐水泥的主要原料 石灰质原料和粘土质原料 制造水泥的原料应满足以下工艺要求制造水泥的原料应满足以下工艺要求 化学成分必须满足配料的要求 有害杂质的含量应尽量少 应具有良好的工艺性能 一一 石灰质原料石灰质原料 1 定义 凡是以碳酸钙为主要成分的原料都属于石灰质原料 水泥生产中常用的是含有碳酸钙的天然矿石 天然石灰质原料天然石灰质原料 石灰石 石灰石 由碳酸钙所组成的化学与生物化学沉积岩 主要成份 CaCO3 主要矿物 方解石 CaCO3 制水泥用石灰石 CaO 45 48 泥灰岩 泥灰岩 由碳酸钙和粘土物质同时沉积形成 属石灰岩向粘土过渡的岩石 白垩 白垩 由隐晶或无定形细粒疏松的碳酸钙所组成的石灰岩 主要成分 碳酸钙 含量 80 90 甚至高于 90 性能 易于粉磨和煅烧 是立窑水泥厂的优质石灰质原料 贝壳 贝壳 含碳酸钙 90 左右 人工石灰质原料人工石灰质原料 电石渣 电石渣 是化工厂乙炔发生车间消解石灰排出的含水约 85 90 的消石灰浆 其主要成 分 Ca OH 2 可替代部分石灰质原料 常用于湿法生产 石灰质原料的质量要求石灰质原料的质量要求 二二 粘土质原料粘土质原料 1 定义 主要提供水泥熟料中 SiO2 Al2O3 和少量 Fe2O3 等成分原料的总称 天然粘土质原料天然粘土质原料 黄土黄土 粘土矿物 伊利石为主 粘土粘土 根据粘土中主导矿物不同 粘土可分为 高岭石类 蒙脱石类 水云母类 主导矿物 主导矿物 粘土类同时含有几种粘土矿物 时 其含量最多的矿物 选择粘土质原料时应注意的问题选择粘土质原料时应注意的问题 n p 值要适当 尽量不含碎石 卵石 粗砂含量应小于 5 旋窑生产时对可塑性不做要求 校正原料校正原料 当石灰质原料和粘土质原料配合所得生料成分不能符合配料方案要求时 必须 根据所缺少的组分掺加相应的校正原料 这种以补充某些成分不足为主的原料 称为校正原料 生料的易烧性生料的易烧性 一 生料的易烧性定义与表示方法 定义 是指生料在窑内煅烧成熟料的过程中相对难易程度 表示方法 实用易烧性 在 1350 恒温下 在回转窑内煅烧 生料 CaO 2 达到所需要的时间 易烧性指数 指数或系数越大 易烧性越差 二二 影响生料易烧性的主要因素影响生料易烧性的主要因素 生料的潜在矿物组成 原料的性质和颗粒组成 生料中次要氧化物和微量元素 生料的均匀性和生料的粉磨细度 矿化剂 生料的热处理 液相 燃煤的性质 窑内气氛 熟料组成的选择 熟料组成的选择 一 水泥品种 二 原料品质 三 燃料品质 四 生料成分的均匀性 五 窑型与规格 六 生料的易烧性 配料计算配料计算 配料的目的配料的目的 1 工艺设计 2 生产运行 配料的原则配料的原则 1 生料成分满足煅烧优质熟料的要求 2 生料具有良好的易磨性和易烧性 3 生产过程易于控制 便于操作 简化流程 4 经济 合理地使用矿山资源 一一 配料计算的依据与基准配料计算的依据与基准 1 依据依据 物料平衡 2 常用基准常用基准 干燥基准 干燥基准 物料中的物理水分蒸发后处于干燥状态 以干燥状态质量所表示的计量单 位 灼烧基准 灼烧基准 去掉烧失量 结晶水 二氧化碳与挥发物质等 以后 生料处于灼烧状态 以灼烧状态质量所表示的计算单位 称为灼烧基准 湿基准 湿基准 用含水物料作计算基准时称为湿基准 简称湿基 3 几个关系式几个关系式 若不考虑生产损失 则干原料的质量应等于生料的质量 即 干石灰石 干粘土 干铁粉 干生料 若不考虑生产损失 又无灰分掺入 则 灼烧石灰石 灼烧粘土 灼烧铁粉 灼烧生料 熟料 若不考虑生产损失 在采用有灰分掺入的燃煤时 灼烧生料 煤灰 掺入熟料的 熟料 二二 配料方案的选择配料方案的选择 配料方案 即熟料的矿物组成或熟料的三率值 配料方案的选择 选择合理的熟料矿物组成 即确定熟料三率值 KH SM IM 值 如何确定配料方案 应根据水泥品种 原料与燃料品质 生料质量及易烧性 熟料煅烧 工艺与设备等进行综合考虑 确定率值应注意 确定率值应注意 1 三个率值要互相匹配 吻合 不能只强调某一率值而忽视其他两个 2 一般率值的波动范围 KH 目标值 0 01 0 02 SM 目标值 0 1 IM 目标值 0 1 煅烧过程中的物理化学变化主线 煅烧过程中的物理化学变化主线 旋风筒 换热管道 分解炉 回转窑 冷却机 六个带及各带物理化学变化六个带及各带物理化学变化 1 干燥带 自由水蒸发过程 吸热 2 预热带 粘土矿物脱水与碳酸镁分解分解过程 吸热 3 碳酸盐分解带 碳酸钙分解与固相反应 强吸热 4 放热反应带 固相反应 放热 5 烧成带 熟料烧结 微吸热 6 冷却带 熟料冷却 放热 干燥 干燥 物料中自由水分的蒸发 脱水 脱水 是指粘土矿物分解放出化合水 矿化剂矿化剂 一些外加物质在煅烧过程中加速熟料矿物的形成 而本身不参加反应或只参加中 间物的反应 加入氟化钙的作用 1 促进碳酸盐的分解过程 2 加速碱性长石 云母的分解过程 3 加强碱的氧化物的挥发 4 促进结晶氧化硅的 Si O 键的断裂 5 有利于固相反应等 碳酸钙的分解过程 碳酸钙的分解过程 热气流向颗粒表面的传热过程 热量由表面以传导方式向分解面传递的过程 碳酸钙在一定温度下吸收热量 进行分解并放出 CO2的化学过程 分解放出的 CO2 穿过 CaO 层向表面扩散的传质过程 表面的 CO2向周围介质气流扩散的过程 即 两个传热过程 一个传质过程和两个化学反应过程 影响固相反应的主要因素 影响固相反应的主要因素 生料细度及均匀性 原料性质 温度和时间 固相间的压力 矿化剂 熟料的烧结过程熟料的烧结过程 反应式 C2S Ca0 C3S 影响熟料烧结过程的因素 1 最低共熔温度 与组分的数目和性质有关 2 液相量 与组分的性质 含量及熟料烧结温度有关 3 液相粘度 粘度小 液相中质点的扩散速度增加 有利于硅 酸三钙的形成 影响粘度的因素 温度 组成及其他微量元素氧化物 4 液相的表面张力 5 氧化钙溶于熟料液相的速率 最低共熔温度 物料在加热过程中 两种或两种以上组分开始出现液相的温度 烧结范围 指水泥生料加热至出现烧结所必须的 最少的液相量时的温度 开始烧结的温 度 与出现结大块 超过正常液相量 时温度的差值 熟料的冷却 熟料的冷却 冷却的目的 1 回收熟料余热 预热二次空气 提高窑的热效率 2 迅速冷却熟料以改善熟料质量与易磨性 3 降低熟料温度 便于熟料的运输 储存和粉磨 冷却方式 急冷 急冷对改善熟料质量的作用 1 防止或减少 C3S 的分解 2 避免 C2S 转化成 C2S 3 改善水泥的安定性 4 使熟料晶体减少 提高水泥的抗硫酸盐性能 5 改善熟料易磨性 6 可克服水泥快凝或瞬凝 回转窑回转窑 立波尔窑立波尔窑 煅烧工艺特点 一台较短的回转窑与一台回转式炉篦子加热机连接工作 注意 1 立波尔加热机料球与料块的透气性 对加强气流和物料的传热具有重要的意义 2 料层表面与料球底层温差达 300 400 料球化学成分不均匀 故立波尔窑熟料 的质量略低 但对含碱量高的原料仍可应用 悬浮预热器窑悬浮预热器窑 悬浮预热器必须具备三个功能 1 使气 固两相能充分分散均布 2 迅速换热 3 高效分离 煅烧工艺特点 一台回转窑和一组悬浮预热器构成 工作原理 将生料粉与从回转窑窑尾排出的热烟气混合 并使生料悬浮在热烟气中进行热交 换 分类 旋风预热器 同流型 立筒预热器 逆流型 混合型 旋风预热器旋风预热器 由上下排列的四级旋风筒串联组成 自上而下而下称为一级 二级 三级 四级等 一般一级做成双筒 其余做成单筒 旋风筒之间由气体管道连接 旋风筒的卸料口用生料 管道与下一级的气体管道连接 特点 1 热交换在顺流中发生 但从整体看则是逆流的 2 旋风预热器内气固相的传热主要在管道中进行 缺点 1 流体阻力大 2 原料适应性差 旋风预热器是由旋风筒和连接管道组成的热交换器 换热管道除管道本身外还装设有下料管 撒料器 锁风阀 一级旋风筒一般为并联的双旋风筒 分离效率愈高 生料在系统内 外循环量就愈少 收尘负荷减小 热效率提高 最高一级旋风筒的分离效率决定着预热器系统的粉尘排出量 提高它的分离效率是 降低外部循环的有效措施 因此一级旋风筒一般为并联的双旋风筒 提高旋风预热器热效率的措施 1 在生料进入每级预热器的上升管道处 装设板式撒料器和箱式撒料器 2 选择生料进入管道的合适方位 使生料逆气流方向进入管道 以提高气固相的相对速 度和生料在管道内停留时间 3 两级旋风筒之间的管道必须有足够的长度 以保证生料悬浮起来 有足够的停留运行 距离 充分发挥管道传热的优势 4 锁风翻板排灰阀 要求结构合理 轻便灵活不漏风 生料能连续卸出 有料封作用 预热器的结皮和旁路系统 结皮原因 1 原料 燃料所带入的碱 氯 硫化合物在窑系统内循环富集 2 最低一级旋风筒内温度过高 3 燃料燃烧不完全 措施 旁路放风 预分解预分解 或称窑外分解或称窑外分解 技术 技术 将已经过悬浮预热后的水泥生料 在达到分解温度前 进入 到分解炉内与进入炉内的燃料混合 在悬浮状态下迅速吸收 燃料燃烧热 使生料中的碳酸钙迅速分解成氧化钙的技术 预分解窑的关键技术装备 旋风筒 换热管道 分解炉 回转窑 冷却机 预分解窑系统中回转窑功能 1 燃料燃烧功能 2 热交换功能 3 化学反应功能 4 物料输送功能 5 降解利用废弃物功能 分解炉 分解炉 分类 悬浮 旋流式 旋风式 喷腾式 紊流式 涡流燃烧式 复合式 旋流 喷腾 沸腾式 流态化 浓相至稀相 熟料冷却机熟料冷却机 型式 单筒式 多筒式 篦式以及立式冷却剂等 迅速冷却熟料 对于改善熟料质量和易磨性也有良好的效果 冷却良好的熟料可以保 证运输设备的安全运转 熟料冷却剂应能完成这些任务 立窑立窑 粉磨的目的与要求粉磨的目的与要求 粉磨的目的 使物料表面积增大 促使化学反应的迅速完成 粉磨产品细度常用筛余量筛余量和比表面积比表面积来表示 生料粉磨的目的和要求生料粉磨的目的和要求 目的 使生料各组分间混合均匀 充分接触 加快反应 有利于煅烧 要求 细度 管磨机 0 08 方孔筛筛余 10 左右 0 2 方孔筛筛余 1 5 为宜 闭路 粉磨时 可适当放宽 0 08 筛筛余 但应仍控制 0 2 筛筛余 水泥粉磨的目的及要求水泥粉磨的目的及要求 目的 促进水泥的水化与硬化 提高水泥的强度 水泥细度会影响 水泥细度会影响 水泥强度 特别是早强 水泥安定性 磨机的产量与电耗 要求要求 GB 规定 比表面积 300 0 08 方孔筛筛余 10 影响粉磨作业动力消耗和生产能力的因素影响粉磨作业动力消耗和生产能力的因素 1 物料的性质 2 被粉磨物料的粒度与产品细度 3 粉磨作业系统与设备性能 粉磨系统 粉磨系统 粉磨流程又称粉磨系统 有开路开路和闭路闭路两种 开路系统 在粉磨过程中 当物料一次通过磨机后即为产品 闭路系统 物料出磨后经过分级设备选出产 品 粗粉返回磨机再磨 开路与闭路系统的比较 开路 流程简单 设备少 投资省 操作维护方便 但物料必须全达到产品细度才出 磨 过粉磨 磨内形成缓冲层 细粉包球现象 降低效率 闭路 复杂 设备多 投资大等不存在过粉磨 输送 分选 热量散失 提高产量 降低电耗 同规格 闭路可提高 15 25 用易磨性易磨性或易磨性系数易磨性系数 或指数 来表示物料被粉磨的难易程度 生料粉磨系统分类 生料粉磨系统分类 控制生料粉磨细度的意义 控制生料粉磨细度的意义 控制生料粉磨细度的意义 影响煅烧速度 影响熟料的质量 细 熟料形成快 产量提高 游离氧化钙下降 过细 生料磨的产量下降 电耗明显升高 控制生料颗粒分布的意义 生料细度不均匀 反应不一致 粗 反应慢 影响熟料质量 熟料中游离氧化钙含量越高 限制生料中粗颗粒的含量 生料的粉磨细度及颗粒分布要求生料的粉磨细度及颗粒分布要求 合理的生料粉磨细度 包括两个含义 一是使生料的平均细度控制在一定范围内 二是要使颗粒大小均匀 尽量避免粗颗粒 影响磨机产量和能耗的主要因素 影响磨机产量和能耗的主要因素 入磨物料粒度 易磨性 入磨物料的温度 入磨物料水分 磨内通风 助磨剂 衬板和研磨介质 影响水泥粉磨产质量的因素 影响水泥粉磨产质量的因素 1 入磨物料粒度 2 入磨物料的易磨性 3 入磨物料温度 4 入磨物料水分 5 产品细度与喂料均匀性 6 助磨剂 7 磨机通风 8 选粉效率与循环负荷率 9 料球比及磨内物料流速 均化与预均化的基本概念均化与预均化的基本概念 定义 原燃料的预均化就是原料或燃料在粉磨之前所进行的均化 作用 降低原燃料成分波动 为准确配料 提高生料均匀性 稳定熟料煅烧提供良好的 条件 生料均化链生料均化链 矿山开采 原料预均化 生料粉磨 生料均化 预均化堆场的工作原理 堆取料方式 预均化堆场的工作原理 堆取料方式 平铺直取 堆放时 尽可能地以最多的相互平行 上下重叠的同厚度的料层构 成料堆 取料时 按垂直于料层方向的截面对所有料层切取一定厚度的物料 根据堆场形式不同堆料方法不同 最常用的堆料 取料形式为纵向堆料 端面取料 堆料方式 单人字型堆料 标准偏差和均化效果标准偏差和均化效果 标准偏差 衡量物料均匀性的指标 标准偏差值越小 物料的成分越均匀 均化效果 是均化前物料的标准偏差与均化后物料的标准偏差之比 H 越大 表示均化效果越 好 三种均化作用三种均化作用 空气搅拌 重力均化 劲相混合 预均化堆场的作用预均化堆场的作用 储存作用 5 7 天 均化作用 H 5 8 预配料作用 生料均化的意义和方式 生料均化的意义和方式 意义 1 提高熟料的质量 稳定窑的热工制度 2 提高窑的运转率 产量 降低能耗 3 生料的均化是干法水泥厂中不可缺少的重要工艺环节 均化方式 多库搭配 机械倒库 压缩空气搅拌库 水泥的水化 凝结 硬化水泥的水化 凝结 硬化 水化 物质由无水状态变为有水状态 由低含水变为高含水 统称为水化 凝结 水泥加水拌和初期形成具有可塑性的浆体 然后逐渐变稠并失去可塑性的过程称 硬化 水泥加水拌和到水泥浆完全失去可塑性 并产生一定的机械强度 C3S 的水化的水化 水化产物 水化硅酸钙 也称 C S H 凝胶 和氢氧化钙 水化过程 水化速率很快 可以划分为五个阶段 诱导前期 时间 15 分钟 反应 激烈 第一个放热峰 钙离子浓度迅速提高 浆体状态 是具有流动性 Ca OH 2没有饱和 诱导期又称静止期 时间 2 4 小时 反应 极慢 放热底谷 钙离子浓度增高慢 浆体状态 Ca OH 2达饱和 此间 具有流动性 结束 失去流动性 达初凝 加速期 时间 4 8 小时 反应 又加快 第二放热高峰 浆体状态 Ca OH 2过饱和最高 生成 Ca OH 2 填充空隙 中期 失去可塑性 达终凝 后期 开始硬化 减速期 时间 12 24 小时 反应 随时间的增长而下降 原因 在 C3S 表面包裹产物 阻碍水 化 稳定期 反应 很慢 基本稳定 只到水化结束 原因 产物层厚 水很少 产物扩散困 难 C2S 水化 水化 C2S 的水化过程与 C3S 相似 也有静止期 加速期等 但水化速率很慢约为 C3S 的 1 20 水化产物 生成 C S H 和 Ca OH 2 C3A 水化 水化 水化迅速 其水化产物的组成与结构受溶液中 CaO Al2O3 离子浓度和温度的影响很 大 1 C3A 单独水化 常温 C3A 27H C4AH19 C2AH8 相对湿度 85 时 C4AH19 C4AH13 6H C4AH13 C2AH8 C3AH6 9H2O T 35 C3A 6H2O C3AH6 特点 水化速度快 水化热多 T 升高 反应速度极快 急凝 很快失去流动性 2 C3A 在液相 CaO 浓度达饱和时 C3A CH 12H C4AH13 瞬凝原因 水泥颗粒表面形成大量 C4AH13 其数量迅速增多 足以阻碍粒子的相对运 动 3 在石膏存在条件下的水化 石膏 充足 CaO 同时存在时 C3A CH 12H C4AH13 C4AH13 3CSH2 14H C3A 3CS H32 CH 三硫型水化硫铝酸钙 Aft 又称钙矾石 C3A 未完全水化而石膏已经耗尽时 2C4AH13 C3A 3CS H32 3 C3A CS H12 CH 20 H 单硫型水化硫铝酸钙 Afm 石膏掺量极少 所有的 Aft 都转化为 Afm 还有 C3A 剩余 C3A CS H12 C3A CH 12H 2C3A CS CH H12 硅酸盐水泥的水化硅酸盐水泥的水化 水化反应体系的特点 水泥的水化基本上是在 Ca OH 2 和石膏的饱和溶液或过饱和溶液中 进行的 并且还会有 K Na 等离子 水化过程实际上就是熟料解体 水化 水化产物凝聚 水泥石 水化速率的意义 水化速率影响水泥强度的发挥和安定性 表示方法 水化速率 单位时间内的水化程度或水化深度 水化程度 在一定的时间内水泥发生水化作用的量和完全水化量的比值 以百分率表示 水化深度 水泥颗粒已水化层的厚度 以微米表示 水化深度 h 与水化程度 a 的关系 测定方法 直接法 间接法 矿物水化速度 28 天前 C3A C4AF C3S C2S 3 6 月 C3S C3A C4AF C2S 影响水化速率的因素 1 熟料的矿物组成与结构 2 水泥的细度 3 加水量 4 养护温度 5 混合材以及外加剂的性质 水泥的凝结和硬化 水泥的凝结和硬化 水泥加水拌成的浆体 起初具有流动性和可塑性 随着水化反应的不 断进行 浆体逐渐失去流动性 转变为具有一定强度的固体 即为水 泥的凝结和硬化 水化是凝结硬化的前提 而凝结硬化则是水化的结果 硬化水泥浆体主要水化产物的基本特征硬化水泥浆体主要水化产物的基本特征 C S H纤维状粒子 网络状粒子 等大粒子 内部产物 氢氧化钙六方板状 钙矾石带棱针状 3 11 2 m d ha 单硫型水化硫铝酸钙六方薄片状不规则花瓣状 硬化水泥浆体的结构 硬化水泥浆体的结构 水泥石由水泥凝胶 吸附在凝胶孔内的凝胶水 Ca OH 2等结晶相 未水化的水 泥颗粒 毛细孔及毛细孔水所组成 孔的产生 孔的产生 矿物完全水化 理论 W C 0 2 0 6 实际砂浆 W C 0 5 国标实验 所以 理论加水远远大于实际加水 多余水变成固相体积孔隙 孔的类型 1 粗孔 球形大孔 2 毛细孔 大毛细孔 小毛细孔 3 凝胶孔 胶粒间孔 微孔 层间孔 水的存在形式 水的存在形式 按结合牢固程度分为 1 结晶水 强结晶水 以 OH 状态存在 弱结晶水 以水分子状态存在 2 吸附水 是由于吸附作用及毛细现象作用被物理吸附于固体颗粒 表面及孔隙中的水 可分为凝胶水及毛细水 3 自由水 游离水存在于粗大孔隙内 易去除 应尽量减少 按是否可蒸发分为 蒸发水 可用降气压 升温度等方法使之干燥 自由水 吸附水 是 所有孔隙体积的量度 非蒸发水 不能或很难使之干燥 如化合水 结晶水 可作为水化产 物胶粒存在量的量度 即水化程度的量度 凝结过程 凝结过程 水泥加水拌和成水泥浆体 逐渐失去流动性 可塑性 形成具有一定强度的硬化浆体的过 程 初凝初凝 水泥浆体失去流动性和部分可塑性 开始凝结 终凝终凝 水泥浆体逐渐硬化 完全失去可塑性 并具有一定的机械强度 能抵抗一定的外来压力 凝结时间凝结时间 水泥从拌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 初凝时间 初凝时间 从加水拌和起 到水泥浆体开始失去可塑性所需时间 终凝时间 终凝时间 从加水拌和起 到水泥浆体完全失去可塑性并开始产生强度所需时间 测定方法 测定方法 凝结时间测定仪 维卡仪 我国标准 硅酸盐水泥 初凝时间 45min 终凝时间 6 5h 普通水泥 初凝时间 45min 终凝时间 10h 石膏的作用 石膏的作用 1 调节凝结时间 主要作用 2 提高早期强度 3 降低干缩变形 4 改善水泥的性能 确定石膏的最佳掺量要同时考虑 凝结时间 强度 安定性 石膏最佳掺入量是指使水泥凝结正常 强度高 安定性良好的掺量 我国生产的普通水泥石膏掺量一般波动于 SO3 1 5 2 5 假凝 假凝 是指水泥的一种不正常的早期固化或过早变硬现象 水泥加水拌和后 在几分钟内 即迅速凝结变硬 经剧烈搅拌后 又重新恢复塑性的现象 快凝 快凝 指熟料粉磨后与水混合瞬间凝结并放出热量的现象 快凝原因 快凝原因 1 熟料煅烧时冷却速度慢 碱含量高 2 C3A 含量高或石膏掺量不足 假凝原因 假凝原因 1 造成假凝的主要原因除熟料 C3A 含量高或石膏掺量较多外 2 水泥在粉磨时受到高温 二水石膏脱水成半水石膏 3 高碱水泥生成钾石膏 4 水泥颗粒表面异性电荷的作用 预防假凝措施 预防假凝措施 1 使用无水硫酸钙含量较高的石膏 以避免粉磨时石膏脱水 2 在水泥粉磨时采取一定的措施降温 也可避免石膏脱水 3 将水泥存放一段时间 4 在建筑施工中 可以延长搅拌时间来消除假凝现象的产生 假凝和快凝区别 假凝和快凝区别 前者放热量极微 而且经剧烈搅拌后 浆体又可恢复塑性 并达到正常 凝结 对强度并无不利影响 而快凝或闪凝往往是由于缓凝不够所引起 浆体已具有一定强度 重拌并不能使其再具塑性 调凝外加剂 调凝外加剂 促凝剂 缓凝剂 影响水泥强度的因素影响水泥强度的因素 1 熟料的矿物组成 2 水泥的细度 3 施工条件 水灰比 骨料级配 搅拌振捣的程度 养护温度和湿度 外加剂的使用 安定性不良 安定性不良 水泥在凝结硬化过程中产生剧烈而不均匀的体积变化 体积膨胀 称为安定 性不良 引起安定性不良的原因 熟料中游离氧化钙 氧化镁含量过高以及水泥中石膏掺加量过多 f CaO 的危害与细度有关 细度越细 f CaO 水化快 影响相应变小 测试法 雷氏夹法 水中养护 24 小时 煮沸