水泥熟料煅烧

1、水泥熟料煅烧 四、硅酸盐水泥熟料的煅烧四、硅酸盐水泥熟料的煅烧 生料在加热过程中，依次发生生料在加热过程中，依次发生干燥、粘土矿物脱干燥、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、等重要的物理化学反应。这些反应过程的反应温度、 反应速度及反应产反应速度及反应产 物不仅受原料的化学成分和矿物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、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。均化程度、气固相接触程度等的影响。 P177

2、水泥熟料煅烧 1. 干燥干燥 排除生料中自由水分的工艺过程称为干燥。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自由水分的蒸发温度一般为27-150左右。左右。 当温度升高到当温度升高到100-150时，生料自由水分全部被排除。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自由水分蒸发热耗大。每千克水蒸发潜热高达2257 kJ(在在 100下下)。 生料中还有一定量的水分生料中还有一定量的水分 u干法窑生料含水干法窑生料含水90% MgO、MnO、Fe2O3、CaS、FeS、TiO2等等 质量系数质量系数=（CaO+MgO+Al2O3）/（SiO2+

3、MnO） 活性矿渣质量系数活性矿渣质量系数1.2，非活性矿渣质量系数，非活性矿渣质量系数1.2 水泥熟料煅烧 天然：火山灰、火山凝灰岩、浮石、硅藻土、硅藻石等天然：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。人工：烧粘土、活性硅质渣、粉煤灰、烧页岩等。 火山灰质混合材火山灰质混合材 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，而且混合后再加水拌和，则不但能在空气中硬化，而且 能

4、在水中继续硬化者称为火山灰质混合材。能在水中继续硬化者称为火山灰质混合材。 水泥熟料煅烧 燃煤发电厂电收尘器收集的细灰燃煤发电厂电收尘器收集的细灰 主要化学成分：主要化学成分：SiO2、Al2O3、Fe2O3、CaO 物相组成：玻璃体物相组成：玻璃体6085%；结晶化合物；结晶化合物 1030%；未燃尽碳约；未燃尽碳约5%。 类别类别CaO含量含量来源来源活性活性 低钙粉煤灰低钙粉煤灰10%无烟煤燃烧所得副产品无烟煤燃烧所得副产品较低较低 高钙粉煤灰高钙粉煤灰1530%褐煤和次烟煤燃烧所得的副产品褐煤和次烟煤燃烧所得的副产品较高较高 粉煤灰粉煤灰 水泥熟料煅烧 （2 2）混合材）混合材 混合材

5、磨细后与石灰和石膏拌合，加水后既能在水中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。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。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。作用：提高水泥产量，减少水化热，降低水泥标号。 水泥熟料煅烧 （2 2）混合材）混合材 天然石膏或工业副产石膏（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，作

6、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。改善耐久性、抗渗性等性能，对混合材起活性激发作用。 （3 3）石膏）石膏 水泥熟料煅烧 六、硅酸盐水泥的水化与硬化六、硅酸盐水泥的水化与硬化 6.1 水泥熟料矿物的水化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。、有无其它离子参与和水化条件有关。 2C3S + 6H2O 3CaO 2SiO2 3H2O + 3Ca(OH)2 1.硅酸三钙的水化硅酸三钙的水化 水泥与水接触时，水泥中的各

7、组分与水的反应称为水化。水泥与水接触时，水泥中的各组分与水的反应称为水化。 水泥水泥 cement 水泥浆水泥浆 Cement paste +水水 凝结凝结 硬化硬化 水泥石水泥石 Hardened cement paste P197 水泥熟料煅烧 C C3 3S S水化过程阶段划分水化过程阶段划分 初始水解期：加水后初始水解期：加水后 立即发生急剧反应，立即发生急剧反应， 持续时间短（持续时间短（15min),15min), 又称诱导前期。又称诱导前期。 诱导期：反应缓慢，持续诱导期：反应缓慢，持续2-4h2-4h，又称静止期。是硅酸盐水，又称静止期。是硅酸盐水 泥浆能在几小时内保持塑性的原

8、因。初凝时间基本上相当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。于诱导期的结束。 水泥熟料煅烧 C3SC3S水化过程阶段划分水化过程阶段划分 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（放热峰，峰顶时本阶段结束（4-8h4-8h）。终凝已过，开始硬化）。终凝已过，开始硬化. . 衰退期：反应速率随时间下降（减退期）。持续衰退期：反应速率随时间下降（减退期）。持续1224h1224h，水，水 化作用逐渐受扩散速率控制。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

9、用完全受扩散速稳定期：反应速率很低、基本稳定，水化作用完全受扩散速 率控制。率控制。 水泥熟料煅烧 C2SC2S水化过程与水化过程与C3SC3S极为相似，也有诱导期、加速期等，但极为相似，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。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分。为了表示连续范

10、围的组成和结构，将水化硅酸钙统称为水 化硅酸钙凝胶（化硅酸钙凝胶（C-S-H)C-S-H)。 2C2S + 4H2O 3CaO 2SiO2 3H2O + Ca(OH)2 2. 硅酸二钙的水化硅酸二钙的水化 水泥熟料煅烧 C3A C3A在硅酸盐水泥熟料矿物中的水化能力最强，但在饱和石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。和氧化铝离子浓度与温度。 C3A + 6H2O 3CaO Al2O3 6H2O 4C4AF + 7H2O 3CaO Al2O3 6

11、H2O + CaO Fe2O3 H2O 3. 铝酸三钙的水化铝酸三钙的水化 4. 铁铝酸四钙的水化铁铝酸四钙的水化 水泥熟料煅烧 3CaO Al2O3+ 3(CaSO4 2H2O) + 2426H2O 3CaO Al2O3 3CaSO4 3032H2O 水泥拌水后，首先是水泥拌水后，首先是C3AC3A，以后，以后C4AFC4AF与与C3SC3S分别与水很快反分别与水很快反 应，应，C3SC3S水化时析出水化时析出CH,CH,同时，掺加的石膏也迅速溶解于水。同时，掺加的石膏也迅速溶解于水。 3CaO3CaO Al2O3Al2O3 3 3CaSO4CaSO4 30 303232H2OH2O简写为简

12、写为AftAft，称为三（高）硫型，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。又称为钙矾石，针状晶体。 5.2 硅酸盐水泥的水化硅酸盐水泥的水化 水泥熟料煅烧 （1）凝结：水泥加水拌和后，成为可塑的浆体，逐渐变）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。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）硬化：随后产生明显的强度，并逐渐发展而成为坚 硬的人造石。硬的人造石。 5.3 硅酸盐水泥的硬化硅酸盐水泥的硬

13、化 1. 概念概念 水泥熟料煅烧 水泥与水拌和，水水泥与水拌和，水 泥颗粒以分散状态泥颗粒以分散状态 存在于水中（瞬间存在于水中（瞬间 过程）过程） 2. 过程过程 水泥水泥 水水 水泥熟料煅烧 水化初期，反应比较迅速水化初期，反应比较迅速 ，由于各种水化物溶解度，由于各种水化物溶解度 很小，很快在水泥颗粒周很小，很快在水泥颗粒周 围达到过饱和，析出以围达到过饱和，析出以C- S-H为主体的半渗透膜层为主体的半渗透膜层 ，包裹在水泥颗粒表面。，包裹在水泥颗粒表面。 水泥水泥 水水 水化硅酸钙水化硅酸钙 水泥熟料煅烧 半渗透膜层的形成降低了半渗透膜层的形成降低了 各种离子从外向内和离子各种离子从

14、外向内和离子 从内向外扩散的速度，水从内向外扩散的速度，水 化反应变慢，水份渗入膜化反应变慢，水份渗入膜 层以内进行的水化反应使层以内进行的水化反应使 膜层向外增厚。膜层向外增厚。 水泥熟料煅烧 膜层内部由于结晶压力的膜层内部由于结晶压力的 产生导致膜层向外突出并产生导致膜层向外突出并 在其弱点上发生破裂，使在其弱点上发生破裂，使 水泥与水迅速而广泛的接水泥与水迅速而广泛的接 触，反应进入加速期。触，反应进入加速期。 水泥熟料煅烧 生成较多的凝胶和生成较多的凝胶和CH等等 相互接触连生，构成贯相互接触连生，构成贯 穿于整个浆体的网状结穿于整个浆体的网状结 构，不断充实，使浆体构，不断充实，使浆

15、体 具有一定强度。具有一定强度。 水泥熟料煅烧 未水化水泥颗粒未水化水泥颗粒 水化产物层厚度和致密度水化产物层厚度和致密度 不断增加，水泥浆体趋于不断增加，水泥浆体趋于 硬化，水泥颗粒内部的水硬化，水泥颗粒内部的水 化愈加困难，进入扩散控化愈加困难，进入扩散控 制期。制期。 水泥熟料煅烧 （1 1）是由表及里进行的。）是由表及里进行的。 （2 2）水分和温度是硅酸盐水泥凝结硬化的必要条件。）水分和温度是硅酸盐水泥凝结硬化的必要条件。 （3 3）水泥的水化、凝结硬化是一个连续的过程，水化是水泥）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产

16、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。结果。 （4 4）硬化后的水泥石包含有凝胶体、结晶体、未水化的水泥）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。内核、水和孔隙。 （5 5）影响水泥凝结速率和硬化强度的因素很多，除了熟料矿）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，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的外加剂等外因密切相关。 水泥熟料煅烧 胶体胶体 晶体晶体 水化硅酸钙凝胶水化硅酸钙凝胶 70%70% 水化铁酸钙水化铁酸钙 Ca(OH)2 Ca