水泥工艺学第二章水泥生产

1、第二章硅酸盐水泥的生产第二章硅酸盐水泥的生产 硅酸盐水泥是以硅酸盐水泥是以硅酸钙为主要成分的熟料硅酸钙为主要成分的熟料所制得所制得的水泥的总称。在国外，硅酸盐水泥常称为波特兰的水泥的总称。在国外，硅酸盐水泥常称为波特兰水泥。根据我国国家标准（水泥。根据我国国家标准（GB175-92)GB175-92)的规定，硅的规定，硅酸盐水泥是指掺入的混合材料少于酸盐水泥是指掺入的混合材料少于5%5%的水泥品种。的水泥品种。如掺入的混合材料大于如掺入的混合材料大于5%5%，则根据所掺入的混合材，则根据所掺入的混合材料加以冠名。料加以冠名。 第一节第一节 硅酸盐水泥和普通硅酸盐水泥的标准硅酸盐水泥和普通硅酸盐

2、水泥的标准 一、国家标准一、国家标准 （一）定义与代号（一）定义与代号 1 1、硅酸盐水泥、硅酸盐水泥 凡由凡由硅酸盐水泥熟料、硅酸盐水泥熟料、0-5%石灰石或粒化高炉矿渣、适量石灰石或粒化高炉矿渣、适量石膏石膏磨细制成的水硬性胶凝材料，称硅酸盐水泥。磨细制成的水硬性胶凝材料，称硅酸盐水泥。型：不掺任何混合材料。代号为型：不掺任何混合材料。代号为:P.:P. 型：掺入的混合材料不超过水泥重量的型：掺入的混合材料不超过水泥重量的5%5%。代号为。代号为:P. :P. 2 2、普通硅酸盐水泥、普通硅酸盐水泥 由由硅酸盐水泥熟料、硅酸盐水泥熟料、6-15%6-15%混合材料、混合材料、适量适量石膏石

3、膏磨细制成的磨细制成的 水硬性胶凝材料，称普通硅酸盐水泥。代号水硬性胶凝材料，称普通硅酸盐水泥。代号:P.O:P.O 活性混合材料小于活性混合材料小于15%15% 混合材料混合材料 小于小于5%5%的窑灰的窑灰 小于小于10%10%的非活性材料的非活性材料 3 3、组分材料、组分材料 （1 1）硅酸盐水泥熟料）硅酸盐水泥熟料 凡适当成分的生料烧至部分熔融，所得以硅酸钙为主要凡适当成分的生料烧至部分熔融，所得以硅酸钙为主要 成分的产物称为硅酸盐水泥熟料（简称熟料）。成分的产物称为硅酸盐水泥熟料（简称熟料）。 （2 2）石膏）石膏 包括天然石膏和工业副产品石膏、质量必须符合标准。包括天然石膏和工业

4、副产品石膏、质量必须符合标准。 （3 3）活性混合材）活性混合材 系指具有火山灰性或潜在水硬性的混合材料。系指具有火山灰性或潜在水硬性的混合材料。 活性材料有：粒化高炉矿渣、火山灰质混合材料、粉活性材料有：粒化高炉矿渣、火山灰质混合材料、粉煤灰；煤灰； 它们与水调和后，本身不会硬化或硬化极为缓慢，强它们与水调和后，本身不会硬化或硬化极为缓慢，强度很低。但在氢氧化钙溶液中，就会发生显著的水化，而度很低。但在氢氧化钙溶液中，就会发生显著的水化，而且在饱和氢氧化钙溶液中水化更快。且在饱和氢氧化钙溶液中水化更快。（4 4）非活性混合材）非活性混合材 系指活性指标不符合标准要求的潜在水硬性或火山灰系指活

5、性指标不符合标准要求的潜在水硬性或火山灰的水泥混合材料。的水泥混合材料。 非活性混合材料有：磨细的石英砂、石灰石、粘土、非活性混合材料有：磨细的石英砂、石灰石、粘土、慢冷矿渣及各处废渣等。慢冷矿渣及各处废渣等。 它们与水泥成分不起化学作用或化学作用很小，非活它们与水泥成分不起化学作用或化学作用很小，非活性混合材料掺入硅酸盐水泥中仅起提高水泥产量和降低水性混合材料掺入硅酸盐水泥中仅起提高水泥产量和降低水泥强度、减少水化热等作用。当采用高强度等级水泥拌制泥强度、减少水化热等作用。当采用高强度等级水泥拌制强度较低的砂浆或混凝土时，可掺入非活性混合材料以代强度较低的砂浆或混凝土时，可掺入非活性混合材料

6、以代替部分水泥，起到降低成本及改善砂浆或混凝土和易性的替部分水泥，起到降低成本及改善砂浆或混凝土和易性的作用。作用。 （5 5）窑灰）窑灰 从水泥回转窑窑尾废气中收集下的粉尘。从水泥回转窑窑尾废气中收集下的粉尘。 （6 6）助磨剂）助磨剂 水泥粉磨时允许加入起助磨作用而不损害水泥性能的助水泥粉磨时允许加入起助磨作用而不损害水泥性能的助磨剂。其加入量不得超过水泥质量的磨剂。其加入量不得超过水泥质量的1%1%。 （二）标号（二）标号 按国家标准规定按国家标准规定 硅酸盐水泥：硅酸盐水泥：425425、425R425R、525525、525R525R、625625、625R625R。 普通硅酸盐水泥

7、：普通硅酸盐水泥：325325、325R325R、425425、425R425R、525525、525R525R。 标号是根据水泥标号是根据水泥2828天抗压强度值确定的。天抗压强度值确定的。 我国国家标准（我国国家标准（GB)GB)：325 425 525 625325 425 525 625 国际质量标准（国际质量标准（ISO)ISO)：- 32.5 42.5 52.5- 32.5 42.5 52.5（三）品质指标（三）品质指标 是保证水泥质量和性能的重要依据。是保证水泥质量和性能的重要依据。 1 1、化学指标、化学指标 （1 1）氧化镁含量）氧化镁含量 国家标准（国家标准（GB175-1

8、999GB175-1999）规定，水泥中）规定，水泥中氧化镁的含量不氧化镁的含量不得超过得超过5%5%。如果水泥经压蒸安定性试验合格，则水泥中氧化镁如果水泥经压蒸安定性试验合格，则水泥中氧化镁的含量允许放宽到的含量允许放宽到6%6%。 在水泥熟料中，常含有少量的游离氧化镁，它是高温时在水泥熟料中，常含有少量的游离氧化镁，它是高温时形成的方镁石，它水化为氢氧化镁的速度很慢，常在水泥硬化形成的方镁石，它水化为氢氧化镁的速度很慢，常在水泥硬化以后才开始水化，在水化时产生体积膨胀，可导致水泥石结构以后才开始水化，在水化时产生体积膨胀，可导致水泥石结构产生裂缝甚至破坏，因此，它是引起水泥安定性不良的原因

9、之产生裂缝甚至破坏，因此，它是引起水泥安定性不良的原因之一。一。 （2 2）三氧化硫含量）三氧化硫含量 现行国家标准规定，水泥中现行国家标准规定，水泥中S0S03 3的含量不得超过的含量不得超过3.5%3.5%。 水泥中的水泥中的S0S03 3主要是在生产时为调节凝结时间加入石膏而主要是在生产时为调节凝结时间加入石膏而带来的，也可能是煅烧熟料时加入石膏矿化剂而带入熟料的。带来的，也可能是煅烧熟料时加入石膏矿化剂而带入熟料的。 适量石膏虽能改善水泥性能，但石膏超过一定含量后，水适量石膏虽能改善水泥性能，但石膏超过一定含量后，水泥性能会变差，甚至引起硬化水泥石膨胀，导致结构破坏。因泥性能会变差，甚

10、至引起硬化水泥石膨胀，导致结构破坏。因此水泥中此水泥中S0S03 3的含量必须加以限制。的含量必须加以限制。（3 3）烧失量与不溶物）烧失量与不溶物 烧失量烧失量是以水泥试样在是以水泥试样在950-1000950-1000下灼烧下灼烧15-20min15-20min，冷，冷 至室温称量。至室温称量。 不溶物不溶物是指水泥经酸碱处理，不能被溶解的残留物。是指水泥经酸碱处理，不能被溶解的残留物。 普通水泥、矿渣水泥中的烧失量，普通水泥、矿渣水泥中的烧失量，回转窑厂不得大于回转窑厂不得大于5%5%， 立窑不得大于立窑不得大于7%7%，不溶物不作要求。不溶物不作要求。 型型硅酸盐水泥硅酸盐水泥烧失量小

11、于烧失量小于3%3%，不溶物小于，不溶物小于0.75%0.75%。 型型硅酸盐水泥硅酸盐水泥烧失量小于烧失量小于3.5%3.5%，不溶物小于，不溶物小于1.5%1.5%。 2 2、物理指标、物理指标（1 1）细度）细度 现行标准规定，普通水泥、矿渣水泥、火山灰水泥和粉现行标准规定，普通水泥、矿渣水泥、火山灰水泥和粉煤灰水泥，在煤灰水泥，在0.08mm0.08mm方孔筛上方孔筛上筛余筛余量不得超过量不得超过10%10%；硅酸盐水泥硅酸盐水泥细度细度不小于不小于3003002 2/g/g。 水泥细度是表示水泥磨细后的程度或水泥分散度的指标。水泥细度是表示水泥磨细后的程度或水泥分散度的指标。它对水泥

12、的水化硬化速度、水泥需水量、和易性、放热速率及它对水泥的水化硬化速度、水泥需水量、和易性、放热速率及强度都有影响。水泥细度可用筛析法和比表面积法表示。强度都有影响。水泥细度可用筛析法和比表面积法表示。（2 2）凝结时间）凝结时间 标准规定：标准规定： 硅酸盐水泥硅酸盐水泥初凝时间不得早于初凝时间不得早于4545分钟，分钟，终凝时间不得迟终凝时间不得迟 于于390390分钟分钟（6.56.5小时）；小时）； 普通硅酸盐水泥普通硅酸盐水泥初凝时间不得早于初凝时间不得早于4545分钟，分钟，终凝时间不终凝时间不 得迟于得迟于1010小时。小时。 （3 3）安定性）安定性 按标准测定，必须合格。按标准

13、测定，必须合格。 安定性的检验方法：安定性的检验方法： 雷氏法：用雷氏夹测定，试件两指针尖端距离增加的平雷氏法：用雷氏夹测定，试件两指针尖端距离增加的平 均值均值5mm5mm时，安定性合格。时，安定性合格。 试饼法：通过观察试饼的形状变化来判断。试饼法：通过观察试饼的形状变化来判断。 沸煮法：主要用来检验由游离沸煮法：主要用来检验由游离CaOCaO引起的体积变化引起的体积变化 压蒸法：主要用来检验由游离压蒸法：主要用来检验由游离MgOMgO引起的体积变化。引起的体积变化。（4 4）强度）强度 强度是水泥技术中最基本的指标，它直接反映了水泥的质强度是水泥技术中最基本的指标，它直接反映了水泥的质量

14、水平和使用价值。国际上都采用砂浆法作为水泥强度的标准量水平和使用价值。国际上都采用砂浆法作为水泥强度的标准检验方法。我国亦采用水泥胶砂来评定水泥强度。检验方法。我国亦采用水泥胶砂来评定水泥强度。 我国现行标准（我国现行标准（GB177-1999GB177-1999）规定，以）规定，以1313的水泥和的水泥和ISOISO标准砂，按规定的水灰比标准砂，按规定的水灰比0.50.5，用标准制作方法制成，用标准制作方法制成4cm4cm4cm4cm16cm16cm的标准试件。在标准养护条件下，达到规定的标准试件。在标准养护条件下，达到规定龄期（龄期（3d3d、28d28d）时，测定其抗折和抗压强度，按国家

15、标准）时，测定其抗折和抗压强度，按国家标准规定的最低强度值来评定其所属的强度等级。规定的最低强度值来评定其所属的强度等级。 为提高水泥的早期强度，我国现行标准将水泥分为普通为提高水泥的早期强度，我国现行标准将水泥分为普通型和早强型（型和早强型（R R）。早强型水泥的）。早强型水泥的3d3d抗压强度较同强度等级抗压强度较同强度等级的普通型强度提高的普通型强度提高10-24%10-24%，可达，可达28d28d抗压强度的抗压强度的50%50%。道路水。道路水泥多用早强水泥。泥多用早强水泥。（四）验收规则（四）验收规则 1 1、废品、废品 我国现行国家标准规定，凡是我国现行国家标准规定，凡是氧化镁、

16、三氧化硫、初凝氧化镁、三氧化硫、初凝时间、安定性时间、安定性中的任何一项指标不符合标准规定的，均为废中的任何一项指标不符合标准规定的，均为废品。品。 废品水泥在工程中严禁使用。废品水泥在工程中严禁使用。2 2、不合格品、不合格品 凡凡细度、终凝时间、不溶物和烧失量细度、终凝时间、不溶物和烧失量中的任何一项不中的任何一项不符合标准规定的，或符合标准规定的，或混合材掺加量混合材掺加量超过最大限量，或超过最大限量，或强度强度低低于等级规定的指标时称为不合格产品。水泥包装表中于等级规定的指标时称为不合格产品。水泥包装表中品种、品种、标号、工厂名称和出厂编号标号、工厂名称和出厂编号不全的也属于不合格品。

17、不全的也属于不合格品。水泥的凝结时间水泥的凝结时间 水泥的凝结时间是指水泥拌水后开始到失去流动性即水泥的凝结时间是指水泥拌水后开始到失去流动性即从塑性状态发展到固体状态所需要的时间。这个转变过程从塑性状态发展到固体状态所需要的时间。这个转变过程的快慢即为凝结时间的长短，它直接影响到施工。的快慢即为凝结时间的长短，它直接影响到施工。 凝结时间分为初凝时间和终凝时间。凝结时间分为初凝时间和终凝时间。 初凝时间：初凝时间：是从水泥加水开始到水泥浆是从水泥加水开始到水泥浆开始开始失去可塑性所失去可塑性所 需的时间；需的时间； 终凝时间：终凝时间：是从水泥加水开始到水泥浆是从水泥加水开始到水泥浆完全完全

18、失去塑性的时间。失去塑性的时间。 一般水泥熟料的初凝时间只有几分钟，因而要通过加入一般水泥熟料的初凝时间只有几分钟，因而要通过加入适量石膏来调节凝结时间，才能达到标准要求。但是也不能适量石膏来调节凝结时间，才能达到标准要求。但是也不能掺入太多，过多会降低水泥的强度，导致安定性不良。所以掺入太多，过多会降低水泥的强度，导致安定性不良。所以国家标准规定了凝结时间，也规定了三氧化硫的含量。国家标准规定了凝结时间，也规定了三氧化硫的含量。水泥的安定性水泥的安定性 安定性是指水泥在凝结硬化过程中体积变化的均匀性。安定性是指水泥在凝结硬化过程中体积变化的均匀性。 水泥与水拌制成的水泥浆体，在凝结硬化过程中

19、，一水泥与水拌制成的水泥浆体，在凝结硬化过程中，一般都会发生体积变化。如果这种体积变化是在凝结硬化过般都会发生体积变化。如果这种体积变化是在凝结硬化过程中，则对建筑的质量并没有什么影响。但是如果混凝土程中，则对建筑的质量并没有什么影响。但是如果混凝土硬化后，由于水泥中某些有害成分的作用，在水泥石内部硬化后，由于水泥中某些有害成分的作用，在水泥石内部产了剧烈的、不均匀的体积变化时，在建筑物内部产生破产了剧烈的、不均匀的体积变化时，在建筑物内部产生破坏应力，导致建设物强度降低，甚至会引起建筑物开裂，坏应力，导致建设物强度降低，甚至会引起建筑物开裂，崩塌等严重事故。崩塌等严重事故。 水泥体积安定性不

20、良的原因在于：水泥体积安定性不良的原因在于：水泥熟料中水泥熟料中游离游离CaoCao、MgOMgO含量过多或掺入的含量过多或掺入的石膏石膏含量过多。含量过多。 熟料中的游离熟料中的游离CaOCaO、MgOMgO经过高温煅烧后均呈经过高温煅烧后均呈“过烧过烧”状态，水化十分缓慢。在水泥已经硬化后状态，水化十分缓慢。在水泥已经硬化后才进行水化，体积膨胀，引起不均匀的体积变化，才进行水化，体积膨胀，引起不均匀的体积变化，使水泥石开裂。石膏含量过多时，在水泥硬化后，使水泥石开裂。石膏含量过多时，在水泥硬化后，它还会与固体的水化铝酸钙反应，生成高硫型水化它还会与固体的水化铝酸钙反应，生成高硫型水化硫铝酸

21、钙，体积约增大硫铝酸钙，体积约增大1.51.5倍，引起水泥石开裂。倍，引起水泥石开裂。 水泥的强度水泥的强度 水泥强度是水泥试体在单位面积上所承受的外水泥强度是水泥试体在单位面积上所承受的外力。力。 水泥的强度在一定时间内是逐渐增长的，因水泥的强度在一定时间内是逐渐增长的，因此常用水泥各龄期的抗压、抗折或水泥标号来表此常用水泥各龄期的抗压、抗折或水泥标号来表示水泥的强度及其增长速率。一般把示水泥的强度及其增长速率。一般把3 3天、天、7 7天以天以前的强度称为前的强度称为早期强度，早期强度，2828天及其后的强度为天及其后的强度为后后期强度期强度，也有将，也有将3 3个月以后的强度称为个月以后

22、的强度称为长期强度。长期强度。 由于水泥的强度到由于水泥的强度到2828天已大部分发挥出来，以天已大部分发挥出来，以后的强度增长相当缓慢，所以通常用后的强度增长相当缓慢，所以通常用2828天的强度作天的强度作为水泥质量的分级，从而划分为不同的标号。凡是为水泥质量的分级，从而划分为不同的标号。凡是符合某一标号与某一类型的水泥，都必须同时满足符合某一标号与某一类型的水泥，都必须同时满足标准规定的相应指标，若达不到所要求的标号规定，标准规定的相应指标，若达不到所要求的标号规定，则以最低的指标计算该水泥标号。则以最低的指标计算该水泥标号。 二、世界各国标准概况二、世界各国标准概况 各国水泥的标准主要内

23、容包括：各国水泥的标准主要内容包括： 标准水泥的品种及其组成、制定的品质指标、标准水泥的品种及其组成、制定的品质指标、技术要求、以及标准的实验方法。技术要求、以及标准的实验方法。 以现行最新标准为准。以现行最新标准为准。作业：作业：2 2、硅酸盐水泥、普通硅酸盐的定义、代号、硅酸盐水泥、普通硅酸盐的定义、代号、标号及表征水泥质量的品质指标标号及表征水泥质量的品质指标1、硅酸盐水泥的定义及代号、硅酸盐水泥的定义及代号2、普通硅酸盐水泥的定义及代号、普通硅酸盐水泥的定义及代号3、标号、标号4、品质指标：、品质指标： 化学指标化学指标: :氧化镁、氧化硫、烧失量与不溶物氧化镁、氧化硫、烧失量与不溶物

24、 物理指标：细度、凝结时间、安定性、强度物理指标：细度、凝结时间、安定性、强度第二节第二节 硅酸盐水泥的生产方法硅酸盐水泥的生产方法 一、生产方法一、生产方法 硅酸盐水泥的生产包括三个主要阶段：硅酸盐水泥的生产包括三个主要阶段： 生料的制备：破碎、粉磨、均化制得生料。生料的制备：破碎、粉磨、均化制得生料。 熟料的煅烧：生料经过煅烧成为熟料。熟料的煅烧：生料经过煅烧成为熟料。 水泥的粉磨：熟料、石膏、混合材料粉磨成水泥。水泥的粉磨：熟料、石膏、混合材料粉磨成水泥。 生产方法及特点：生产方法及特点：（1 1）按生料制备方法）按生料制备方法 湿法：湿法： 入窑生料为泥浆，水分入窑生料为泥浆，水分32

25、%-40%32%-40%。将生料浆脱水烘干后成。将生料浆脱水烘干后成料块入窑，称为半湿法，归为湿法，或称为湿磨干烧。料块入窑，称为半湿法，归为湿法，或称为湿磨干烧。 熟料质量较好且均匀、粉尘飞扬少、熟料单位热耗高。熟料质量较好且均匀、粉尘飞扬少、熟料单位热耗高。 干法：干法： 入窑生料为干粉，水分小于入窑生料为干粉，水分小于1%1%。将生料粉加适量水。将生料粉加适量水（12-15%12-15%）以料球入窑，称为半干法，归为干法，或称为干）以料球入窑，称为半干法，归为干法，或称为干磨湿烧。磨湿烧。 熟料质量较好、能耗低、效率高、单线规模大、投资大熟料质量较好、能耗低、效率高、单线规模大、投资大建设周期长。建设周期长。（2 2）按煅烧熟料的窑的结构）按煅烧熟料的窑的结构 立窑：立窑： 利用竖式固定的水泥煅烧设备即立窑煅烧水利用竖式固定的水泥煅烧设备即立窑煅烧水泥熟料的方法称立窑生产。泥熟料的方法称立窑生产。 投资小、见效快、可就地取材、就地生产、投资小、见效快、可就地取材、就地生产、就地使用、能耗较低、生产规模小。就地使用、能耗较低、生产规模小。 回转窑：回转窑： 利用卧式回转的水泥设备即回转窑来煅烧水利用