第11章 其他通用水泥生产技术

1、第11章 其他通用水泥生产技术,本章学习要点 本章主要学习活性混合材料、非性混合材料和除硅酸盐水泥以外的各种通用水泥的生产技术。,11.1混合材料的种类及质量要求 11.1.1 混合材料的种类及作用,生产水泥时掺混合材料的作用是： (1) 提高水泥产量，降低水泥生产成本，节约能源达到提高经济效益的目的； (2) 有利于改善水泥的性能，如改善水泥安定性，提高混凝土的抗蚀能力，降低水泥水化热等； (3) 调节水泥标号，生产多品种水泥，以便合理使用水泥，满足各项建设工程的需要； 综合利用工业废渣，减少环境污染，实现水泥工业生态化。 活性混合材料 活性混合材料是指具有火山灰性或潜在的水硬性，以及兼有火

2、山灰性和水硬性的矿物质材料。主要包括粒化高炉矿渣、火山灰质混合材料和粉煤灰等。 非活性混合材料 非活性混合材料是指在水泥中主要起填充作用而又不损害水泥性能的矿物质材料，即活性指标不符合要求的材料，或者是无潜在水硬性、火山灰性的一类材料。主要包括砂岩、石灰石、块状的高炉矿渣等。,11.1.2 粒化高炉矿渣,粒化高炉矿渣是高炉冶炼生铁时所得以硅酸钙和铝硅酸钙为主要成分的熔融物，经淬冷粒化后的产品。它属冶金行业高炉冶炼生铁时的工业废渣，是目前国内水泥工业中用量最大、质量最好的活性混合材料。但若是经慢冷（缓慢冷却）后的产品则呈现块状或细粉状等，不具有活性，属非活性混合材料。,矿渣的组成 1、 化学成分

3、 高炉矿渣的化学成分主要有CaO、SiO2、Al2O3，还有少量的MgO、Fe2O3、硫化物如CaS、MnS、FeS等。其中CaO+ SiO2+Al2O3总量一般90%，某些特殊情况下由于矿石成分的不同所形成的高炉矿渣的化学成分还可能含有TiO2、P2O5、氟化物等。矿渣的组成 2、矿物组成 缓慢冷却的高炉矿渣的矿物相一般为发育良好的各种晶体，主要有黄长石（C2AS）、钙长石（CAS2）、硅灰石（CS）、硅酸二钙（C2S）、以及透辉石（CMS2）、尖晶石（MA）、钙镁橄榄石（CMS）、镁方柱石（C2M S2）、二硅酸二钙（C3S2）、正硅酸镁（M2S）、硫化物（CaS、MnS、FeS）等。,矿

4、渣的活性与激发剂 1、 矿渣活性 粒化高炉矿渣的活性高低与化学成分、玻璃体含量有关。实践证明，在化学成分大致相同的情况下，玻璃体含量越多，其活性也越高，即急冷好的粒化高炉矿渣活性好。 矿渣的活性与激发剂 2、 激发剂 常用的激发剂有两类：碱性激发剂和硫酸盐激发剂。 碱性激发剂： 石灰、水化时能够析出Ca(OH)2的硅酸盐水泥熟料属碱性激发剂； 硫酸盐激发剂： 各类天然石膏或以CaSO4为主要成分的化工副产品，如氟石膏、磷石膏等属硫酸盐激发剂。值得说明的是，硫酸盐激发剂只有在一定的碱性环境中才能充分激发矿渣的活性。,粒化高炉矿渣在不同条件下的强度,粒化高炉矿渣的质量评定 1、化学成分分析法-质量

5、系数法 分析测得粒化高炉矿渣的化学成分质量百分数CaO、MgO 、Al2O3 和SiO2 、MnO、TiO2 后，可按活性组分与低活性、非活性组分之间的比例，即质量系数（K）来评定矿渣质量。 K=(CaO+MgO +Al2O3 ) / ( SiO2 +MnO+TiO2) 质量系数K越大，则矿渣活性越高。用于水泥中的粒化高炉矿渣必须是K1.2。 粒化高炉矿渣的质量评定 2、激发强度试验法 直接测定矿渣硅酸盐水泥强度的方法，并用下列强度比值R来评定矿渣的活性。 R=10012(100矿渣掺入百分数) 式中： 1矿渣硅酸盐水泥的28d抗压强度； 2不掺矿渣的硅酸盐水泥28d抗压强度。 若比值R=1，

6、则矿渣无活性；R1，则认为矿渣有活性；R越大，矿渣活性越高。,11.1.3 火山灰质混合材料, 火山灰质混合材料及种类 凡天然的或人工的以氧化硅、氧化铝为主要成分的矿物质材料，本身磨细加水拌和并不硬化，但与气硬性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料。,火山灰质混合材料分类,火山灰质混合材料的组成 火山灰质混合材料的化学成分以SiO2、Al2O3为主，其含量占70%左右，而CaO含量较低，其矿物组成随其成因变化较大。 火山灰质混合的活性评定（火山灰性试验） 1、 化学方法 化学方法即火山灰试验，结果评定：如果试验点在曲线（40氢氧化钙的溶解度曲线

7、）的下方，则认为该混合材的火山灰试验验合格；如果试验点在曲线上方或曲线上，则重做试验，但恒温时间为15d。如果此时试验点落在曲线下方，仍可认为火山灰性合格，否则不合格。,火山灰质混合的活性评定（火山灰性试验） 2、 物理方法 物理方法即强度对比法，是利用掺30%火山灰质混合材水泥做胶砂28d抗压强度与硅酸盐水泥28d抗压强度之比值R来评定，要求R62%。具体试验方法按GB1295进行。 火山灰质混合材料的选择 应注意满足如下质量要求： （1）、烧失量不得超过10%； （2）、SO3不超过3%； （3）、火山灰性试验合格； （4）、.胶砂28d抗压强度经不得低于62%； （5）、人工山灰质混合材

8、料放射性物质应符合规定，具体数值由水泥厂根据人工的火山灰质混合材掺量而定。,11.1.4 粉煤灰质混合材料,粉煤灰是从煤粉炉烟道气体中收集的粉尘。在火力发电厂，煤粉在锅炉内经11001500的高温燃烧后，一般有70%80%呈粉状灰随烟气排出经收尘器收集，即为粉煤灰；20%30呈烧结状落入炉底，称为炉底灰或炉渣。,粉煤灰的成分与基本性质 1、 成分与活性 粉煤灰的化学成分随煤种、燃烧条件和收尘方式等条件的不同而在较大范围内波动。但以SiO2、Al2O3为主，并含有少量Fe2O3、CaO。 粉煤灰的成分与基本性质 2、物理性质 粉煤灰的粒径一般在0.5200m之间，其主要颗粒在11.5m范围内，0

9、.08mm方孔筛筛余3540%，质量密度2.02.3g/cm3，体积密度0.61.0kg/L。国内大多数粉煤灰收集后用水冲灰即湿排，因此含水量较大。 用于水泥中粉煤灰的技术要求 水泥生产中用作活性混合材料的粉煤灰分为I、两级。各级粉煤灰的技术要求见表11.8所示。如果28d坑压强度比指标低于62%，则该粉煤灰只可作为非活性混合材料。,1115 其他混合材料,化铁炉渣 精炼铬铁渣 粒化电炉磷渣 粒化高炉钛矿渣 增钙液态渣 钢渣 沸腾炉渣 窑灰,11.2普通硅酸盐水泥11.2.1 定义与代号,凡由硅酸盐水泥熟料、6%15%混合材料、适量石膏磨细制成的水硬性胶凝材料，称为普通硅酸盐水泥，简称普通水泥

10、，代号为P.O（其中P.O分别为 “波特兰”、“普通”的英文字首）。 当掺活性混合材时，最大掺量不得超过15%，其中允许用不超过水泥质量5%的窑灰或不超过水泥质量10%的非活性混合材料来代替。 掺非活性混合材料时，最大掺量不得超过水泥质量的10%。,11.2.2 组分材料要求,硅酸盐水泥熟料、混合材料、石膏、窑灰己在硅酸盐水泥生产技术一章和上一节中述及。而水泥粉磨时允许加入助磨剂，其加入量不得超过水泥质量的1，助磨剂须符合JC/T 667的规定。,11.2.3强度等级与标号,（1）氧化镁、三氧化硫、碱含量及安定性 水泥中氧化镁的含量、三氧化硫的含量、碱含量、安定性要求与硅酸盐水泥的生产技术要求

11、相同。 （2）废品、不合格品 废品、不合格品的规定亦同于硅酸盐水泥。 (3) 烧失量、细度、凝结时间、强度 烧失量不得大于5.0； 细度要求是80 m方孔筛筛余不得超过10.0%； 凝结时间要求是初凝不得早于45 min，终凝不得迟于 10 h； 各强度等级水泥的各龄期强度不得低于表11.10数值。,11.2.4 生产技术要求,普通水泥强度等级分为32.5、32.5R、42.5、42.5R、52.5、52.5R。 实际生产和应用中, 人们习惯于将普通水泥分325、325 R、425、425R、525、525R六个标号,按早期强度分普通型和早强型（即R型）。,11.2.5 试验方法与检验规则,1

12、20万t以上，不超过1200t为一编号； 60万t以上至120万t，不超过1000t为一编号； 30万t以上至60万t，不超过600t为一编号； 10万t以上至30万t，不超过400t为一编号； 10万t以下，不超过200t为一编号,11.26 生产过程与控制,混合材料的适宜掺加量 1、 可掺入普通水泥中的混合材种类 2、 混合材料的掺加量的标准 3、生产中混合材料的适宜掺入量的确定 普通硅酸盐水泥净浆结颗粒现象的主要原因和特征分析 1、调查取样 2、原因分析 3、结 论,11.27 普通水泥的性能与应用,普通水泥的性能与硅酸盐水泥是相近的，没有明显的差别。这由于普通水泥中熟料的比例很大，起着

13、主导作用，混合材料则起着辅助作用。在熟料水化硬化的作用下，活性混合材料的潜在水硬性被Ca（OH）2激发，火山灰性得以发挥，从而促进了水化硬化；非活性混合材料在水泥硬化体中则起着微集料作用。,11.27 普通水泥的性能与应用,11.3 矿渣硅酸盐水泥 1131 矿渣硅酸盐水泥的定义,凡由硅酸盐水泥熟料和粒化高炉矿渣、适量石膏磨细制成的水硬性胶凝材料称为矿渣硅酸盐水泥，简称矿渣水泥，代号PS。 水泥中粒化高炉矿渣掺加量按质量百分比计为20%70%。允许用石灰石、窑灰、粉煤灰和火山灰质混合材料中的一种材料代替矿渣，代替数量不得超过水泥质量的8%，替代后水泥中粒化高炉矿渣不得少于20%。,1132 矿

14、渣硅酸盐水泥的标号及技术要求,矿渣硅酸盐水泥的强度等级分别为：32.5、32.5R 、42.5、42.5R、52.5、52.5R。 各强度等级水泥的各龄期强度值,各强度等级水泥的各龄期强度值,1133矿渣水泥的生产,矿渣水泥的生产过程与型硅酸盐水泥、普通水泥的生产过程基本相同。 粒化高炉矿渣（或其他替代的混合材料）烘干后，与硅酸盐水泥熟料、适量石膏按一定比例送入水泥磨内共同粉磨。根据水泥熟料、矿渣的质量，改变熟料、矿渣、石膏的配比及调整水泥的粉磨细度，可以生产出不同标号的矿渣水泥，以满足不同工程的需要。,11.3.4矿渣水泥的水化和硬化,1、矿渣水泥化过程及特点 矿渣水泥加水拌和后，首先是熟料

15、的水化。熟料中的矿物C3A迅速与石膏作用，生成针状晶体钙矾石（AFt），C3S水化成CSH、Ca（OH）2，同时还有水化铁酸钙等产物，这些水化物的性质与纯硅酸盐水泥水化时的产物是相同的。 2、矿渣水泥的硬化特性 拌水水化后，首先是熟料矿物的先期水化产物逐渐填充由水所占据的空间，水泥颗粒逐渐接近；由于钙矾石这种针、棒状晶体的相互搭接，特别是大量箔片状、纤维状CS的交叉攀附，从而使原先分散的水泥颗粒以及水化产连结起来，构成一个三维空间牢固结合、密实的整体。但是，由于矿渣水泥中水泥熟料矿物相对地减少了（与硅酸盐水泥相比），而矿渣的潜在活性早期尚未得到充分激发与发挥，水化产物相对较少，因而矿渣水泥的早

16、期硬化较漫，所表现出来的是水泥的3d、7d强度偏低。,11.3.5矿渣水泥的性能和用途,性能 1、密度与颜色 矿渣水泥的颜色比硅酸盐水泥淡，密度较硅酸盐水泥小，为2.83.0g/cm3。 2、需水性和保水性 矿渣水泥的标准稠度用水量较小，基本上与硅酸盐水泥相同。 3、凝结时间较长 矿渣掺加量增多，凝结时间延长，特别是掺加量大于30%后凝结时间明显变长。 4、水化热低 由于熟料用量较少且矿渣的水化速度慢，随矿渣掺加量的增加，矿渣水泥的水化热降低。当矿渣掺加量大于30%以后，水泥水化热明显降低；如果矿渣掺加量达70%时，水化热仅为硅酸盐水泥的59%。,11.3.5矿渣水泥的性能和用途,5、强度发展

17、规律 早期强度低，后期强度增进率大，这是矿渣水泥强度发展的一般规律。 6、耐腐蚀性好 矿渣掺加量大于30%后，水泥耐腐蚀性显著增强，当矿渣掺加量为50%时，水泥6个月的耐腐蚀系数（Kc6）是硅酸盐水泥的2.5倍。在淡水和硫酸盐环境介质中其稳定性优于硅酸盐水泥，与钢筋的粘结力也很好，但抗大气性及抗冻性不及硅酸盐水泥。,11.3.5矿渣水泥的性能和用途,用途 适用于任何地上工程，制造各种混凝土和钢筋混凝土构件。但施工时要严格控制混凝土的用水量，并尽量排除混凝土表面泌出的水分，加强保湿养护，防止干缩。拆模时间相对延长；低温施工时，必须采取保温或加速硬化等措施。,11.3.6提高矿渣水泥质量的主要途径

18、,1、选择适当的熟料的矿物组成 2、控制矿渣的质量和加入量 3、提高水泥的粉磨细度 4、增加石膏加入量,11.4火山灰质硅酸盐水泥,11.4.1生产技术要求 火山灰质硅酸盐水泥简称火山灰水泥，代号PP。它是由硅酸盐水泥熟料和火山灰质混合材料、适量石膏磨细制成的水硬性胶硬材料。 水泥中火山灰质混合材掺加量按质量百分比计为20%50%。火山灰水泥的材料要求、强度等级与矿渣硅酸盐水泥相同。 火山灰水泥的技术要求中，氧化镁、水泥细度、凝结时间、安定性、强度指标均同于矿渣水泥的技术要求，但SO3在水泥中的含量不得超过3.5%。如果火山灰水泥中混合材料总掺量30%，熟料中MgO含量为5.0%6.0%时，制

19、成的水泥可不作压蒸试验。,11.4 .2配制工艺,在生产工厂，将硅酸盐水泥熟料、火山灰质混合材料、石膏按一定比例一起入磨或分别粉磨再进行混合。这是常见的工艺。 在实际生产中，通过调整水泥熟料、混合材料、石膏的配比及合理控制出磨水泥的细度等，可以生产出不同标号的火山灰水泥。,11.4.3火山灰质硅酸盐水泥混合材料的掺加量,混合材料掺量多少，直接影响所生产水泥的性质、标号及水泥的成本等。火山灰水泥中混合材料的掺加量按质量百分比计为20%50%。,11.4.4火山灰质硅酸盐水泥的水化硬化,火山灰水涨的水化硬化过程是：水泥拌水后，首先是水泥熟料矿物水化，生成水化硅酸钙、水化硫铝（铁）酸钙、水化铝（铁）

20、酸钙、Ca（OH）2等。然后是熟料矿物水化释放出来的Ca（OH）2与火山灰质混合材料掺中的活性组分进行火山灰反应， 即Ca（OH）2对火山灰质混合材料中的玻玻璃体所含的硅氧、铝氧微晶格作用，使其崩溃、溶解，与Ca2+离子生成难溶于水的二次水化物水化硅酸钙、水化铝酸钙等。,11.4.5火山灰质硅酸盐水泥的性能与用途,性能 1、泌水率低，保水性好 2、水化热小，而耐腐蚀性好 3、需水量大，干缩性大，抗冻性差 4、早期强度低，但后期强度较高甚至可以赶上或超过硅酸盐水泥 用途 适用地下、水中工程或经常受较高水压作用的工程，尤其是需要抗渗性、抗淡水、抗硫酸盐侵蚀的工程中;适宜于进行水蒸汽养护、生产的混凝

21、土构制件;适用于大体积的混凝土工程;可同普通水泥一样用于一般地面建筑工程。但应该注意，火山灰水泥不适用于早期强度要求较高的工程，也不适合冻融交替的工程及长期于燥和高温的地方。,11.5粉煤灰硅酸盐水泥,粉煤灰硅酸盐水泥简称粉煤灰水泥。它是由硅酸盐水泥熟料和粉煤灰、适量石膏磨细制成的水硬性胶凝材，代号PF。 水泥中粉煤灰掺加加量按质量百分比计为20%40%。,11.5.1粉煤灰水泥的粉磨工艺,常用的粉磨流程及特点 1、共同粉磨 2、分别粉磨 3、两级混磨 4、辊压机预粉磨 5、辊压机联合粉磨工艺系统 6、粉煤灰直接喂入选粉机中 7、将粉煤灰喂入磨机最后一仓,11.5.1粉煤灰水泥的粉磨工艺,粉磨

22、流程选择 在生产粉煤灰水泥时，由于粉煤灰掺量较大，粉煤灰应经过球磨机粉磨，以破坏粉煤灰团粒和球状玻璃体外壳，提高粉煤灰的水化活性。 粉煤灰的掺量 粉煤灰在水泥中的掺加量，通常与水泥熟料的质量、粉煤灰的活性和要求生产的水泥标号有关，粉煤灰掺加加量按质量百分比计为20%40%。,11.5.2粉煤灰水泥的水化硬化,粉煤灰水泥的水化产物同硅酸盐水泥基本相同。主要有水化硅酸钙、水化硫铝（铁）酸钙、水化铝（铁）酸钙、Ca（OH）2，有时还可能存在少量水化石榴等。但水化产物Ca（OH）2含量较少，且水化产物大部分为凝胶相，CSH胶凝中C/S比较低。,11.5.3粉煤灰水泥的性能,1、需水量少，和易性好 2、干缩小，抗裂性好 3、水化热低 4、耐腐蚀性好 5、早期强度低，后期强度增进率大,11.5.4粉煤灰水泥的用途,粉煤灰水泥可用于一般的工业和民用建筑，尤其适用于大体积和水利工程的混凝土以及地下、海港工程等