甘肅省建材工業(yè)學(xué)校2009安徽銅陵海螺水泥有限公司CONCH2009/3/12水泥基本工藝工藝知識(shí)2一、膠凝材料的定義和分類在物理、化學(xué)的作用下，能從漿體變成堅(jiān)硬的石狀體，并能膠結(jié)其他物料而具有一定機(jī)械強(qiáng)度的物質(zhì)，統(tǒng)稱為膠凝材料。它可以分為無(wú)機(jī)和有機(jī)兩大類。瀝青和各種樹脂屬有機(jī)膠凝材料。無(wú)機(jī)膠凝材料按照其硬化條件，又可分為水硬性和非水硬性兩類，水硬性膠凝材料在拌水后既能在空氣中硬化，又能在水中硬化，通常稱為水泥，如硅酸鹽水泥、鋁酸鹽水泥、硫鋁酸鹽水泥等。非水硬性膠凝材料只能在空氣中硬化而不能在水中硬化，故又稱氣硬性膠凝材料，如石灰、石膏、耐酸膠結(jié)料第二章硅酸鹽水泥國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)及其生產(chǎn)第一節(jié)硅酸鹽水泥的國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)硅酸鹽水泥是以硅酸鈣為主要成分的熟料所制得的水泥的總稱。如摻入一定數(shù)量的混合材料，則硅酸鹽水泥名稱前冠以混合材料名稱如礦渣硅酸鹽水泥、火山灰質(zhì)硅酸鹽水泥、粉煤灰硅酸鹽水泥等。根據(jù)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)GB17592，硅酸鹽水泥和普通硅酸鹽水泥的定義、標(biāo)號(hào)、品質(zhì)指標(biāo)以及驗(yàn)收規(guī)則如下一、定義（一）硅酸盆水泥3凡是由硅酸鹽水泥熟料,05石灰石或粒化高爐礦渣、適量的石膏磨細(xì)制成的水硬性膠凝材料，稱為硅酸鹽水泥，即國(guó)外通稱的波特蘭水泥硅酸鹽水泥分為兩種類型不摻棍合材料的稱為I型硅酸鹽水泥，代號(hào)PI；在硅酸鹽水泥熟料粉磨時(shí)摻加不超過(guò)水泥質(zhì)量5石灰石或粒化高爐礦渣混合材料的稱為I型硅酸鹽水泥，代號(hào)PI。（二）普通硅酸盆水泥凡是由硅酸鹽水泥熟料,615混合材料、適量石膏磨細(xì)制成的水硬性膠凝材料，稱為普通硅酸鹽水泥（簡(jiǎn)稱普通水泥），代號(hào)PO摻活性混合材料時(shí)，最大摻入量不得超過(guò)15，其中允許用不超過(guò)水泥質(zhì)量5的窯灰或不超過(guò)水泥質(zhì)量10的非活性混合材料來(lái)代替。摻非活性混合材料時(shí)最大摻量不超過(guò)水泥質(zhì)量10。（三）組分材料1硅酸鹽水泥熟料凡以適當(dāng)成分的生料，燒至部分熔融，所得以硅酸鈣為主要成分的產(chǎn)物稱為硅酸鹽水泥熟料（簡(jiǎn)稱熟料）2石膏天然石膏必須符合國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)GB5483的規(guī)定。4工業(yè)副產(chǎn)石膏是工業(yè)生產(chǎn)中以硫酸鈣為主要成分的副產(chǎn)品。采用工業(yè)副產(chǎn)石青時(shí)必須經(jīng)過(guò)試驗(yàn)，證明對(duì)水泥性能無(wú)害。3活性混合材料活性混合材料系指符合GB1596的粉煤灰，符合GB2847的火山灰質(zhì)棍合材料和符合GB203的?；郀t礦渣。4非活性混合材料活性指標(biāo)低于GB1596,GB2847和GB203標(biāo)準(zhǔn)要求的粉煤灰、火山灰質(zhì)混合材料和?；郀t礦渣以及石灰石和砂巖。石灰石中的三氧化二鋁含量不得超過(guò)25。5窯灰窯灰應(yīng)符合ZBQ12001的規(guī)定。窯灰是從回轉(zhuǎn)窯窯尾廢氣中收集下來(lái)的粉塵。另外，水泥粉磨時(shí)還允許加入主要起助磨作用而不損害水泥性能的助磨劑，其加人量不得超過(guò)水泥質(zhì)量1。使用助磨劑、工業(yè)副產(chǎn)石膏時(shí)，須經(jīng)省、市、自治區(qū)以上建材行業(yè)主管部門批準(zhǔn)，投產(chǎn)后定期進(jìn)行質(zhì)量檢驗(yàn)。二、標(biāo)號(hào)5硅酸鹽水泥分為4258,525、5258、625,6258、7258六個(gè)標(biāo)號(hào)；普通硅酸鹽水泥分為325,425,4258,525,5258,625,625R七個(gè)標(biāo)號(hào)R型水泥屬于快硬型，對(duì)其3D強(qiáng)度有較高的要求。三、技術(shù)要求1不溶物I型硅酸鹽水泥不溶物不超過(guò)。7,5I型硅酸鹽水泥中不溶物不得超過(guò)150。2氧化鎂水泥中氧化鎂含量不超過(guò)50。如果水泥壓蒸安定性試驗(yàn)合格，則水泥中氧化鎂含量允許放寬到60。3三氧化硫水泥中S03含量不得超過(guò)35。4燒失量I型硅酸鹽水泥中燒失量不得大于3。，I型硅酸鹽水泥中燒失量不得大于35。普通水泥中燒失量不得大于50。5細(xì)度硅徽鹽水泥比表面積大于3面分/K,普通水泥80JTM方孔篩篩余不得超過(guò)100。66凝結(jié)時(shí)間硅酸鹽水泥初凝不得早于435MIN，終凝不得遲于390MIN。普通水泥初凝不得早于45MIN，終凝不得遲于L0H。7安定性用沸煮法檢驗(yàn)必須合格。8強(qiáng)度水泥標(biāo)號(hào)按規(guī)定齡期的抗壓強(qiáng)度和抗折強(qiáng)度來(lái)劃分，各標(biāo)號(hào)水泥的各齡期強(qiáng)度不得低于表121中數(shù)值。表121GB17592各齡期、各類型水泥強(qiáng)度抗壓強(qiáng)度MPA坑折強(qiáng)度MPA品種標(biāo)號(hào)3D28D3D28D425R22042540655252305254070525R27052550706252806255080625R3206255580硅酸鹽水泥72537072560857抗壓強(qiáng)度MPA坑折強(qiáng)度MPA品種標(biāo)號(hào)3D28D3D28D32512032525554251604253565425R21042540655252205254070525R26052550706252706255080普通水泥625R31062555809堿水泥中堿含量按NA20065820計(jì)算值來(lái)表示，若使用活性骨料，用戶要求提供低堿水泥時(shí)，水泥中堿含童不得大于。60或由供需雙方商定四、廢品與不合格品1廢品凡氧化鎂、三氧化硫、初凝時(shí)間、安定性中的任何一項(xiàng)不符合本標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定時(shí)，均為廢品。2不合格品凡細(xì)度、終凝時(shí)間、不溶物和燒失量中的任何一8項(xiàng)不符合本標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定或混合材料摻加量超過(guò)最大限量和強(qiáng)度低于商品標(biāo)號(hào)規(guī)定的指標(biāo)時(shí)稱為不合格品。水泥包裝標(biāo)志中水泥品種、標(biāo)號(hào)、工廠名稱和出廠編號(hào)不全的也屬于不合格品。以上標(biāo)準(zhǔn)中，凝結(jié)時(shí)間、安定性及強(qiáng)度是硅酸鹽水泥和普通硅酸鹽水泥的三項(xiàng)重要建筑性質(zhì)指標(biāo)。凝結(jié)時(shí)間直接影響到施工。凝結(jié)時(shí)間過(guò)短，使水泥砂漿與混凝土在澆灌之前即已失去流動(dòng)性而無(wú)法使用，凝結(jié)時(shí)間過(guò)長(zhǎng)，則降低施工速度和延長(zhǎng)模板周轉(zhuǎn)時(shí)間。硅酸鹽水泥熟料初凝時(shí)間只有幾分鐘，要加入石膏進(jìn)行調(diào)節(jié)，才能達(dá)到規(guī)定的要求。石膏摻入量過(guò)多，不僅水泥強(qiáng)度會(huì)降低，還會(huì)產(chǎn)生水泥安定性不良。因此，標(biāo)準(zhǔn)中除規(guī)定了初凝與終凝時(shí)間，還規(guī)定了三氧化硫的極限含量。石膏適宜的摻入量應(yīng)通過(guò)試驗(yàn)來(lái)確定。強(qiáng)度是水泥的一個(gè)重要指標(biāo)，又是設(shè)計(jì)混凝土配合比的重要數(shù)據(jù)。水泥在水化硬化過(guò)程中強(qiáng)度是逐漸增長(zhǎng)的，一般以3D、7D以前的強(qiáng)度稱為早期強(qiáng)度，28D及其后的強(qiáng)度稱為后期強(qiáng)度，也有以三個(gè)月以后的強(qiáng)度稱為長(zhǎng)期強(qiáng)度。由于水泥經(jīng)28D后強(qiáng)度已大部分發(fā)揮出來(lái)，所以用28D強(qiáng)度劃分水泥的等級(jí)，即劃分為不同的標(biāo)號(hào)。凡是符合某一標(biāo)號(hào)和某一類型的水泥，必須同時(shí)滿足表121中規(guī)定的各齡期抗9壓、抗折強(qiáng)度的相應(yīng)指標(biāo)。若其中任一齡期的抗壓冷抗折強(qiáng)度指標(biāo)達(dá)不到所要求標(biāo)號(hào)的規(guī)定，則以其中最低的某一齡期的強(qiáng)度指標(biāo)確定該水泥的標(biāo)號(hào)。第二節(jié)硅酸鹽水泥的生產(chǎn)一硅酸鹽水泥的生產(chǎn)方法硅酸鹽水泥的生產(chǎn)分為三個(gè)階段1生料制備石灰質(zhì)原料、粘土質(zhì)原料及少量的校正材料經(jīng)破碎后按一定的比例配合、細(xì)磨，并經(jīng)均化調(diào)配為成分合適、分布均勻的生料。2熟料鍛燒將生料在水泥工業(yè)窯內(nèi)緞燒至部分熔融，經(jīng)冷卻后得到以硅酸鈣為主要成分的熟料的過(guò)程。3水泥的制成將熟料、石膏，有時(shí)加入適量混合材共同磨細(xì)成水泥的過(guò)程。以上三個(gè)階段可以簡(jiǎn)稱為“兩磨一燒”。第三章硅酸鹽水泥熟料礦物組成及其配料計(jì)算第一節(jié)硅酸鹽水泥熟料礦物組成10如前所述，硅酸鹽水泥熟料是以適當(dāng)成分的生料燒到部分熔融，所得以硅酸鈣為主要成分的燒結(jié)塊。因此，在硅酸鹽水泥熟料中CAO,SIO2,A1203,FE2O3不是以單獨(dú)的氧化物存在，而是以兩種或兩種以上的氧化物經(jīng)高溫化學(xué)反應(yīng)而生成的多種礦物的集合體。其結(jié)晶細(xì)小，一般為3060ICM。因此可見，水泥熟料是一種多礦物組成的結(jié)晶細(xì)小的人工巖石。它主要有以下四種礦物硅酸三鈣一3CA03I02，可簡(jiǎn)寫為C3S；硅酸二鈣2CA0SI02，可簡(jiǎn)寫為C2S；鋁酸三鈣3CA0A1203，可簡(jiǎn)寫為C3A；鐵相固溶體通常以鐵鋁酸四鈣4CA0A1203FE203作為代表式，可簡(jiǎn)寫成C4AF,此外，還有少量游離氧化鈣FCA0、方鎂石（結(jié)晶氧化鎂）、含堿礦物及玻璃體。通常熟料中C3S和C2S含量約占75左右，稱為硅酸鹽礦物。C3FT和C,AF的理論含量約占22左右。在水泥熟料鍛燒過(guò)程中,C3A和C,AF以及氧化鎂、堿等在125012800C會(huì)逐漸熔融11形成液相，促進(jìn)硅酸三鈣的形成，故稱熔劑礦物。一硅酸三鈣C3S是硅酸鹽水泥熟料的主要礦物。其含量通常為50左右，有時(shí)甚至高達(dá)60以上。純C3S只有在206512500C溫度范圍內(nèi)才穩(wěn)定。在20650C以上不一致熔融為CA0和液相；在12500C以下分解為CZS和CA0，但反應(yīng)很慢，故純C,S在室溫可呈介穩(wěn)狀態(tài)存在。C,S有三種晶系七種變型10700C10600C9900C9600C9200C5200CRMMMTTTR型為三方晶系，M型為單斜晶系，T型為三斜晶系，這些變型的晶體結(jié)構(gòu)相近。但有人認(rèn)為,R型和M，型的強(qiáng)度比T型的高。在硅酸鹽水泥熟料中,C3S并不以純的形式存在，總含有少量氧化鎂、氧化鋁、氧化鐵等形成固溶液，稱為阿利特ALITE）或A礦。純C3S在常溫下，通常只能為三斜晶系T12型），如含有少量MG0,A1203,FE2O3,503,ZNO,CR203,R20等氧化物形成固溶體則為M型或R型。由于熟料中C3S總含MGO,A12O3,FE2O3以及其他氧化物，故阿利特通常為M型或R型。據(jù)認(rèn)為鍛燒溫度的提高或鍛燒時(shí)間的延長(zhǎng)也有利于形成M型或R型。純C3S為白色，密度為314G/CM3,其晶體截面為六角形或棱柱形。單斜晶系的阿利特單晶為假六方片狀或板狀。在阿利特中常以CS和CAO的包裹體存在。C3S凝結(jié)時(shí)間正常，水化較快，粒徑4050JUM的顆粒28D可水化70左右。放熱較多，早期強(qiáng)度高且后期強(qiáng)度增進(jìn)率較大，28D強(qiáng)度可達(dá)一年強(qiáng)度的7080，其28D強(qiáng)度和一年強(qiáng)度在四種礦物中均最高。阿利特的晶體尺寸和發(fā)育程度會(huì)影響其反應(yīng)能力，當(dāng)燒成溫度高時(shí)，阿利特晶形完整，晶體尺寸適中，幾何軸比大（晶體長(zhǎng)度與寬度之比L/B23，礦物分布均勻，界面清晰，熟料的強(qiáng)度較高。當(dāng)加礦化劑或用急劇升溫等鍛燒方法時(shí)，雖然含較多阿利特，而且晶體比較細(xì)小，但因發(fā)育完整、分布均勻，熟料強(qiáng)度也較高。因此，適當(dāng)提高熟料中13的硅酸三鈣含量，并且當(dāng)其巖相結(jié)構(gòu)良好時(shí)，可以獲得優(yōu)質(zhì)熟料。但硅酸三鈣的水化熱較高，抗水性較差，如要求水泥的水化熱低、抗水性較高時(shí)，則熟料中的硅酸三鈣含量要適當(dāng)?shù)鸵恍?。二硅酸二鈣C2S在熟料中含量一般為20左右，是硅酸鹽水泥熟料的主要礦物之一，熟料中硅酸二鈣并不是以純的形式存在，而是與少量MGO,A1203,FE2O3,R20等氧化物形成固溶體，通常稱為貝利特BELITE或B礦。純C2S在14500C以下有下列多晶轉(zhuǎn)變。14250C11600C6306800C5000CHL7808600CH一高溫型，L一低溫型）在室溫下,，H，L，等變形都是不穩(wěn)定的，有轉(zhuǎn)變成Y型的趨勢(shì)。在熟料中，H型一般較少存在，在燒成溫度較高、冷14卻較快的熟料中，由于固溶有少量A120,MG0,FE2O3等氧化物，可以型存在。通常所指的硅酸二鈣或B礦即為型硅酸二鈣。，H型C2S強(qiáng)度較高，而Y型C2S幾乎無(wú)水硬性。在立窯生產(chǎn)中，若通風(fēng)不良、還原氣氛嚴(yán)重、燒成溫度低、液相量不足、冷卻較慢，則硅酸二鈣在低于5000C下易由密度為328G/CM的R型轉(zhuǎn)變?yōu)槊芏?97G/CM3的Y型，體積膨脹10而導(dǎo)致熟料粉化。但若液相量多，可使溶劑礦物形成玻璃體將刀型硅酸二鈣晶體包圍住，并采用迅速冷卻方法使之越過(guò)尹Y型轉(zhuǎn)變溫度而保留下來(lái)。貝利特為單斜晶系，在硅酸鹽水泥熟料中常呈圓粒狀，這是因?yàn)樨惱氐睦饨且讶苓M(jìn)液相而其余部分未溶進(jìn)液相之故。已全部溶進(jìn)液相而在冷卻過(guò)程中結(jié)晶出來(lái)的貝利特則可以自行出現(xiàn)而呈其他形狀。在反射光下，正常溫度燒成的熟料中，貝利特有交雙晶條紋，而燒成溫度低冷卻慢者，則呈現(xiàn)平行雙晶條紋。純硅酸二鈣色潔白，當(dāng)含有FE20,時(shí)呈棕黃色。貝利特水化反應(yīng)較慢,28D僅水化2000A右，15凝結(jié)硬化緩慢，早期強(qiáng)度較低但后期強(qiáng)度增長(zhǎng)率較高，在一年后可趕上阿利特。貝利特的水化熱較小，抗水性較好。在中低熱水泥和抗硫酸鹽水泥中，適當(dāng)提高貝利特含量而降低阿利特含量是有利的。中間相填充在阿利特、貝利特之間的物質(zhì)通稱中間相，它可包括鋁酸鹽、鐵酸鹽、組成不定的玻璃體和含堿化合物以及游離氧化鈣和方鎂石。但以包裹體形式存在于阿利特和貝利特中的游離氧化鈣和方鎂石除外。中間相在熟料緞燒過(guò)程中，熔融成為液相，冷卻時(shí)，部分液相結(jié)晶，部分液相來(lái)不及結(jié)晶而凝固成玻璃體。（一）鋁酸鈣熟料中鋁酸鈣主要是鋁酸三鈣，有時(shí)還可能有七鋁酸十二鈣。在摻氟化鈣作礦化劑的熟料中可能存在C11A7CAF2，而在同時(shí)摻氟化鈣和硫酸鈣作礦化劑低溫?zé)傻氖炝现锌梢允荂11A7CAF2和C4A2S而無(wú)C3A。純C3A為等軸晶系，無(wú)多晶轉(zhuǎn)化。C3A也可固溶部分氧化物，如K2O,NA20,SI02,FE203等，隨固溶的堿含量的增加，立方晶體的C,A向斜方晶體NCBA,轉(zhuǎn)變。結(jié)晶完善的C3A常呈立方、八面體或十二面16體。但在水泥熟料中其形狀隨冷卻速率而異。氧化鋁含量高而慢冷的熟料，才可能結(jié)晶出完整的大晶體，一般則溶入玻璃相或呈不規(guī)則微晶析出。C3A在熟料中的潛在含量為715。純C3A為無(wú)色晶體，密度為304G/CM3，熔融溫度為15330C,反光鏡下，快冷呈點(diǎn)滴狀，慢冷呈矩形或柱形。因反光能力差，呈暗灰色，故稱黑色中間相。C3A水化迅速，放熱多，凝結(jié)很快，若不加石膏等緩凝劑，易使水泥急凝；硬化快，強(qiáng)度3D內(nèi)就發(fā)揮出來(lái)，但絕對(duì)值不高，以后幾乎不增長(zhǎng)，甚至倒縮。干縮變形大，抗硫酸鹽性能差。（二）鐵相固溶體鐵相固溶體在熟料中的潛在含量為1018。熟料中含鐵相較復(fù)雜，有人認(rèn)為是C2FC8A3F連續(xù)固溶體中的一個(gè)成分，也有人認(rèn)為是C6A2FC6AF2連續(xù)固溶體的一部分。在一般硅酸鹽水泥熟料中，其成分接近C,AF，故多用C,AF代表熟料中鐵相的組成。也有人認(rèn)為，當(dāng)熟料中MG0含量較高或含有CAF2等降低液相粘度的組分時(shí)，鐵相固溶體的組成為C6A2F。若熟料中A1203/FE203064，則可生成鐵酸二鈣。17鐵鋁酸四鈣的水化速度早期介于鋁酸三鈣和硅酸三鈣之間，但隨后的發(fā)展不如硅酸三鈣。早期強(qiáng)度類似于鋁酸三鈣，后期還能不斷增長(zhǎng)，類似硅酸二鈣?？箾_擊性能和抗硫酸鹽性能好，水化熱較鋁酸三鈣低，但含C,AF高的熟料難磨。在道路水泥和抗硫酸鹽水泥中，鐵鋁酸四鈣的含量高為好。含鐵相的水化速率和水化產(chǎn)物性質(zhì)決定于相的A1203/FE203比，研究發(fā)現(xiàn)C6A2F水化速度比C,AF快，這是因?yàn)槠浜休^多的A1203之故C6AF2水化較慢，凝結(jié)也慢C2F的水化最慢，有一定水硬性。（三）玻璃體硅酸鹽水泥熟料鍛燒過(guò)程中，熔融液相若在平衡狀態(tài)下冷卻，則可全部結(jié)晶出C3A,C4AF和含堿化合物等而不存在玻璃體。但在工廠生產(chǎn)條件下冷卻速度較快，有部分液相來(lái)不及結(jié)晶而成為過(guò)冷液體，即玻璃體在玻璃體中，質(zhì)點(diǎn)排列無(wú)序，組成也不定其主要成分為A1203、FE2O,CA0，還有少量MGO和堿等玻璃體在熟料中的含量隨冷卻條件而異，快冷則玻璃體含量多而C,A,C,AF等晶體少，反之則玻璃體含量少而C,A,C,AF晶體多據(jù)認(rèn)為，普通冷卻熟料中，玻璃體含量約為20021；18急冷熟料玻璃體約80022；慢冷熟料玻璃體只有02。鋁酸三鈣和鐵鋁酸四鈣在鍛燒過(guò)程中熔融成液相，可以促進(jìn)硅酸三鈣的順利形成，這是它們的一個(gè)重要作用。如果物料中熔劑礦物過(guò)少，則易生燒使氧化鈣不易被吸收完全，從而導(dǎo)致熟料中游離氧化鈣增加，影響熟料的質(zhì)量，降低窯的產(chǎn)量并增加樵料的消耗。如果熔劑礦物過(guò)多，物料在窯內(nèi)易結(jié)大塊，甚至在回轉(zhuǎn)窯內(nèi)結(jié)圈，在立窯內(nèi)結(jié)爐瘤等，嚴(yán)重影響回轉(zhuǎn)窯和立窯的正常生產(chǎn)。三游離氧化鈣和方鎂石游離氧化鈣是指經(jīng)高溫鍛燒而仍未化合的氧化鈣，也稱游離石灰。經(jīng)高溫鍛燒的游離氧化鈣結(jié)構(gòu)比較致密，水化很慢，通常要在3D后才明顯，水化生成氫氧化鈣體積增加79，在硬化的水泥漿中造成局部膨脹應(yīng)力。隨著游離氧化鈣的增加，首先是抗折強(qiáng)度下降，進(jìn)而引起3D以后強(qiáng)度倒縮，嚴(yán)重時(shí)引起安定性不良。因此，在熟料緞燒中要嚴(yán)格控制游離氧化鈣含量。我國(guó)回轉(zhuǎn)窯一般控制在15以下，而立窯在25以下。因?yàn)榱⒏G熟料的游離氧化物中有一部分是沒有經(jīng)過(guò)高溫死燒而出窯的生料。這種生料19中的游離氧化鈣水化快，對(duì)硬化水泥漿的破壞力不大。游離氧化鈣在偏光鏡下為無(wú)色圓形顆粒，有明顯解理。在反光鏡下用蒸餾水浸蝕后呈彩虹色。方鎂石是指游離狀態(tài)的MG0晶體。MG0由于與SI