1、高性能水泥的生產(chǎn)及質(zhì)量控制國家水泥質(zhì)量監(jiān)督中心中國建筑材料科學(xué)研究總院 水泥與新材料技術(shù)顧問全國水泥標(biāo)準(zhǔn)化委員會技術(shù)顧問王文義 教授級高級工程師 2010年，我國水泥產(chǎn)量已經(jīng)達(dá)到18.9億噸，占世界水泥產(chǎn)量的60%，企業(yè)有5000多家，其中粉磨站約有1500家，80%以上水泥為新型干法窯生產(chǎn)（1300多條線），形成以現(xiàn)代化水泥生產(chǎn)為主體的新局面。 水泥產(chǎn)品質(zhì)量達(dá)到國際先進(jìn)水平，大型裝備實(shí)際國產(chǎn)化，水泥生產(chǎn)技術(shù)在國際上具有強(qiáng)大的競爭力。 當(dāng)前水泥企業(yè)的主要任務(wù)是節(jié)能減排，消納工業(yè)和生活排出的廢棄物，促進(jìn)全社會的綠色化、生態(tài)化發(fā)展進(jìn)程。一、現(xiàn)代水泥的生產(chǎn)與管理 現(xiàn)代水泥生產(chǎn)是以新型干法窯燒成熟料，

2、現(xiàn)代粉磨技術(shù)進(jìn)行物料的粉磨，生產(chǎn)運(yùn)行管理全部由中央控制室控制，全廠為無粉塵污染的清潔工廠。1、兩磨一燒工藝校正料鐵粉 石灰石砂巖（粘土）生料磨新型干法窯水泥磨混合材石膏 熟料水泥成品2、以均化均勻穩(wěn)定為中心的生產(chǎn)模式均化原燃材料的預(yù)均化及均化，解決進(jìn)廠原燒材料的質(zhì)量、成份波動。均勻生產(chǎn)過程中的配料（如生料配料、水泥配料）即由電子計量稱進(jìn)行動態(tài)管理。穩(wěn)定保證產(chǎn)品質(zhì)量的穩(wěn)定性。3、水泥企業(yè)質(zhì)量管理規(guī)程的實(shí)施 水泥生產(chǎn)全過程貫徹實(shí)施“水泥企業(yè)質(zhì)量管理規(guī)程”是水泥行業(yè)的傳統(tǒng)經(jīng)驗(yàn)。2011年1月1日實(shí)施的工信部發(fā)布的新規(guī)程，是以新型干法窯生產(chǎn)線為中心的規(guī)程。出廠水泥強(qiáng)度目標(biāo)值=等級值(42.5MPa)+

3、1.2MPa+3S48MPa低于此值為未遂質(zhì)量事故。原燃材料采購進(jìn)廠 堆放、預(yù)均化、均化 入磨（生料）物料的細(xì)度、水份、主要成份 入窯生料 率值控制 熟料質(zhì)量評價 入水泥磨物料計量、配比 成品細(xì)度、so3等全過程都有嚴(yán)格規(guī)定 。 二、硅酸鹽水泥的礦物組成與水化產(chǎn)物1、硅酸鹽水泥熟料的礦物組成成份 一般 波動 性能C3S 60% 45% 75% 優(yōu)異 C2S 15% 5%30% 后期C3A 7% 3%13% 早期C4AF 10% 4%17% 抗折MgO 2% 0.5%5.5% 安定性fCaO 1.5% 安定性R2O 0.6% 0.3%1.2% 耐久性SO3 0.4% 0.3%1.2% 耐久性2、

4、礦物組成與率值關(guān)系 在熟料配 KH P料時嚴(yán)格控制三率值KH、 C3S C2S C3A C4AFN、P即可。 n3、硅酸對水泥的水化產(chǎn)物水化產(chǎn)物大致含量比重形態(tài)尺寸CSH682.1 2.6多變膠體0.1mCH252.24等大晶體10100mAFt71.75針狀、柱狀晶體101mAFm71.96六方薄片或花狀晶體10.1mCSH： CaO-SiO2-H2O C/Si=0.8-1.5 1.5-2.0 型 型CH： Ca(OH)2Aft：3CaO.Al2O3.3CaSO4.32H2O 稱鈣礬石，成份是變動的。AFm：3CaO.Al2O3.CaSO4.12H2O 稱單硫型水化硫鋁酸鈣礦渣水泥的水化產(chǎn)物

5、與硅酸鹽相比Ca(OH)2 含量減少，結(jié)合水量少火山灰水泥的水化產(chǎn)物與硅酸鹽相比Al2O3、SiO2、活性與Ca(OH)2作用，形成C-S-H，C2ASH8（水溶莫來石）。C-S-H的Ca/SiO2比小石膏礦渣水泥水化產(chǎn)物（80%85%礦渣+10%15%石膏+5% 熟料）C-S-H和鈣礬石4、硅酸鹽水泥的凝結(jié)硬化過程1、起始期水泥加水后，立即急劇反應(yīng)，放熱，石膏、可溶堿、C3A、C3S水化，AFe形成，放熱下降。這階段很短（4-5min）。2、誘導(dǎo)期進(jìn)入緩慢水化階段，一般40min-2h，由硅酸鹽礦物水化，膠體狀產(chǎn)物逐漸形成網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，漿體失去部分流動性，產(chǎn)生初凝。3、加速期反應(yīng)速度加快，大量C

6、-S-H、Ca(OH)2形成，又大量放熱（二個峰），AFe繼續(xù)生成，漿體完全失去流動性，終凝產(chǎn)生。進(jìn)而產(chǎn)生強(qiáng)度。擴(kuò)散控制期水化產(chǎn)物不斷增加，顆粒表面包裹的厚度與密度不斷增加，這時水進(jìn)入顆粒表面，必須穿過包裹層，進(jìn)入控制期，水泥漿不斷硬化。三、通用硅酸鹽水泥的組成與特點(diǎn) 解放以來，我國通用硅酸鹽水泥一直實(shí)施多品種多標(biāo)號的發(fā)展路線，多品種是生產(chǎn)通用硅酸鹽水泥時允許摻加混合材料，并依據(jù)混合材料種類和摻量劃分通用水泥品種。 多標(biāo)號就是按水泥強(qiáng)度高低，將水泥質(zhì)量劃分多個標(biāo)號，我國水泥的發(fā)展模式是正確的，目前國際上也逐漸采用了這個模式。 我國通用硅酸鹽水泥國家標(biāo)準(zhǔn)將通用硅酸鹽水泥劃分六大類 P. 、 P.

7、F P.O P.P P.S（A、B） P.C 強(qiáng)度劃分為：32.5； 32.5R； 42.5； 42.5R； 52.5； 52.5R； 62.5允許使用混合材料有：礦渣、粉煤灰、火山灰質(zhì)材料、石灰石、砂巖、窯灰等六種。使用其它混合材料的通用水泥還有：JC600-2002石灰石硅酸鹽水泥；JC/T740-2005磷渣硅酸鹽水泥；GB13590-2006鋼渣硅酸鹽水泥； GB/T23933-2009鎂渣硅酸鹽水泥。2、歐洲通用硅酸鹽水泥EN197-1：2000CEM礦渣水泥 CEM/A-S將通用水泥劃分5大類，27個品種CEM波特蘭水泥 熟料+石膏 95-100% 礦渣 6%-20% CEM礦渣水

8、泥 CEM/B-S 礦渣 21%-35% CEM硅灰水泥 CEM/A-D 硅灰 6%-10% CEM火山灰水泥 CEM/A-P 火山灰 6%-20% CEM火山灰水泥 CEM/B-P 火山灰 6%-20% CEM粉煤灰水泥 CEM/A-V 火山灰 21%-35% CEM粉煤灰水泥 CEM/B-V 火山灰 21%-35% CEM頁巖水泥 CEM/A-T 頁巖 6%-20% 頁巖 21%-35% CEM頁巖水泥 CEM/B-TCEM石灰石水泥 CEM/A-C 石灰石 6%-20% CEM復(fù)合水泥 CEM/B-MCEM復(fù)合水泥 CEM/A-MCEM石灰石水泥 CEM/B-C 21%-35% 6%-2

9、0% 石灰石 21%-35% CEM礦渣水泥 CEM/A 礦渣 36%65% CEM礦渣水泥 CEM/B 礦渣 66%80%CEM礦渣水泥 CEM/C 礦渣 81%95%CEM火山灰水泥 CEM/A 火山灰、粉煤灰 11%35%CEM火山灰水泥 CEM/B 火山灰、粉煤灰 36%55%CEM復(fù)合水泥 CEM/A 混合材 18%30%CEM復(fù)合水泥 CEM/B 混合材 31%50%3、通用硅酸鹽水泥的特點(diǎn)隨著礦渣摻量的增加（0%85%） 抗腐蝕性： 凝結(jié)時間： 泌水率： 稍有增加 稠度： 變化不大 砼R28： 水化熱： 隨火山灰摻量的增加（0%50%） 抗腐蝕性： 干縮性： 稠度： 凝結(jié)時間：

10、水化熱： 砼R28四、水泥施工性能的控制1、現(xiàn)行標(biāo)準(zhǔn)對水泥質(zhì)量的控制方法（1）膠凝性方面： 細(xì)度（或比表面積）、凝結(jié)時間、安定性、R3、R28。 有明確的指標(biāo)要求?；旌喜牧系钠贩N和摻加量等，由檢驗(yàn)報告提供。（2）耐久性方面： SO3、MgO、R2O、Cl- 有明確規(guī)定。（3）對水泥使用性能（施工性）： 標(biāo)準(zhǔn)中無規(guī)定，如：需水性、泌水性、出廠水泥溫度、外加劑相容性等。2、目前建筑施工部門對水泥質(zhì)量的主要意見（1）質(zhì)量穩(wěn)定性。如：顏色變化、凝結(jié)時間變化、強(qiáng)度波動等。（2）水泥需水量大，泌水量大。（3）水泥與外加劑相容性。（4）混凝土早期裂縫多。3、水泥的需水性和保水性（1）水泥需水量的構(gòu)成： 需水

11、量 顆粒表面潤濕水 多孔性材料內(nèi)部吸水（如火山灰材料） 初期水化水（很少） 顆粒間的空隙水（很大，約占60%）水泥比面積愈大 潤濕水、水化水愈多火山灰混合材愈多 內(nèi)部吸水愈多 水泥膠凝材料顆粒級配不合理 空隙多，水量愈大（2）水泥砼泌水現(xiàn)象 有砼砂石骨料級配和施工方法原因； 有水泥膠凝材料原因：細(xì)度粗、多孔材料少 4、水泥及膠凝材料的顆粒級配控制 水泥及混合材料和摻和料組成水泥膠凝材料，這種膠凝材料的顆粒級配主要由水泥廠調(diào)控，施工單位現(xiàn)場摻和料也應(yīng)調(diào)控，調(diào)控機(jī)理有三條：（1）強(qiáng)度機(jī)理為了充分利用熟料活性，國內(nèi)外公認(rèn)顆粒分布：粒度（m） 3 3-32 65 組成 （%）10 65 0（2）密實(shí)機(jī)

12、理使水泥顆粒密實(shí)堆積，提高水泥石的密實(shí)性。 按Fuller方程要求的粒度分布：粒度（m） 3 32 65 組成 （%） 20-30 70-80 80-95 它是一個以3-32m為中心的窄分布曲線，優(yōu)點(diǎn)是充分利用熟料活性，缺點(diǎn)是水泥需水量大，使用性能差。（3）三峰合一機(jī)理充分發(fā)揮熟料活性和混合材及摻合料的作用，發(fā)揮各自的優(yōu)點(diǎn)，組成水泥膠凝材料的理想粒度分布 它是一個0-80m（ 0-65m）范圍內(nèi)的寬粒度分布。它的優(yōu)點(diǎn)是水泥顆粒密實(shí)堆積，減少需水量。缺點(diǎn)是熟料有點(diǎn)過細(xì)粉磨現(xiàn)象，有過粗顆粒，浪費(fèi)能源4、水泥及膠凝材料的顆粒級配細(xì)顆粒以混合材（摻和料）為主；中等顆粒以熟料為主；粗顆粒以混合材料為主。

13、5、水泥與外加劑相容性（1）、外加劑品種與摻量（2）、熟料影響礦物組成：C3AC4AfC3SC2S礦物晶形：C3A與C4AF結(jié)晶形態(tài)堿含量：R2O0.6%左右為好硫堿比：SD=0.774SO3/(Na2O+0.658K2O) 100%fCa：適當(dāng)小需水量：愈小愈好，如22%24%稠度（3）石膏形態(tài)與摻量石膏種類 溶解度（g/L) 溶解速率二水石膏 2.08 中-半水石膏 6.20 快 -半水石膏 8.15 快可溶硬石膏 6.30 慢天然硬石膏 2.70 慢德國試驗(yàn)水泥編號123石膏凈漿形態(tài)二水+硬半+二水(過量)二水+半(過量)凈漿好好差(急凝)凈漿摻超量塑化劑差隨時間變好有改善鋁酸鹽活性與溶

14、液中硫酸鹽匹配鋁活性低、溶液中SO3低：形成AFt，凝結(jié)正常鋁活性高、溶液中SO3高：形成AFt，凝結(jié)正常鋁活性低、溶液中SO3高：形成AFt和二水石膏， 1 “假凝” 鋁活性高、溶液中SO3低：形成AFt、AFm、 1 C4AH13，“急凝”，“欠 1 硫型”（4）混合材料的種類 摻加大量混合材和摻和料都有助改善相容性，但火山灰摻量過多后，需水量增加。（5）水泥細(xì)度狀態(tài) 熟料為細(xì)粒（3m）超多：比表面積增大， 1到 相 容性差密實(shí)堆積的粒度分布：需水量少，相容性好P.O 42.5水泥：比表面積450m2/kg，相容 性差；中位粒徑14m，相 容性變差水泥圓度系數(shù)：愈圓，相容性愈好（6）水泥存

15、放時間與溫度：長好，溫度 低好（7）水泥需水量：P小好（8）水泥凝結(jié)時間：適當(dāng)長好，如2-3h6、砼的收縮與裂縫（1）水泥收縮造成的砼裂縫：化學(xué)收縮：7%-9%。C3A大，細(xì)度細(xì)水化 快，但AFt高好塑性收縮：沉降、失水、化學(xué)反應(yīng)造成 的。塑性階段夏天砼表面大 量失水溫度收縮：水化熱造成砼內(nèi)外溫差。大 體積砼。夏天溫度高，水化 快。干燥收縮：水泥石毛細(xì)孔水蒸發(fā)造成的。 夏天砼表面水蒸發(fā)快。碳化收縮：砼表面Ca(OH)2與CO2反應(yīng)生 成CaCO3造成。自收縮：在恒溫、恒濕下，水泥化學(xué)反 應(yīng)造成。（2）預(yù)防收縮的措施：減少水泥收縮熟料礦物組成：高C3S+C2S，低C3A或高 SO3細(xì)度狀態(tài)：最佳

16、顆粒級配、堆積密實(shí)、 球形化、比表面積不宜過高?；旌喜牧希悍勖夯矣幸?。減少砼收縮配合比：石、砂密實(shí)堆積水灰比：適當(dāng)小養(yǎng)護(hù)： 加強(qiáng)初期水養(yǎng)護(hù)大體積砼：采用低水化熱水泥摻和料：粉煤灰有益五、高性能水泥與高性能砼應(yīng)用1、高性能砼三個條件：高施工性 高耐久性 高強(qiáng)度或符合結(jié)構(gòu)要 求的強(qiáng)度2、高性能水泥：高施工性 高耐久性 符合標(biāo)準(zhǔn)的強(qiáng)度等級3、高性能水泥的開發(fā)（1）高性能海工水泥： 采用分別粉磨工藝，選擇最佳顆粒級配，提高抗Cl-滲透性能。（2）高性能P52.5水泥： 由熟料與石膏組成，嚴(yán)格控制水泥顆粒級配 s x0 n38162432453.1538918.91.1413.635.055.173.087.097.0前提條件，熟料強(qiáng)度高，外加劑相容性好水泥性能：稠度初凝終凝SO3R3R28初擴(kuò)1h27.22:002:553.2443.565.12852554、C80免壓蒸管樁水泥 由P52.5水泥+石膏+礦粉組成，水泥性能：砼性能：W/CC減水劑R3R280.285502.283.599砼性能稠度SO3初凝終凝初擴(kuò)1hR3R2826.43.622:353:3530532032.366.1W/CC減水劑蒸養(yǎng)8h0.34902.282.9六、提高水泥性能檢驗(yàn)水平水泥取樣必須有代表性影響檢驗(yàn)準(zhǔn)確性的因素（1）溫