第一章硅酸盐水泥基础知识

主讲：吴修胜考核形式总成绩平时考核（30%）期末考核（70%）作业理论考核参考资料《新型干法水泥技术》，刘志江主编，中国建材工业出版社，2005年《新型干法水泥技术与装备》，李海涛等，化学工业出版社，2005年第一章硅酸盐水泥基础知识一、胶凝材料的定义和分类定义在物理、化学的作用下，能从浆体变成坚硬的石状体，并能胶结其他物料而具有一定机械强度的物质，统称为胶凝材料。分为无机和有机两大类：1、沥青和各种树脂属有机胶凝材料；2、无机胶凝材料按照其硬化条件，又可分为水硬性和非水硬性两类。拌水后既能在空气中硬化又能在水中硬化拌水后只能在空气中硬化不能在水中硬化第一节绪论二、胶凝材料发展简史粘土+稻草：远古时代，逐层捣固法成墙，古希腊的墓碑建筑和巨石建筑，不耐水，强度很低。石灰、石膏时期：公元2000-3000年，埃及、希腊、罗马、中国开始煅烧石灰、石膏以调制砂浆。埃及的金字塔——石膏胶泥，中国万里长城—石灰胶凝材料。石灰-火山灰时期：公元初期古罗马人在石灰中掺入火山灰得到强度高且耐水的胶凝材料。1756年—水硬性石灰，1796年—罗马水泥。人工硅酸盐水泥：1824年10月21日，英国泥瓦工阿斯普丁取得生产波特兰水泥的专利权。其外观与当时建筑上常用的英国波特兰岛上出产的岩石相似，故称之为“波特兰水泥”特种水泥的发展三、水泥的定义和分类1、定义凡细磨材料，加入适量水后可成塑性浆体，既能在空气中硬化又能在水中硬化，并能将砂、石等材料牢固地胶结在一起的细粉状水硬性胶凝材料，通称为水泥。2、分类按用途和性能可分为；通用水泥、专用水泥和特性水泥三大类。四、水泥工业的发展概况水泥作为工业性产品的实际应用，至今已有180多年，水泥工业的生产规模不断扩大，工艺和设备不断改进,品种和质量也有很大的发展。—1756年，英国人史密顿在建造灯塔的过程中，研究了“石灰－火山灰－砂子”三组分砂浆中不同石灰石对砂浆性能的影响，发现含有黏土的石灰石，经煅烧和细磨处理后，加水制成的砂浆能慢慢硬化，能耐海水的冲刷。史密顿使用新发现的砂浆建造了举世闻名的普利茅斯港的漩岩（Eddystone）大灯塔。用含黏土、石灰石制成的石灰被成为水硬性石灰，这一发现是水泥发明过程中知识积累的一大飞跃，不仅对英国航海业做出了贡献，也对“波特兰水泥”的发明起到了重要作用。—1796年，英国人派克将称为SepaTria的黏土质石灰岩，磨细后制成料球，在高于烧石灰的温度下煅烧，然后进行磨细制成水泥。派克称这种水泥为“罗马水泥”。—1824年10月21日，英国利兹（Leeds）城的泥水匠阿斯谱丁（J.Aspdin）获得英国第5022号的“波特兰水泥”专利证书，从而一举成为流芳百世的水泥发明人。—1826年,第一台烧水泥用的自然通风的普通立窑。—1885年,第一台回转窑,有效的提高了产量和质量,使水泥工业进入了回转窑阶段。—1910年实现立窑机械化连续生产。—1923年立波尔窑的出现,使水泥工业出现较大的变革,窑的产量明显提高,热耗显著降低。—50年代初悬浮预热器的出现,使热耗大幅度降低。—60年代,电子计算机开始应用于水泥工业。—1971年日本人开发了预分解技术,从而使水泥工业生产技术有重大突破。—立磨、辊压机、原料预均化、生料均化以及X射线荧光分析等技术的发展和应用使干法水泥生产的熟料质量明显提高,能耗进一步降低。由于应用了电子计算机和自动控制技术,许多先进的水泥厂都以采用全厂集中控制,巡回检查的方式,在矿山开采、生料和烧成车间、以及包装和发运等工序都实现了自动控制。五、我国水泥工业的发展情况非水硬性胶凝材料的发展在我国已有几千年历史，中国的第一家水泥厂诞生于1886年，建在澳门的青洲岛，存在时间很短。1889年又在唐山兴建水泥厂（唐山细敏土厂），1906年投入生产，即现在的启新水泥厂，从此诞生了中国水泥工业。以后又陆续在上海、南京、广州、四川等地建了一些湿法回转窑，日本人在东北建了一些干法和半干法回转窑，。但在解放前，水泥工业发展非常缓慢，历史最高水平年产量(1942年)仅有229万吨。按人均消费水泥量计算，约为当时美国、比利时等国的1/150。且水泥品种只有普通硅酸盐水泥和白色硅酸盐水泥等几个品种。我国新型干法水泥起步于20世纪70年代，但直到20世纪末，其发展速度较慢。80年代从国外成套引进冀东、宁国、珠江、柳州等4000t/d和3200t/d熟料生产线及国产化的江西水泥厂2000t/d熟料生产线相继投产,使我国初步掌握了新型干法生产。90年代，在建设了一批引进技术或主机设备的新型干法的同时，还建设了一批不同规模的全国产化新型干法生产线，标志着我国水泥工业已进入大型化干法生产的发展轨道。其它熟料产能30%4000t/d以下49%新干法熟料产能70%4000t/d以上（含）51%2009年底水泥生产能力水泥生产能力：21.8亿吨•新型干法水泥名义产能13.7亿吨；•落后水泥产能4.5亿吨，占水泥总能力的20.7%左右；•粉磨站产能约占总量的三分之一。熟料生产能力：13.8亿吨•新干法熟料能力9.6亿吨；•其它熟料能力4.2亿吨。进入新世纪以来，随着我国国民经济的飞速发展，我国新型干法水泥生产的发展进入了快车道，其速度令人瞩目。海螺水泥5000t/d熟料预分解窑目前，我国水泥工业呈现出良好的发展态势，表现出以下几个特点：1、产业结构调整取得突破性进展；2、行业集中度明显提高；3、行业并购趋势明显；4、水泥技术装备在国际市场的竞争力显著增强第二节硅酸盐水泥生产概述2.1硅酸盐水泥的国家标准2.2硅酸盐水泥的生产2.1硅酸盐水泥的国家标准一、术语与定义二、分类三、强度等级四、技术要求五、废品与不合格品一、术语和定义通用硅酸盐水泥是以硅酸盐水泥熟料和适量的石膏，及规定的混合材料制成的水硬性胶凝材料。二、分类通用硅酸盐水泥按混合材料的品种和掺量分为硅酸盐水泥、普通硅酸盐水泥、矿渣硅酸盐水泥、火山灰质硅酸盐水泥、粉煤灰硅酸盐水泥和复合硅酸盐水泥。二、分类1、硅酸盐水泥分为两种类型：不掺混合材的称为Ⅰ型硅酸盐水泥，代号P·Ⅰ。在硅酸盐水泥熟料粉磨时掺加不超过水泥质量5%石灰石或粒化高炉矿渣混合材料的称为Ⅱ型硅酸水泥，代号P·Ⅱ。2、普通硅酸盐水泥代号P·O掺活性混合材料时，＞5％且20%．其中允许用不超过水泥质量5%的窑灰（JC/T742)或不超过水泥质量8%的非活性混合材料来代替。符合GB/T203、GB/T18046、GB/T1596、GB/T2847标准要求的粒化高炉矿渣及粉、粉煤灰、火山灰质混合材料活性混合材料活性混合材指本身不与水反应，加入激发剂后，在激发剂与水作用下发生反应产生强度。碱性激发剂：CaO、Ca(OH)2等硫酸盐激发剂：CaSO4等矿物外加剂：矿渣、粉煤灰、火山灰非活性混合材料活性指标低于标准的粒化高炉矿渣及粉、粉煤灰、火山灰质混合材料；石灰石（三氧化铝质量分数应不大于2.5%)和砂页。三、强度等级硅酸盐水泥的强度等级制分为42.5、42.5R、52.5、52.5R、62.5、62.5R。普通硅酸盐水泥的强度等级分为42.5、42.5R、52.5、52.5R。注：R型水泥属于快硬型，对其3d强度有较高的要求。四、技术要求1、不溶物Ⅰ型硅酸盐水泥不溶物不大于0.75%。Ⅱ型硅酸盐水泥中不溶物不大于1.50%。2、氧化镁水泥中氧化镁含量不超过5.0%。如果水泥压蒸安定性试验合格，则水泥中氧化镁含量允许放宽到6.0%。3、三氧化硫水泥中SO3含量不大于3.5%。4、烧失量Ⅰ型硅酸盐水泥中烧失量不大于3.0%，Ⅱ型硅酸盐水泥中烧失量不大于3.5%。普通水泥中烧失量不得大于5.0%。5、氯离子水泥中氯离子不大于0.06,更低要求可协商确定。6、细度（选择性指标）硅酸盐水泥和普通硅酸盐水泥比表面积不小于300㎡/kg。7、凝结时间硅酸盐水泥初凝不小于45min，终凝不大于390min。普通水泥初凝不小于45min，终凝不大于600min。8、安定性沸煮法合格。9、强度水泥的各龄期强度不得低于表中数值。表GB175-07各龄期、各类型水泥强度品种强度等级抗压强度（MPa）抗折强度（MPa）3d28d3d28d硅酸盐水泥42.51742.53.56.542.5R22452.52352.54752.5R27562.52862.55862.5R325.5普通水泥42.51742.53.56.542.5R22452.52352.54752.5R27510.碱水泥中碱含量按Na2O+0.658K2O计算值来表示，若使用活性骨料，用户要求提供低碱水泥时，水泥中碱含量不得大于0.60%或由供需双方商定。五、合格品与不合格品1.合格品符合烧失量、不溶物、三氧化硫、氧化镁、氯离子、凝结时间、强度、安定性的有关规定。2.不合格品不符合上述任一项。GB/T21372-2008硅酸盐水泥熟料标准2.2硅酸盐水泥的生产一、硅酸盐水泥的生产方法二、硅酸盐水泥生产的主要工艺过程BACK2.水泥的生产方法分类水泥的生产方法按生料制备方法的不同可分为两大类:干法与湿法干法:原料经烘干、粉碎制成生料粉，然后喂入密内煅烧成熟料的方法半干法:将生料粉加入适量的水分制成生料球，再喂入立窑或立波尔窑内煅烧成熟料的方法.湿法:将原料加水粉磨成生料浆，再喂入回转窑内煅烧成熟料的方法。半湿法:将生料浆脱水制成生料块，喂入窑内煅烧，或将生料块经烘干、破碎成生料粉再喂入干法窑内煅烧成熟料的方法。硅酸盐水泥的大致生产流程如下：石灰石粘土铁粉生料石膏熟料混合材硅酸盐水泥按比例混合磨细煅烧硅酸盐水泥1400~1450℃日产5000吨生产线工艺流程图（典型）石灰石均化堆场原料调配站原料粉磨生料均化库回转窑原煤石灰石熟料库堆场砂页岩破碎硫酸渣联合储库联合储库煤粉制备冷却机水泥粉磨石灰石破碎砂页岩分解炉汽车、火车熟料轮船熟料石膏、混合材包装机包装出厂水泥库散装出厂凡以适当成分的生料烧制部分熔融，所得到的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。特点：高温煅烧多矿物集合体人造岩石第三节硅酸盐水泥熟料组成一、化学组成水泥的质量主要取决于熟料的矿物组成和结构，而后者又取决于化学组成。因此，控制合适的熟料化学组成是获得优质水泥熟料的中心环节。硅酸盐水泥熟料主要由CaO、SiO2、Al2O3，和Fe2O3四种氧化物组成，其含量总和通常都在95％以上。据统计，这四种氧化物含量的波动范围为CaOSiO2Al2O3Fe2O362％~67％20％~24％4％~7％2.5％~6.0％除了上述四种主要氧化物外，通常还含有MgO、SO3、K2O、Na2O、TiO2、P2O5等。二、矿物组成主要有以下四种矿物：硅酸三钙3CaO·SiO2．可简写为C3S；C3S是硅酸盐水泥熟料的主要矿物。其含量通常为50%左右，有时甚至高达60％以上。硅酸二钙2CaO·SiO2，可简写为C2S；C2S在熟料中含量一般为20％左右，是硅酸盐水泥熟料的主要矿物之一熟料中硅酸二钙与少量MgO、Al2O3、Fe2O3、R2O等氧化物形成固溶体，通常称为贝利特(Belite)或B矿。铝酸三钙3CaO·Al2O3,可简写为C3A;铁相固溶体通常以铁铝酸四钙4CaO·Al2O3·Fe2O3作为代表式，可简写成C4AF.此外，还有少量游离氯化钙(f-CaO)、方镁石(结晶氧化镁)、含碱矿物及玻璃体。通常熟料中C3S和C2S含量约占75％左右，称为硅酸盐矿物。熔剂矿物C3A和C4AF的理论含量约占22％左右。硅酸三钙及其固溶体Alite：CaO70.90—73.10%SiO224.90—25.30%Al2O30.70—2.47%MgO0.3—0.98%硅酸二钙及其固溶体Blite：CaO63—63.7%SiO231.5—33.7%Al2O31.1—2.6%MgO0.2—0.6%形成：工厂实际生产条件下，硅酸盐水泥熟料中的部分熔融液相被快速冷却来不及结晶而成为过冷凝体称为玻璃体。主要成分：Al2O3Fe2O3CaO及少量