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1、1.1水泥的起源与发明 本节主要概念：胶凝材料 水硬性胶凝材料 非水硬性胶凝材料(气硬性胶凝材料) 本节主要内容：1.1.1 胶凝材料的定义和分类 1.1.2 胶凝材料的发展简史 1.1.3 水泥的发明 1.1.1 胶凝材料的定义和分类 胶凝材料是指在物理、化学作用下，能从浆体变成坚固的石状体，并能胶结其他物料而具有一定机械强度的物质，又称胶结料。 胶凝材料可分为无机胶凝材料和有机胶凝材料两大类，如沥青和各种树脂属于有机胶凝材料。无机胶凝材料按照硬化条件又可分为水硬性胶凝材料和非水硬性胶凝材料两种。水硬性胶凝材料在拌水后既能在空气中硬化，又能在水中硬化，通常称为水泥，如硅酸盐水泥、铝酸盐水泥等

2、。非水硬性胶凝材料只能在空气中硬化，故又称气硬性胶凝材料，如石灰、石膏等。 水硬性胶凝材料 各种水泥 无机胶凝材料 胶凝材料 气硬性胶凝材料 石灰、石膏、菱苦土、水玻璃 有机胶凝材料- 沥青、树脂、橡胶 1.1.2 胶凝材料的发展简史 胶凝材料的发展史极为悠久，可追溯到人类史前时期。它先后经历了天然的黏土、石膏一石灰、石灰一火山灰、天然水泥、硅酸盐水泥、多品种水泥等各个阶段。 阶段时间胶凝材料天然黏土时期新石器时代 距今约400010000年黏土石膏一石灰时期公元前20003000年石灰、石膏石灰一火山灰时期公元初至18世纪石灰、火山灰天然水泥时期18世纪下半叶天然水泥硅酸盐水泥时期19世纪初

3、硅酸盐水泥多品种水泥时期20世纪至今各种水泥 1.1.3 水泥的发明 在19世纪初期(18101825年)，人们用人工配合的石灰石和黏土为原料，再经煅烧、磨细以制造水硬性胶凝材料的方法，已经开始组织生产。1824年，英国人阿斯普丁(JAspdin)将石灰石和黏土配合烧制成块，再经磨细成水硬性胶凝材料，加水拌和后能硬化制成人工石块，且具有较高强度，因为这种胶凝材料的外观颜色与当时建筑工程上常用的英国波特兰岛上出产的岩石的颜色相似，故称之为波特兰水泥(Portland Cement，中国称为硅酸盐水泥)。英国人阿斯普丁(J.Aspdin)于1824年10月首先取得了该项产品的专利权。例如，1825

4、1843年修建的泰晤士河隧道工程就大量使用波特兰水泥。 随着现代工业的发展，到20世纪初，仅仅有硅酸盐水泥、石灰、石膏等几种胶凝材料已远远不能满足重要工程建设的需要。生产和发展多品种多用途的水泥是市场的客观需求，如铝酸盐水泥、快硬水泥、抗硫酸盐水泥、低热水泥以及油井水泥等。后来，又陆续出现了硫铝酸盐水泥、氟铝酸盐水泥、铁铝酸盐水泥等特种水泥品种，从而使水硬性胶凝材料发展成更多类别。多品种多用途水泥的大规模生产，形成了现代水泥工业。2.1 硅酸盐水泥生产概述 本节主要概念：硅酸盐水泥硅酸盐水泥熟料混合材料不溶物烧失量细度 初凝时间终凝时间安定性强度等级废品与不合格品 本节要内容：2.1.1硅酸盐

5、水泥熟料 2.1.2混合材料 2.1.3石膏 2.1.4硅酸盐水泥生产技术要求 凡由硅酸盐水泥熟料，05%石灰石或粒化高炉矿渣，适量石膏磨细制成的水硬性胶凝材料，称为硅酸盐水泥（国外通称波特兰水泥）。 硅酸盐水泥分为两种类型：不掺加混合材料的称I型硅酸盐水泥，代号为PI，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II型硅酸盐水泥，代号为PII。 2.1.1硅酸盐水泥熟料 凡以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）。 水泥熟料是各种硅酸盐水泥的主要组分材料，其质量的好坏直接影响到水泥产品的性能与质量优劣。 2.1.

6、2混合材料 混合材料是指在粉磨水泥时与熟料、石膏一起加入磨内用以改善水泥性能、调节水泥强度等级、提高水泥产量的矿物质材料，如粒化高炉矿渣、粉煤灰等。 根据混合材料的性质及其在水泥水化过程中所起的作用，混合材料分为活性混合材料和非活性混合材料两大类。 2.1.3石膏 石膏用作缓凝剂，其作用是调节水泥的凝结时间。适量石膏可以延缓水泥的凝结时间，同时也可提高水泥的强度；石膏一般用天然二水泥石膏，也可用硬石膏（天然无水石膏）或工业副产品石膏。采用工业副产品石膏时，应经过试验证明对水泥性能无害。 2.1.4硅酸盐水泥生产技术要求 技术要求即品质指标，是衡量水泥品质及保证水泥质量的重要依据。水泥质量可以通

7、过化学指标和物理指标加以控制和评定。 水泥的化学指标主要是控制水泥中有害成分不超过一定限量，若超过了最大允许限量，即意味着对水泥性能的质量可能产生有害的或潜在有害的影响。 水泥的物理指标主要是保证水泥具有一定的物理软科学性能，满足水泥使用要求，保证工程质量。 硅酸盐水泥技术指标主要有不溶物、烧失量、细度、凝结时间、安定性、氧化镁含量、三氧化硫含量、碱含量及强度指标。 不溶物 不溶物是指水泥经酸和碱处理，不能被溶解的残留物。其主要成分是结晶SiO2, 其次是R2O3（指Al2O3、Fe2O3），是水泥中的非活性组分之一。 I型硅酸盐水泥中不溶物不得超过0.75%，II型硅酸盐水泥中不溶物不得超过

8、1.5%。 烧失量 烧失量是指水泥在9501000高温下煅烧失去的质量百分数。 I型硅酸盐水泥中烧失量不得大于3.0%。II型硅酸盐水泥中烧失量不得大于3.5%。普通硅酸盐水泥中烧失量不得大于5.0%。 细度 细度即水泥的粗细程度，通常用比表面积或筛余百分数表示。 水泥细度过粗，不利于水泥活性的发挥；而细度过细时需水量增加，粉磨电耗增加。 硅酸盐水泥比表面积大于300m2/kg，普通水泥80m方孔筛筛余不得超过10.0%。 凝结时间 水泥凝结时间是水泥从加水开始到失去流动性，从可塑状态发展到固体状态所需要的时间，凝结时间分初凝时间和终凝时间。 初凝时间：水泥从加水开始到标准稠度净浆失去流动性并

9、开始失去塑性的时间； 终凝时间：水泥从加水开始到标准稠度净浆完全失去塑性，开始产生机械强度的时间。 硅酸盐水泥初凝时间不得早于45min，终凝不得迟于6.5h，普通硅酸盐水泥初凝时间不得早于45min，终凝不得迟于10h。 安定性 硬化水泥浆体体积变化的均匀性称为水泥体积安定性，简称安定性。安定性一般采用雷氏夹或试饼法、沸煮法检验。 若水泥中某些成分的化学反应发生在水泥水化过程中甚至硬化后，产生剧烈而不均匀的体积变化，使建筑物强度明显降低甚至溃裂，这种现象便是水泥安定性不良。 引起水泥安定性不良的原因主要是游离氧化钙、氧化镁含量过高或石膏掺量过多。 氧化镁含量 水泥中氧化镁含量过高时，可能出现

10、游离MgO含量过高和方镁石（结晶MgO）结晶过大，由于其缓慢的水化和体积膨胀将就可能使水泥硬化体结构破坏。 游离MgO比游离CaO更难水化，沸煮法不能检定，必须采用压蒸安定性试验进行检验。 水泥中氧化镁的含量不得超过5.0%，若经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%。 三氧化硫 水泥中的三氧化硫主要是生产水泥时为调节凝结时间加石膏而带入的。硅酸盐水泥中SO3含量超过3.5%后，强度下降，膨胀率上升，可能造成水泥体积安定性不良。因此，水泥中三氧化硫的含量不得超过3.5%。 碱含量 水泥中碱含量过高时，若骨料中含在活性成分，可能发生碱集料反应使混凝土破坏。 水泥中碱含量按Na2

11、O0.658K2O计算值来表示。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。 强度与强度等级 水泥强度是水泥度体单位面积上所能承受的外力。是水泥技术要求中最关键的主要性能指标，又是设计混凝土配合比的重要依据。水泥强度以不同龄期抗压强度、抗折强度表示。由于水泥强度随时间逐渐增大，一般称3d或7d以前的强度为早期强度，28d及其后的强度为后期强度。水泥到28d时强度已大部分发挥出来，以后强度增加缓慢。 强度等级是按规定龄期的抗压强度和抗折强度来划分的，硅酸盐水泥划分为42.5、42.5R、52.5、52.5R、62.5、62.5R六个强度等级，其中R型为早强型水泥，其早

12、期强度较高。各强度等级水泥的各龄期强度值不利低于下表数值。 强度等级抗压强度/MPa抗折强度/MPa3d28d3d28d42.517.042.53.56.542.5R22.042.54.06.552.523.052.54.07.052.5R27.052.5507.062.528.062.55.08. 062.5R32.062.55.58. 0废品与不合格品凡氧化镁、三氧化硫、初凝时间、安定性中的任一项不符合国家标准规定时，均为废品。 凡细度、终凝时间、不溶物和烧失量中的任一项不符合国家标准规定或混合材料掺加量超过最大限量和强度低于商品标号规定的指标时称为不合格品。水泥包装标志中水泥品种、标号、

13、工厂名称和出厂编号不全的也属于不合格品。2.2硅酸盐水泥的生产方法 本节主要概念：干法生产湿法生产半干法生产 水泥生产方法可简单概括为“两磨一烧”，即生料粉磨、熟料煅烧、水泥粉磨。 原料经破碎后，按一定比例配合，经粉磨设备磨细，并配合成为成分合适、质量均匀的生料；生料在水泥窑内煅烧至部分熔融，成为熟料；熟料加入适量石膏和混合材料，经粉磨设备磨细，即为水泥。 硅酸盐水泥的生产主要经过原料破碎、原料预均化、原料配料、生料的粉磨和均化、熟料的煅烧、水泥的粉磨与贮运等主要工艺过程。 干法生料粉磨设备有球磨机和立式磨两大类。立式磨通常采用烘干兼粉磨系统，即系统通入热风，在粉磨生料的同时进行烘干；球磨机也

14、可采用烘干兼粉磨系统，或原料预先烘干后再入磨粉磨。 熟料煅烧设备有立窑和回转窑两大类。 立窑由于生产规模小，熟料质量不均匀，劳动生产率低和劳动强度大等缺点，将逐步淘汰。但我国在相当长的一段历史时期内，立窑仍将继续存在。 回转窑的种类较多，其分类如下： 湿法长窑湿法回转窑 中空湿法窑 湿法短窑 干法中空窑回转窑 干法回转窑 带余热锅炉窑 立筒预热器窑 悬浮预热器窑预分解窑 旋风预热器窑 半干法回转窑： 立波尔窑水泥的粉磨设备也有球磨机和立式磨两大类。 水泥的生产方法按生料制备方法的不同，分为干法，湿法和半干法三大类。将原料先烘干后粉磨或在烘干磨内同时烘干与粉磨成生料粉，喂入干法窑内煅烧成熟料，称

15、为干法生产。如干法中空窑、悬浮预热器窑和预分解窑为干法生产。将生料粉加入适量水分制成生料球，喂入立窑或立波尔窑内煅烧成熟的生产方法为半干法生产。另外，将湿法制备的生料浆脱水后入窑煅烧，称为湿磨干烧，也属半干法生产，亦可将其归入半湿法或湿法。将原料加水粉磨成生料浆后喂入湿法回转窑煅烧成熟料，称为湿法生产。湿法生产由于水分蒸发需要吸收大量气化潜热，因而热耗较高。但湿法粉磨电耗较低，生料易于均化，成分均匀，熟料质量较高，且输送方便，扬尘少，在20世纪30年代得到迅速发展。半干法生产的立波尔窑是回转窑生产史上的重大发展，回转窑热耗降低了50%以上。但由于炉篦子加热机的结构和操作较复杂，物料受热不均匀，

16、熟料的质量较差。随着均化技术的发展、收尘设备的改进和一系列新技术的应用，新型干法生产的熟料质量与湿法相当，由于热耗的大幅度降低和单机生产能力的大幅度提高，以悬浮预热和窑外分解技术为代表的新型干法生产技术逐渐成为水泥生产的主导技术。2.3新型干法水泥生产的技术特征 本节主要内容：2.3.1新型干法水泥生产技术 2.3.2新型干法水泥生产工艺流程 2.3.3新型干法水泥生产的特点 2.3.1新型干法水泥生产技术 新型干法水泥生产技术，就是以悬浮预热和预分解技术为核心，把现代科学技术和工业生最新成就，例如：原料矿山计算机控制网络化开采，原料预均化，生料均化，挤压粉磨，新型耐热、耐磨、耐火、隔热材料以

17、及IT技术等广泛应用于水泥干法生产过程，使水泥生产具有高效、优质、节约资源、清洁生产、符合环境保护要求和大型化、自动化、科学管理特征的现代化水泥生产方法。 2.3.2新型干法水泥生产工艺流程 2.3.3新型干法水泥生产的特点 新型干法水泥生产的特点在于： 产品质量高由于生料制备全过程广泛采用现代均化技术，生料成分均匀稳定，熟料质量可与湿法生产相媲美； 生产能耗低采用高效多功能挤压粉磨、新型粉体输送设备，大大降低了粉磨和输送电耗；悬浮预热和预分解技术使熟料烧成热耗可降低至3000kJ/kg以下，水泥单位电耗降低至90100kW.h/t以下； 环保有利于低质原燃材料的综合利用，系统NOx生成量少，

18、可广泛利用废渣、废料、再生燃料及降解有害废弃物； 生产规模大单机生产能力可达10000t/d，劳动生产率高； 自动化程度高各种现代控制手段应用于生产全过程，保证生产的均衡稳定，达到优质、高效、低消耗的目的； 管理科学化应用IT技术进行有效管理，信息获取、分析、处理的方法科学、现代化； 投资大、建设周期长由于技术含量高，资源、地质、交通运输等条件要求较高，耐火材料消耗大，整体投资大。2.4 硅酸盐水泥熟料的组成 本节主要概念：硅酸三钙（A矿、阿利特） 硅酸二钙（B矿、贝利特） 铝酸三钙铁铝酸四钙（C矿、才利特） 硅酸盐矿物 熔剂矿物玻璃体游离氧化钙 方镁石 本节主要内容：2.4.1熟料的化学组成

19、 2.4.2熟料的矿物组成 2.4.3熟料的物理性能要求 2.4.4化学成分与矿物组成间的关系 2.4.5熟料矿物的特性 2.4.1熟料的化学组成 硅酸盐水泥熟料主要由CaO、SiO2、Al2O3、Fe2O3四种氧化物组成，含量占95%以上，此外还有少量其它氧化物。四种主要氧化物含量的波动范围为：CaO6267% SiO2 2024%Al2O3 47% Fe2O3 2.56.0%水泥熟料中各氧化物的含量对水泥的性质有极大影响，从氧化物的含量，大致可推断水泥的性质。2.4.2熟料的矿物组成硅酸盐水泥熟料中主要由以下四种矿物组成：硅酸三钙3CaOSiO2，通常简写为C3S；硅酸二钙2CaOSiO2

20、，通常简写为C2S；铝酸三钙3CaOAl2O3，通常简写为C3A；铁铝酸四钙4CaOAl2O3Fe2O3，通常简写为C4AF。这四种主要矿物组成决定硅酸盐水泥的主要性质，在硅酸盐水泥熟料中，四种矿物占95%以上，C3S和C2S含量约占75%左右，称为硅酸盐矿物；C3A和C4AF约占22%左右，它们在12501280会熔融形成液相，促进C3S形成，称为熔剂矿物。通常硅酸盐水泥熟料中，以上四种矿物组成含量波动范围如下：C3S3760% C2S 1537%C3A 715% C4AF 1018%另外，还有少量的游离氧化钙（fCaO）、方镁石（结晶氧化镁）、含碱矿物和玻璃体等。2.4.3熟料的物理性能要

21、求 水泥熟料的性能在很大程度上决定了水泥的性能，熟料是水泥厂的半成品，近年来也越来越多地作为商品出售。JC/8531999对硅酸盐水泥熟料的物理性能提出了具体要求：初凝时间不得早于45min，终凝时间不得迟于390min；沸煮法检验安定性合格；抗压强度不低于下表所列数值：水泥熟料类型强度等级抗压强度/MPa3d28d通用、中等抗硫酸盐水泥熟料42.52542.552.53052.562.53562.5中等水化热、高抗硫酸盐水泥熟料42.542.552.52252.562.52662.5熟料应不带有杂物，运输和储存应不与其他物品相混杂。 2.4.4化学成分与矿物组成间的关系 熟料中的主要矿物由各

22、主要氧化物经高温煅烧化合而成，熟料矿物组成取决于化学组成，控制合适的熟料化学成分是获得优质水泥熟料的中心环节，根据熟料化学成分也可推测出熟料中各矿物的相对含量高低。氧化钙（CaO）CaO是水泥熟料中最重要的成分，与其它氧化物形成四种主要矿物。增加CaO含量能增加C3S含量，CaO含量低则C3S低，C2S相应增加。一般说来，增加熟料中的CaO含量可提高水泥强度，但CaO含量过高易产生fCaO。二氧化硅（SiO2）SiO2也是水泥熟料的主要成分之一，与CaO形成硅酸盐矿物。SiO2高，C2S多，C3S低，影响水泥质量，煅烧时液相量少，烧成困难，熟料易“粉化”。 SiO2低，则硅酸盐矿物少，熔剂矿物

23、增加，会降低水泥强度，煅懂时液相量多，易结大块。三氧化二铝（Al2O3）与氧化钙、氧化铁生成C3A、C4AF。Al2O3高，C3A多，水泥凝结硬化速度快，水化热大，抗硫酸盐性能变差。Al2O3过高，煅烧时液相粘度大，不利于C3S形成，易结大块。三氧化二铁（Fe2O3）与CaO、Al2O3形成C4AF，增加Fe2O3，可降低液相粘度，降低熟料烧成温度，加速C3S形成，提高水泥抗硫酸盐性能，但凝结硬化变慢。Fe2O3过高，易结大块。氧化镁（MgO）当熟料中含有少量氧化镁时，能降低熟料液相生成温度，增加液相量，降低液相粘度，有利于熟料形成，还能改善熟料色泽。氧化镁过高会造成水泥安定性不良。碱（K2O

24、Na2O）碱易挥发，温度降低时又重新冷凝，易导致结皮、结圈和预热器堵塞。碱含量过高时易使水泥产生急凝，与活性集料产生碱集料反应。三氧化硫（SO3）适量SO3在烧成过程中可起矿化剂作用，在水泥中作缓凝剂，SO3过多会导致安定性不良。氧化钛（TiO2）少量TiO2对能提高熟料强度，过高时则会降低水泥强度氧化磷（P2O5）少量P2O5对C2S有稳定作用，可提高熟料强度，但过高时会导致C3S分解，使强度降低，硬化过程变慢。2.4.5熟料矿物的特性硅酸三钙硅酸三钙是熟料的主要矿物，其含量通常为50%左右。硅酸三钙有三个晶系的七种变型，在1250以下分解为C2S和CaO，但反应非常缓慢，使C3S在室温下呈

25、介稳状态存在。在硅酸盐水泥熟料中，并不是以纯的硅酸三钙存在，而是以少量的其它氧化物，如MgO、Al2O3等形成固溶体，称为A矿，或称阿利特。形态：A矿通常为板状或柱状晶体，在显微镜下大多呈六角形。如右图特性：硅酸三钙凝结时间正常，水化较快，强度发展快，早期强度高，且强度增进率大（28天强度可达到一年强度的7080%）。但水化热高，抗水性差。硅酸二钙硅酸二钙在熟料中含量一般为20%左右，硅酸二钙有四种晶型，C2S、C2S、C2S、C2S，实际生产的正常熟料以C2S存在，当烧成温度低，液相量不足，C2S含量高，冷却速度慢，窑内还原气氛严重时，C2S在低于500时，容易由C2S转变为几乎无水硬性的C

26、2S，体积膨胀10%，造成熟料粉化。液相量较多，采用急冷时，可防止C2S晶型转变。熟料中的C2S并不是以纯的形式存在，而是溶进少量的其它氧化物形成固溶体，称为B矿，或称贝利特。形态：贝利特晶体多数呈圆形或椭圆形，表面光滑或有双晶纹。如右图。特性：B矿凝结硬化慢，早期强度低，但28天以后，强度仍能很快增长，约在一年后可达到A矿的强度，B矿水化热小，抗水性好，因而对大体积工程，适当提高C2S含量，降低C3S含量是有利的。铝酸三钙硅酸盐水泥熟料中的铝酸钙主要是铝酸三钙和少量七铝酸十二钙（C12A7），可固溶少量其它氧化物。形态：快冷时呈点滴状，慢冷时呈矩形或柱状，反光能力弱，一般称为黑色中间相。通常

27、在Al2O3含量较高的慢冷熟料中，才结晶出较完整的大晶体，熟料质量比较差。特性：铝酸三钙水化非常迅速，其强度3天内就能充分发挥出来，早期强度高，但绝对值小，后期几乎不再增长，甚至倒缩。水化时放热多，凝结很快，干缩变形大，抗硫酸盐性能差。铁铝酸四钙硅酸盐水泥熟料中含铁矿物比较复杂，为一系列边疆固溶体，常用C4AF来代表熟料中的含铁矿物。C4AF常固溶少量其它氧化物，称为C矿或才利特。形态：C矿常呈棱柱状和圆粒状晶体，反射能力强，呈白色，称白色中间相。特性：铁铝酸四钙的水化速度在早期介于C3A 和C3S之间硬化较慢，后期强度较高，抗冲击性能和抗硫酸盐性能较好，水化热较低。玻璃体硅酸盐水泥熟料中，除

28、A矿和B矿外，其它物质统称为中间物质，中间物质在熟料烧成温度下变成熔融液相，冷却时，部分液相结晶，部分液相冷凝成玻璃体。玻璃体的数量随冷却条件而变，急冷熟料中玻璃体含量多。玻璃体处于不稳定状态，水化热大，玻璃体含量过多时会影响水泥的正常颜色。游离氧化钙和方镁石游离氧化钙:当配料不当，生料过粗或煅烧不良时，熟料中出现没有被吸收的以游离状态存在的氧化钙，称为游离氧化钙（fCaO），又称游离石灰。游离氧化钙产生原因：（1）、配料不当，生料过粗或煅烧不良时，煅烧反应不完全，氧化钙没有被完全吸收。（2）还可能由于熟料慢冷或在还原气氛下使C3S分解出氧化钙，以及熟料中的碱等取代C3S、C2S、C3A中的氧

29、化钙，形成二次游离氧化钙。游离氧化钙危害：死烧的游离氧化钙结构致密，水化很慢，水化生成氢氧化钙时体积膨胀97.9%，在硬化水泥石内部产生膨胀应力。因此，随着游离氧化钙增加，抗拉、抗折强度降低，使3天以后强度倒缩，严重时引起安定性不良。因此，应严格控制熟料中游离氧化钙含量，一般回转窑熟料控制在1.0%以下，立窑熟料控制在2.5%以下。方镁石：方镁石是游离状态的氧化镁晶体。熟料煅烧时，氧化镁有一部分可和熟料矿物结合成固溶体以及溶于液相中，当熟料中含有少量氧化镁时，能降低熟料液相生成温度，增加液相量，降低液相粘度，有利于熟料形成，还能改善熟料色泽。多余的氧化镁结晶出来呈游离状态的方镁石存在。方镁石的

30、水化速度比游离氧化钙更为缓慢，水化生成氢氧化镁时，体积膨胀148%，会导致安定性不良。方镁石膨胀的严重程度与其含量、晶体尺寸有关，国家标准规定，熟料中氧化镁含量应小于5%，但如水泥经压蒸安定性检验合格，熟料中氧化镁含量可允许放宽到6%。2.5 硅酸盐水泥熟料的率值 本节主要概念：率值 硅酸率 铝氧率 石灰饱和系数（KH） 本节主要内容：2.5.1 硅酸率 2.5.2 铝氧率 2.5.3 石灰饱和系数（KH） 硅酸盐水泥熟料中各氧化物之间的比例关系的系数称作率值。 硅酸盐水泥熟料中各氧化物并不是以单独状态存在，而是由各种氧化物化合成的多矿物集合体。因此在水泥生产中不仅控制各氧化物含量，还应控制各

31、氧化物之间的比例即率值。在一定工艺条件下，率值是质量控制的基本要素。因此，国内外水泥厂都把率值作为控制生产的主要指标，我国主要采用石灰饱和系数（KH）、硅率（n）、铝率（p）三个率值。2.5.1 硅酸率硅酸率表示水泥熟料中SiO2与Al2O3、Fe2O3之和的比值，也 表示熟料中硅酸盐矿物与熔剂矿物的比例。常用n或SM表示。硅酸率高，硅酸盐矿物含量多，熟料质量高，但烧成困难；硅酸率低，液相量多，易烧性好，但熔剂矿物高，硅酸盐矿物减少，会降低熟料强度，n过低时易结大块。硅酸盐水泥熟料的n波动在1.72.7的范围内。2.5.2 铝氧率又称铝率或铁率，表示熟料中氧化铝和氧化铁之比，也表示熟料熔剂矿物

32、中C3A与C4AF的比例。用p或IM表示。p值的大小，一方面关系到熟料水化速度的快慢，同时又关系到熟料液相的粘度，从而影响以熟料煅烧的难易。p高，C3A高，C4AF降低，水泥趋于早凝早强，但液相粘度大，不利于C3S形成；p低，C3A低，C4AF提高，水泥趋于缓凝，早强低，煅烧时液相粘度小，有利于C3S形成，但过低时易结大块。硅酸盐水泥熟料的p值波动在0.91.7范围内。2.5.3 石灰饱和系数（KH）石灰饱和系数表示熟料中全部氧化硅生成硅酸钙的需的氧化钙含量与氧化硅生成硅酸三钙所需氧化钙最大含量的比值，也即表示熟料中氧化硅被氧化钙饱和形成硅酸三钙的程度。当熟料p大于0.64时，熟料中的矿物为C

33、3S、 C2S 、C3A、C4AF；当p小于0.64时熟料中的矿物为C3S、 C2S 、C4AF、C2F。当p0.64时，石灰饱和系数的表达式为：实际生产的熟料中还可能有fCaO和fSiO2，则石灰饱和系数表示为：一般工厂熟料的fSiO2和SO3含量很少，略去fCaO时，石灰饱和系数表达式可简化为：KH1时，熟料中硅酸盐矿物全部为C3S，KH2/30.667时，硅酸盐矿物全部为C2S，故KH值介于0.6671之间。KH高，C3S含量多，有利于提高水泥质量，但煅烧困难，热耗高，易产生fCaO。KH低则C2S高，易烧性好，水化热低，但水泥凝结硬化慢，早期强度低。为保证熟料质量，同时不出现过量fCa

34、O，通常KH值控制在0.820.96之间。石灰饱和率（LSF）在国外，尤其是欧美国家大多采用石灰饱和率LSF来控制生产，用于限定水泥中的最大石灰含量，其表达式为：LSF的含义是熟料中CaO的含量与全部酸性组分需要结合的CaO含量之比，一般LSF高，水泥强度也高。硅酸盐水泥熟料的LSF波动在0.661.02，一般在0.850.95。2.6 熟料矿物组成的计算与换算 本节主要概念：化学法计算矿物组成 代数法计算矿物组成 由矿物组成计算率值 由率值计算化学组成 由率值计算矿物组成 本节主要内容：2.6.1硅酸盐水泥熟料矿物组成的计算 2.6.2熟料化学组成、矿物组成与率值的换算 2.6.1硅酸盐水泥

35、熟料矿物组成的计算 熟料的矿物组成可用仪器分析，如岩相分析、X射线分析的红外光谱等分析测定，也可用计算法，根据化学成分或率值计算。 根据熟料化学成分或率值计算所得的矿物组成与实际情况有一定出入，但计算结果一般已能说明矿物组成对水泥性能的影响，仍然得到广泛应用。 2.6.1.1化学法 其计算公式如下： C3S3.8（3KH2）SiO2C2S=8.61（1KH）SiO2当IM0.64时，C3A2.65（Al2O30.64Fe2O3）C4AF3.04 Fe2O3当IM0.64时C3A1.70（Fe2O31.57 Al2O3）C4AF4.77 Al2O32.6.1.2代数法当IM0.64时：C3S4.

36、07C7.60S6.72A1.43F2.86SO3C2S8.60S5.07A1.07F2.15SO33.07C2.87S0.754C3SC3A2.65A1.69FC4AF3.04FCaSO41.70SO3当IM0.64时：C3S4.07C7.60S4.47A2.86F2.86SO3C2S8.60S3.38A2.15F2.15SO33.07C2.87S0.754C3SC4AF4.77FC2F1.70（F1.57A）CaSO41.70SO32.6.2熟料化学组成、矿物组成与率值的换算 2.6.2.1 由矿物组成计算率值2.6.2.2 由率值计算化学组成SiO2n（Al2O3Fe2O3）CaO（Si

37、O2Al2O3Fe2O3）2.6.2.3 由率值计算矿物组成CaOSiO2Al2O3Fe2O3C4AF3.04Fe2O3C3A(2.65P1.69)Fe2O3C2S8.61n(P1)（1KH）Fe2O3C2S3.80n(P1)（3KH2）Fe2O3学习小结 通用水泥有七大品种：硅酸盐水泥、普通硅酸盐水泥、矿渣硅酸盐水泥、火山灰硅酸盐水泥、粉煤灰 硅酸盐水泥、复合硅酸盐水泥、石灰石硅酸盐水泥。其中硅酸盐水泥生产量大、使用面最广，是重要的建筑和工程材料。 硅酸盐水泥用代号PI或代号P1I表示，它的基本组分材料是硅酸盐水泥熟料、混合材料(石灰石或粒化高炉矿渣)、石膏。硅酸盐水泥熟料是一种由主要含Ca

38、O、SiOz、Al203、Fe203的原料按适当比例配合磨成细粉(生料)烧至部分熔融，所得以主要矿物为C3S、C2S、C3A、C4AF，另外还有少量的游离氧化钙(厂CaO)、方镁石(即结晶氧化镁)、含碱矿物以及玻璃体等成分的水硬性胶凝物质。混合材料是用以改善水泥性能、调节水泥标号、提高水泥产量的矿物质材料，如粒化高炉矿渣、石灰石等。石膏是用作调节水泥凝结时间的组分，是缓凝剂；同时适量的石膏也可以提高水泥的强度。 硅酸盐水泥的技术指标主要有不溶物、烧失量、细度、凝结时间、安定性、氧化镁含量、三氧化硫含量、碱含量及强度指标。硅酸盐水泥(PI、P)的强度等级分425、425R、525、525R、62

39、5、625R共六个，其中R型属早强型水泥。不符合标准规定的水泥称为废品或不合格品。 硅酸盐水泥的生产过程通常可分为三个阶段：生料制备、熟料煅烧、水泥制成及出厂。水泥的生产方法主要取决于生料制备的方法及生产的窑型。按生料制备的方法来分，可分为湿法、干法；按煅烧熟料窑的结构来分，可分为湿法回转窑生产、半干法回转窑(立波尔窑)生产、干法回转窑(普通干法回转窑)生产、立窑生产、新型干法水泥生产。 新型干法水泥生产的特点是：优质、低耗、高效、环保、装备大型化、生产控制自动化、管理科学化，但投资大、建设周期较长。 硅酸盐水泥熟料中的CaO、SiOz、AIz03、Fez03总量在95以上。少量的其他氧化物，

40、如MgO、S03、NazO、KzO、TiOz、P205等，它们的总量通常占熟料的5以下。游离氧化钙、方镁石对水泥安定性产生不良影响。 在一定的工艺条件下，各氧化物的含量和彼此之间的比例关系的系数即率值是水泥生产质量控制的基本要素。国内水泥厂都把率值作为控制生产的主要指标。目前主要采用石灰饱和系数(KH)、硅率(n)、铝率(p)三个率值。利用相关计算式可以对熟料的率值、化学组成、矿物组成进行测箅和换算。3.1 水泥生产的主要原料 本节主要概念：石灰质原料黏土质原料 本节主要内容： 3.1.1石灰质原料 3.1.2黏土质原料 生产硅酸盐水泥熟料的主要原料有石灰质原料和黏土质原料。 3.1.1石灰质

41、原料 凡是以碳酸钙为主要成分的原料都属于石灰质原料。它可分为天然石灰质原料和人工石灰质原料两类。水泥生产中常用的是含有碳酸钙(CaCO3)的天然矿石。 3.1.1.1 石灰质原料的种类和性 （1）石灰石：是由碳酸钙组成的化学与生物化学沉积岩。 主要矿物：为方解石（CaCO3）微粒组成，并常含有白云石（CaCO3MgCO3）、石英（结晶SiO2）、燧石（又称玻璃质石英、火石，主要成分为SiO2，属结晶SiO2） 黏土质及铁质等杂质。 CaO含量：纯石灰石含CaO56%，烧失量为44%，随杂质含量增加CaO含量减少。 含水量：一般不大于1.0%，具体值随气候而异。含 黏土杂质越多，水分越高。 （2

42、）泥灰岩：是碳酸钙和 黏土物质同时沉积所形成的均匀混合的沉积岩，属石灰岩向黏土过渡的中间类型岩石。是一种极好的水泥原料。 分类：高钙泥灰岩：CaO45% 低钙泥灰岩：CaO45% 有些地方产的泥灰岩成分接近制造水泥的原料，可直接烧制水泥，称天然水泥岩。 主要矿物：方解石 （3）白垩：是海生生物外壳与贝壳堆积而成的，富含生物遗骸，主要由隐晶或无定形细粒疏松的碳酸钙所组成的石灰岩。 主要成分：碳酸钙，含量80%-90%，甚至高于90%。 性能：易于粉磨和煅烧，是立窑水泥厂的优质石灰质原料。 (4)贝壳和珊瑚类: 主要有贝壳、蛎壳和珊瑚石。 主要成分：含碳酸钙90左右。表面附有泥砂和盐类(如MgCl

43、2、NaCl、KCl)等对水泥生产有害的物质，所以使用时需用水冲洗干净。 目前沿海小水泥厂有的采用这种原料。 3.1.1.2 石灰质原料的选择 （1）石灰质原料的质量要求 石灰质原料使用最广泛的是石灰石，其主要成分是CaCO3，纯石灰石的CaO最高含量为56%，其品位由CaO含量确定。有害成分为MgO、R2O、（Na2O、K2O）和游离SiO2。一般要求如下： 石灰质原料的质量要求 成分CaOMgOf-SiO2(燧石或石英)SO3K2O+Na2O含量（%）483410.6 （2）石灰质原料的选择 、搭配使用； 、限制MgO含量；（白云石是MgO的主要来源，含有白云石的石灰石在新敲开的断面上可以看到粉粒状的闪光） 、限制燧石含量；（燧石含量高的石灰岩，表面常有褐色的凸出或呈结核状的夹杂物。） 、新型干法水泥生产，还应限制K2O、Na2O、SO3、Cl-等微量