水泥基本知识.ppt

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1、一、概述一、概述水泥品种 一般用途水泥（硅酸盐系列水泥）特种用途水泥（中热水泥、低热水泥、膨胀水泥、快硬早强水泥、耐火水泥等）专用水泥（白色水泥、油井水泥、型砂水泥等）硅酸盐系列水泥硅酸盐系列水泥硅酸盐水泥 (P.I、P.II)普通硅酸盐水泥 (P.O)火山灰硅酸盐水泥 (P.P)粉煤灰硅酸盐水泥 (P.F)矿渣硅酸盐水泥 (P.S)复合硅酸盐水泥 (P.C)石灰石硅酸盐水泥 (P.L)白水泥一、概述一、概述水泥产量我国水泥产量我国水泥产量1892年，唐山细棉厂我国水泥技术 小小立立窑窑湿湿法法回回转转窑窑日产二千吨熟料预分解窑新型干法日产五千吨熟料预分解窑新型干法我国水泥技术2005年底新型

2、干法生产线生产的水泥已占水泥总产量的45%我国水泥工业技术 全国水泥散装率达全国水泥散装率达45.82%每年排出每年排出COCO2 2约约1212亿吨，同时还要排放亿吨，同时还要排放SOSO3 3、NOxNOx等有害气体等有害气体是气候变暖、酸雨等灾害的直接责任者之一是气候变暖、酸雨等灾害的直接责任者之一每年向大气中排放粉尘约每年向大气中排放粉尘约15001500万吨万吨为减少为减少SOSO3 3的排放采取脱硫工艺又产生新的废渣的排放采取脱硫工艺又产生新的废渣-脱硫渣脱硫渣耗煤、耗电大户耗煤、耗电大户石灰石的大量开采已导致地球矿产资源的匮乏，石灰石的大量开采已导致地球矿产资源的匮乏，并破坏着生

3、态平衡并破坏着生态平衡散装率亟待提高。散装率亟待提高。我国水泥工业危机 二、硅酸盐水泥的水化硬化机理化学成分和矿物组成水泥熟料矿物的水化硅酸盐水泥的水化、凝结和硬化几种矿物组成的水化特性影响水泥正常凝结硬化速率的因素（一）水泥的化学成分和矿物组成1.水泥熟料的烧成石灰石粘土（页岩）混合磨细 煅烧 冷却铁矿粉 (1350-1450oC)（一）水泥的化学成分和矿物组成2.水泥熟料的化学成分和矿物组成 组成 CaO SiO2 Al2O3 Fe2O3 MgO 含量%62-67 20-24 4-7 3-5 矿物 C3S C2S C3A C4AF 含量%37-60 15-37 7-15 10-18（一）水

4、泥的化学成分和矿物组成3.硅酸盐系列水泥的组成与矿物组成除了熟料，尚与混合材、石膏等有关(二)水泥熟料的水化1.硅酸盐3CaO.SiO2 +H2O xCaO.ySiO2.n H2O 2CaO.SiO2 +H2O xCaO.ySiO2.n H2O x、y、n值与水化条件(温度、水灰比、石灰浓度等)有关(二)水泥熟料的水化2.C3A 当CaO浓度0.33g/l时 C3A +H2O C3AH6 当CaO浓度1.08g/l时(饱和)C3A +H2O C4AH13C3A的水化产物受CaO、Al2O3浓度和温度的影响很大(二)水泥熟料的水化3.C4AFC4AF +H2O C3AH6 +CFH4.f-CaO

5、和方镁石 f-CaO由于a)死烧；b)被其它矿物包裹；c)与SiO2共存等原因，水化很慢 方镁石水化更慢(三)硅酸盐水泥的水化、凝结与硬化水化-水泥矿物遇水后由无水状态变成含有结合水的状态凝结-水泥浆失去流动性硬化-水泥浆彻底失去塑性，建立网状结构，并且有一定机械强度强度发展-水泥浆硬化后，未水化水泥颗粒继续水化，水化产物交叉连接，充填毛细孔、密实浆体，强度不断提高(三)硅酸盐水泥的水化、凝结与硬化石膏的作用 C3A+CaSO4.2H2O +H2O 3CaO.Al2O3.3CaSO4.32H2O (AFt)当石膏耗尽后 C3A +AFt AFm (3CaO.Al2O3.CaSO4.12H2O(

6、三)硅酸盐水泥的水化、凝结与硬化水泥水化五阶段 I II III IV V 放 热 速 率 饱和 初凝 终凝 时间 I-起始期；II-诱导期；III-加速期；IV-减速期；V-稳定期Ca2+浓度几点说明水泥水化起始期大约需要4-5分钟，主要生成AFt，大量放热，C3S也开始水化在诱导期，AFt针状晶体包裹在C3A表面，C3S继续水化，凝胶物增多，此阶段大约持续40min-2h在加速期，CH浓度过饱和，开始结晶在减速期，C3S与水的反应逐渐受扩散速率控制在稳定期，水泥的水化完全受扩散速率控制(四)几种水泥矿物成分的水化特性C2S与C3S的比较C2S的水化约需80小时才能达到加速期，而C3S诱导期

7、只有3-4小时C2S反应层厚度随时间的增长很慢，在硬化四年的浆体中，还有15%的未水化C2S不同时期的水化百分数(%)龄期 1d 3d 7d 1个月 3个月 C3S 15-55 35-60 40-70 C2S /C4AFC3SC2S布特对水化深度的计算结果(m)矿物 3d 7d 28d 6个月C3A 10.7 10.4 11.2 15.0C4AF 7.7 8.0 8.4 13.2C3S 3.5 4.7 7.9 15.0C2S 0.5 0.9 1.0 2.71.矿物组成 C3A和C4AF含量越多，水泥凝结越快，如古罗马水泥在粉磨水泥时通如1%水蒸气或掺加少量石膏(SO3=1%-3%)，可延缓凝结

8、速度水泥各矿物组成的水化相互影响，比较复杂铝酸盐在决定水泥浆流变性和凝结速度中占主要位置，而硅酸盐主要决定硬化和强度发展2.石膏掺量、形态9876543210 2 3 4掺量(%)终凝初凝终凝 CaSO4.2H2O初凝CaSO4.1/2H2O1)石膏掺量与其对凝结时间的影响呈非正比关系凝结时间(h)2.石膏掺量、形态2)掺加石灰，或f-CaO的存在，会促进石膏的缓凝作用3)石膏最佳掺量与C3A、C4AF含量有关4)CaSO4.1/2H2O的缓凝作用比CaSO4.2H2O强烈5)当CaSO4.1/2H2O掺量过大时，则导致快凝6)由于天然硬石膏活性低，掺量应稍高一些7)当用大体相等比列的石膏和硬

9、石膏混合物掺加，所得凝结时间和强度与单独使用石膏时类似8)对每种水泥，存在最佳的石膏掺量获得最高强度和最低干缩值时获得最高强度和最低干缩值时的石膏掺量的石膏掺量碱含量 C3A含量 石膏掺量（%）（%）（SO3,%）0.5 6 20.5-1.0 6 3-46 2.5-30.5 6 3.5-43.粉磨工艺粉磨时磨机内温度升高，导致石膏脱水f-CaO的存在，将促进石膏脱水CaSO4.2H2O随温度产生的形态转变 温度 变化 65oC 开始脱水 107-170o C CaSO4.1/2H2O 200oC 可溶性石膏 250oC 残留很少水分 400oC 完全脱水，成为不溶性硬石膏 (死烧石膏)800o

10、C 部分分解为CaO(过烧石膏)磨机降温的重要性磨机降温的重要性石膏在磨机内脱水，则水泥水化时产生脱水石膏重结晶导致“假凝”，或其它现象磨机外部降温冷却有助于防止石膏的转型4.风化水泥单独吸收水分 凝结延缓 原因：形成石灰，起缓凝作用 烧失量每增加1%，R7下降5%-15%，R1年下降3%-6%水泥单独吸收CO2 凝结加速 原因：水泥加水时，石灰的瞬间浓度降低，延缓了AFt的形成 另，碳化时间较长，会使水泥颗粒表面被CaCO3包围，降低水化速率，延缓凝结5.5.储存条件储存条件密封储存的水泥，常温下较稳定从气候温和的地区运至炎热地区，有时出现快凝大量堆放的水泥有时会出现闪凝粉磨时的高温保存在水

11、泥库中，长时间不能散发出去，会导致快凝原因尚不十分明了！6.6.细度细度相同水灰比情况下，随着细度增加，水泥凝结时间缩短细度还影响水泥水化放热速率放热速率时间123细度：1#2#3#7.7.混合材混合材粉煤灰水淬高炉矿渣煤矸石火山灰石灰石等随掺量增加，凝结硬化速度减慢8.8.盐类盐类有些盐类起加速作用有些盐类起延缓作用盐类作用不仅与种类有关，还与其含量有关9.9.碱碱碱的作用在于能影响石灰的溶解度。低碱水泥只用石灰就能缓凝，因为在饱和石灰溶液中，所形成的CaAHx的溶解度极低。而含有一定碱的水泥，加水时，碱迅速析出于溶液中，降低了石灰的溶解度而增加了Al2O3的溶解度，加速水泥的凝结-福尔生为

12、了有效控制水泥的凝结速度，在水泥浆溶液中，石灰和硫酸钙要有一个最低浓度。#有时即使含有石膏，但石灰浓度过低，也不足以形成AFt!碱的碳酸盐能与C3S水解生成的Ca(OH)2反应，沉淀出CaCO3，产生假凝现象10.10.温度温度温度升高，水泥凝结速度将加快温度过高，容易产生假凝现象举例：搅拌水泥浆的水温超过80oC，则水泥颗粒表面形成一层薄硬壳，浆体流动性变差，后期强度降低11.11.水灰比水灰比其它情况相同时，随着水灰比增加，浆体凝结时间延长 W/C=0.35的浆体比0.28者的凝结时间慢30-60min原因：1)析出晶体的速度降低 2)水泥颗粒之间的间距增大三、硬化水泥浆体的组成与结构三、

13、硬化水泥浆体的组成与结构（一）硬化水泥浆体的组成水化产物未水化水泥气孔凝胶孔水(一)硬化水泥浆体组成1.C3S+H2O CSH+CHCSH四种形态(S.Diamond)表征 CSH(I)CSH(II)CSH(III)CSH(IV)形貌 箔状、薄片状 网络状 不规则等大粒子 向内部生长产物 针状、刺状 草状 长0.5-2微米，宽0.2微米 C/S 0.8-1.5 1.5-2.0 CSH凝胶具有巨大的比表面积(100万-700万cm2/g)，范德华力大，对强度的贡献也大(一)硬化水泥浆体组成2.C2S+H2O CSH+CHCSH形貌与C3S水化后的相似CH-立方晶系，板状或短六方柱状晶体，密度2.

14、30，由于尺寸大，表面积小，所以由范德华力所提高的强度有限(一)硬化水泥浆体组成3.AFt(1890年发现)尺寸比CSH大得多，长3-4微米，直径0.5-1微米 细棒状、六棱柱状、辐射状等 密度1.734.AFt+C3A AFm(1929年发现)AFm 六角板状或片状，尺寸比Ca(OH)2小，直径10-数十微米 密度1.99(一)硬化水泥浆体组成5.水化铝酸钙 C4AH13、C3AH6 六方板状晶体(一)硬化水泥浆体组成 实际参加反应的实际参加反应的 水化产物水化产物二水石膏与二水石膏与C3A的的 摩尔比摩尔比 3.0 AFt 3.0-1.0 AFt+AFm 1.0 AFm 50nm的大孔中的

15、水-自由水 5-50nm孔中的细孔水-失去导致收缩 吸附水：干燥至RH=30%，失去，引起收缩 层间水：CSH间，氢键固定，RH11%，失去 引起收缩 化学结合水(一)硬化水泥浆体组成8.孔凝胶孔：CSH层间空间，占凝胶体积的 28%，5-25埃毛细孔：水分蒸发后所留，100-500埃(低水灰比)30000-50000埃(高水灰比)气孔：搅拌时裹入，最大3mm，一般50-200微米(二)硬化水泥浆体结构不均匀的多孔结构体 通过调粒、优化水泥矿物组成，能强化其结构组成结构性能(三)影响水泥浆体组成和结构的因素细度及颗粒分布(调粒水泥、球形水泥)矿物组成(降低C3A含量)外加剂混合材气孔养护温度石

16、膏掺量(掺量太大，后期大量形成AFt，将造成开裂)(四)水泥体积安定性不良的原因及预防措施定义 水泥硬化后体积变化均匀性的物理性质指标危害 强度降低、开裂、疏松、崩坍原因及控制措施(四)水泥体积安定性不良的原因及预防措施原因及控制措施1)f-CaO含量过高 死烧、表面被其它矿物覆盖、与SiO2成分共存等 水化慢 放热、体积膨胀 膨胀应力(局部)检验控制 沸煮法(饼法、雷氏夹法)(四)水泥体积安定性不良的原因及预防措施原因及控制措施2)方镁石含量过高 水化后体积增加2倍以上控制MgO5.0%,若经压蒸安定性检验合格，允许6.0%(四)水泥体积安定性不良的原因及预防措施原因及控制措施3)石膏掺量过多 后期大量形成AFt导致膨胀检验：净浆冷水浸泡法控制 SO33.5%(P.I、P.II、P.O、P.P、P.F、P.C)SO34.0%(P.S)否则应做长期水浸试验四、硅酸盐系列水泥的特性和适用范围 硅酸盐系列水泥的特性和适用范围硅酸盐系列水泥的特性和适用范围硅酸盐系列水泥的特性和适用范围