绿色建筑材料之绿色水泥课件.ppt
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1、绿色水泥绿色水泥张占辉张占辉绿色建筑材料绿色建筑材料Green Building Materials本节内容:本节内容:一、高贝利特水泥一、高贝利特水泥二、无熟料水泥二、无熟料水泥三、生态水泥三、生态水泥掌握几种常见绿色水泥品种的性能特点性能特点和生产工艺生产工艺。教学目标:教学目标:r混凝土发展趋势:混凝土发展趋势:&构件大型化、高层化及建筑施工高度机械化;构件大型化、高层化及建筑施工高度机械化;&混凝土的三大技术性能混凝土的三大技术性能强度、耐久性及和易性都必强度、耐久性及和易性都必须高性能化。须高性能化。r传统硅酸盐水泥传统硅酸盐水泥熟料矿物组成:熟料矿物组成:q硅酸三钙硅酸三钙(简称简
2、称C3S),含量约,含量约50%左右。左右。q硅酸二钙硅酸二钙(简称简称C2S),含量约,含量约20%左右。左右。q铝酸三钙铝酸三钙(简称简称C3A),含量,含量7%15%。q铁铝酸四钙铁铝酸四钙(简称简称C4AF),含量,含量10%18%。一、高贝利特一、高贝利特水泥水泥r传统硅酸盐水泥传统硅酸盐水泥在实现混凝土高性能化方面存在很多缺陷:在实现混凝土高性能化方面存在很多缺陷:要达到高流动性,需水量大,混凝土坍落度损失快,施要达到高流动性,需水量大,混凝土坍落度损失快,施工性能差;工性能差;水化热高,混凝土内部温度太高,内外温差过大,应力水化热高,混凝土内部温度太高,内外温差过大,应力高,易导
3、致开裂;高,易导致开裂;混凝土构件的干燥收缩大,易产生干缩裂缝,影响混凝混凝土构件的干燥收缩大,易产生干缩裂缝,影响混凝士的强度和使用寿命,即耐久性;士的强度和使用寿命,即耐久性;水化产物中水化产物中Ca(OH)2含量高,使混凝土强度降低,耐久含量高,使混凝土强度降低,耐久性下降。性下降。水化产物水化产物Ca(OH)2:六方片状晶体结构,本身强度不高;六方片状晶体结构,本身强度不高;易在浆体与集料的界面处富集,形成易在浆体与集料的界面处富集,形成“迁移带迁移带”组织,附组织,附近存在大量孔洞,阻碍力学性能的有效发挥;近存在大量孔洞,阻碍力学性能的有效发挥;与其他外来组分与其他外来组分(如如SO
4、42-、Cl-、活性、活性SiO2等等)或某些水或某些水化产物化产物(如单硫型水化硫铝酸钙如单硫型水化硫铝酸钙)等发生二次化学反应,等发生二次化学反应,产生体积膨胀;产生体积膨胀;易受到水流的溶蚀,在浆体内部形成孔洞,造成混凝土易受到水流的溶蚀,在浆体内部形成孔洞,造成混凝土的破坏。的破坏。l高贝利特水泥高贝利特水泥:(高性能低热硅酸盐水泥高性能低热硅酸盐水泥),熟料中以硅酸二,熟料中以硅酸二钙为主导矿物且含量高达钙为主导矿物且含量高达40-70%,具有高流动性、高强度、,具有高流动性、高强度、高耐久性、超低水化热等一系列优点的高性能水泥,特别高耐久性、超低水化热等一系列优点的高性能水泥,特别
5、适用于大体积、重点混凝土工程。适用于大体积、重点混凝土工程。研究开始于研究开始于20世纪世纪60年代之前,特别在年代之前,特别在70年代初世界性能年代初世界性能源危机的背景下:煅烧温度比传统水泥低,节能效果显著。源危机的背景下:煅烧温度比传统水泥低,节能效果显著。但其但其工艺复杂并与传统工艺相去甚远工艺复杂并与传统工艺相去甚远,对原料要求较高对原料要求较高,同时同时水泥需水量大、流动性能差水泥需水量大、流动性能差,未得到商业化应用。,未得到商业化应用。目前,在混凝土材料高性能要求日趋迫切的发展形势下受目前,在混凝土材料高性能要求日趋迫切的发展形势下受到了人们的普遍关注。到了人们的普遍关注。r高
6、贝利特水泥需解决的关键问题:高贝利特水泥需解决的关键问题:一是高活性晶形的常温稳定,即如何稳定高水化活性的一是高活性晶形的常温稳定,即如何稳定高水化活性的C2S晶型,而不致在熟料冷却过程中向无水化活性的晶型,而不致在熟料冷却过程中向无水化活性的型型转化,导致熟料粉化、水泥强度极低:转化,导致熟料粉化、水泥强度极低:二是高硅酸二钙的矿物活化,即采用何种方法激发二是高硅酸二钙的矿物活化,即采用何种方法激发C2S晶体的水化活性,否则所得高贝利特水泥的早期强度非晶体的水化活性,否则所得高贝利特水泥的早期强度非常低,没有实际使用价值。常低,没有实际使用价值。要求:要求:工艺、原料、施工性能工艺、原料、施
7、工性能。r解决途径:解决途径:从混凝土高性能化及熟料制备实用化的角度出发,确定从混凝土高性能化及熟料制备实用化的角度出发,确定高贝利特水泥熟料的高贝利特水泥熟料的矿物组成矿物组成;通过在水泥生料中引入通过在水泥生料中引入熟料煅烧外加剂熟料煅烧外加剂,解决水泥熟料,解决水泥熟料在冷却过程中易于粉化的问题;在冷却过程中易于粉化的问题;通过烧成外加剂对高贝利特水泥熟料同时产生的通过烧成外加剂对高贝利特水泥熟料同时产生的活化作活化作用用,解决一般情况下高贝利特水泥早期强度很低的致命,解决一般情况下高贝利特水泥早期强度很低的致命缺陷,水泥缺陷,水泥28天龄期强度按使用要求不同稳定在天龄期强度按使用要求不
8、同稳定在40-70MPa范围内。范围内。r解决途径之一解决途径之一熟料矿物组成:熟料矿物组成:C2S,4070C3S,1040C3A,28C4AF,1025同时要求熟料中同时要求熟料中C3S与与C4AF的矿物含量的矿物含量(重量重量)之比在之比在0.71.7范围内,以利于熟料的烧成。范围内,以利于熟料的烧成。熟料率值:熟料率值:KH=0.7-0.8;SM=1.0-3.5;IM=0.7-1.0。具有强度性能好、需水量低、流动性能好等优点,而且熟料的煅烧具有强度性能好、需水量低、流动性能好等优点,而且熟料的煅烧容易,产品性能稳定。容易,产品性能稳定。r解决途径之二解决途径之二烧成外加剂:烧成外加剂
9、:目的目的:稳定:稳定C2S晶形、提高晶形、提高C2S水化活性。水化活性。含硫系列烧成外加剂含硫系列烧成外加剂:石膏、重晶石、黄铁矿、芒硝中:石膏、重晶石、黄铁矿、芒硝中的任意一种或组合,在生料中的掺入量为的任意一种或组合,在生料中的掺入量为05(内)。(内)。组合外加剂的掺入量,按设计出窑熟料中的组合外加剂的掺入量,按设计出窑熟料中的SO3含量进含量进行控制和调整,一般将行控制和调整,一般将SO3含量设定在含量设定在02范围内;范围内;金属尾矿类烧成外加剂金属尾矿类烧成外加剂:重晶石尾矿、铜尾矿、铅锌尾:重晶石尾矿、铜尾矿、铅锌尾矿、稀土金属尾矿等,利用其中残留的众多微量金属元矿、稀土金属尾
10、矿等,利用其中残留的众多微量金属元素如素如Cu、Pb、Zn、Sn、Mn、Ni、Cr或其他重金属,或其他重金属,在熟料烧成中对高活性在熟料烧成中对高活性C2S晶型产生稳定和活化作用。晶型产生稳定和活化作用。在水泥生料中的最佳掺量在在水泥生料中的最佳掺量在315(内)之间。(内)之间。将含硫系列烧成外加剂和尾矿类烧成外加剂将含硫系列烧成外加剂和尾矿类烧成外加剂复合使用复合使用,对某些用特定,对某些用特定原料配制的高贝利特水泥熟料,将产生更为显著的使用效果;原料配制的高贝利特水泥熟料,将产生更为显著的使用效果;括号内的数值是表示掺烧成外加剂后各试样强度相对于未掺烧成外加括号内的数值是表示掺烧成外加剂
11、后各试样强度相对于未掺烧成外加剂试样对应龄期强度的变化百分数。剂试样对应龄期强度的变化百分数。&从晶体化学的角度来看,对某一种易于发生多晶转变的从晶体化学的角度来看,对某一种易于发生多晶转变的晶体,要在其形成过程中于它的结构中引入外来离子,晶体,要在其形成过程中于它的结构中引入外来离子,达到达到稳定该晶型稳定该晶型形成的目的,同时又要形成的目的,同时又要使该晶体的活性使该晶体的活性得到提高得到提高,是一对难以协调的,是一对难以协调的矛盾矛盾。&例如例如B203和和P205对高水化活性的对高水化活性的C2S晶型具有很好的稳晶型具有很好的稳定作用,但所得定作用,但所得C2S晶体活性极差,基本和无水
12、化活性晶体活性极差,基本和无水化活性的的型类似,对应水泥砂浆的强度极低。型类似,对应水泥砂浆的强度极低。&含硫系列及金属尾矿类烧成外加剂含硫系列及金属尾矿类烧成外加剂则很好地解决了高贝则很好地解决了高贝利特水泥熟料烧成过程中存在着的这一矛盾。利特水泥熟料烧成过程中存在着的这一矛盾。r解决途径之三解决途径之三生产工艺流程:生产工艺流程:注意与传统硅酸盐水泥生产工艺之间的区别。注意与传统硅酸盐水泥生产工艺之间的区别。生料配制系统需生料配制系统需增加烧成外加剂的计量设备增加烧成外加剂的计量设备(如电子皮如电子皮带秤带秤),而且必须相应调整烘干车间的班次安排,而且必须相应调整烘干车间的班次安排,增加增
13、加烧成外加剂的破碎和烘干工序烧成外加剂的破碎和烘干工序,要求物料入磨粒径小,要求物料入磨粒径小于于25mm,水分含量低于,水分含量低于1.5%,以保证入窑生料中烧,以保证入窑生料中烧成外加剂计量的准确性。成外加剂计量的准确性。&烧成外加剂配入量偏低时不但活化效果不显著,而且出窑熟烧成外加剂配入量偏低时不但活化效果不显著,而且出窑熟料在冷却过程中易粉化;而掺量太高,水泥性能则会受到不料在冷却过程中易粉化;而掺量太高,水泥性能则会受到不利影响,浆体达到标准稠度的需水量大、流动性能差、凝结利影响,浆体达到标准稠度的需水量大、流动性能差、凝结时间不正常等。时间不正常等。出磨出磨生料需经充分均化生料需经
14、充分均化方可入窑煅烧,生料入窑前最好方可入窑煅烧,生料入窑前最好对其均匀性进行检验,要求水泥生料的碳酸钙滴定值对其均匀性进行检验,要求水泥生料的碳酸钙滴定值TCaCO3的平均波动偏差小于的平均波动偏差小于0.15%。&对于某些烧成外加剂,由于在生料中的掺入量较少,生料的均对于某些烧成外加剂,由于在生料中的掺入量较少,生料的均匀性不好,烧成外加剂分布不均,在熟料烧成过程中就不能起匀性不好,烧成外加剂分布不均,在熟料烧成过程中就不能起到应有的作用,造成产品性能不稳定。到应有的作用,造成产品性能不稳定。高贝利特水泥熟料的煅烧温度范围在高贝利特水泥熟料的煅烧温度范围在13001400,比,比传统水泥熟
15、料煅烧低传统水泥熟料煅烧低100150,因此和传统水泥生产,因此和传统水泥生产相比,窑体操作必须以相比,窑体操作必须以“快转多加料快转多加料”为基本原则,将窑为基本原则,将窑体的圆周速率提高至体的圆周速率提高至4070cm/s、适当增加窑尾单位、适当增加窑尾单位时间内的生料喂入量时间内的生料喂入量对于不同的窑型以台时产量提对于不同的窑型以台时产量提高高1030%为准。为准。C2S晶体在冷却较慢时易发生多晶转变,导致熟料的粉晶体在冷却较慢时易发生多晶转变,导致熟料的粉化,因此必须调整窑头的二次风量,提高出窑熟料的冷化,因此必须调整窑头的二次风量,提高出窑熟料的冷却速度,同时也可平衡由于物料量增加
16、时窑内的热工制却速度,同时也可平衡由于物料量增加时窑内的热工制度。度。G工工艺艺流流程程图图将所获得的高贝利特水泥熟料,配以缓凝剂石膏及不同掺量的混合材,将所获得的高贝利特水泥熟料,配以缓凝剂石膏及不同掺量的混合材,共同粉磨至一定细度,就可以制成共同粉磨至一定细度,就可以制成325625#不同标号的高贝利特水泥。不同标号的高贝利特水泥。“快转多加料快转多加料”的操作方法使窑的台时产量比生产传统水泥熟料时提高的操作方法使窑的台时产量比生产传统水泥熟料时提高20,单位煤耗量降低,单位煤耗量降低18,每吨水泥的综合生产成本降低,每吨水泥的综合生产成本降低1020。所得水泥所得水泥流动性能流动性能优越
17、、砂浆流动度大于优越、砂浆流动度大于135mm,标准稠,标准稠度需水量仅度需水量仅2122.4、显著低于传统硅酸盐水泥;、显著低于传统硅酸盐水泥;熟料熟料强度强度标号标号(不掺混合材不掺混合材)可稳定在可稳定在55MPa以上,掺入以上,掺入30%矿渣作混合材后,水泥标号仍可以达到矿渣作混合材后,水泥标号仍可以达到45MPa。适当提高水。适当提高水泥的粉磨比表面积,就可以生产强度很高的泥的粉磨比表面积,就可以生产强度很高的625#高贝利特水高贝利特水泥。泥。水泥砂浆的水泥砂浆的耐侵蚀性能耐侵蚀性能也明显优于传统的硅酸盐水泥,特别也明显优于传统的硅酸盐水泥,特别是抗硫酸盐性能极其优越:传统水泥试块
18、在是抗硫酸盐性能极其优越:传统水泥试块在3Na2S04溶液溶液中养护中养护6个月后的耐侵蚀系数不到个月后的耐侵蚀系数不到0.60,而高贝利特水泥在,而高贝利特水泥在相同条件下的耐侵蚀系数在相同条件下的耐侵蚀系数在0.95以上。以上。r高贝利特水泥优点总结:高贝利特水泥优点总结:烧成温度降低了烧成温度降低了100度,节约煤资源;度,节约煤资源;利用的石灰石品位低,亦即对选用的石灰石要求不高;利用的石灰石品位低,亦即对选用的石灰石要求不高;烧成过程中产生的二氧化碳、二氧化硫的排放量大大降烧成过程中产生的二氧化碳、二氧化硫的排放量大大降低,减少环境污染;低,减少环境污染;制成水泥的成本低,成本节约约
19、为制成水泥的成本低,成本节约约为10%;水化热低,有利于混凝土的裂缝控制;水化热低,有利于混凝土的裂缝控制;强度、耐久性、和易性。强度、耐久性、和易性。r普通硅酸盐水泥:普通硅酸盐水泥:生产生产1吨水泥所需石灰石为吨水泥所需石灰石为1150公斤,重油为公斤,重油为78升升(按按先进国家标准先进国家标准),所排放的二氧化碳为,所排放的二氧化碳为700860公斤。公斤。目前我国水泥生产量约为六亿五千万吨,消耗石灰石目前我国水泥生产量约为六亿五千万吨,消耗石灰石7亿亿5千万吨;重油千万吨;重油45亿亿5千万升,每升千万升,每升2元,折合人民币元,折合人民币81亿亿9千万元;排放的二氧化碳千万元;排放
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