普通硅酸盐水泥.ppt

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1、3无机胶凝材料n现代，水泥通常以1824年英国人阿斯普丁取得专利作为水泥发明的标志，距今有100多年的历史了。这期间，水泥由单一品种发展到多品种，仅我国研制开发的水泥就有70多个品种。n二、分类：n（1）通用水泥：磨细水泥时掺入混合材料制得，是用于大量土木建筑工程的一般水泥，如硅酸盐水泥；普通硅酸盐水泥；矿渣硅酸盐水硅酸盐水泥；普通硅酸盐水泥；矿渣硅酸盐水泥；火山灰质硅酸盐水泥；粉煤灰硅酸盐水泥泥；火山灰质硅酸盐水泥；粉煤灰硅酸盐水泥。n混合材料：人工的或天然的矿物材料，分为非活性混合材料和活性混非活性混合材料和活性混合材料合材料。非活性混合材料：常温下不与氢氧化钙和水反应不与氢氧化钙和水反应

2、的混合材料称为非活性混合材料。主要有石灰石、石英砂及矿渣石灰石、石英砂及矿渣等。作用是调节水泥标作用是调节水泥标号，降低水化热，增加水泥的产量，降低水泥成本等。号，降低水化热，增加水泥的产量，降低水泥成本等。活性混合材料：常温下与氢氧化钙和水发生反应与氢氧化钙和水发生反应的混合材料称为活性混合材料。主要有粒化高炉矿渣和火山灰质混合材料粒化高炉矿渣和火山灰质混合材料。主要作用是主要作用是改善水泥的某种性能，此外也能起到调节水泥标号、降低水化热和成改善水泥的某种性能，此外也能起到调节水泥标号、降低水化热和成本、增加水泥产量的作用。本、增加水泥产量的作用。n五种常用水泥的成分、特性和应用范围n（2）

3、专用水泥：则指有专门用途的水泥，如油井水泥、砌筑水泥等。n（3）特性水泥：是某种性能比较突出的一类水泥，如快硬硅酸盐水泥、低热矿渣硅酸盐水泥、抗硫酸盐硅酸盐水泥、膨胀硫铝酸盐水泥、自应力铝酸盐水泥、铝酸盐水泥、硫铝酸盐水泥、铁铝酸盐水泥及少熟料和无熟料水泥等几种。已达100余种。n2、生料的配制与磨细n按指定的化学成分确定所选用的各种原料的比例，将原料破碎和磨细到规定细度，并混合均匀。n（1）成分比例：水硬率、硅酸率和铝氧率a、水硬率过高时，易出现游离氧化钙，使硬化后的水泥发生裂纹；若过低，会导致水泥的硬度增展缓慢。b、硅酸率越大，水泥的烧成温度越高，水泥的硬化速度越慢，但后期强度越高。硅酸率

4、小时，煅烧过程容易形成熟料大块，并在窑壁上形成很厚的“结圈”，造成生产困难。c、熟料中氧化铁含量高，能降低水泥的煅烧温度，但这种水泥的凝结和硬化速度较慢。n（2）新型干法悬浮预热器窑、预分解窑（窑外分解生产）n悬浮预热器窑预热分解旋风预热器窑主要由回转窑及窑后的旋风预热器组成。旋风预热器由若干级旋风筒换热单元串联组成，通常为4-6级。n把生料的预热和部分分解（生料分解率30%左右）由预热器来完成，代替回转窑部分功能，达到缩短回窑长度，同时使窑内以堆积状态进行气料换热过程，移到预热器内在悬浮状态下进行，使生料能够同窑内排出的炽热气体充分混合，增大了气料接触面积，传热速度快，热交换效率高，达到提高

5、窑系统生产效率、降低熟料烧成热耗的目的。n工艺流程工艺流程：生料由第一级旋风筒（第一级旋风筒（C1）的进风管）的进风管喂入，被热烟气分散，悬浮于热烟气中并进行热交换，然后被热烟气带入一级旋风筒一级旋风筒C1，生料在离心力和重力作用离心力和重力作用下与烟气分离，沉降到旋风筒锥体底部，由下料管下料管喂入第二级旋风筒（第二级旋风筒（C2）的进风管）的进风管，被进入C2筒的气流分分散、悬浮、加热散、悬浮、加热，再被气流带入C2筒，在C2筒内与气流分离，生料依次喂入三级旋风筒三级旋风筒C3、四级旋风筒四级旋风筒C4的进风管，依次被悬浮及进一步加热，最后在C4旋风筒内与气流分离，经下料管喂入窑内经下料管喂

6、入窑内，生料在旋风预热器中经过四级旋风筒，被四次加热，而窑尾排出的热烟气，则依次经过C4C3C2C1级旋风筒，与生料换热后，排出预热器系统，经收尘后经烟囱排入大气。n预分解窑预分解技术的出现是水泥煅烧工艺的一次技术飞跃。n它是在预热器和回转窑之间增设分解炉或利用窑尾上升烟道，设燃料喷入装置，使燃料燃烧的放热过程与生料的碳酸盐分解的吸热过程，在分解炉内以悬浮态或流化态下迅速进行，使入窑生料的分解率提高到90%以上。n特点：na、将原来在回转窑内进行的碳酸盐分解任务，移到分解炉内进行，60%左右燃料从分解炉内加入，少部分由窑头加入，减轻了窑内煅烧带的热负荷，延长了衬料寿命，有利于生产大型化；nb、

7、由于燃料与生料混合均匀，燃料燃烧热及时传递给物料，使燃烧、换热及碳酸盐分解过程得到优化，入窑生料的分解率从悬浮预热窑的30%左右提高到85%-95%，具有优质、高效、低耗等一系列优良性能及特点。n（3）烧成熟料形成及影响因素：n生料细度及其均匀程度n由于固相反应是固体物质表面相互接触而进行的反应，当生料细度较细时，组分之间接触面积增加，固相反应速度也就加快。另外，颗粒分布在较窄的范围内，保证生料的均齐性。生料细度一般控制在0.080mm方孔筛筛余量8-12%，0.2mm方孔筛筛余1.0-1.5%。n原料性质n原料中含有石英砂（结晶型的SiO2加热过程只发生晶型转变）时，熟料矿物很难烧成，会使熟

8、料中游离氧化钙含量增加。另外燧石结核硬度大，不宜磨细，反应能力较无定型的低，对固相反应非常不利。粘土分解得到的游离无定型SiO2，易与CaO发生固相反应。n温度n温度提高使质点能量增加，从而增加了质点的扩散速度和化学反应速度，使固相反应速度加快。n矿化剂n加入矿化剂可以通过与反应物作用而使晶格活化，从而增强反应能力，加速固相反应。n4、水泥粉磨水泥中掺入26%石膏后粉磨。n粉磨是水泥制造的最后工序，也是耗电最多的工序。其主要功能在于将水泥熟料（及胶凝剂、性能调节材料等）粉磨至适宜的粒度（以细度、比表面积等表示），形成一定的颗粒级配，增大其水化面积，加速水化速度，满足水泥浆体凝结、硬化要求。5、

9、水泥包装水泥出厂有袋装和散装两种发运方式。n（4）影响硅酸盐水泥凝结硬化的主要因素n矿物组成n水泥的矿物组成是影响水泥凝结硬化的最重要的内在因素。不同矿物成分单独和水起反应时所表现出来的特点是不同的，改变水泥的矿物组成，其凝结硬化将产生明显变化。n石膏n石膏是作为延缓水泥凝结时间的组分而掺入水泥的，不掺石膏的水泥，由于C3A的迅速水化将导致水泥的不正常急速凝结，使水泥不能正常使用。n水泥细度n在矿物组成相同的条件下，水泥的细度越细，与水接触时水化反应表面积越大，水化反应产物增长较快，凝结硬化加速，水化热较多。n环境温度、湿度提高温度可以使水泥水化反应加速，强度增长加快；相反，温度降低，则水化反

10、应减慢，强度增长变缓。温度为零度以下，水泥的水化反应基本停止，强度不仅不增长，甚至会因水结冰而导致水泥石结构破坏。实际工程中，常通过蒸汽养护来加速水泥制品的凝结硬化过程。但高温养护往往导致水泥后期强度增长缓慢，甚至下降。n水泥浆的水灰比n拌合水泥浆时，水与水泥的质量比称为水灰比（W/C）。为使水泥浆体具有一定塑性和流动性，所以加入的水量通常要大大超过水泥充分水化时所需的水量，多余的水在硬化的水泥石内形成毛细孔隙，W/C越大，硬化水泥石的毛细孔隙率越大，水泥石的强度随其增加而呈直线下降。n水泥浆标准水灰比水泥：水=70：30水灰比42%n矿浆水泥：水：细骨料（小于5mm）=30：13：57水灰比

11、43%n混凝土：水泥水细骨料粗骨料水灰比44%n水的存在是水泥水化反应的必备条件。当环境较干燥时，水泥中的水分将很快蒸发，以致水泥不能充分水化，硬化也将停止，反之，水泥的水化将得以充分进行，强度增长正常。所以水泥混凝土在浇筑后的一段时间里，应十分注意保温保湿养护。n（六）水泥石的腐蚀与防止n1、水泥石的腐蚀n在某些腐蚀性介质的作用下，水泥石的结构逐渐遭到破坏，强度下降以致全部崩溃的现象为水泥石的腐蚀。n（1）软水腐蚀（溶出性侵蚀）n软水指工业冷凝水、蒸馏水、天然的雨水以及含重碳酸盐很少的河水及湖水。n静水中，Ca（OH）2至饱和使溶出停止，作用仅限于表面。n流水、压力水中，Ca（OH）2被带走

12、，侵蚀不断深入内部，使水泥石孔隙增大，强度下降至全部崩溃。n含重碳酸盐的硬水中nCa（OH）2+Ca（HCO3）2CaCO32H2On生成的CaCO3积聚于水泥石空隙，形成密实保护层，阻止外界水入侵和内部Ca（OH）2析出。nn（2）盐类腐蚀n硫酸盐腐蚀（膨胀性化学腐蚀）n当海水、沼泽水、工业污水等中含有碱性硫酸盐（如Na2SO4、K2SO4等）时，水泥石还会受到侵蚀作用。n以硫酸钠为例，硫酸钠与水泥石中的氢氧化钙作用，生成硫酸钙：nCa（OH）2+Na2SO4CaSO42NaOHn然后硫酸钙亦与水泥石中的固态水化铝酸钙作用，生成高硫型水化硫铝酸钙晶体。n4CaOAl2O312H2O+3CaS

13、O4+20H2O3CaOAl2O33CaSO431H20+Ca(OH)2n高硫型水化硫铝酸钙结合着大量结晶水，其体积膨胀为原来的水化铝酸钙体积的2.5倍，此反应是在固相中进行的，因此在水泥石中产生很大的内应力，使水泥石开裂、强度降低和造成破坏。n镁盐腐蚀（溶解性化学腐蚀）n海水、地下水中常含有大量镁盐，如硫酸镁(MgSO4）和氯化镁(MgCl2)。它们与水泥石中的氢氧化钙反应，生成易溶于水的新化合物。nMgSO4十Ca(0H)2十2H2OCaSO42H2O十Mg(OH)2n3CaOAl2O36H2O十3（CaSO42H2O）十19H2O3CaOAl2O33CaSO431H2OnMgCl2十Ca

14、(OH)2CaCl2十Mg(OH)2n反应的结果是：氢氧化镁（Mg(OH)2）松软而无胶凝能力n二水硫酸钙（CaSO42H2O）又将引起硫酸盐的破坏作用n氯化钙（CaC12）易溶解于水n以上反应均能使水泥石强度降低或破坏，因此硫酸镁对水泥石起着双重腐蚀作用。n（3）酸类腐蚀n碳酸腐蚀n在工业污水、地下水中常溶解有较多的二氧化碳，二氧化碳与水泥石中的氢氧化钙反应生成碳酸钙，继续与含碳酸的水作用变成易溶于水的碳酸氢钙（Ca（HCO3）2。同时由于碳酸氢钙的溶解使Ca（0H）2浓度降低，导致水泥石中其它产物的分解，而使水泥石结构破坏。反应方程式如下：n开始：Ca(OH)2十CO2十H2OCaCO3十

15、2H2On然后：CaCO3十CO2十H2OCa（HCO3）2n由碳酸钙转变为碳酸氢钙的反应是可逆的，只有当水中所含的碳酸超过平衡浓度（溶液中的pH7）时，则上式反应向右进行，形成碳酸腐蚀。n一般酸的腐蚀（HCl、H2SO4）在工业废水、地下水、沼泽水中常含无机酸和有机酸。各种酸类与水泥石中的氢氧化钙作用，生成化合物，这些化合物或者易溶于水，或者体积膨胀而导致水泥石破坏。对水泥石腐蚀作用最快的是无机酸中的盐酸、氢氟酸、硝酸、硫酸和有机酸中的醋酸、蚁酸和乳酸等。例如，盐酸和硫酸分别与水泥石中氢氧化钙作用，其反应式如下：n2HCl十Ca(OH)2CaCl2十2H2O（氯化钙易溶于水而导致化学腐蚀型破

16、坏）nH2SO4十Ca(OH)2CaSO42H2O（石膏对水泥石产生硫酸盐膨胀型破坏）n（4）强碱腐蚀碱类溶液如浓度不大时一般是无害的，但铝酸盐含量较高的硅酸盐水泥遇到强碱作用后也会破坏。如NaOH可与水泥熟料中未水化的铝酸盐作用，生成易溶的铝酸钠，其反应式为：3CaOAl2O3十6NaOH3Na2OAl2O3十3Ca(OH)2当水泥石被氢氧化钠溶液浸透后又在空气中干燥，与空气中的二氧化碳作用生成碳酸钠2NaOHCO2Na2CO3H2On碳酸钠在水泥石毛细孔中结晶沉淀，可使水泥石胀裂。n2、腐蚀的防止n水泥石被腐蚀的基本内因为：一是水泥石中存在易被腐蚀的组分，如氢氧化钙与水化铝酸钙；二是水泥石本身不致密，有很多毛细孔通道侵蚀性介质易进入内部。因此针对具体情况可采取下列措施防止水泥石的腐蚀。n（1）根据侵蚀介质的类型，合理选用水泥品种。如采用水化产物中氢氧化钙含量较少的水泥，可提高对多种侵蚀作用的抵抗能力；采用铝酸三钙含量低于5%的水泥，可有效抵抗硫酸盐的侵蚀；掺入活性混合材料，可提高硅酸盐水泥抵抗多种介质的侵蚀作用。n（2）提高水泥石的密实度。水泥石（或混凝土）的孔隙率越小，抗渗能力越强，侵蚀介质也越难进入，侵蚀作用越轻。n（3）设置隔离层或保护层。当侵蚀作用较强或上述措施不能满足要求时，可在水泥制品表面设置耐腐蚀性高且不透水的隔离层或保护层。