水泥工艺原理.pptx

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1、2.水泥的定义与分类 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。水泥的分类 按用途分类：通用、特性、专用三种；按其主要矿物分类：硅酸盐水泥、硫铝酸盐水泥、铝酸盐水泥等；第1页/共40页3.水泥在国民经济中的作用 水泥是最基本的建筑材料，应用日趋广泛，各行各业都在使用，可以说是一支柱产业。我国水泥的发展是较快的，特别是近几年来，2003年我国的水泥年产量是8.6亿吨，其中新型干法水泥2亿吨，占总产量的21%，到2008年年产量达13.88亿吨，其中新型干法水泥达8.58亿吨，占水泥总产量的61%。第2页/共

2、40页第二节 水泥国家标准一、水泥的定义与代号（一）硅酸盐水泥 凡是由硅酸盐水泥熟料,05 石灰石或粒化高炉矿渣、适量的石膏磨细制成的水硬性胶凝材料，称为硅酸盐水泥 硅酸盐水泥分为两种类型：不掺混合材料的称为型硅酸盐水泥，代号 P ；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型硅酸盐水泥，代号 P 。第3页/共40页（二）普通硅酸盐水泥凡是由硅酸盐水泥熟料,5%混合材料20%、适量石膏磨细制成的水硬性胶凝材料，称为普通硅酸盐水泥（简称普通水泥），代号 P O 掺活性混合材料时，最大掺入量不得超过 20，其中允许用不超过水泥质量 5的窑灰或不超过水泥质量 8

3、的非活性混合材料来代替。第4页/共40页二、通用水泥的组分材料品种代号组分（质量分数）熟料+石膏矿渣火山灰粉煤灰石灰石硅酸盐P100-P955955普通PO80且955且20矿渣PSA50且8020且50-允许用不超过水泥质量8%的活性或非活性或窑灰中的任一种材料代替PSB30且5050且70火山灰PP60且80-20且40-粉煤灰PF60且80-20且40-复合PC50且8020且50，两种以上混合材，掺矿渣时不与前面矿渣水泥重复，允许用不超过水泥质量8%的窑灰代替第5页/共40页三、技术要求（化学指标，强制性要求）品种代号不溶物烧失量Loss三氧化硫SO3氧化镁MgO氯离子硅酸盐水泥P0.

4、753.03.55.00.06P1.53.5普通水泥PO5.0矿渣水泥PSA 4.06.0PSB火山灰水泥PP3.56.0粉煤灰水泥PF复合水泥PCa.如果水泥压蒸试验合格，则水泥中氧化镁的含量允许放宽至6.0%。b.如果水泥中氧化镁的含量大于6.0%时，需进行水泥压蒸安定性试验并合格。c.当有更低要求时，该指标由买卖双方协商确定。第6页/共40页技术要求物理指标1.凝结时间：45min/390min(6.5h);强制性 45min/600min(10h);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

5、准稠度净浆失去流动性并开始失 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。2.安定性：沸煮合格 强制性 安定性水泥水化硬化后其体积变化的均匀性称 安定性。3.强度：强制性4.细度：选择性 P、P、PO 的比表面积不小于300平方米/每公斤；其它各种水泥0.08mm方孔筛余不大于10%或0.045mm方孔筛余不大于30%第7页/共40页四、强度等级硅酸盐水泥：42.5；42.5R；52.5；52.5R；62.5；62.5R；普通硅酸盐水泥：42.5；42.5R；52.5；52.5R；其它水泥：32.5；32.5R；42.5；42.5R；52.5；52

6、.5R；第8页/共40页不合格品、三大建筑性能指标凡化学指标、凝结时间、安定性、强度中的任何一项不符合技术要求的均为不合格品；化学指标、凝结时间、安定性、强度中的每一项都符合技术要求的均为合格品；水泥的凝结时间、强度和安定性是水泥的三大建筑性能指标；第9页/共40页第三节 硅酸盐水泥的生产方法硅酸盐水泥的生产过程可简单的分为三个阶段：生料的制备熟料的煅烧水泥的制成。生产方法：按窑型分为立窑、回转窑；按生料的制备分为干法、湿法及所谓的半干法；第10页/共40页各生产方法的特点立窑生产的特点：投资省，见效快；就地取材、就地生产、就地销售；缺点是：熟料质量差、生产规模小、工人劳动强度大、工作环境差。

7、新型干法生产特点：热耗低、单机产量高、企业生产规模大、熟料质量高、吨水泥生产成本低、工人劳动强度低、环境污染小，其缺点就是一次性投资大（几个亿数量级）。第11页/共40页水泥的工艺流程第12页/共40页工艺流程工艺流程1见工艺流程fliw1工艺流程2见文件工艺流程2第13页/共40页第二章硅酸盐水泥熟料的组成 第一节 硅酸盐水泥熟料 的矿物组成1.水泥的质量主要取决于熟料的矿物组成 和结构，而熟料的矿物组成 和结构又主要取决于化学组成和烧成条件。2.熟料中含有的主要矿物有：硅酸三钙、硅酸二钙、铝酸三钙、铁铝酸四钙。还有少量的游离氧化钙、方镁石、玻璃体。3.硅酸盐矿物：硅酸三钙、硅酸二钙的统称第

8、14页/共40页4.熔剂性矿物：铝酸三钙、铁铝酸四钙，因为它们在12501280时会熔融成液相，以熔解硅酸三钙和氧化钙。第15页/共40页硅酸三钙（C3S）的特性1.是熟料中的最主要矿物，含量在5060%.2.C3S在12502065稳定存在，在1250 以下分解为C2S和CaO,但在常温下可以呈介稳状态。我们要避免它的分解。3.硅酸三钙凝结时间正常，水化较快，水化热较高，强度高且强度增长率也大，但它的抗淡水性差。4.含有少量氧化物的C3S称为A矿（阿利特）第16页/共40页C2S的特性1.熟料中的主要矿物，含量在20%。2.C2S有几种晶型，常温下都易转变为水硬性弱的-C2S，常温下熟料中的

9、硅酸二钙是以-C2S存在的。但在低于500温度下，-C2S易转化为-C2S，使熟料粉化，降低水硬性。3.-C2S的水化速度较慢，水化热较低，抗水性好，早期强度低，后期强度增长较好，一年后可赶上C3S。第17页/共40页铝酸三钙（C3A）特性1.水泥熟料中的铝酸钙主要是铝酸三钙C3A，也可能有七铝酸十二钙。2.C3A的水化速度迅速，放热多，如不加石膏缓凝，易使水泥快凝。它的强度三天内就大部分发挥出来，但强度值不高，后期几乎不增长，甚至倒缩。3.C3A的干缩变形大，抗硫酸盐性能差。第18页/共40页铁相固熔体-铁铝酸盐1.熟料中的铁铝酸盐为C2F-C8A3F连续固溶体系列中的数个成分。在一般的水泥

10、熟料中成分接近C4AF，所以常用铁铝酸四钙-C4AF来代表熟料中的铁铝酸盐。2.铁铝酸四钙-C4AF的水化速度早期介于C3A和C3S之间，但后期不如C3S。3.C4AF的抗冲击性能和搞硫酸盐性能较好，水化热较C3A低。第19页/共40页玻璃体在上面谈到的熟料主要矿物中，除A矿和B矿外，其他物质统称为中间物质或中间相，中间相包括C3A、C4AF、MgO、R2O等，这些物质在熟料烧成温度下变成熔融体（液相）。在熟料冷却时，部分液相结晶成相关矿物，部分液相凝固成玻璃体。玻璃体的数量，取决于冷却条件或冷却速度。急冷熟料中约为822%；普通冷却熟料中约为220%；慢冷熟料中约为02%第20页/共40页游

11、离氧化钙1.当配料不当，生料过粗或煅烧不充分时，熟料中就会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，记为f-CaO。2.游离氧化钙在熟料烧成温度下呈“死烧状态”，结构比较致密，f-CaO水化速度很慢，且伴有体积膨胀，体积膨胀率达97.9%，在硬化水泥石内部造成局部膨胀力，而破坏水泥石结构。第21页/共40页3.为了保证水泥的安定性良好，一定要控制游离氧化钙的含量，一般回转窑熟料控制在10%以下，立窑熟料控制在2.0%以下。这就要求配料要准确，煅烧要充分。4.游离氧化钙的产生，除了煅烧反应不完全而产生的尚未化合的f-CaO外，还可能由于熟料冷却不好或还原气氛时使C3S分解产生的Ca

12、O，为了区别前面的游离氧化钙，我们称之为二次游离氧化钙，之前的常称为一次游离氧化钙。第22页/共40页方镁石1.熟料煅烧过程中氧化镁有一部分可和熟料矿物结合成固溶体及溶于液相中。但当熟料中含有的氧化镁较多时，多余的氧化镁就结晶出来，呈游离状态，称为方镁石。2.方镁石的水化速度比游离氧化钙更为缓慢，要几个月甚至几年才明显反映出来，水化生成氢氧化镁时，体积膨胀148%，导致水泥石安定性不良。为此国家标准中对水泥中MgO的含量作了明确的规定。第23页/共40页本节小结水泥熟料中的四种主要矿物是硅酸三钙、硅酸二钙、铝酸三钙、铁铝酸四钙。水泥熟料中含有多种矿物成分，但对水泥性能及煅烧起主要作用的是四种主

13、要矿物。水泥质量好坏的主要指标是水泥强度，而水泥强度又取决于熟料矿物组成，因此了解水泥四种主要熟料矿物组成的强度，对了解和改进水泥性能具有重要意义。第24页/共40页在四种主要矿物中，C3S绝对强度最高，早期和后期强度都高。C3S的水化热也较高。C2S早期强度低，但后期强度增进率大，一年后强度绝对值甚至赶上或超过C3S的强度C3A的水化硬化很快，3天就发挥出全部强度，但绝对强度值不高，后期强度甚至会降低。C3A水化热高。第25页/共40页C4AF的强度能不断增长。必须指出，上述结论主要是根据单矿物水化特点得出的，它还不能反映水泥在水化时各矿物间相互影响、互相促进的内在关系。同时其它微量矿物含量

14、虽少，但在一定条件下影响很大。尽管如此，单一矿物 的绝对强度及增进率，可以帮助我们分析与判断水泥的主要性能，判断水泥质量的变化和选择合理的矿物组成。第26页/共40页第二节 硅酸盐熟料的化学组成 为了获得符合要求的熟料矿物组成，必须将生料中CaO、SiO2、AI2O3、Fe2O3的含量（质量百分数）控制在一定的范围内，硅酸盐熟料主要氧化物的含量波动范围如下：CaO 6267%SiO2 2024%AI2O3 47%Fe2O3 2.56.0%由于熟料中主要矿物是由各主要氧化物经高温煅烧化合而成，因此，我们可以根据氧化物的含量，推测出熟料中各矿物的含量，进而推测出水泥的性质。下面讲一下各氧化物的作用

15、：第27页/共40页一、氧化钙、二氧化硅1.CaO是熟料中最为重要的化学成分，它与熟料中的S、A、F反应生成C3S、C2S、C3A、C4AF等水硬性矿物。通常增加熟料中CaO含量能增加C3S的含量，可提高水泥的强度。CaO含量并不是越多越好，当CaO过多时，易产生未化合的游离氧化钙，影响水泥的安定性；如果过低，则熟料中相应生成的C3S量太少，生成的C2S增多，水泥强度不高2.SiO2也是熟料中主要成分之一。它与CaO在高温下化合成硅酸盐矿物，所以水泥熟料中SiO2量要保证有适宜的量；在CaO量一定时，SiO2含量多少影响着C3S的多少、熔剂矿物的多少，进而影响操作。第28页/共40页二、三氧化

16、二铝、三氧化二铁 AI2O3在熟料煅烧过程中与CaO、Fe2O3 反应生成C3A、C4AF，并熔融为液相。当AI2O3含量增加时，C3A增多，水泥凝结硬化变快，水化热增大。同时，液相粘度增大，不利于C3S的生成。Fe2O3 在煅烧过程中与CaO、AI2O3 发生固相反应生成C4AF，也熔融为液相。液相粘度减小，有利于熟料的形成，加速C3S的形成速度。如不恰当地提高Fe2O3、AI2O3的含量会使液相过多，物料结大块而影响操作。第29页/共40页三、氧化镁及碱在熟料中含有少量的氧化镁能降低出现液相的温度和粘度，有利于熟料的烧成；但不能过多，超过5%时易出现水泥安定性不良的现象。国家标准规定，压蒸

17、试验合格，水泥中MgO含量可以放宽到6.0%；水泥中 MgO含量大于6.0%时必须进行压蒸试验并合格。碱在水泥煅烧过程中可以说是一种有害成分，易造成新型干法窑结皮、堵塞。也使水泥的凝结时不正常、使水泥强度降低，或在某此水中工程中因碱性膨胀而产生裂缝。第30页/共40页第三节 硅酸盐熟料的率值 在水泥熟料中的氧化物并不是以单独状态存在的，而是以两种或两种以上的氧化物结合成化合物（称为矿物）存在。因此，生产中控制各氧化物之间的比例（相对多少）比控制各氧化物的含量更为重要、合理，更能表示出水泥性能及对煅烧的影响。用来表示水泥熟料化学组成中各氧化物之间的相对含量的参数就是率值。因此说，熟料的率值是用于

18、表示熟料中各氧化物相对含量大小的物理量。是生产控制中非常重要的指标。第31页/共40页一、硅酸率（简称硅率）水泥熟料中SiO2 与AI2O3 和Fe2O3 之和的比值称为硅酸率，简称硅率。记为 n 硅率可以表示熟料中生成硅酸盐矿物与熔剂矿物的相对含量。硅率过低时，熔剂矿物增多，硅酸盐矿物含量减少，会降低熟料的强度；煅烧时易结大块。硅率过高时，熔剂矿物减少，硅酸盐矿物增多，烧成温度要求高，否则易造成生烧。第32页/共40页二、铝氧率铝氧率是水泥熟料中AI2O3与Fe2O3含量的比值。记为P或IM铝氧率是控制铝酸盐 与铁酸盐矿物相对含量的比率系数。铝率的大小影响液相的粘度；P一般在0.91.7之间

19、当A、F的总量一定时，P增加，C3A的含量提高，C4AF的含量降低，水泥趋于早凝早强，石膏的掺量也要相应增加；熟料煅烧时粘度增大，不利于第33页/共40页 C2S进一步吸收CaO生成C3S C3S。反之，P降低，C3A的含量减少，C4AF的含量增加，水泥趋于缓凝，石膏的掺量也要相应减少；熟料煅烧时粘度小，利于C2S进一步吸收CaO生成C3S。但粘度过小，不利于熟料正常结粒和挂窑皮。第34页/共40页石灰饱和系数-KH水泥熟料中和二氧化硅结合的CaO的量与熟料中二氧化硅全部化合成C3S所需要的CaO量的比值称为熟料的石灰饱和系数。记为 KH，P0.64 P0.64 公式中：分子上CaO是熟料中总

20、的CaO的量；分子上后面的是A、F、S所消耗的CaO的量。前后两者之差就是熟料中与SiO2结合的CaO的量 2.80SiO2是二氧化硅全部生成 C3S所需的CaO的量第35页/共40页如果熟料中P=0.64 时,熟料中的 A和 F 一起化合成 C4AF,A和 F 都没有剩余,不能再生成 C3A和C2F;当P大于 0.64 时,熟料中全部 F 和 部分 Al2O3与 CaO 化合生成 C4AF 外,尚有 AI2O3剩余,这部分剩余的 AI2O3与 CaO 化合生成C3A；P值小于 0.64 时,熟料中的全部 AI2O3和部分 Fe2O3与 CaO 化合生成C4AF 外,尚有Fe2O3剩余,这部分

21、剩余的Fe2O3 与 CaO 化合生成 C2F(铁酸二钙)。所以当P大于 0.64 时,熟料中的四种主要矿物为C3S、C2S、C3A、和C4AF;当P小于 0.64 时,熟料中的四种主要矿物为 C3S、C2S、C4AF和C2F；第36页/共40页一般工厂熟料中f-CaO和SO3的含量很少，公式可简化为KH的定义可知，熟料中的 SiO2全部饱和成 C3S时，KH=1；熟料中的 SiO2全部生成 C2S时，KH=2/3=0.667，此时熟料中没有C3S；所以生产中KH在0.6671.0之间取值；KH愈高，C3S含量越大，此时料子难烧，往往f-CaO偏高，KH低，C3S含量低，C2S含量多，此时料子

22、不耐火，熟料强度不高。实际生产中KH一般在0.850.95之间。目前我国普遍采用KH、n、P三个率值来控制生产，世界上部分国家采用石灰饱和率（）、n、P三个率值控制生产。第37页/共40页第四节 熟料矿物组成的计算和换算确定熟料的矿物组成，可应用仪器直接测定，此种方法准确性好，符合实际情况，但需要专用的设备和较高的技术水平。也可以采用计算的方法求得熟料的矿物、组成，这种方法简单，不需要仪器设备，但结果与实际情况有一定的出入，即便如此，根据计算结果一般已能说明矿物组成对水泥性能的影响，因此这种方法在水泥生产中仍得到广泛应用。下面介绍常见的计算方法。第38页/共40页一、由率值计算矿物组成 C3S=3.8（3KH2）SiO2 C2S=8.60（1KH）SiO2 C4AF=3.04Fe2O3 C3A=2.65(AI2O30.64Fe2O3)二、水泥熟料的化学组成、矿物组成、率值之间的相互换算 ；也就是说，已知三个中的任意一个就可以 求出其它两个。第39页/共40页感谢您的观看！第40页/共40页