甘肅省建材工業(yè)學校2009安徽銅陵海螺水泥有限公司CONCH2009/3/12水泥基本工藝工藝知識2一、膠凝材料的定義和分類在物理、化學的作用下，能從漿體變成堅硬的石狀體，并能膠結其他物料而具有一定機械強度的物質，統(tǒng)稱為膠凝材料。它可以分為無機和有機兩大類。瀝青和各種樹脂屬有機膠凝材料。無機膠凝材料按照其硬化條件，又可分為水硬性和非水硬性兩類，水硬性膠凝材料在拌水后既能在空氣中硬化，又能在水中硬化，通常稱為水泥，如硅酸鹽水泥、鋁酸鹽水泥、硫鋁酸鹽水泥等。非水硬性膠凝材料只能在空氣中硬化而不能在水中硬化，故又稱氣硬性膠凝材料，如石灰、石膏、耐酸膠結料第二章硅酸鹽水泥國家標準及其生產第一節(jié)硅酸鹽水泥的國家標準硅酸鹽水泥是以硅酸鈣為主要成分的熟料所制得的水泥的總稱。如摻入一定數(shù)量的混合材料，則硅酸鹽水泥名稱前冠以混合材料名稱如礦渣硅酸鹽水泥、火山灰質硅酸鹽水泥、粉煤灰硅酸鹽水泥等。根據(jù)國家標準GB17592，硅酸鹽水泥和普通硅酸鹽水泥的定義、標號、品質指標以及驗收規(guī)則如下一、定義（一）硅酸盆水泥3凡是由硅酸鹽水泥熟料,05石灰石或粒化高爐礦渣、適量的石膏磨細制成的水硬性膠凝材料，稱為硅酸鹽水泥，即國外通稱的波特蘭水泥硅酸鹽水泥分為兩種類型不摻棍合材料的稱為I型硅酸鹽水泥，代號PI；在硅酸鹽水泥熟料粉磨時摻加不超過水泥質量5石灰石或?；郀t礦渣混合材料的稱為I型硅酸鹽水泥，代號PI。（二）普通硅酸盆水泥凡是由硅酸鹽水泥熟料,615混合材料、適量石膏磨細制成的水硬性膠凝材料，稱為普通硅酸鹽水泥（簡稱普通水泥），代號PO摻活性混合材料時，最大摻入量不得超過15，其中允許用不超過水泥質量5的窯灰或不超過水泥質量10的非活性混合材料來代替。摻非活性混合材料時最大摻量不超過水泥質量10。（三）組分材料1硅酸鹽水泥熟料凡以適當成分的生料，燒至部分熔融，所得以硅酸鈣為主要成分的產物稱為硅酸鹽水泥熟料（簡稱熟料）2石膏天然石膏必須符合國家標準GB5483的規(guī)定。4工業(yè)副產石膏是工業(yè)生產中以硫酸鈣為主要成分的副產品。采用工業(yè)副產石青時必須經過試驗，證明對水泥性能無害。3活性混合材料活性混合材料系指符合GB1596的粉煤灰，符合GB2847的火山灰質棍合材料和符合GB203的粒化高爐礦渣。4非活性混合材料活性指標低于GB1596,GB2847和GB203標準要求的粉煤灰、火山灰質混合材料和?；郀t礦渣以及石灰石和砂巖。石灰石中的三氧化二鋁含量不得超過25。5窯灰窯灰應符合ZBQ12001的規(guī)定。窯灰是從回轉窯窯尾廢氣中收集下來的粉塵。另外，水泥粉磨時還允許加入主要起助磨作用而不損害水泥性能的助磨劑，其加人量不得超過水泥質量1。使用助磨劑、工業(yè)副產石膏時，須經省、市、自治區(qū)以上建材行業(yè)主管部門批準，投產后定期進行質量檢驗。二、標號5硅酸鹽水泥分為4258,525、5258、625,6258、7258六個標號；普通硅酸鹽水泥分為325,425,4258,525,5258,625,625R七個標號R型水泥屬于快硬型，對其3D強度有較高的要求。三、技術要求1不溶物I型硅酸鹽水泥不溶物不超過。7,5I型硅酸鹽水泥中不溶物不得超過150。2氧化鎂水泥中氧化鎂含量不超過50。如果水泥壓蒸安定性試驗合格，則水泥中氧化鎂含量允許放寬到60。3三氧化硫水泥中S03含量不得超過35。4燒失量I型硅酸鹽水泥中燒失量不得大于3。，I型硅酸鹽水泥中燒失量不得大于35。普通水泥中燒失量不得大于50。5細度硅徽鹽水泥比表面積大于3面分/K,普通水泥80JTM方孔篩篩余不得超過100。66凝結時間硅酸鹽水泥初凝不得早于435MIN，終凝不得遲于390MIN。普通水泥初凝不得早于45MIN，終凝不得遲于L0H。7安定性用沸煮法檢驗必須合格。8強度水泥標號按規(guī)定齡期的抗壓強度和抗折強度來劃分，各標號水泥的各齡期強度不得低于表121中數(shù)值。表121GB17592各齡期、各類型水泥強度抗壓強度MPA坑折強度MPA品種標號3D28D3D28D425R22042540655252305254070525R27052550706252806255080625R3206255580硅酸鹽水泥72537072560857抗壓強度MPA坑折強度MPA品種標號3D28D3D28D32512032525554251604253565425R21042540655252205254070525R26052550706252706255080普通水泥625R31062555809堿水泥中堿含量按NA20065820計算值來表示，若使用活性骨料，用戶要求提供低堿水泥時，水泥中堿含童不得大于。60或由供需雙方商定四、廢品與不合格品1廢品凡氧化鎂、三氧化硫、初凝時間、安定性中的任何一項不符合本標準規(guī)定時，均為廢品。2不合格品凡細度、終凝時間、不溶物和燒失量中的任何一8項不符合本標準規(guī)定或混合材料摻加量超過最大限量和強度低于商品標號規(guī)定的指標時稱為不合格品。水泥包裝標志中水泥品種、標號、工廠名稱和出廠編號不全的也屬于不合格品。以上標準中，凝結時間、安定性及強度是硅酸鹽水泥和普通硅酸鹽水泥的三項重要建筑性質指標。凝結時間直接影響到施工。凝結時間過短，使水泥砂漿與混凝土在澆灌之前即已失去流動性而無法使用，凝結時間過長，則降低施工速度和延長模板周轉時間。硅酸鹽水泥熟料初凝時間只有幾分鐘，要加入石膏進行調節(jié)，才能達到規(guī)定的要求。石膏摻入量過多，不僅水泥強度會降低，還會產生水泥安定性不良。因此，標準中除規(guī)定了初凝與終凝時間，還規(guī)定了三氧化硫的極限含量。石膏適宜的摻入量應通過試驗來確定。強度是水泥的一個重要指標，又是設計混凝土配合比的重要數(shù)據(jù)。水泥在水化硬化過程中強度是逐漸增長的，一般以3D、7D以前的強度稱為早期強度，28D及其后的強度稱為后期強度，也有以三個月以后的強度稱為長期強度。由于水泥經28D后強度已大部分發(fā)揮出來，所以用28D強度劃分水泥的等級，即劃分為不同的標號。凡是符合某一標號和某一類型的水泥，必須同時滿足表121中規(guī)定的各齡期抗9壓、抗折強度的相應指標。若其中任一齡期的抗壓冷抗折強度指標達不到所要求標號的規(guī)定，則以其中最低的某一齡期的強度指標確定該水泥的標號。第二節(jié)硅酸鹽水泥的生產一硅酸鹽水泥的生產方法硅酸鹽水泥的生產分為三個階段1生料制備石灰質原料、粘土質原料及少量的校正材料經破碎后按一定的比例配合、細磨，并經均化調配為成分合適、分布均勻的生料。2熟料鍛燒將生料在水泥工業(yè)窯內緞燒至部分熔融，經冷卻后得到以硅酸鈣為主要成分的熟料的過程。3水泥的制成將熟料、石膏，有時加入適量混合材共同磨細成水泥的過程。以上三個階段可以簡稱為“兩磨一燒”。第三章硅酸鹽水泥熟料礦物組成及其配料計算第一節(jié)硅酸鹽水泥熟料礦物組成10如前所述，硅酸鹽水泥熟料是以適當成分的生料燒到部分熔融，所得以硅酸鈣為主要成分的燒結塊。因此，在硅酸鹽水泥熟料中CAO,SIO2,A1203,FE2O3不是以單獨的氧化物存在，而是以兩種或兩種以上的氧化物經高溫化學反應而生成的多種礦物的集合體。其結晶細小，一般為3060ICM。因此可見，水泥熟料是一種多礦物組成的結晶細小的人工巖石。它主要有以下四種礦物硅酸三鈣一3CA03I02，可簡寫為C3S；硅酸二鈣2CA0SI02，可簡寫為C2S；鋁酸三鈣3CA0A1203，可簡寫為C3A；鐵相固溶體通常以鐵鋁酸四鈣4CA0A1203FE203作為代表式，可簡寫成C4AF,此外，還有少量游離氧化鈣FCA0、方鎂石（結晶氧化鎂）、含堿礦物及玻璃體。通常熟料中C3S和C2S含量約占75左右，稱為硅酸鹽礦物。C3FT和C,AF的理論含量約占22左右。在水泥熟料鍛燒過程中,C3A和C,AF以及氧化鎂、堿等在125012800C會逐漸熔融11形成液相，促進硅酸三鈣的形成，故稱熔劑礦物。一硅酸三鈣C3S是硅酸鹽水泥熟料的主要礦物。其含量通常為50左右，有時甚至高達60以上。純C3S只有在206512500C溫度范圍內才穩(wěn)定。在20650C以上不一致熔融為CA0和液相；在12500C以下分解為CZS和CA0，但反應很慢，故純C,S在室溫可呈介穩(wěn)狀態(tài)存在。C,S有三種晶系七種變型10700C10600C9900C9600C9200C5200CRMMMTTTR型為三方晶系，M型為單斜晶系，T型為三斜晶系，這些變型的晶體結構相近。但有人認為,R型和M，型的強度比T型的高。在硅酸鹽水泥熟料中,C3S并不以純的形式存在，總含有少量氧化鎂、氧化鋁、氧化鐵等形成固溶液，稱為阿利特ALITE）或A礦。純C3S在常溫下，通常只能為三斜晶系T12型），如含有少量MG0,A1203,FE2O3,503,ZNO,CR203,R20等氧化物形成固溶體則為M型或R型。由于熟料中C3S總含MGO,A12O3,FE2O3以及其他氧化物，故阿利特通常為M型或R型。據(jù)認為鍛燒溫度的提高或鍛燒時間的延長也有利于形成M型或R型。純C3S為白色，密度為314G/CM3,其晶體截面為六角形或棱柱形。單斜晶系的阿利特單晶為假六方片狀或板狀。在阿利特中常以CS和CAO的包裹體存在。C3S凝結時間正常，水化較快，粒徑4050JUM的顆粒28D可水化70左右。放熱較多，早期強度高且后期強度增進率較大，28D強度可達一年強度的7080，其28D強度和一年強度在四種礦物中均最高。阿利特的晶體尺寸和發(fā)育程度會影響其反應能力，當燒成溫度高時，阿利特晶形完整，晶體尺寸適中，幾何軸比大（晶體長度與寬度之比L/B23，礦物分布均勻，界面清晰，熟料的強度較高。當加礦化劑或用急劇升溫等鍛燒方法時，雖然含較多阿利特，而且晶體比較細小，但因發(fā)育完整、分布均勻，熟料強度也較高。因此，適當提高熟料中13的硅酸三鈣含量，并且當其巖相結構良好時，可以獲得優(yōu)質熟料。但硅酸三鈣的水化熱較高，抗水性較差，如要求水泥的水化熱低、抗水性較高時，則熟料中的硅酸三鈣含量要適當?shù)鸵恍?。二硅酸二鈣C2S在熟料中含量一般為20左右，是硅酸鹽水泥熟料的主要礦物之一，熟料中硅酸二鈣并不是以純的形式存在，而是與少量MGO,A1203,FE2O3,R20等氧化物形成固溶體，通常稱為貝利特BELITE或B礦。純C2S在14500C以下有下列多晶轉變。14250C11600C6306800C5000CHL7808600CH一高溫型，L一低溫型）在室溫下,，H，L，等變形都是不穩(wěn)定的，有轉變成Y型的趨勢。在熟料中，H型一般較少存在，在燒成溫度較高、冷14卻較快的熟料中，由于固溶有少量A120,MG0,FE2O3等氧化物，可以型存在。通常所指的硅酸二鈣或B礦即為型硅酸二鈣。，H型C2S強度較高，而Y型C2S幾乎無水硬性。在立窯生產中，若通風不良、還原氣氛嚴重、燒成溫度低、液相量不足、冷卻較慢，則硅酸二鈣在低于5000C下易由密度為328G/CM的R型轉變?yōu)槊芏?97G/CM3的Y型，體積膨脹10而導致熟料粉化。但若液相量多，可使溶劑礦物形成玻璃體將刀型硅酸二鈣晶體包圍住，并采用迅速冷卻方法使之越過尹Y型轉變溫度而保留下來。貝利特為單斜晶系，在硅酸鹽水泥熟料中常呈圓粒狀，這是因為貝利特的棱角已溶進液相而其余部分未溶進液相之故。已全部溶進液相而在冷卻過程中結晶出來的貝利特則可以自行出現(xiàn)而呈其他形狀。在反射光下，正常溫度燒成的熟料中，貝利特有交雙晶條紋，而燒成溫度低冷卻慢者，則呈現(xiàn)平行雙晶條紋。純硅酸二鈣色潔白，當含有FE20,時呈棕黃色。貝利特水化反應較慢,28D僅水化2000A右，15凝結硬化緩慢，早期強度較低但后期強度增長率較高，在一年后可趕上阿利特。貝利特的水化熱較小，抗水性較好。在中低熱水泥和抗硫酸鹽水泥中，適當提高貝利特含量而降低阿利特含量是有利的。中間相填充在阿利特、貝利特之間的物質通稱中間相，它可包括鋁酸鹽、鐵酸鹽、組成不定的玻璃體和含堿化合物以及游離氧化鈣和方鎂石。但以包裹體形式存在于阿利特和貝利特中的游離氧化鈣和方鎂石除外。中間相在熟料緞燒過程中，熔融成為液相，冷卻時，部分液相結晶，部分液相來不及結晶而凝固成玻璃體。（一）鋁酸鈣熟料中鋁酸鈣主要是鋁酸三鈣，有時還可能有七鋁酸十二鈣。在摻氟化鈣作礦化劑的熟料中可能存在C11A7CAF2，而在同時摻氟化鈣和硫酸鈣作礦化劑低溫燒成的熟料中可以是C11A7CAF2和C4A2S而無C3A。純C3A為等軸晶系，無多晶轉化。C3A也可固溶部分氧化物，如K2O,NA20,SI02,FE203等，隨固溶的堿含量的增加，立方晶體的C,A向斜方晶體NCBA,轉變。結晶完善的C3A常呈立方、八面體或十二面16體。但在水泥熟料中其形狀隨冷卻速率而異。氧化鋁含量高而慢冷的熟料，才可能結晶出完整的大晶體，一般則溶入玻璃相或呈不規(guī)則微晶析出。C3A在熟料中的潛在含量為715。純C3A為無色晶體，密度為304G/CM3，熔融溫度為15330C,反光鏡下，快冷呈點滴狀，慢冷呈矩形或柱形。因反光能力差，呈暗灰色，故稱黑色中間相。C3A水化迅速，放熱多，凝結很快，若不加石膏等緩凝劑，易使水泥急凝；硬化快，強度3D內就發(fā)揮出來，但絕對值不高，以后幾乎不增長，甚至倒縮。干縮變形大，抗硫酸鹽性能差。（二）鐵相固溶體鐵相固溶體在熟料中的潛在含量為1018。熟料中含鐵相較復雜，有人認為是C2FC8A3F連續(xù)固溶體中的一個成分，也有人認為是C6A2FC6AF2連續(xù)固溶體的一部分。在一般硅酸鹽水泥熟料中，其成分接近C,AF，故多用C,AF代表熟料中鐵相的組成。也有人認為，當熟料中MG0含量較高或含有CAF2等降低液相粘度的組分時，鐵相固溶體的組成為C6A2F。若熟料中A1203/FE203064，則可生成鐵酸二鈣。17鐵鋁酸四鈣的水化速度早期介于鋁酸三鈣和硅酸三鈣之間，但隨后的發(fā)展不如硅酸三鈣。早期強度類似于鋁酸三鈣，后期還能不斷增長，類似硅酸二鈣?？箾_擊性能和抗硫酸鹽性能好，水化熱較鋁酸三鈣低，但含C,AF高的熟料難磨。在道路水泥和抗硫酸鹽水泥中，鐵鋁酸四鈣的含量高為好。含鐵相的水化速率和水化產物性質決定于相的A1203/FE203比，研究發(fā)現(xiàn)C6A2F水化速度比C,AF快，這是因為其含有較多的A1203之故C6AF2水化較慢，凝結也慢C2F的水化最慢，有一定水硬性。（三）玻璃體硅酸鹽水泥熟料鍛燒過程中，熔融液相若在平衡狀態(tài)下冷卻，則可全部結晶出C3A,C4AF和含堿化合物等而不存在玻璃體。但在工廠生產條件下冷卻速度較快，有部分液相來不及結晶而成為過冷液體，即玻璃體在玻璃體中，質點排列無序，組成也不定其主要成分為A1203、FE2O,CA0，還有少量MGO和堿等玻璃體在熟料中的含量隨冷卻條件而異，快冷則玻璃體含量多而C,A,C,AF等晶體少，反之則玻璃體含量少而C,A,C,AF晶體多據(jù)認為，普通冷卻熟料中，玻璃體含量約為20021；18急冷熟料玻璃體約80022；慢冷熟料玻璃體只有02。鋁酸三鈣和鐵鋁酸四鈣在鍛燒過程中熔融成液相，可以促進硅酸三鈣的順利形成，這是它們的一個重要作用。如果物料中熔劑礦物過少，則易生燒使氧化鈣不易被吸收完全，從而導致熟料中游離氧化鈣增加，影響熟料的質量，降低窯的產量并增加樵料的消耗。如果熔劑礦物過多，物料在窯內易結大塊，甚至在回轉窯內結圈，在立窯內結爐瘤等，嚴重影響回轉窯和立窯的正常生產。三游離氧化鈣和方鎂石游離氧化鈣是指經高溫鍛燒而仍未化合的氧化鈣，也稱游離石灰。經高溫鍛燒的游離氧化鈣結構比較致密，水化很慢，通常要在3D后才明顯，水化生成氫氧化鈣體積增加79，在硬化的水泥漿中造成局部膨脹應力。隨著游離氧化鈣的增加，首先是抗折強度下降，進而引起3D以后強度倒縮，嚴重時引起安定性不良。因此，在熟料緞燒中要嚴格控制游離氧化鈣含量。我國回轉窯一般控制在15以下，而立窯在25以下。因為立窯熟料的游離氧化物中有一部分是沒有經過高溫死燒而出窯的生料。這種生料19中的游離氧化鈣水化快，對硬化水泥漿的破壞力不大。游離氧化鈣在偏光鏡下為無色圓形顆粒，有明顯解理。在反光鏡下用蒸餾水浸蝕后呈彩虹色。方鎂石是指游離狀態(tài)的MG0晶體。MG0由于與SI