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1、水泥成分种类生产过程详细介绍第1页，本讲稿共46页内内 容容n n水泥的定义和分类n n水泥的生产n n水泥的基本组成n n水泥的水化硬化n n水泥的品质要求n n常用水泥的基本特征与用途n n特种水泥的组成与主要性能第2页，本讲稿共46页一、水泥的定义和分类n n定义：凡细磨成粉末状，加入适量水后成为塑性浆凡细磨成粉末状，加入适量水后成为塑性浆体，既能在空气中硬化，又能在水中硬化，并能将砂、体，既能在空气中硬化，又能在水中硬化，并能将砂、石等散粒或纤维材料牢固地胶结在一起的水硬性胶凝石等散粒或纤维材料牢固地胶结在一起的水硬性胶凝材料，统称为水泥。材料，统称为水泥。硅酸盐水泥硅酸盐水泥定义：以
2、硅酸盐水泥熟料、适量石膏磨细定义：以硅酸盐水泥熟料、适量石膏磨细制成的水硬性胶凝材料。制成的水硬性胶凝材料。n n按组成分类：常用水泥常用水泥硅酸盐水泥硅酸盐水泥（以硅酸盐水泥熟料为主要组分）（以硅酸盐水泥熟料为主要组分）如：硅酸盐水泥、普通硅酸盐水泥、矿渣硅酸盐水泥等如：硅酸盐水泥、普通硅酸盐水泥、矿渣硅酸盐水泥等 特种水泥特种水泥（以非硅酸盐类水泥熟料为主要组分）（以非硅酸盐类水泥熟料为主要组分）如：高铝水泥、硫铝酸盐水泥等如：高铝水泥、硫铝酸盐水泥等第3页，本讲稿共46页n n组分材料：(1)(1)硅酸盐水泥熟料：适当成分的生料烧至部分熔融，所硅酸盐水泥熟料：适当成分的生料烧至部分熔融，
3、所得以硅酸钙为主要成分的产物得以硅酸钙为主要成分的产物(2)(2)石膏：天然石膏或工业副产石膏（工业生产中以硫石膏：天然石膏或工业副产石膏（工业生产中以硫酸钙为主要成分的副产品），掺量酸钙为主要成分的副产品），掺量2 2(3)(3)活性混合材：具有火山灰性或潜在水硬性的混合材活性混合材：具有火山灰性或潜在水硬性的混合材料，如粒化高炉矿渣、粉煤灰等料，如粒化高炉矿渣、粉煤灰等(4)(4)非活性混合材：活性指标不符合标准要求的潜在水非活性混合材：活性指标不符合标准要求的潜在水硬性或火山灰性混合材料以及砂岩和石灰石硬性或火山灰性混合材料以及砂岩和石灰石(5)(5)窑灰：从水泥回转窑窑尾废气中收集下的
4、粉尘窑灰：从水泥回转窑窑尾废气中收集下的粉尘(6)(6)助磨剂：在水泥粉磨时起助磨作用而不损害水泥助磨剂：在水泥粉磨时起助磨作用而不损害水泥性能的一种外加剂，加入量性能的一种外加剂，加入量1%1%第4页，本讲稿共46页常用水泥品种水泥品种水泥品种水泥水泥代号代号水泥组成水泥组成熟料熟料石膏石膏混合材混合材型硅酸盐水泥型硅酸盐水泥P.P.硅酸盐水硅酸盐水泥熟料泥熟料9598%9598%适量（控制适量（控制SOSO3 33.5%3.5%）不掺任何混合材不掺任何混合材型硅酸盐水泥型硅酸盐水泥P.P.硅酸盐水硅酸盐水泥熟料泥熟料9097%9097%适量（控制适量（控制SOSO3 33.5%3.5%）掺
5、加不超过水泥质量掺加不超过水泥质量5%5%的石的石灰石或粒化高炉矿渣混合材灰石或粒化高炉矿渣混合材普通硅酸盐水泥普通硅酸盐水泥P.OP.O硅酸盐水硅酸盐水泥熟料泥熟料8092%8092%适量（控制适量（控制SOSO3 33.5%3.5%）掺掺615%615%混合材。活性混合混合材。活性混合材材15%15%（允许用窑灰（允许用窑灰5%5%或或非活性混合材非活性混合材10%10%代替），代替），非活性混合材非活性混合材10%10%第5页，本讲稿共46页水泥品种水泥品种水泥水泥代号代号水泥组成水泥组成熟料熟料石膏石膏混合材混合材矿渣硅酸盐矿渣硅酸盐水泥水泥P.SP.S硅酸盐水硅酸盐水泥熟料泥熟料25
6、78%2578%适量（控制适量（控制SOSO3 34%4%）粒化高炉矿渣粒化高炉矿渣2070%2070%，允许用，允许用石灰石、窑灰和火山灰质混合材石灰石、窑灰和火山灰质混合材中的一种材料代替，代替数量中的一种材料代替，代替数量8%20%20%火山灰质硅火山灰质硅酸盐水泥酸盐水泥P.PP.P硅酸盐水硅酸盐水泥熟料泥熟料4578%4578%适量（控制适量（控制SOSO3 33.5%3.5%）火山灰质混合材火山灰质混合材2050%2050%粉煤灰硅酸粉煤灰硅酸盐水泥盐水泥P.FP.F硅酸盐水硅酸盐水泥熟料泥熟料5578%5578%适量（控制适量（控制SOSO3 33.5%3.5%）粉煤灰粉煤灰20
7、40%2040%复合硅酸盐复合硅酸盐水泥水泥P.CP.C硅酸盐水硅酸盐水泥熟料泥熟料4583%4583%适量（控制适量（控制SOSO3 33.5%3.5%）掺两种或两种以上混合材料，总掺两种或两种以上混合材料，总掺量按质量百分比计为掺量按质量百分比计为1550%1550%，允许用，允许用8%8%的窑灰代替部分混的窑灰代替部分混合材料，掺矿渣时，混合材掺量合材料，掺矿渣时，混合材掺量不得与矿渣水泥重复不得与矿渣水泥重复第6页，本讲稿共46页二、水泥的生产n n原材料：（）石灰石质原料（主要成份为碳酸钙，提供氧化（）石灰石质原料（主要成份为碳酸钙，提供氧化钙），如钙），如石灰岩、泥灰岩、白垩、贝壳
8、等石灰岩、泥灰岩、白垩、贝壳等 （）粘土质原料（提供氧化硅和氧化铝及部分氧化铁），（）粘土质原料（提供氧化硅和氧化铝及部分氧化铁），如如黄土、粘土、页岩、泥岩、粉砂岩及河泥等黄土、粘土、页岩、泥岩、粉砂岩及河泥等 （）少量校正原料（）少量校正原料（铁质校正原料和硅质校正原料，（铁质校正原料和硅质校正原料，提供氧化铁和氧化硅），铁质校正原料如低品位铁提供氧化铁和氧化硅），铁质校正原料如低品位铁矿石、炼铁厂尾矿以及硫酸厂工业废渣硫酸渣（硫矿石、炼铁厂尾矿以及硫酸厂工业废渣硫酸渣（硫铁矿渣）等；硅质校正原料如砂岩、河砂、粉砂岩铁矿渣）等；硅质校正原料如砂岩、河砂、粉砂岩等。等。第7页，本讲稿共46页
9、n n生产工艺：“两磨一烧”生料制备：生料制备：石灰质原料，粘土质原料与少量校正原石灰质原料，粘土质原料与少量校正原料经破碎后，按一定比例配合、磨细，并配合为成分合料经破碎后，按一定比例配合、磨细，并配合为成分合适，质量均匀的生料适，质量均匀的生料熟料煅烧：熟料煅烧：生料在水泥窑内煅烧至部分熔融所得以生料在水泥窑内煅烧至部分熔融所得以硅酸钙为主要成分的硅酸盐水泥熟料硅酸钙为主要成分的硅酸盐水泥熟料水泥粉磨：水泥粉磨：熟料加适量石膏，有时还加适量混熟料加适量石膏，有时还加适量混合材料或外加剂共同磨细为水泥合材料或外加剂共同磨细为水泥第8页，本讲稿共46页用用用用窑窑窑窑外外外外分分分分解解解解窑
10、窑窑窑干干干干法法法法生生生生产产产产的的的的工工工工艺艺艺艺流流流流程程程程第9页，本讲稿共46页n n水泥窑系统中发生的化学反应第10页，本讲稿共46页(1)干燥与脱水100100，脱去物料中的自由水和粘土矿物的层间水，脱去物料中的自由水和粘土矿物的层间水400400600 600，脱去粘土矿物的配位水，脱去粘土矿物的配位水(2)碳酸盐分解碳酸钙与碳酸镁在煅烧过程中分解放出二氧化碳碳酸钙与碳酸镁在煅烧过程中分解放出二氧化碳590590，MgCOMgCO3 3MgO+COMgO+CO2 2-10471214J/g-10471214J/g890890，CaCOCaCO3 3CaO+COCaO+
11、CO2 2-1645J/g-1645J/g水泥窑系统中发生的物理化学反应过程第11页，本讲稿共46页(3)固相反应800800，CaOAlCaOAl2 2O O3 3（CACA）、）、CaOFeCaOFe2 2O O3 3（CFCF）与）与2CaOSiO2CaOSiO2 2（C C2 2S S）开始形成。）开始形成。800900800900，开始形成，开始形成12CaO7Al12CaO7Al2 2O O3 3（C C1212A A7 7）。）。90011009001100，2CaOAl2CaOAl2 2O O3 3SiOSiO2 2（C C2 2ASAS）形成后又分解。）形成后又分解。开始形成
12、开始形成3CaOAl3CaOAl2 2O O3 3（C C3 3A A）和）和4CaOAl4CaOAl2 2O O3 3FeFe2 2O O3 3（C C4 4AFAF）。所有碳酸钙均分解，游离氧化钙达最高值。）。所有碳酸钙均分解，游离氧化钙达最高值。1100120011001200，大量形成，大量形成C C3 3A A和和C C4 4AFAF，C C2 2S S含量达最大值。含量达最大值。第12页，本讲稿共46页(4)液相和熟料的烧结到达最低共熔温度（到达最低共熔温度（12501250）后，开始出现液相。）后，开始出现液相。硅酸二钙与游离氧化钙都逐步溶解于液相中，反应硅酸二钙与游离氧化钙都逐
13、步溶解于液相中，反应生成硅酸盐水泥的主要矿物硅酸三钙生成硅酸盐水泥的主要矿物硅酸三钙CaOSiOCaOSiO2 2（C CS S）。在高温液相作用下，水泥熟料。在高温液相作用下，水泥熟料逐渐烧结。逐渐烧结。C C2 2S+CaO CS+CaO C3 3S S液相液相第13页，本讲稿共46页三、水泥的基本组成（1 1）硅酸盐水泥熟料）硅酸盐水泥熟料n n氧化物组成氧化物组成 CaOCaO、SiOSiO2 2、AlAl2 2O O3 3、FeFe2 2O O3 3 95%95%MgO MgO、SOSO3 3、TiOTiO2 2、P P2 2O O5 5、K K2 2O O和和NaNa2 2O O等
14、等 5%5%主要氧化物含量波动范围：主要氧化物含量波动范围：CaO 6267%CaO 6267%；SiOSiO2 2 2024%2024%；AlAl2 2O O3 3 47%47%；FeFe2 2O O3 3 2.56.0%2.56.0%。第14页，本讲稿共46页第15页，本讲稿共46页n n矿物组成矿物组成 经高温煅烧后，两种或两种以上的氧化物反应生成多经高温煅烧后，两种或两种以上的氧化物反应生成多种矿物集合体，结晶细小（种矿物集合体，结晶细小（3060m3060m）。）。四种主要矿物：四种主要矿物：硅酸三钙硅酸三钙 3CaOSiO3CaOSiO2 2，可简写为，可简写为C C3 3S S；
15、硅酸二钙硅酸二钙 2CaOSiO2CaOSiO2 2，可简写为，可简写为C C2 2S S；铝酸三钙铝酸三钙 3CaOAl3CaOAl2 2O O3 3，可简写为，可简写为C C3 3A A；铁相固溶体铁相固溶体4CaOAl4CaOAl2 2O O3 3FeFe2 2O O3 3作为代表式，可简写作为代表式，可简写为为C C4 4AFAF。另外，还含有少量的游离氧化钙（另外，还含有少量的游离氧化钙（f-CaOf-CaO）、方镁石）、方镁石（结晶氧化镁）、含碱矿物以及玻璃体等。（结晶氧化镁）、含碱矿物以及玻璃体等。硅酸盐矿物，硅酸盐矿物，75%溶剂矿物，溶剂矿物，22%第16页，本讲稿共46页熟
16、料矿物的基本特性矿物矿物含量含量水化水化速度速度强度强度凝结凝结时间时间水化热水化热耐化耐化学侵学侵蚀性蚀性干干缩缩早早期期后后期期C C3 3S S50%50%较快较快高高高高正常正常中中中中中中C C2 2S S20%20%较慢较慢低低高高缓慢缓慢小小良良小小C C3 3A A715%715%迅速迅速高高低低很快很快大大差差大大C C4 4AFAF 1018%1018%C90%90%MgO MgO、MnOMnO、FeFe2 2O O3 3、CaSCaS、FeSFeS、TiOTiO2 2等等质量系数质量系数=（CaO+MgO+AlCaO+MgO+Al2 2O O3 3）/（SiOSiO2 2
17、+MnO+MnO）活性矿渣质量系数活性矿渣质量系数1.21.2，非活性矿渣质量系数，非活性矿渣质量系数1.2 1.2 粒化高炉矿渣粉的粒化高炉矿渣粉的活性指数活性指数（A A）=R/R=R/R0 0100%粒化高炉矿渣粉级别（粒化高炉矿渣粉级别（28d28d的的A A）：）：S105S105，S95S95，S75 S75 第19页，本讲稿共46页火山灰质混合材火山灰质混合材 凡天然的及人工的以氧化硅、氧化铝为主要成凡天然的及人工的以氧化硅、氧化铝为主要成分的矿物质原料，磨成细粉加水后并不硬化，但与分的矿物质原料，磨成细粉加水后并不硬化，但与石灰混合后再加水拌和，则不但能在空气中硬化，石灰混合后
18、再加水拌和，则不但能在空气中硬化，而且能在水中继续硬化者称为火山灰质混合材。而且能在水中继续硬化者称为火山灰质混合材。天然：火山灰、火山凝灰岩、浮石、硅藻土、硅藻石、蛋白天然：火山灰、火山凝灰岩、浮石、硅藻土、硅藻石、蛋白石等石等人工：烧粘土、活性硅质渣、粉煤灰、烧页岩等。人工：烧粘土、活性硅质渣、粉煤灰、烧页岩等。第20页，本讲稿共46页粉煤灰粉煤灰 燃煤发电厂电收尘器收集的细灰燃煤发电厂电收尘器收集的细灰 主要化学成分：主要化学成分：SiOSiO2 2、AlAl2 2O O3 3、FeFe2 2O O3 3、CaOCaO 物相组成：玻璃体物相组成：玻璃体6085%6085%；结晶化合物；结
19、晶化合物1030%1030%；未；未燃尽碳约燃尽碳约5%5%。类别类别CaOCaO含量含量来源来源活性活性低钙粉煤灰低钙粉煤灰10%45min45min 终凝：终凝：浆体完全失去可塑性并开始产生强度所经历的时浆体完全失去可塑性并开始产生强度所经历的时间。间。硅酸盐水泥硅酸盐水泥6.5h6.5h 其他品种水泥其他品种水泥10h300m2/kg 透气式比表面积仪其他水泥80m标准筛上筛余量10%筛析法第33页，本讲稿共46页n n水化热 水泥水化放出的热称为水泥的水化热。硅酸盐水泥的水化放热曲线硅酸盐水泥的水化放热曲线第34页，本讲稿共46页 水泥的水化放热量大部分在37d内放出，以后逐渐减少 大
20、体积混凝土，冬季混凝土施工 水泥水化放热量与水泥细度、混合材种类和数量有关 中热硅酸盐水泥和低热硅酸盐水泥，适用于水化热较低的大坝和大体积混凝土工程。第35页，本讲稿共46页n n水泥化学品质指标水泥化学品质指标（1 1）不溶物：熟料中未参与矿物形成反应的粘土和结晶）不溶物：熟料中未参与矿物形成反应的粘土和结晶SiOSiO2 2，是煅烧不均匀，化学反应不完全的标志。，是煅烧不均匀，化学反应不完全的标志。（2 2）烧矢量：反映熟料的烧成质量，混合材掺量是否适当）烧矢量：反映熟料的烧成质量，混合材掺量是否适当以及水泥风化的情况。以及水泥风化的情况。（3 3）氧化镁：以方镁石晶体存在的）氧化镁：以方
21、镁石晶体存在的MgOMgO导致水泥长期导致水泥长期安定性不良。安定性不良。（4 4）SOSO3 3：造成水泥体积安定性不良，通过控制石膏掺：造成水泥体积安定性不良，通过控制石膏掺量控制。量控制。（5 5）碱含量（）碱含量（NaNa2 2O+0.658KO+0.658K2 2O O）：与活性骨料发生碱骨）：与活性骨料发生碱骨料反应，导致混凝土不均匀膨胀破坏。料反应，导致混凝土不均匀膨胀破坏。第36页，本讲稿共46页n n抗蚀性（耐久性）（1）淡水（溶蚀）：流动水，水压，混凝土渗透性较大（2）酸与酸性水（溶析和化学溶解）：碳酸（3）硫酸盐（侵蚀）：除硫酸钡以外的硫酸盐，“镁盐侵蚀”（4）含碱溶液（
22、化学侵蚀和结晶侵蚀）第37页，本讲稿共46页六、常用水泥的基本特征与用途n n硅酸盐水泥与普通水泥硅酸盐水泥与普通水泥特性特性用途用途标号高标号高配制高强混凝土和预应力混凝土配制高强混凝土和预应力混凝土凝结硬化快，抗冻性好凝结硬化快，抗冻性好早强高、凝结快的工程，有抗冻融早强高、凝结快的工程，有抗冻融要求，冬季施工的工程要求，冬季施工的工程CHCH含量高含量高抗淡水、海水侵蚀和抗硫酸盐侵蚀抗淡水、海水侵蚀和抗硫酸盐侵蚀能力差能力差 水化放热量大水化放热量大不宜用于大体积工程不宜用于大体积工程第38页，本讲稿共46页n n矿渣水泥矿渣水泥特性特性用途用途凝结硬化较慢，早强低，后期强凝结硬化较慢，
23、早强低，后期强度不低度不低养护时间较长，湿热养护可加速养护时间较长，湿热养护可加速硬化速度硬化速度抗冻性、抗渗性和抵抗干湿交替抗冻性、抗渗性和抵抗干湿交替循环性能较差循环性能较差CH CH 较少，水化产物碱度低，抗碳较少，水化产物碱度低，抗碳化能力较差，抗淡水、海水和硫化能力较差，抗淡水、海水和硫酸盐侵蚀能力较强酸盐侵蚀能力较强水工工程和海港工程水工工程和海港工程耐热性较好耐热性较好耐热混凝土工程耐热混凝土工程第39页，本讲稿共46页n n火山灰水泥火山灰水泥特性特性用途用途凝结硬化较慢，早强低，凝结硬化较慢，早强低，后期强度不低后期强度不低养护时间较长，蒸汽或湿养护时间较长，蒸汽或湿热养护可
24、加速硬化速度热养护可加速硬化速度不宜于冬季施工不宜于冬季施工水化热低水化热低宜用于浇筑大体积工程宜用于浇筑大体积工程CHCH含量低，较高的抗硫含量低，较高的抗硫酸盐侵蚀性能，抗大气稳酸盐侵蚀性能，抗大气稳定性差，抗冻性差定性差，抗冻性差最适宜用于地下或水下工程，最适宜用于地下或水下工程，需要抗渗、抗淡水或抗硫酸需要抗渗、抗淡水或抗硫酸盐侵蚀的工程，不宜用于受盐侵蚀的工程，不宜用于受冻部位冻部位采用软质混合材（如硅藻采用软质混合材（如硅藻土）的收缩变形大土）的收缩变形大不宜用于干燥地区不宜用于干燥地区第40页，本讲稿共46页n n粉煤灰水泥粉煤灰水泥特性特性用途用途水化硬化较慢，早强较低，后水化
25、硬化较慢，早强较低，后期强度不低期强度不低承受荷载较迟的工程承受荷载较迟的工程水化热较小水化热较小大体积混凝土工程大体积混凝土工程抗硫酸盐侵蚀能力较强抗硫酸盐侵蚀能力较强适用于水工工程和海港工程适用于水工工程和海港工程需水量较小，混凝土和易性好，需水量较小，混凝土和易性好，干缩小，抗裂性好，抗碳化能干缩小，抗裂性好，抗碳化能力差，抗冻性较差力差，抗冻性较差第41页，本讲稿共46页n n复合水泥复合水泥 特性取决于所掺混合材的种类、掺量及相对比例特性取决于所掺混合材的种类、掺量及相对比例n n白色硅酸盐水泥白色硅酸盐水泥 325325、425425、525525、625625四个强度等级四个强度
26、等级 白度分为特级、一、二、三级白度分为特级、一、二、三级n n彩色硅酸盐水泥彩色硅酸盐水泥 27.527.5、32.532.5、42.542.5三个强度等级三个强度等级 基本色有红色、黄色、蓝色、绿色、棕色、黑色等基本色有红色、黄色、蓝色、绿色、棕色、黑色等第42页，本讲稿共46页七、特种水泥的组成与主要性能n n铝酸盐水泥铝酸盐水泥 以钒土和石灰石为原料，按适当比例配合进行烧结或以钒土和石灰石为原料，按适当比例配合进行烧结或熔融，再经粉磨而成，代号熔融，再经粉磨而成，代号CACA。按按AlAl2 2O O3 3百分数分为四类：百分数分为四类：CA-50 50%CA-50 50%AlAl2
27、2O O3 360%60%CA-60 60%CA-60 60%AlAl2 2O O3 368%68%CA-70 68%CA-70 68%AlAl2 2O O3 377%10%10%使水泥快凝使水泥快凝 铝方柱石（铝方柱石（C C2 2ASAS）和）和-C-C2 2S S SiOSiO2 2 5%5%，形成，形成-C-C2 2S S，SiO SiO2 2含量较高时形成含量较高时形成C C2 2AS AS，水化速度慢，影响早强，水化速度慢，影响早强，配料中严格限制配料中严格限制SiOSiO2 2含量含量第44页，本讲稿共46页n n特性（1）水化硬化过程 30，水化产物主要是C3AH6、AH3 转
28、晶反应（CAH10和C2AH8 C3AH6），随温度提高而加速，水泥石强度倒缩第45页，本讲稿共46页（2 2）水泥基本性能）水泥基本性能细度：比表面积细度：比表面积 300m300m2 2/kg/kg或或0.045mm0.045mm方孔筛筛余方孔筛筛余 20%20%凝结时间：凝结时间：CA-50CA-50，-70-70，-80 30min/6h-80 30min/6h；CA-60 60min/18hCA-60 60min/18h强度：强度：1d1d、3d3d标准稠度用水量：不大，水化所需结合水较多标准稠度用水量：不大，水化所需结合水较多水化放热量、水化速率：水化放热量正常，水化速率很快水化放
29、热量、水化速率：水化放热量正常，水化速率很快养护温度：约养护温度：约1515，不得超过，不得超过25 25（转晶反应）（转晶反应）闪凝：闪凝：与硅酸盐水泥或石灰相混与硅酸盐水泥或石灰相混耐高温性：耐高温性：1300 1300 以下以下良好的抗硫酸盐及抗海水侵蚀性能良好的抗硫酸盐及抗海水侵蚀性能抗蚀性好，但对浓酸及碱溶液的耐蚀性不好抗蚀性好，但对浓酸及碱溶液的耐蚀性不好 主要用于工期紧急的抢修工程，避免接触碱溶液，不宜用主要用于工期紧急的抢修工程，避免接触碱溶液，不宜用于长期承载结构及高温、高湿环境。于长期承载结构及高温、高湿环境。低水灰比、降低养护温度及掺加石膏或无水石膏，可改善低水灰比、降低养护温度及掺加石膏或无水石膏，可改善长期强度下降现象。长期强度下降现象。第46页，本讲稿共46页