水泥工藝原理PPT課件

1、2.水泥的定義與分類 加入適量水后可成塑性漿體，既能在空氣中硬化又能在水中硬化，并能將砂、石 等材料牢固地膠結(jié)在一起的細(xì)粉狀水硬性 膠凝材料，通稱為水泥。水泥的分類 按用途分類：通用、特性、專用三種； 按其主要礦物分類：硅酸鹽水泥、硫鋁酸鹽水泥、鋁酸鹽水泥等； 第1頁/共40頁3.水泥在國民經(jīng)濟(jì)中的作用 水泥是最基本的建筑材料，應(yīng)用日趨廣泛，各行各業(yè)都在使用，可以說是一支柱產(chǎn)業(yè)。我國水泥的發(fā)展是較快的，特別是近幾年來，2003年我國的水泥年產(chǎn)量是8.6億噸，其中新型干法水泥2億噸，占總產(chǎn)量的21%，到2008年年產(chǎn)量達(dá)13.88億噸，其中新型干法水泥達(dá)8.58億噸，占水泥總產(chǎn)量的61%。第2頁

2、/共40頁第二節(jié) 水泥國家標(biāo)準(zhǔn)一、水泥的定義與代號（一）硅酸鹽水泥 凡是由硅酸鹽水泥熟料 ,05 石灰石或?；郀t礦渣、適量的石膏磨細(xì)制成的水硬性膠凝材料，稱為硅酸鹽水泥 硅酸鹽水泥分為兩種類型： 不摻混合材料的稱為型硅酸鹽水泥，代號 P ； 在硅酸鹽水泥熟料粉磨時摻加不超過水泥質(zhì)量 5 石灰石或粒化高爐礦渣混合材料的稱為型硅酸鹽水泥，代號 P 。 第3頁/共40頁（二）普通硅酸鹽水泥 凡是由硅酸鹽水泥熟料 , 5%混合材料20%、適量石膏磨細(xì)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 P O 摻活性混合材料時，最大摻入量不得超過 20 ，其中允許用不超過水泥質(zhì)量 5的窯灰

3、或不超過水泥質(zhì)量 8的非活性混合材料來代替。第4頁/共40頁二、通用水泥的組分材料品種代號組分（質(zhì)量分?jǐn)?shù)）熟料+石膏礦渣火山灰粉煤灰石灰石硅酸鹽P100-P955955普通PO80且955且20礦渣PSA50且8020且50-允許用不超過水泥質(zhì)量8%的活性或非活性或窯灰中的任一種材料代替PSB30且5050且70火山灰PP60且80-20且40-粉煤灰PF60且80-20且40-復(fù)合PC50且8020且50，兩種以上混合材，摻礦渣時不與前面礦渣水泥重復(fù)，允許用不超過水泥質(zhì)量8%的窯灰代替第5頁/共40頁三、技術(shù)要求（化學(xué)指標(biāo)，強(qiáng)制性要求）品種代號不溶物燒失量Loss三氧化硫SO3氧化鎂MgO氯

4、離子硅酸鹽水泥P0.753.03.55.00.06P1.53.5普通水泥PO5.0礦渣水泥PSA 4.06.0PSB火山灰水泥PP3.56.0粉煤灰水泥PF復(fù)合水泥PCa.如果水泥壓蒸試驗(yàn)合格，則水泥中氧化鎂的含量允許放寬至6.0%。b.如果水泥中氧化鎂的含量大于6.0%時，需進(jìn)行水泥壓蒸安定性試驗(yàn)并合格。c.當(dāng)有更低要求時，該指標(biāo)由買賣雙方協(xié)商確定。第6頁/共40頁技術(shù)要求物理指標(biāo)1.凝結(jié)時間：45min/390min (6.5h) ; 強(qiáng)制性 45min/600min (10h) ; 水泥凝結(jié)時間是水泥從加水開始到失去流動性，從可塑狀態(tài)發(fā)展到固體狀態(tài)所需要的時間，凝結(jié)時間分初凝時間和終凝時

5、間。 初凝時間：水泥從加水開始到標(biāo)準(zhǔn)稠度凈漿失去流動性并開始失 去塑性的時間； 終凝時間：水泥從加水開始到標(biāo)準(zhǔn)稠度凈漿完全失去塑性，開始產(chǎn)生機(jī)械強(qiáng)度的時間。 2.安定性：沸煮合格 強(qiáng)制性 安定性水泥水化硬化后其體積變化的均勻性稱 安定性。3.強(qiáng)度： 強(qiáng)制性4.細(xì)度：選擇性 P、P、PO 的比表面積不小于300平方米/每公斤； 其它各種水泥0.08mm方孔篩余不大于10%或0.045mm方孔篩余不大于30%第7頁/共40頁四、強(qiáng)度等級 硅酸鹽水泥：42.5；42.5R；52.5； 52.5R；62.5；62.5R； 普通硅酸鹽水泥： 42.5；42.5R；52.5；52.5R； 其它水泥：32.

6、5；32.5R； 42.5；42.5R；52.5；52.5R；第8頁/共40頁不合格品、三大建筑性能指標(biāo) 凡化學(xué)指標(biāo)、凝結(jié)時間、安定性、強(qiáng)度中的任何一項(xiàng)不符合技術(shù)要求的均為不合格品； 化學(xué)指標(biāo)、凝結(jié)時間、安定性、強(qiáng)度中的每一項(xiàng)都符合技術(shù)要求的均為合格品； 水泥的凝結(jié)時間、強(qiáng)度和安定性是水泥的三大建筑性能指標(biāo)；第9頁/共40頁第三節(jié) 硅酸鹽水泥的生產(chǎn)方法 硅酸鹽水泥的生產(chǎn)過程可簡單的分為三個階段：生料的制備熟料的煅燒水泥的制成。 生產(chǎn)方法：按窯型分為立窯、回轉(zhuǎn)窯； 按生料的制備分為干法、濕法及所謂的半干法；第10頁/共40頁各生產(chǎn)方法的特點(diǎn) 立窯生產(chǎn)的特點(diǎn)： 投資省，見效快；就地取材、就地生產(chǎn)、

7、就地銷售；缺點(diǎn)是：熟料質(zhì)量差、生產(chǎn)規(guī)模小、工人勞動強(qiáng)度大、工作環(huán)境差。新型干法生產(chǎn)特點(diǎn)： 熱耗低、單機(jī)產(chǎn)量高、企業(yè)生產(chǎn)規(guī)模大、熟料質(zhì)量高、噸水泥生產(chǎn)成本低、工人勞動強(qiáng)度低、環(huán)境污染小，其缺點(diǎn)就是一次性投資大（幾個億數(shù)量級）。第11頁/共40頁水泥的工藝流程第12頁/共40頁工藝流程 工藝流程1見工藝流程fliw1 工藝流程2見文件工藝流程2第13頁/共40頁第二章硅酸鹽水泥熟料的組成 第一節(jié) 硅酸鹽水泥熟料 的礦物組成1.水泥的質(zhì)量主要取決于熟料的礦物組成 和結(jié)構(gòu)，而熟料的礦物組成 和結(jié)構(gòu)又主要取決于化學(xué)組成和燒成條件。2.熟料中含有的主要礦物有：硅酸三鈣、硅酸二鈣、鋁酸三鈣、鐵鋁酸四鈣。還有

8、少量的游離氧化鈣、方鎂石、玻璃體。3.硅酸鹽礦物：硅酸三鈣、硅酸二鈣的統(tǒng)稱第14頁/共40頁4.熔劑性礦物：鋁酸三鈣、鐵鋁酸四鈣，因?yàn)樗鼈冊?2501280時會熔融成液相，以熔解硅酸三鈣和氧化鈣。第15頁/共40頁硅酸三鈣（C3S）的特性1.是熟料中的最主要礦物，含量在5060%.2. C3S在12502065穩(wěn)定存在，在1250 以下分解為C2S和CaO,但在常溫下可以呈介穩(wěn)狀態(tài)。我們要避免它的分解。3.硅酸三鈣凝結(jié)時間正常，水化較快，水化熱較高，強(qiáng)度高且強(qiáng)度增長率也大，但它的抗淡水性差。4.含有少量氧化物的C3S稱為A礦（阿利特）第16頁/共40頁C2S的特性1.熟料中的主要礦物，含量在2

9、0%。2. C2S有幾種晶型，常溫下都易轉(zhuǎn)變?yōu)樗残匀醯? C2S，常溫下熟料中的硅酸二鈣是以- C2S存在的。但在低于500溫度下， - C2S易轉(zhuǎn)化為- C2S，使熟料粉化，降低水硬性。3. - C2S的水化速度較慢，水化熱較低，抗水性好，早期強(qiáng)度低，后期強(qiáng)度增長較好，一年后可趕上C3S。第17頁/共40頁鋁酸三鈣（C3A）特性1.水泥熟料中的鋁酸鈣主要是鋁酸三鈣C3A，也可能有七鋁酸十二鈣。2. C3A的水化速度迅速，放熱多，如不加石膏緩凝，易使水泥快凝。它的強(qiáng)度三天內(nèi)就大部分發(fā)揮出來，但強(qiáng)度值不高，后期幾乎不增長，甚至倒縮。3. C3A的干縮變形大，抗硫酸鹽性能差。第18頁/共40頁鐵

10、相固熔體-鐵鋁酸鹽1.熟料中的鐵鋁酸鹽為C2F-C8A3F連續(xù)固溶體系列中的數(shù)個成分。在一般的水泥熟料中成分接近C4AF，所以常用鐵鋁酸四鈣- C4AF來代表熟料中的鐵鋁酸鹽。2.鐵鋁酸四鈣- C4AF的水化速度早期介于C3A和C3S之間，但后期不如C3S。3. C4AF的抗沖擊性能和搞硫酸鹽性能較好，水化熱較C3A低。第19頁/共40頁玻璃體 在上面談到的熟料主要礦物中，除A礦和B礦外，其他物質(zhì)統(tǒng)稱為中間物質(zhì)或中間相，中間相包括C3A、 C4AF、 MgO、R2O等，這些物質(zhì)在熟料燒成溫度下變成熔融體（液相）。在熟料冷卻時，部分液相結(jié)晶成相關(guān)礦物，部分液相凝固成玻璃體。 玻璃體的數(shù)量，取決于

11、冷卻條件或冷卻速度。急冷熟料中約為822%；普通冷卻熟料中約為220%；慢冷熟料中約為02%第20頁/共40頁游離氧化鈣1.當(dāng)配料不當(dāng)，生料過粗或煅燒不充分時，熟料中就會出現(xiàn)沒有被吸收的以游離狀態(tài)存在的氧化鈣，稱為游離氧化鈣，記為f-CaO。2.游離氧化鈣在熟料燒成溫度下呈“死燒狀態(tài)”，結(jié)構(gòu)比較致密， f-CaO水化速度很慢，且伴有體積膨脹，體積膨脹率達(dá)97.9%，在硬化水泥石內(nèi)部造成局部膨脹力，而破壞水泥石結(jié)構(gòu)。第21頁/共40頁3.為了保證水泥的安定性良好，一定要控制游離氧化鈣的含量，一般回轉(zhuǎn)窯熟料控制在10%以下，立窯熟料控制在2.0%以下。這就要求配料要準(zhǔn)確，煅燒要充分。4. 游離氧化

12、鈣的產(chǎn)生，除了煅燒反應(yīng)不完全而產(chǎn)生的尚未化合的f-CaO外，還可能由于熟料冷卻不好或還原氣氛時使C3S分解產(chǎn)生的CaO，為了區(qū)別前面的游離氧化鈣，我們稱之為二次游離氧化鈣，之前的常稱為一次游離氧化鈣。第22頁/共40頁方鎂石1.熟料煅燒過程中氧化鎂有一部分可和熟料礦物結(jié)合成固溶體及溶于液相中。但當(dāng)熟料中含有的氧化鎂較多時，多余的氧化鎂就結(jié)晶出來，呈游離狀態(tài)，稱為方鎂石。2.方鎂石的水化速度比游離氧化鈣更為緩慢，要幾個月甚至幾年才明顯反映出來，水化生成氫氧化鎂時，體積膨脹148%，導(dǎo)致水泥石安定性不良。為此國家標(biāo)準(zhǔn)中對水泥中MgO的含量作了明確的規(guī)定。第23頁/共40頁本節(jié)小結(jié) 水泥熟料中的四種

13、主要礦物是硅酸三鈣、硅酸二鈣、鋁酸三鈣、鐵鋁酸四鈣。水泥熟料中含有多種礦物成分，但對水泥性能及煅燒起主要作用的是四種主要礦物。水泥質(zhì)量好壞的主要指標(biāo)是水泥強(qiáng)度，而水泥強(qiáng)度又取決于熟料礦物組成，因此了解水泥四種主要熟料礦物組成的強(qiáng)度，對了解和改進(jìn)水泥性能具有重要意義。第24頁/共40頁 在四種主要礦物中， C3S絕對強(qiáng)度最高，早期和后期強(qiáng)度都高。 C3S的水化熱也較高。 C2S早期強(qiáng)度低，但后期強(qiáng)度增進(jìn)率大，一年后強(qiáng)度絕對值甚至趕上或超過C3S的強(qiáng)度 C3A的水化硬化很快，3天就發(fā)揮出全部強(qiáng)度，但絕對強(qiáng)度值不高，后期強(qiáng)度甚至?xí)档汀?C3A水化熱高。第25頁/共40頁 C4AF的強(qiáng)度能不斷增長。

14、 必須指出，上述結(jié)論主要是根據(jù)單礦物水化特點(diǎn)得出的，它還不能反映水泥在水化時各礦物間相互影響、互相促進(jìn)的內(nèi)在關(guān)系。同時其它微量礦物含量雖少，但在一定條件下影響很大 。盡管如此，單一礦物 的絕對強(qiáng)度及增進(jìn)率，可以幫助我們分析與判斷水泥的主要性能，判斷水泥質(zhì)量的變化和選擇合理的礦物組成。第26頁/共40頁第二節(jié) 硅酸鹽熟料的化學(xué)組成 為了獲得符合要求的熟料礦物組成，必須將生料中CaO、SiO2、AI2O3、Fe2O3的含量（質(zhì)量百分?jǐn)?shù)）控制在一定的范圍內(nèi)，硅酸鹽熟料主要氧化物的含量波動范圍如下： CaO 6267% SiO2 2024% AI2O3 47% Fe2O3 2.56.0% 由于熟料中主

15、要礦物是由各主要氧化物經(jīng)高溫煅燒化合而成，因此，我們可以根據(jù)氧化物的含量，推測出熟料中各礦物的含量，進(jìn)而推測出水泥的性質(zhì)。下面講一下各氧化物的作用：第27頁/共40頁一、氧化鈣、二氧化硅1. CaO是熟料中最為重要的化學(xué)成分，它與熟料中的S、A、F反應(yīng)生成C3S、 C2S、 C3A、 C4AF等水硬性礦物。通常增加熟料中CaO含量能增加C3S的含量，可提高水泥的強(qiáng)度。 CaO含量并不是越多越好，當(dāng)CaO過多時，易產(chǎn)生未化合的游離氧化鈣，影響水泥的安定性；如果過低，則熟料中相應(yīng)生成的C3S量太少，生成的C2S增多，水泥強(qiáng)度不高2. SiO2也是熟料中主要成分之一。它與CaO在高溫下化合成硅酸鹽礦

16、物，所以水泥熟料中SiO2量要保證有適宜的量；在CaO量一定時，SiO2含量多少影響著C3S的多少、熔劑礦物的多少，進(jìn)而影響操作。第28頁/共40頁二、三氧化二鋁、三氧化二鐵 AI2O3在熟料煅燒過程中與CaO、 Fe2O3 反應(yīng)生成C3A、C4AF，并熔融為液相。當(dāng)AI2O3含量增加時，C3A增多，水泥凝結(jié)硬化變快，水化熱增大。同時，液相粘度增大，不利于C3S的生成。 Fe2O3 在煅燒過程中與CaO、AI2O3 發(fā)生固相反應(yīng)生成C4AF，也熔融為液相。液相粘度減小，有利于熟料的形成，加速C3S的形成速度。如不恰當(dāng)?shù)靥岣逨e2O3、AI2O3的含量會使液相過多，物料結(jié)大塊而影響操作。第29頁

17、/共40頁三、氧化鎂及堿 在熟料中含有少量的氧化鎂能降低出現(xiàn)液相的溫度和粘度，有利于熟料的燒成；但不能過多，超過5%時易出現(xiàn)水泥安定性不良的現(xiàn)象。國家標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定，壓蒸試驗(yàn)合格，水泥中MgO含量可以放寬到6.0%；水泥中 MgO含量大于6.0%時必須進(jìn)行壓蒸試驗(yàn)并合格。 堿在水泥煅燒過程中可以說是一種有害成分，易造成新型干法窯結(jié)皮、堵塞。也使水泥的凝結(jié)時不正常、使水泥強(qiáng)度降低，或在某此水中工程中因堿性膨脹而產(chǎn)生裂縫。第30頁/共40頁第三節(jié) 硅酸鹽熟料的率值 在水泥熟料中的氧化物并不是以單獨(dú)狀態(tài)存在的，而是以兩種或兩種以上的氧化物結(jié)合成化合物（稱為礦物）存在。因此，生產(chǎn)中控制各氧化物之間的比例（相

18、對多少）比控制各氧化物的含量更為重要、合理，更能表示出水泥性能及對煅燒的影響。 用來表示水泥熟料化學(xué)組成中各氧化物之間的相對含量的參數(shù)就是率值。因此說，熟料的率值是用于表示熟料中各氧化物相對含量大小的物理量。是生產(chǎn)控制中非常重要的指標(biāo)。第31頁/共40頁一、硅酸率（簡稱硅率） 水泥熟料中SiO2 與AI2O3 和Fe2O3 之和的比值稱為硅酸率，簡稱硅率。記為 n 硅率可以表示熟料中生成硅酸鹽礦物與熔劑礦物的相對含量。 硅率過低時，熔劑礦物增多，硅酸鹽礦物含量減少，會降低熟料的強(qiáng)度；煅燒時易結(jié)大塊。 硅率過高時，熔劑礦物減少，硅酸鹽礦物增多，燒成溫度要求高，否則易造成生燒。 n32322OFe

19、OAISiOn第32頁/共40頁二、鋁氧率 鋁氧率是水泥熟料中AI2O3與Fe2O3含量的比值。記為P或IM 鋁氧率是控制鋁酸鹽 與鐵酸鹽礦物相對含量的比率系數(shù)。 鋁率的大小影響液相的粘度；P一般在0.91.7之間 當(dāng)A、F的總量一定時， P增加，C3A的含量提高，C4AF的含量降低，水泥趨于早凝早強(qiáng)，石膏的摻量也要相應(yīng)增加；熟料煅燒時粘度增大，不利于3232OFeOAIP 第33頁/共40頁 C2S進(jìn)一步吸收CaO生成C3S C3S 。反之， P降低，C3A的含量減少，C4AF的含量增加，水泥趨于緩凝，石膏的摻量也要相應(yīng)減少；熟料煅燒時粘度小，利于C2S進(jìn)一步吸收CaO生成C3S。但粘度過小

20、，不利于熟料正常結(jié)粒和掛窯皮。第34頁/共40頁石灰飽和系數(shù)-KH 水泥熟料中和二氧化硅結(jié)合的CaO的量與熟料中二氧化硅全部化合成C3S所需要的CaO量的比值稱為熟料的石灰飽和系數(shù)。記為 KH， P0.64 P0.64 公式中： 分子上CaO是熟料中總的CaO的量； 分子上后面的是A、F、S所消耗的CaO的量。前后兩者之差就是熟料中與SiO2結(jié)合的CaO的量 2.80SiO2是二氧化硅全部生成 C3S所需的CaO的量233232SiO80. 2)SO70. 0OFe70. 0OAI10. 1 ( -CaOKH233232SiO80. 2)SO70. 0OFe35. 0OAI65. 1 (-Ca

21、OKH第35頁/共40頁 如果熟料中P=0.64 時 , 熟料中的 A和 F 一起化合成 C4AF, A和 F 都沒有剩余 , 不能再生成 C3A和C2F; 當(dāng)P大于 0.64 時 , 熟料中全部 F 和 部分 Al2O3與 CaO 化合生成 C4AF 外 , 尚有 AI2O3剩余 , 這部分剩余的 AI2O3與 CaO 化合生成C3A ；P值小于 0.64 時 , 熟料中的全部 AI2O3和部分 Fe2O3與 CaO 化合生成C4AF 外 , 尚有Fe2O3剩余, 這部分剩余的Fe2O3 與 CaO 化合生成 C2F( 鐵酸二鈣 ) 。 所以當(dāng)P大于 0.64 時 , 熟料中的四種主要礦物為C3S 、 C2S、 C3A、和C4AF; 當(dāng)P小于 0.64 時 , 熟料中的四種主要礦物為 C3S