西南科技大學 水泥工藝學精簡期末復習重點歸納

1、水泥工藝期末 北四A224出品水泥工藝期末復習重點此資料根據(jù)給出的重點，并結(jié)合上課所獲得的信息綜合整理所得。僅供參考！閱后即焚！ 北四A224出品第一章 引言1. 膠凝材料的定義及分類（名、解）定義：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(jié)其他物料而具有一定機械強度的物質(zhì)。分類： 2. 水泥的定義及分類（名、解）定義：凡細磨成粉末狀，加適量水拌和成塑性漿體后，既能在空氣中硬化，又能在水中硬化，并能將砂、石等散?；蚶w維材料牢固地膠結(jié)在一起的水硬性膠凝材料。 分類：見上圖第二章硅酸鹽水泥國家標準及其生產(chǎn)通用硅酸鹽水泥的標準(GB175 2007)1. 硅酸鹽水泥的定義及分類定義：通用

2、硅酸鹽水泥是以硅酸鹽水泥熟料和適量的石膏、及規(guī)定的混合材料制成的水硬性膠凝材料。分類：通用硅酸鹽水泥按混合材料的品種和摻量分為硅酸鹽水泥、普通硅酸鹽水泥、礦渣硅酸鹽水泥、火山灰質(zhì)硅酸鹽水泥、粉煤灰硅酸鹽水泥和復合硅酸鹽水泥。2. 組分材料(1) 硅酸鹽水泥熟料 由主要含CaO、SiO2、Al2O3、Fe2O3的原料，按適當比例磨成細粉燒至部分熔融所得以硅酸鈣為主要礦物成分的水硬性膠凝物質(zhì)。其中硅酸鈣礦物不小于66%，氧化鈣和氧化硅質(zhì)量比不小于2.0。(2) 石膏 天然石膏或工業(yè)副產(chǎn)石膏(采用前應經(jīng)過試驗證明對水泥性能無害)。(3) 活性混合材料 符合GB/T203、GB/T18046、GB/T

3、1596、GB/T2847標準要求的?；郀t礦渣、?；郀t礦渣粉、粉煤灰、火山灰質(zhì)混合材料。(4) 非活性混合材料 活性指標分別低于GB/T203、GB/T18046、GB/T1596、GB/T2847標準要求的?；郀t礦渣、?；郀t礦渣粉、粉煤灰、火山灰質(zhì)混合材料；石灰石和砂巖，其中石灰石中的三氧化二鋁含量應不大于2.5%。(5) 窯灰 符合JC/T742的規(guī)定。(6) 助磨劑 水泥粉磨時允許加入助磨劑，其加入量應不大于水泥質(zhì)量的0.5%，助磨劑應符合JC/T667的規(guī)定。（判）4強度等級（判）(1) 硅酸鹽水泥：42.5、42.5R、52.5、52.5R、62.5、62.5R六個等級。(2

4、) 普通硅酸鹽水泥：42.5、42.5R、52.5、52.5R四個等級。(3) 礦渣硅酸鹽水泥、火山灰質(zhì)硅酸鹽水泥、粉煤灰硅酸鹽水泥、復合硅酸鹽水泥：32.5、32.5R、42.5、42.5R、52.5、52.5R六個等級。5技術(shù)要求 (1)化學指標（判） 應符合表2規(guī)定。(2) 堿含量（選擇性指標）水泥中堿含量按Na2O+0.658K2O計算值表示。若使用活性骨料，用戶要求提供低堿水泥時，水泥中的堿含量應不大于0.60%或由買賣雙方協(xié)商確定。（判） (3) 物理指標 凝結(jié)時間（判） 硅酸鹽水泥初凝不小于45min，終凝不大于390min；普通硅酸鹽水泥、礦渣硅酸鹽水泥、火山灰質(zhì)硅酸鹽水泥、粉

5、煤灰硅酸鹽水泥和復合硅酸鹽水泥初凝不小于45min，終凝不大于600min。安 定 性（判） 沸煮法合格。安定性不良，降低建筑物質(zhì)量，甚至發(fā)生崩潰：（熟料中游離氧化鈣、氧化鎂含量過高以及水泥中石膏摻加量過多） 強 度 不同品種不同強度等級的通用硅酸鹽水泥，其不同 各齡期的強度應符合表3的規(guī)定。細度（選擇性指標）（判） 硅酸鹽水泥和普通硅酸鹽水泥以比表面積表示，不小于300m2/kg；礦渣硅酸鹽水泥、火山灰質(zhì)硅酸鹽水泥、粉煤灰硅酸鹽水泥和復合硅酸鹽水泥以篩余表示，80m方孔篩篩余不大于10%或45m方孔篩篩余不大于30%。例：摻加混合材料，水泥水化早期強度降低（） 注：已求證：在省略前提條件情況

6、下默認其他條件相同，所以不考慮細度對強度影響6. 判定規(guī)則不合格品判定中取消了細度和混合材料摻量的規(guī)定 GB175-2007標準中取消了廢品的規(guī)定p 合格品：檢驗結(jié)果符合化學指標、凝結(jié)時間、安定性、強度的規(guī)定為合格品。p 不合格品：檢驗結(jié)果不符合化學指標、凝結(jié)時間、安定性、強度中的任何一項技術(shù)要求為不合格品。7. 標準總結(jié)凝結(jié)時間、安定性及強度是通用硅酸鹽水泥的三項重要建筑性質(zhì)指標凝結(jié)時間影響施工： Ø 凝結(jié)時間過短，使砂漿與混凝土在澆灌前即已失去流動性而無法使用； Ø 時間過長，則降低施工速度與模板周轉(zhuǎn)率； Ø 通常，加入適量石膏以調(diào)節(jié)凝結(jié)時間，來達到標準所規(guī)定

7、的要求。 Ø 注：石膏的摻量必須適宜，必須同時滿足凝結(jié)時間、水泥中SO3的極限含量的要求。 當石膏摻量過低時，不能阻止快凝； 當石膏摻量增加過多時，不但對緩凝作用幫助不大，而且在后期繼續(xù)形成鈣礬石（“水泥桿菌”），產(chǎn)生膨脹應力，從而使?jié){體強度削弱，嚴重的還會造成安定性不良的后果。 p 強度既是水泥的一個重要指標，又是設(shè)計混凝土配合比的必要數(shù)據(jù)。（早期強度、后期強度）采用28d強度劃分水泥的強度等級； 凡符合某一強度等級和某一類型的水泥，必須同時滿足GB175-2007中規(guī)定的各齡期抗壓、抗折強度的相應值； 若任一齡期的抗壓、抗折強度值達不到所要求強度等級的規(guī)定，則以齡期中最低的強度值

8、確定該水泥的強度等級。第三章 硅酸鹽水泥熟料的組成1. 化學組成：氧化鈣(CaO) 62-67 二氧化硅（SiO2) 20-24三氧化二鋁(A12O3) 4-7 三氧化二鐵(Fe2O3) 2.5-6.0四種氧化物組成，通常占熟料的95以上，同時，含有5以下的少量氧化物，如氧化鎂(MgO)、三氧化硫(SO3)、二氧化鈦(TiO2)、五氧化二磷(P2O5)、以及堿(K2O和Na2O)等。2 . 硅酸鹽水泥熟料的礦物組成硅酸三鈣 3CaO·SiO2，可簡寫為C3S， 50%左右，有時高達60%以上；硅酸二鈣 2CaO·SiO2，可簡寫為C2S， 20-33%鋁酸三鈣 3CaO&#

9、183;Al2O3：可簡寫為C3A: 4-15%鐵相固溶體：常以鐵鋁酸四鈣4CaO· Al2O3· Fe2O3代替，可簡寫為C4AF:10-18%。另外，還有少量的游離氧化鈣(f-CaO)、方鎂石(結(jié)晶氧化鎂f-MgO)、合堿礦物以及玻璃體等。 使用螢石或螢石、石膏復合做礦化劑的硅酸鹽水泥熟料中，還有氟鋁酸鈣（C11A7·CaF2）硫鋁酸鈣（C4A3）等。 3. 硅酸鹽水泥熟料礦物性質(zhì) 硅酸三鈣（C3S） Ø 硅酸三鈣的存在形式 純C3S在20651250溫度范圍內(nèi)穩(wěn)定，在2065以上不一致熔融為CaO 與液相；在1250以下分解為C2S和CaO。在常溫

10、下，通常以三斜晶型存在。 熟料中C3S總與少量的其他氧化物如Al2O3、Fe2O3、MgO、R2O等形成固溶體,稱為阿利特或A礦Ø 硅酸三鈣的物理性質(zhì) 純硅酸三鈣色潔白；當含有少量氧化鉻時，呈綠色；含有鈷的價數(shù)不同，可呈淺蘭色或玫瑰紅色；密度3.14-3.25g/cm3Ø 硅酸三鈣的化學性質(zhì) 加水調(diào)和后，凝結(jié)時間正常，水化較快，早期強度高，強度增進率較大。其28 天強度、一年強度是四種礦物中最高的。它的體積干縮性也較小，抗凍性較好。但它的水化熱較高，抗水性較差，抗硫酸鹽腐蝕能力也較差。 Ø 硅酸三鈣的反應能力 與含有的少量氧化物有關(guān)：由于在C3S晶格中產(chǎn)生變位、應

11、變和扭曲，改變其反應能力。 與晶體類型有關(guān)： 與阿利特晶體尺寸和發(fā)育程度有關(guān) 硅酸二鈣（C2S ) 固溶有少量氧化物如Al2O3、Fe2O3、MgO、R 2O等形成固溶體，稱貝利特（Belite），簡稱B礦。在反光顯微鏡下呈圓粒狀，常具有黑白交叉雙晶條紋硅酸二鈣的存在形式 不同氧化物穩(wěn)定不同的晶型煅燒條件、液相數(shù)量影響硅酸二鈣的晶型冷卻速度較慢、還原氣氛嚴重，硅酸二鈣在低于500的溫度下，容易由型（3.28g/cm3）向型（ 2.97g/cm3 ）轉(zhuǎn)變，體系膨脹10%，導致熟料粉化。在燒成溫度較高、冷卻較快的熟料中，由于C2S中固熔進少量Al2O3、 Fe2O3、MgO等，溶劑性礦物形成玻璃體

12、，將型硅酸二鈣晶體包裹住，在熟料冷卻時，越過型向型的轉(zhuǎn)變溫度，通常都可保留型。硅酸二鈣的物理性質(zhì) ：純C2S色潔白，當含有某些離子時，可呈不同顏色。硅酸二鈣的化學性質(zhì) C2S與水作用時，水化速度較慢，早期強度較低，但28 天以后強度仍能較快增長，一年后可接近C3S。它的水化熱低，體積干縮性小，抗水性和抗硫酸鹽浸蝕能力較強。 中間相 (名)填充在阿利特、貝利特之間的物質(zhì)通稱為中間相，它包括鋁酸鹽、鐵酸鹽、組成不定的玻璃體、含堿化合物、游離氧化鈣及方鎂石等。鋁酸鈣（C3A、C12A7 、 C12A7·CaF2、C4A3) C3A可固溶有少量SiO2、Fe2O3、MgO、R 2O等形成固溶

13、體，在反光鏡下，其反光能力弱，呈暗灰色，并填充在A礦與B礦中間，又稱黑色中間相。 C3A與水結(jié)合后，水化迅速，凝結(jié)硬化很快，如不加石膏等緩凝劑，易使水泥急凝。它的早期強度較高，但后期強度增長不多，甚至倒縮。它的水化熱高，干縮變形大，抗硫酸鹽浸蝕、抗堿性都較差。鐵相固溶體（C2FC8A3F ) C4AF實際是C2F-C8A3F連續(xù)固溶體，在一般的硅酸鹽水泥熟料中，這種連續(xù)固溶體的化學成分接近于C4AF，簡稱C 礦；礦物中也溶有少最MgO、SiO2等氧化物。C 礦在反射光下呈白色，故又被稱為白色中間相，密度為3.77g/cm3 C4AF水化硬化速度較快，因而早期強度較高，僅次于C3A。與C3A不同

14、的是它的后期強度也較高，類似C2S。它的水化熱低，干縮變形小，耐磨，抗沖擊，抗硫酸鹽浸蝕能力強。據(jù)研究發(fā)現(xiàn)：鐵相固溶體的水化速率與其中的鋁的含量有直接關(guān)系，其含量越高，水化越快。玻璃體形 成 部分熔融液相被快速冷卻來不及結(jié)晶而成為過冷凝體主要成分 Al2O3、Fe2O3、CaO、MgO、R 2O含 量 取決于液相量及冷卻條件，一般2%22% 性 能 不及晶體穩(wěn)定，水化熱較大；可改善熟料性能與易磨性。游離氧化鈣形成：指經(jīng)高溫煅燒而仍未化合的氧化鈣。游離氧化鈣的性能： p 過燒的游離氧化鈣結(jié)構(gòu)比較致密，水化很慢，通常在加水3d以后反應比較明顯。 p 游離氧化鈣水化生成氫氧化鈣時，體積膨脹97.9%

15、。 p 隨著游離氧化鈣含量的增加，試體抗拉、抗折強度降低，3d以后強度倒縮，嚴重時甚至引起安定性不良。 我國回轉(zhuǎn)窯一般控制在1.5%以下，立窯控制在2.5%以下（判）游離氧化鎂：p 方鎂石的水化比游離氧化鈣更為緩慢，要幾個月甚至幾年才明顯起來。 p 方鎂石水化生成氫氧化鎂時，體積膨脹148%，導致體積安定性不良。 p 方鎂石膨脹的嚴重程度與其含量、晶體尺寸等都有關(guān)系。方鎂石晶體小于1m，含量5%時，只引起輕微膨脹；方鎂石晶體5-7m，含量3%時，就會嚴重膨脹。國家標準中規(guī)定硅酸鹽水泥中氧化鎂含量不得超過5.0% （判）4. 硅酸鹽水泥熟料的率值及其意義 率值：用來控制熟料中各氧化物含量和彼此間

16、比例關(guān)系的系數(shù)（水硬率、硅率、鋁率和石灰飽和系數(shù)） 硅率或硅酸率（Silica Modulus）物理意義：硅率又稱硅酸率，它表示熟料中SiO2的百分含量與Al2O3和Fe2O3百分含量之比，用SM或n表示。計算式：n 值一般控制在1.7-2.7之間，多在2.1土0.3的范圍內(nèi)。 p 還表示了熟料中硅酸鹽礦物與溶劑性礦物的比例關(guān)系，相應地反映了熟料的質(zhì)量和易燒性。p 熟料硅率過高，由于高溫液相量顯著減少，熟料煅燒困難，硅酸三鈣不易形成，如果熟料中游離氧化鈣含量低，硅酸二鈣含量多時，熟料易于粉化。 p 熟料硅率過低，則熟料因硅酸鹽礦物太少而強度低，且由于液相量過多，易出現(xiàn)結(jié)大塊，結(jié)爐瘤，結(jié)圈等，影

17、響窯的操作。 鋁率或鐵率（Iron Modulus）物理意義：又稱鋁氧率或鐵率，它表示熟料中Al2O3 與 Fe2O3 質(zhì)量百分比，用IM或p表示。計算式：p 鋁率通常在0.9-1.7之間，多在1. 3 ±0 .3 范圍內(nèi)?？沽蛩猁}水泥或低熱水泥的鋁率可低至0.7。 p 表示熟料中鋁酸三鈣與鐵鋁酸四鈣比例關(guān)系 ，關(guān)系到熟料的凝結(jié)快慢 還關(guān)系到熟料液相粘度，從而影響熟料的煅燒的難易 p 鋁率高，熟料中鋁酸三鈣多，液相粘度大，物料難燒，水泥凝結(jié)快。 p 鋁率過低，雖然液相粘度小，液相中質(zhì)點易擴散對硅酸三鈣形成有利，但燒結(jié)范圍窄，窯內(nèi)易結(jié)大塊，不利于窯的操作。 石灰飽和系數(shù)（KH）p 石灰

18、飽和系數(shù)KH是熟料中全部氧化硅生成硅酸鈣(C3S+C2S)所需的氧化鈣含量與全部二氧化硅理論上全部生成硅酸三鈣所需的氧化鈣含量的比值，也即表示熟料中氧化硅被氧化鈣飽和成硅酸三鈣的程度。 IM0.64 則熟料組成為C3S,C3A,C4AFIM0.64則熟料組成為C3S,C2S,C4AF和C2Fp 當C3S=0時，KH=0.667即當KH=0.667時，熟料中只有C2S、C3A和C4AF而無C3S。p 當C2S=0時，KH=1即當KH=1時，熟料中無C2S而只有C3S、C3A和C4AF。p KH值介于0.667-1.0之間，通常0.82-0.94。p KH實際上表示了熟料中C3S與C2S百分含量的

19、比例。 p KH越大，則硅酸鹽礦物中的C3S的比例越高，熟料質(zhì)量（主要為強度）越好，故提高KH有利于提高水泥質(zhì)量。 p KH過高，熟料煅燒困難，保溫時間長，否則會出現(xiàn)游離CaO，同時窯的產(chǎn)量低，熱耗高，窯襯工作條件惡化。 我國水泥企業(yè)的率值控制狀況KH = 0.92-0.95 ,SM = 2.4-2.8 ,IM = 1.6-1.8， 強化煅燒以提高強度等級為使熟料既順利燒成，又保證質(zhì)量，保持礦物組成穩(wěn)定，應根據(jù)各廠的原料，燃料和設(shè)備等且體條件來選擇三個率值，使之互相配合適當，不能單獨強調(diào)其某一率值。一般說來，不能三個率值都同時高，或同時都低。配料及計算（解）配料計算的依據(jù)：物料平衡，反應物的量

20、應等于生成物的量。 基準為1kg熟料。 干石灰石+干粘土+干鐵粉=干生料 灼燒生料+煤灰(摻入熟料的)=熟料嘗試誤差法計算步驟：(1) 確定熟料熱耗，計算熟料中的煤灰摻入量(2)設(shè)計熟料的三率值(3)設(shè)定干原料配合比，計算干生料成分(4)計算灼燒生料成分(5)根據(jù)熟料中灼燒生料和煤灰摻入量比例，計算熟料成分(6)計算熟料的率值，并與設(shè)計值比較，如在誤差之內(nèi)，結(jié)束，如不在誤差范圍內(nèi)，重新調(diào)整原料配合比，重復（3）步驟。第四章 硅酸鹽水泥的原料1石灰質(zhì)原料p 凡以碳酸鈣為主要成分的原料都稱為石灰質(zhì)原料。是水泥生產(chǎn)中用量最大的一種原料，一般生產(chǎn)1t熟料約需1.2-1.3t石灰質(zhì)干原料。p 主要品種：

21、石灰?guī)r、泥灰?guī)r、白堊、貝殼等。石灰?guī)r有害成分：p 石灰?guī)r中不均勻夾雜的粘土物質(zhì)，使石灰石成分波動大，不利于配料、運輸、破碎與儲存嚴重時必須剔除。p 石灰石中的白云石（CaCO3 · MgCO3）是熟料中MgO的主要來源，為使熟料中MgO的含量小于5.0%，應控制石灰石中MgO的含量小于3%。p 石灰?guī)r中夾雜呈結(jié)核狀或透鏡狀的燧石，通常以-石英為主要礦物，色黑，質(zhì)地堅硬，難以磨細與煅燒，影響窯、磨產(chǎn)量與熟料質(zhì)量。因此最好不要采用，否則控制其含量小于4%。p 當石灰石中含有燧石、石英時，生料應盡可能磨得細些，如不應有大于200 m的顆粒，最多使生料中200 m顆粒的方解石小于1.0% -

22、1.5%，燧石與石英含量小于0.5%-1.0%。p 石灰?guī)r中堿含量應小于1.0%，以免影響煅燒和熟料質(zhì)量。p 經(jīng)過地質(zhì)變質(zhì)作用，重結(jié)晶的大理石（方解石）結(jié)構(gòu)致密，方解石結(jié)晶完整、粗大（晶粒往往達100 m 以上），雖化學成分較純，碳酸鈣含量很高，但不易磨細與煅燒。p 石灰?guī)r中含有某些裂隙土（主要礦物為蒙脫石）時，大大提高料漿水分，應設(shè)法加以處理。泥灰?guī)r有害成分：2 粘土質(zhì)原料p 是含堿或堿土的鋁硅酸鹽，主要化學成分是SiO2，其次是Al2O3，還有少量Fe2O3，一般生產(chǎn)1t熟料用0.3-0.4t粘土質(zhì)原料。p 主要品種：黃土、粘土、頁巖、泥巖、粉砂巖及河泥等，其中黃土和粘土使用最廣。 有害成

23、分：p 一般應控制粘土中堿含量小于4.0%、懸浮預熱器窯用生料中堿含量(K2O+Na2O)應不大于1.0%。p 如果粘土中含有過多的石英砂，不但使生料難以磨細，還會給煅燒帶來困難，一般要求0.08mm方孔篩篩余不超過10，0.2mm方孔篩篩余不超過5。 p 粘土中的氧化鎂含量應小于3.0%p 立窯和立波爾窯用的粘土的可塑性指數(shù)應不小于12。3. 水泥生料的易燒性（上課重點 解、名）生料易燒性的意義：指水泥生料煅燒形成熟料的難易程度。影響生料易燒性的主要因素：p 生料的潛在礦物組成：KH、SM高，生料難燒；反之易燒，但可能結(jié)圈；SM、IM高，難燒，要求較高的燒成溫度。p 原料的性質(zhì)和顆粒組成：原

24、料中石英和方解石含量多，難燒，易燒性差；結(jié)晶質(zhì)粗粒多，易燒性差。p 生料中次要氧化物和微量元素：適量存在，有利于燒成，易燒性好，但含量過多，不利于煅燒。p 生料的均勻性和生料粉磨細度：生料均勻性好，粉磨細度細，易燒性好。p 礦化劑：摻加各種礦化劑，均可改善生料的易燒性。 p 生料的熱處理：生料的易燒性差，要求燒成溫度高，煅燒時間長。生料煅燒過程中升溫速度快，有利于提高新生態(tài)產(chǎn)物的活性，易燒性好。 p 液相：生料煅燒時，液相出現(xiàn)溫度低，數(shù)量多，液相粘度小，表面張力小，離子遷移速度大，易燒性好，有利于熟料的燒成。 p 燃煤的性質(zhì)：燃煤熱值高、煤灰分少、細度細，煅燒速度快，燃燒溫度高，有利于熟料的燒

25、成。 p 窯內(nèi)氣氛：窯內(nèi)氧化氣氛煅燒，有利于熟料的燒成。 第五章 硅酸鹽水泥熟料的煅燒1. 生料煅燒過程中的物理、化學變化 生料的干燥與脫水干燥: 即物料中自由水的蒸發(fā)。這一過程由于煅燒方式的不同而有所差異。脫水: 指黏土礦物分解釋放化學結(jié)合水。粘土礦物的化合水存在形式：層間水：以水分子形式吸附于晶層結(jié)構(gòu)中，稱為晶層間水或?qū)娱g吸附水。配位水：以O(shè)H狀態(tài)存在于晶體結(jié)構(gòu)中，稱為晶體配位水。層間水在100左右即可排除，而配位水則必須高達400600以上才能脫去。 高嶺石脫水：高嶺石脫水后的產(chǎn)物為無定形物質(zhì)，主要形成非晶質(zhì)的偏高嶺土，且高嶺石脫水后的活性較高。若提高脫水過程的溫度梯度使得無定形偏高嶺土

26、和碳酸鈣分解產(chǎn)物氧化鈣，均處于高活性狀態(tài)而進行反應，有利于熟料的形成。粘土礦物脫水的特點：Ø 蒙脫石和伊利石脫水后，仍然具有晶體結(jié)構(gòu)。因而它們的活性較高嶺土差。Ø 伊利石脫水時還伴隨有體積膨脹，立窯和立波爾窯生產(chǎn)時，不宜采用以伊利石為主導礦物的粘土，否則料球的熱穩(wěn)定性差，入窯后會引起炸裂、嚴重影響窯內(nèi)通風。Ø 粘土礦物脫水分解反應是個吸熱過程，但因粘土質(zhì)原料在配合料中的含量較少，所以其吸熱反應不顯著。碳酸鹽分解 （解） 碳酸鹽的分解主要為碳酸鈣和碳酸鎂的分解碳酸鹽分解反應的特點：A可逆反應 B強吸熱反應 C反應的起始溫度較低碳酸鈣的分解過程：Ø 二個傳熱

27、過程熱氣流向顆粒表面?zhèn)?熱，熱量以傳導方式由表面向分解面的傳熱過程。Ø 一個化學反應過程分解面上CaCO3分解并放出CO2。Ø 二個傳質(zhì)過程分解放出CO2氣體穿過分解層向表面擴散和表面CO2向周圍介質(zhì)氣流擴散的過程。五個過程中，四個是物理傳遞過程，一個是化學反應過程。各過程的阻力不同，碳酸鈣的分解速度受控于其中最慢的一個過程?；剞D(zhuǎn)窯內(nèi),碳酸鈣的分解速度主要決定于傳熱過程;立窯和立波爾窯內(nèi),決定碳酸鈣分解速度的仍然是傳熱和傳質(zhì)速度。影響碳酸鹽分解速率的因素:石灰石的種類和物理性質(zhì):結(jié)構(gòu)致密,結(jié)晶粗大的石灰石,分解速率慢;生料細度和顆粒級配:生料細度細,顆粒均勻,粗粒少,分解速

28、率快;反應條件:提高反應溫度，分解反應的速度加快，同時促使CO2擴散速度加快，加強通風，及時地排出反應生成的CO2氣體，則可加速分解反應。生料懸浮程度:生料懸浮分散良好,相對減小顆粒尺寸,增大了傳熱面積,提高了碳酸鹽分解速率;生料中粘土質(zhì)組分和性質(zhì):粘土質(zhì)中的礦物組分的活性依次按高嶺土、蒙脫石、伊利石、石英降低.粘土質(zhì)原料活性越大，可加速碳酸鹽的分解過程. 固相反應水泥熟料礦物的固相反應是交叉進行的放熱反應，反應活性較低，速度較慢，包括界面上的反應和物質(zhì)遷移兩個過程固相反應的產(chǎn)物：1100 1200大量形成C3A和C4AF（判）影響固相反應的主要因素：生料的細度和均勻性:生料愈細和混合愈均勻，

29、增加各組分間接觸，反應速率加快溫度和時間:提高溫度，加速離子的擴散和遷移，促進固相反應的進行。原料性質(zhì):當原料中含有結(jié)晶SiO2和結(jié)晶方解石時，由于破壞晶格困難，使固相反應速度明顯降低。礦化劑:礦化劑可通過與反應物形成固溶體使晶格活化和形成低共熔物，加速擴散和固相的溶解作用 液相和熟料的燒結(jié)最低共熔溫度：物料在加熱過程中，兩種或兩種以上組分開始出現(xiàn)液相的溫度稱為最低共熔溫度。其大小與組分的性質(zhì)與數(shù)目有關(guān)。少量氧化物加入可降低最低共熔溫度液相的組成：由氧化鐵、氧化鋁、氧化鈣、氧化鎂和堿及其他組分。不同溫度下，液相的計算公式：液相的粘度液相的粘度也影響C3S的形成,粘度小,有利于液相中質(zhì)點的擴散,

30、有利于C3S的形成.(1)粘度與溫度的關(guān)系：提高溫度，液相粘度下降(2)粘度與鋁率的關(guān)系：粘度與鋁率成正比,A/F升高,粘度呈直線上升(3)粘度與雜質(zhì)氧化物的關(guān)系：Na2O(K2O) CaOMgOFe2O3MnO(4)粘度與液相組成：當Me2O3以MeO45-離子狀態(tài)存在時，粘度高；而當它以Me3+離子狀態(tài)存在時，液相粘度降低。（5）液相粘度與升降溫速度：升溫速度快，粘度低液相的表面張力液相表面張力愈小，有利于固相反應與固液相反應，促進熟料礦物特別是硅酸三鈣的形成。溫度的升高，液相的表面張力降低。熟料中有鎂、堿、硫等物質(zhì)時，均會降低液相的表面張力，從而促進熟料的燒結(jié)。氧化鈣溶解于熟料液相的速率

31、CaO在熟料液相中的溶解量，取決于原料中石灰石顆粒的大小。隨著氧化鈣粒徑減少和溫度的增加，溶解于液相的時間愈短。反應物存在的狀態(tài)晶體缺陷多的新生態(tài)，有利于硅酸三鈣的形成；反應產(chǎn)物處于新生的高活性狀態(tài)，促使阿利特的形成。熟料的冷卻熟料冷卻的目的Ø 回收熟料帶走的熱量，預熱二次空氣，提高窯的熱效率；迅速冷卻熟料以改善熟料質(zhì)量與易磨性；降低熟料溫度，便于熟料的運輸、貯存與粉磨冷卻對熟料組成的影響（1）冷卻對阿利特的影響：硅酸三鈣在1250以下不穩(wěn)定，分解為硅酸二鈣與二次有力氧化鈣，降低水硬活性（2）冷卻對貝利特的影響（發(fā)生相變）慢冷時-C2S轉(zhuǎn)化為-C2S，體積膨脹約10%，導致熟料“粉化

32、”，使熟料質(zhì)量下降。（3）冷卻對中間相的影響熟料快速冷卻時，C3A主要呈玻璃體，因而抗硫酸鹽溶液腐蝕的能力較強。（4）冷卻對方鎂石的影響（晶體尺寸長大）當熟料快速冷卻時，MgO來不及結(jié)晶而存在于玻璃體中，或使結(jié)晶細小，來不及長大并且分散，可減少危險性。當熟料慢冷時，方鎂石晶體尺寸長大，最大可達60m，含量達到限值時，會引起嚴重膨脹。冷卻對熟料、水泥性能的影響（1）冷卻對熟料易磨性的影響在單筒冷卻機內(nèi)慢冷的熟料所需的單位粉磨功率（kW · h/t）比在篦式冷卻機內(nèi)急冷的熟料高。（2）冷卻對水泥的水化速度和活性的影響煅燒良好和急冷的熟料，阿利特晶體結(jié)晶細小，發(fā)育完整，水化活性較高，水泥的

33、強度較高（3）冷卻對水泥的抗硫酸鹽性能的影響表明急冷熟料制備水泥的抗硫酸鹽性具有明顯優(yōu)越性。2. 熟料形成的熱化學反 應熱效應 游離水蒸發(fā) 吸熱 粘土結(jié)合水逸出 吸熱 粘土無定形脫水產(chǎn)物結(jié)晶 放熱 碳酸鈣分解放出二氧化碳 吸熱 氧化鈣和粘土脫水產(chǎn)物反應 放熱 形成液相 吸熱 硅酸三鈣形成 微吸熱 煅燒物料在1000以下的變化主要是吸熱反應。煅燒物料在1000以上，主要為放熱反應。（判）熟料煅燒時理論熱耗一般波動在1630-1800kJ/kg熟料。1kg熟料所消耗實際的熱量一般在3400-7500kJ/kg熟料。3. 堿堿的來源：原料、煤灰堿的揮發(fā)：物料在煅燒過程中，苛性堿、氯化堿首先揮發(fā)，堿的

34、碳酸鹽和硫酸鹽次之，而存在于長石、云母、伊利石中的堿要在較高的溫度下才能揮發(fā)。熟料中堿的限量：通常熟料堿含量以Na2O計應小于1.3%。生產(chǎn)低熱水泥用于水工建筑時，應小于0.6%。對旋風預熱器窯和預分解窯，生料中堿含量（K2O+Na2O）應小于1%。4. 氧化鎂作用：少量氧化鎂能降低熟料燒成溫度，增加液相數(shù)量、降低液相粘度，有利于熟料的燒成，可起助溶劑的作用。氧化鎂還能改善水泥色澤。在硅酸鹽水泥熟料中，氧化鎂的固溶量可達2，5. 其他微量元素鍶：鍶的氧化物和硫酸鹽，在熟料中既是一種礦化劑，也能提高C2S活性，阻止向-C2S轉(zhuǎn)化的穩(wěn)定劑。硼：硼的化合物是一種助溶劑。礬：礬的氧化物既能降低液相生成

35、溫度，還能防止C2S 向-C2S 轉(zhuǎn)化，有利于熟料的形成和提高水泥熟料的強度。第七章 硅酸鹽水泥的水化與硬化1.水泥熟料單礦物的水化硅酸三鈣的水化 硅酸三鈣在水泥熟料中的含量約占50，有時高達60。因此它的水化作用、產(chǎn)物及其所形成的結(jié)構(gòu)對硬化水泥漿體的性能有很重要的影響。在常溫下，C3S水化方程式: C3S+nH=C-S-H+(3-x)CH 水化產(chǎn)物為C-S-H凝膠的組成與它所處液相Ca(OH)2濃度有關(guān)C3S的水化過程.誘導前期：加水后急劇反應迅速放熱，Ca2+和OH-迅速從C3S表面釋放，幾分鐘內(nèi)PH上升大于12，溶液具有強堿性，此階段在15min內(nèi)結(jié)束。 .誘導期：水化反應速率極其緩慢，

36、一般持續(xù)2-4h，又稱靜止期或潛伏期，此時水泥漿保持塑性，初凝時間基本上等于誘導期結(jié)束。 .加速期：反應重新加快，反應速率隨時間而增長，出現(xiàn)第二個放熱峰，到達峰頂時該階段結(jié)束。時間4-8h，此時終凝已過，開始硬化。 . 減速期：反應速率隨時間下降的階段，持續(xù)約12-24h，水化產(chǎn)物CH和C-S-H從溶液中結(jié)晶出來，包裹在C3S表面，故水化作用受水通過產(chǎn)物層的擴散速率控制。. 穩(wěn)定期：反應速率很低，基本穩(wěn)定的階段，水化作用完全受擴散速率控制。將誘導前期和誘導期合并稱為水化早期，加速期和減速期為水化中期，而穩(wěn)定期則稱為水化后期。硅酸二鈣的水化在常溫下，C2S水化式: C2S+mH=C-S-H+(2

37、-x)CH 水化速率很慢，約為C3S的1/20左右-C2S的水化與C3S相似，也有誘導期、加速期等。 水化熱較低，較難用放熱速率進行-C2S水化的研究。但第一個放熱峰的高低卻能與C3S的相當；第二峰則相當微弱，甚至難以測量。鋁酸三鈣的水化鋁酸三鈣與水反應迅速，其水化產(chǎn)物的組成與結(jié)構(gòu)受溶液中氧化鈣濃度和溫度影響顯著。在常溫下，無石膏時：2C3A27HC4AH19 C2AH8相對濕度85%： C4AH19 C4AH136HC4AH19 、 C2AH8 、 C4AH13 均為六方片狀晶體，在常溫下 處于介穩(wěn)狀態(tài)，有向C3AH6轉(zhuǎn)化的趨勢：C4AH19 C2AH8 2C3AH6 9H2O 當T35時：

38、C3A6HC3AH6當氧化鈣濃度達飽和或過飽和時：C3ACH12HC4AH13當石膏存在時：C3A3CaSO4·2H2O+26H2OC3A·3CaSO4·32H2O 當C3A尚未完全水化，而石膏已經(jīng)耗盡時：C3A·3CaSO4·32H2O +2C3A4H2O 3(C3A·CaSO4·12H2O) 當石膏摻量極少，所有的鈣礬石都轉(zhuǎn)化為單硫型水化硫鋁酸鈣后，還有C3A剩余，會形成單硫型水化硫鋁酸鈣與C4AH13的固溶體。石膏的存在與否及其摻量、溶解情況是決定C3A水化速率、水化產(chǎn)物的主要因素。鐵相固溶體的水化（以C4AF為代表）

39、鐵鋁酸鈣的水化反應及其產(chǎn)物與C3A極為相似。低溫無石膏存在時：C4AF+3CH+22H=2C4(A,F)H13 當溫度高于50時，C4AF直接水化生成C3(A,F)H6。有石膏存在時：石膏充分時，形成鐵置換過的鈣礬石固溶體C3(A,F) · 3C · H32，當石膏不足時，則形成單硫型固溶體。2.硅酸鹽水泥的水化過程水泥的主要水化產(chǎn)物：氫氧化鈣、C-S-H凝膠、水化硫鋁酸鈣和水化硫鋁（鐵）酸鈣以及水化鋁酸鈣、水化鐵酸鈣（1）鈣礬石形成期 C3A率先水化。在石膏存在的條件下，迅速形成鈣礬石，這是導致第一放熱峰的主要因素。（2）C3S水化期 C3S開始迅速水化，大量放熱，形成第

40、二個放熱峰。有時會有第三放熱峰或在第二放熱峰上出現(xiàn)一個“峰肩”，一般認為是由于鈣礬石轉(zhuǎn)化成單硫型水化硫鋁(鐵)酸鈣而引起的。同時，C2S和鐵相亦以不同程度參與了這兩個階段的反應，生成相應的水化產(chǎn)物。（3）結(jié)構(gòu)形成和發(fā)展期 放熱速率很低并趨于穩(wěn)定，隨著各種水化產(chǎn)物的增多，填入原先由水所占據(jù)的空間，再逐漸連接并相互交織，發(fā)展成硬化的漿體結(jié)構(gòu)。3水化速率熟料礦物或水泥的水化速率常以單位時間內(nèi)的水化程度或水化深度來表示。水化程度：是指在一定時間內(nèi)發(fā)生水化作用的量和完全水化量的比值；水化深度：是指已水化層的厚度水化速率必須在顆粒粗細、水灰比以及水化溫度等條件基本一致的情況下才能加以比較。影響水泥水化速率

41、的因素：熟料礦物組成與結(jié)構(gòu): 一般認為，熟料中四種礦物的水化速率為C3A>C3S>C4AF>C2S水泥的細度: 提高水泥的細度，增加表面積，可以使水泥水化誘導期縮短，第二個放熱峰提前。水泥顆粒粉磨至粒徑小于40m，水化活性較高，技術(shù)經(jīng)濟合理。水灰比: 為達到充分水化的目的，拌合用水應為化學反應所需水量的一倍左右。養(yǎng)護溫度: 溫度越高，對水泥早期水化速率影響越大，到后期影響逐漸變小?；旌喜囊约巴饧觿┑男再|(zhì): 通常絕大多數(shù)無機電解質(zhì)都有促進水泥水化的作用。如：CaCl2，可以增加Ca2+濃度，加快Ca(OH)2的結(jié)晶，縮短誘導期。大多數(shù)有機外加劑對水化有延緩作用，常使用的各種木質(zhì)

42、磺酸鹽類。第八章 硅酸鹽水泥的性能1.凝結(jié)時間（名）初凝：表示水泥漿體失去了流動性和部分可塑性； 初凝時間：從水泥用水拌合到水泥初凝所經(jīng)歷的時間。終凝：表示水泥漿體已完全失去可塑性，并具有一定抵抗外來壓力的強度。 終凝時間：從水泥用水拌合到水泥終凝所經(jīng)歷過的時間。最佳石膏摻量：通常用同一熟料摻加各種百分比的石膏（如SO3總量1%-5%），分別磨到同一細度，進行凝結(jié)時間、不同齡期的強度等性能測試。然后根據(jù)所得的強度和SO3含量的關(guān)系曲線，結(jié)合各齡期情況綜合考慮，選擇凝結(jié)時間正常時能達到最高強度的SO3摻加量，即稱為最佳石膏摻量。假凝:是指水泥用水調(diào)和幾分鐘后發(fā)生的一種不正常的固化或過早變硬現(xiàn)象。

43、假凝不產(chǎn)生大量熱量，而且經(jīng)劇烈攪拌后，漿體又可恢復塑性，達到正常凝結(jié)，對強度無不利影響?？炷菏侵甘炝戏勰ズ笈c水混合時很快凝結(jié)并放出熱量的現(xiàn)象?？炷艧崃慷啵瑵{體有一定強度，重拌后不再有塑性。 2 強度水泥的強度是評比水泥質(zhì)量的重要指標，劃分強度等級的依據(jù)。影響水泥強度的因素有漿體組成和強度的關(guān)系: C-S-H在強度發(fā)展中起著最為主要的作用。氫氧化鈣晶體，妨礙其他微晶的連生和結(jié)合，對強度不利；但是能起填充作用，對強度仍有一定幫助。鈣礬石和單硫型水化硫鋁酸鈣對強度的貢獻主要在早期，到后期的作用就不太明顯。熟料礦物組成的作用: 熟料的礦物組成決定了水泥的水化速度、水化產(chǎn)物本身的強度、形態(tài)與尺寸，以

44、及彼此構(gòu)成網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)時各種鍵的比例，對水泥強度的增長起著最為重要的作用。水灰比、水化程度對強度的影響: 在熟料礦物組成大致相近的條件下，水泥漿體的強度主要與水灰比和水化程度有關(guān)。溫度和壓力的效應: 從孔隙率和強度的關(guān)系考慮，減少孔隙率、提高密實度就成為提高強度的一種主要措施。措施： 提高成型壓力、熱壓處理等; 比表面積隨養(yǎng)護溫度的升高而降低，凝膠孔減少，毛細孔增多，使結(jié)構(gòu)粗化，強度下降。水泥細度與強度的關(guān)系: 提高水泥細度對提高水泥的早期強度效果較明顯。對水泥后期強度不利；石膏和混合材摻量對強度的影響: 加入適量石膏有利于提高水泥強度，特別是早期強度，但石膏加入量過多時，使水泥強度降低;混合材的

45、摻入可使水泥早期強度降低，摻量越多，降低幅度越大，但在摻量適當?shù)那闆r下可使后期強度有所增長。3 體積變化 化學反應而引起的體積變化 安定性產(chǎn)生的原因：由于其中某些成分緩慢水化，產(chǎn)生膨脹的緣故。如熟料中所含的游離氧化鈣過多、熟料中所含的游離氧化鎂過多或摻入的石膏過多。 早期的體積變化：流動性大的塑性混凝土，在澆筑成型后2.5-9h之間（20養(yǎng)護條件下），由于混凝土泌水、沉降，而發(fā)生劇烈的收縮稱之為早期收縮。對于坍落度較小的混凝土，澆筑成型后發(fā)生的干燥收縮也稱之為早期收縮。 Ø 沉降收縮：澆注成型后，混凝土中密度大的組分下沉，而水分則往上移動進行蒸發(fā)，引起收縮。 Ø 早期干燥收

46、縮（塑性收縮）：從澆注成型后到終凝這一時期?；炷帘砻嫠终舭l(fā)與泌水水分上升，在混凝土表面發(fā)生干燥收縮，體積縮小。 Ø 早期自由收縮：在初期由于干燥而產(chǎn)生收縮。 硬化過程中的體積變化 水化收縮：水泥水化產(chǎn)物絕對體積與水化前水泥與水的總體積相比，體積減小。 自收縮（自身干燥收縮）：由兩部分組成 Ø 由于水泥的水化反應，整體結(jié)構(gòu)的體積減少，稱之為水化收縮； Ø 由于水泥水化反應的繼續(xù)進行，消耗水化產(chǎn)物毛細孔隙中的水分，使毛細管產(chǎn)生自真空，毛細管內(nèi)部產(chǎn)生負壓，從而發(fā)生自收縮。也稱為水泥石的自身干燥收縮。 Ø 水泥的水化收縮與水泥石的自身干燥收縮的總和，統(tǒng)稱為混

47、凝土的自收縮。 Ø 混凝土的自收縮完全是由于其中的水泥水化造成的。 硬化后的體積變化（長齡期）： Ø 碳化收縮：由于碳化作用，體積發(fā)生變化。 Ø 溫度變形：由溫度變化而發(fā)生的體積變化。 Ø 干濕體積變化：由于濕潤、干燥的反復而發(fā)生的體積變化 Ø 徐變變形：受持續(xù)荷載作用，隨時間的延長而增加的變形，成為徐變。4 水化熱水泥的水化熱是由各熟料礦物水化作用所產(chǎn)生的。Ø 熟料礦物水化放熱的規(guī)律：C3A的水化熱與放熱速率最大，C4AF和C3S次之，C2S的水化熱最小，放熱速率也最慢。Ø 影響水泥水化的因素很多，除熟料礦物組成及其固溶體

48、情況外，還有熟料的煅燒與冷卻條件、水泥的粉磨細度、水灰比、養(yǎng)護溫度、水泥儲存時間等，均能影響水泥的水化放熱情況。第九章 硅酸鹽水泥的耐久性影響耐久性的因素很多，抗?jié)B性、抗凍性以及對環(huán)境介質(zhì)的抗蝕性，則是衡量硅酸鹽水泥耐久性的三個主要方面。另外，在某些特定場合，堿集料反應也可能是工程過早失效的一個重要因素。Ø 抗?jié)B性 ：抵抗各種有害介質(zhì)進入內(nèi)部的能力。滲透系數(shù)主要決定于毛細孔率的大小。Ø 抗凍性 ：硬化水泥石或混凝土抵抗凍融循環(huán)的能力。Ø 環(huán)境介質(zhì)的侵蝕 對于水泥耐久性有害的環(huán)境介質(zhì)主要為：淡水、酸和酸性水、硫酸鹽溶液和堿溶液等。環(huán)境介質(zhì)的侵蝕作用，可概括為：溶解浸

49、析、離子交換以及形成膨脹性產(chǎn)物等三種型式。Ø 漿體組分的溶液和浸析硬水：江水、河水、湖水或地下水等，所謂的“硬水”卻無問題。軟水：冷凝水、雨水、雪水、冰川水或者某些泉水等“軟水”，使得一些組成如Ca(OH)2等將按照溶解度的大小，依次逐漸被水溶解，產(chǎn)生溶出性侵蝕，最終導致破壞。水泥的水化產(chǎn)物必須在一定濃度CaO的液相中才能穩(wěn)定存在離子交換反應(1) 形成可溶性鈣鹽：在工業(yè)生產(chǎn)中，經(jīng)常會有一些酸性溶液能與硬化水泥漿體中Ca2+離子形成可溶性的鈣鹽。(2) 形成不溶性鈣鹽：侵蝕性水中有時含有某些陰離子，會與水泥漿體發(fā)生反應形成不溶性鈣鹽(3) 鎂鹽侵蝕：在地下水、海水以及某些工業(yè)廢水中常

50、會有氯化鎂、硫酸鎂或碳酸氫鎂等鎂鹽存在，會與硬化漿體中的Ca(OH)2形成可溶性鈣鹽。形成膨脹性產(chǎn)物是指外界侵蝕性介質(zhì)與水泥漿體組分通過化學反應形成膨脹性產(chǎn)物。(1) 硫酸鹽侵蝕：絕大部分硫酸鹽對于硬化水泥漿體都有顯著的侵蝕作用（只有硫酸鋇除外）。(2) 鹽類結(jié)晶膨脹：某些工程實例表明，即使不發(fā)生明顯的化學反應，水泥漿體或混凝土孔液中鹽類的結(jié)晶也會導致相當?shù)钠茐?3) 含堿溶液:如果濃度較高（大于10%），不僅能與硬化水泥漿體組分之間產(chǎn)生化學反應，生成膠結(jié)力弱、易為堿液溶析的產(chǎn)物，而且也會有結(jié)晶膨脹的作用。環(huán)境介質(zhì)的侵蝕不論作用過程和侵蝕過程都是復雜多變的，不僅取決于介質(zhì)的本身濃度、反應生成物的性質(zhì)以及復合作用下的相互影