硅酸鹽工藝學(xué)課件：第一章 通用硅酸鹽水泥的國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)及其生產(chǎn)過(guò)程

1、1通用硅酸鹽水泥的國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)及生產(chǎn)1.1 通用硅酸鹽水泥的國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)(GB175 2007) 代替GB175-1999，GB1344-1999，GB12958-1999GB175-1999硅酸鹽水泥、普通硅酸鹽水泥GB1344-1999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GB12958-1999復(fù)合硅酸鹽水泥第二單元 水泥部分1.1.1定義：通用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。1.1.2分類(lèi)：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(fù)合硅酸鹽水泥。各品種

2、的組分和代號(hào)應(yīng)符合表1的規(guī)定。 活性混合材料具有火山灰性或潛在水硬性，或兼有火山灰性和水硬性的礦物質(zhì)材料，在激發(fā)劑與水作用下發(fā)生反應(yīng)產(chǎn)生強(qiáng)度。非活性混合材料在水泥中主要起填充作用，而又不損害水泥性能的礦物質(zhì)材料。補(bǔ)充1.1.3 通用硅酸鹽水泥的組分品種代號(hào)組 分熟料+石膏?；郀t礦渣火山灰質(zhì)混合材料粉煤灰石灰石硅酸鹽水泥PI100-PII955-95-5普通硅酸鹽水泥PO80且955 混合材20a-礦渣硅酸鹽水泥PSA50且20且50b-PSB30且50且70b-火山灰質(zhì)硅酸鹽水泥PP60且20且40c-粉煤灰硅酸鹽水泥PF60且20且40d-復(fù)合硅酸鹽水泥PC50且20且50ea本組分材料為

3、符合本標(biāo)準(zhǔn)5.2.3的活性混合材料，其中允許用不超過(guò)水泥質(zhì)量8%且符合本標(biāo)準(zhǔn)5.2.4的非活性混合材料或不超過(guò)水泥質(zhì)量5%且符合本標(biāo)準(zhǔn)5.2.5的窯灰代替。b本組分材料為符合GB/T203或GB/T18046的活性混合材料，其中允許用不超過(guò)水泥質(zhì)量8%且符合本標(biāo)準(zhǔn)第5.2.3條的活性混合材料或符合本標(biāo)準(zhǔn)第5.2.4條的非活性混合材料或符合本標(biāo)準(zhǔn)第5.2.5條的窯灰中的任一種材料代替。c本組分材料為符合GB/T2847的活性混合材料。d本組分材料為符合GB/T1596的活性混合材料。e本組分材料為由兩種（含）以上符合本標(biāo)準(zhǔn)第5.2.3條的活性混合材料或/和符合本標(biāo)準(zhǔn)第5.2.4條的非活性混合材料

4、組成，其中允許用不超過(guò)水泥質(zhì)量8%且符合本標(biāo)準(zhǔn)第5.2.5條的窯灰代替。摻礦渣時(shí)混合材料摻量不得與礦渣硅酸鹽水泥重復(fù)。(1) 硅酸鹽水泥熟料 由主要含CaO、SiO2、Al2O3、Fe2O3的原料，按適當(dāng)比例磨成細(xì)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(yīng)經(jīng)過(guò)試驗(yàn)證明對(duì)水泥性能無(wú)害)。(3) 活性混合材料 符合GB/T203、GB/T18046、GB/T1596、GB/T2847標(biāo)準(zhǔn)要求的粒化高爐礦渣、?；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

5、指標(biāo)分別低于GB/T203、GB/T18046、GB/T1596、GB/T2847標(biāo)準(zhǔn)要求的粒化高爐礦渣、?；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(yīng)不大于2.5%。 1.1.3 組分材料(5)窯灰 符合JC/T742的規(guī)定。(6) 助磨劑 水泥粉磨時(shí)允許加入助磨劑，其加入量應(yīng)不大于水泥質(zhì)量的0.5%，助磨劑應(yīng)符合JC/T667的規(guī)定。2.1.4 強(qiáng)度等級(jí)(1) 硅酸鹽水泥：42.5、42.5R、52.5、52.5R、62.5、62.5R六個(gè)等級(jí)。(2) 普通硅酸鹽水泥：42.5、42.5R、52.5、52.5R四個(gè)等級(jí)。(3) 礦渣硅酸鹽水泥、火山灰

6、質(zhì)硅酸鹽水泥、粉煤灰硅酸鹽水泥：32.5、32.5R、42.5、42.5R、52.5、52.5R六個(gè)等級(jí)。(4)復(fù)合硅酸鹽水泥：32.5R、42.5、42.5R、52.5、52.5R五個(gè)等級(jí)。國(guó)務(wù)院關(guān)于化解產(chǎn)能?chē)?yán)重過(guò)剩矛盾的指導(dǎo)意見(jiàn)：國(guó)發(fā)201341號(hào)文件指出：水泥：加快制修訂水泥、混凝土產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)和相關(guān)設(shè)計(jì)規(guī)范，推廣使用高標(biāo)號(hào)水泥和高性能混凝土，盡快取消32.5復(fù)合水泥產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)，逐步降低32.5復(fù)合水泥使用比重。鼓勵(lì)依托現(xiàn)有水泥生產(chǎn)線，綜合利用廢渣發(fā)展高標(biāo)號(hào)水泥和滿足海洋、港口、核電、隧道等工程需要的特種水泥等新產(chǎn)品。支持利用現(xiàn)有水泥窯無(wú)害化協(xié)同處置城市生活垃圾和產(chǎn)業(yè)廢棄物，進(jìn)一步完善費(fèi)用結(jié)算

7、機(jī)制，協(xié)同處置生產(chǎn)線數(shù)量比重不低于10%。強(qiáng)化氮氧化物等主要污染物排放和能源、資源電耗指標(biāo)約束，對(duì)整改不達(dá)標(biāo)的生產(chǎn)線依法予以淘汰?，F(xiàn)狀：2013年水泥產(chǎn)量為24.1億噸，其中強(qiáng)度等級(jí)為32.5的水泥占68%70%左右，強(qiáng)度等級(jí)為42.5的水泥占25%左右，強(qiáng)度等級(jí)為52.5的水泥只有5%左右。高長(zhǎng)明：取消32.5復(fù)合水泥要從源頭抓起目的：（1）化解產(chǎn)能過(guò)剩的效果更加明顯，提升行業(yè)集中度將有明顯促進(jìn)作用。 （2）假冒偽劣水泥現(xiàn)象，大多發(fā)生在低強(qiáng)度等級(jí)水泥中，其中32.5復(fù)合水泥約占80%。高長(zhǎng)明：如何化解水泥產(chǎn)能過(guò)剩 淘汰落后產(chǎn)能，不僅是立窯水泥，還應(yīng)包括那些高能耗、高污染、低效率的小型新型干法

8、窯生產(chǎn)線，即1990年前后投產(chǎn)的日產(chǎn)熟料5001500噸的老式預(yù)分解窯水泥廠。 這些才是所謂產(chǎn)能過(guò)剩的病根。（1）我國(guó)許多技術(shù)先進(jìn)裝備優(yōu)良的水泥公司，例如海螺、臺(tái)泥、亞?wèn)|、華潤(rùn)、冀東、中材、天瑞、紅獅、華新、山水等，它們水泥窯的年利用率都在80%90%之間。（2）為數(shù)眾多的上千家落后的“半僵尸”水泥廠的水泥窯年利用率只有45%65%。（3）總平均就把全國(guó)水泥窯的年利用率拉低到75%，于是就形成了所謂的產(chǎn)能過(guò)剩。1.1.5 技術(shù)要求(1)化學(xué)指標(biāo) 應(yīng)符合表2規(guī)定。品種代號(hào)不溶物（質(zhì)量分?jǐn)?shù)）燒失量（質(zhì)量分?jǐn)?shù)）三氧化硫（質(zhì)量分?jǐn)?shù)）氧化鎂（質(zhì)量分?jǐn)?shù)）氯離子（質(zhì)量分?jǐn)?shù)）硅酸鹽水泥PI0.753.03.5

9、5.0a 0.06cP1.503.5普通硅酸鹽水泥PO-5.0礦渣硅酸鹽水泥PSA-4.06.0bPSB-火山灰質(zhì)硅酸鹽水泥PP-3.5 6.0b粉煤灰硅酸鹽水泥PF-復(fù)合硅酸鹽水泥PC-a如果水泥壓蒸試驗(yàn)合格，則水泥中氧化鎂的含量（質(zhì)量分?jǐn)?shù)）允許放寬至6.0%。b如果水泥中氧化鎂的含量（質(zhì)量分?jǐn)?shù)）大于6.0%時(shí)，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(shí)，該指標(biāo)由買(mǎi)賣(mài)雙方協(xié)商確定。表2 通用硅酸鹽水泥的化學(xué)指標(biāo)思考題1、國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)中為什么對(duì)不溶物和燒失量的含量進(jìn)行限定？2、國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)中為什么對(duì)三氧化硫的含量進(jìn)行限定？3、國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)中為什么對(duì)氧化鎂的含量進(jìn)行限定？4、國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)中為什么對(duì)氯離子的

10、含量進(jìn)行限定？不溶物：是指水泥經(jīng)過(guò)一定濃度的酸和堿處理后，不被溶解的殘留物。據(jù)有關(guān)資料: 主要成分是游離石英( f-SiO2 )，其次是金屬氧化物R2O3(Al2O3 、 Fe2O3 )。不溶物含量限定的問(wèn)題：標(biāo)準(zhǔn)中規(guī)定，I 型硅酸鹽水泥(P I) 不得摻加混合材，其不溶物是熟料和石膏中帶入的;型硅酸鹽水泥(P) 可摻加不超過(guò)水泥重量5% 的石灰石或?；郀t礦渣作為混合材，則不溶物是由熟料、石膏、石灰石或礦渣帶入的。燒失量含量限定的問(wèn)題：燒失量變化對(duì)熟料的影響燒失量變化：窯內(nèi)物料化學(xué)反應(yīng)不完全，還有一部分碳酸鈣沒(méi)有分解或煤粒未燃盡。對(duì)熟料的影響：熟料的標(biāo)準(zhǔn)稠度、強(qiáng)度、凝結(jié)時(shí)間燒失量變化對(duì)水泥的

11、影響（1）控制熟料的質(zhì)量；（2）限制石膏和混合材的摻入量對(duì)水泥的影響：水泥強(qiáng)度及其它控制指標(biāo)的變化情況。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(guò)高以及水泥中石膏摻加量過(guò)多）在燒成溫度下，過(guò)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(yīng)比較明顯。游離氧化鈣水化生成氫氧化鈣時(shí)，體積膨脹97.9%，在硬化水泥石內(nèi)部造成局部膨脹應(yīng)力。隨著游離氧化鈣含量的增加，試體抗拉、抗折強(qiáng)度降低，3d以后強(qiáng)度倒縮，嚴(yán)重時(shí)甚至引起安定性不良。水泥制品變形或開(kāi)裂。游離氧化鈣：新型干法水泥生產(chǎn)工藝的控制指標(biāo)為低于1.5%。硬化水泥漿體體積安定性的問(wèn)題：游離氧化鈣的形貌光學(xué)顯

12、微鏡游離氧化鎂：方鎂石的水化比游離氧化鈣更為緩慢，要幾個(gè)月甚至幾年才明顯起來(lái)。方鎂石水化生成氫氧化鎂時(shí)，體積膨脹148%，導(dǎo)致體積安定性不良。方鎂石膨脹的嚴(yán)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(shí)，只引起輕微膨脹；方鎂石晶體5-7m，含量3%時(shí)，就會(huì)嚴(yán)重膨脹。游離氧化鎂的形貌光學(xué)顯微鏡水泥中石膏摻加量當(dāng)石膏摻量過(guò)低時(shí)，不能阻止快凝；當(dāng)石膏摻量增加過(guò)多時(shí)，不但對(duì)緩凝作用幫助不大，而且在后期繼續(xù)形成鈣礬石，產(chǎn)生膨脹應(yīng)力，從而使?jié){體強(qiáng)度削弱，嚴(yán)重的還會(huì)造成安定性不良的后果。人們?cè)诤茉缫郧鞍l(fā)現(xiàn)破壞的水泥混凝土中存在著大量的針狀鈣礬石，由此導(dǎo)致水泥混凝土膨脹開(kāi)裂，所以鈣礬石有“

13、水泥桿菌”之稱(chēng)。適宜的石膏摻量？針狀鈣礬石SEM氯離子含量限定的問(wèn)題：水泥中氯離子的來(lái)源：原料、燃料、混合材和外加劑。氯離子的危害：鋼筋混凝土及預(yù)應(yīng)力鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的鋼筋銹蝕。 凝結(jié)時(shí)間 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、粉煤灰硅酸鹽水泥和復(fù)合硅酸鹽水泥初凝不小于45min，終凝不大于600min。 安定性 沸煮法合格。 強(qiáng)度 不同品種不同強(qiáng)度等級(jí)的通用硅酸鹽水泥，其不同 各齡期的強(qiáng)度應(yīng)符合表3的規(guī)定。(3)物理指標(biāo) 細(xì)度（選擇性指標(biāo)）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

14、灰質(zhì)硅酸鹽水泥、粉煤灰硅酸鹽水泥和復(fù)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%。(2) 堿含量（選擇性指標(biāo)）水泥中堿含量按Na2O+0.658K2O計(jì)算值表示。若使用活性骨料，用戶要求提供低堿水泥時(shí)，水泥中的堿含量應(yīng)不大于0.60%或由買(mǎi)賣(mài)雙方協(xié)商確定。思考題1、國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)中為什么對(duì)堿的含量進(jìn)行限定？2、國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)中為什么對(duì)凝結(jié)時(shí)間進(jìn)行限定？堿含量限定的問(wèn)題：水泥中堿的來(lái)源：原材料，主要是石灰石、鐵粉、粘土和煤。堿的危害：堿集料反應(yīng)（AAR）。凝結(jié)時(shí)間對(duì)水泥性能的影響：凝結(jié)時(shí)間影響施工：凝結(jié)時(shí)間過(guò)短，使砂漿與混凝土在澆灌前即已失去流動(dòng)性而無(wú)法使用；時(shí)間過(guò)長(zhǎng)，

15、則降低施工速度與模板周轉(zhuǎn)率；通常，加入適量石膏以調(diào)節(jié)凝結(jié)時(shí)間，來(lái)達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)所規(guī)定的要求。注：石膏的摻量必須適宜，必須同時(shí)滿足凝結(jié)時(shí)間、水泥中SO3的極限含量的要求。品 種強(qiáng)度等級(jí)抗 壓 強(qiáng) 度抗 折 強(qiáng) 度3d28d3d28d硅酸鹽水泥42.517.042.53.56.542.5R22.04.052.523.052.54.07.052.5R27.05.062.528.062.55.08.062.5R32.05.5普通硅酸鹽水泥42.517.042.53.56.542.5R22.04.052.523.052.54.07.052.5R27.05.0礦渣硅酸鹽水泥火山灰硅酸鹽水泥粉煤灰硅酸鹽水泥復(fù)合硅

16、酸鹽水泥32.510.032.52.55.532.5R15.03.542.515.042.53.56.542.5R19.04.052.521.052.54.07.052.5R23.04.5表3 不同品種、不同齡期的強(qiáng)度要求單位：MPa強(qiáng)度既是水泥的一個(gè)重要指標(biāo)，又是設(shè)計(jì)混凝土配合比的必要數(shù)據(jù)。（早期強(qiáng)度、后期強(qiáng)度）采用28d強(qiáng)度劃分水泥的強(qiáng)度等級(jí)；凡符合某一強(qiáng)度等級(jí)和某一類(lèi)型的水泥，必須同時(shí)滿足GB175-2007中規(guī)定的各齡期抗壓、抗折強(qiáng)度的相應(yīng)值；若任一齡期的抗壓、抗折強(qiáng)度值達(dá)不到所要求強(qiáng)度等級(jí)的規(guī)定，則以齡期中最低的強(qiáng)度值確定該水泥的強(qiáng)度等級(jí)。思考題思考題：1、通常，硅酸鹽水泥熟料的初凝

17、時(shí)間往往只有幾分鐘，為什么？加入石膏進(jìn)行調(diào)節(jié)，石膏的摻量怎樣進(jìn)行控制？2、在水泥凝結(jié)硬化過(guò)程中，或多或少會(huì)發(fā)生一些體積變化。問(wèn)：引起安定性不良的原因有哪些？1.1.6 判定規(guī)則不合格品判定中取消了細(xì)度和混合材料摻量的規(guī)定GB175-2007標(biāo)準(zhǔn)中取消了廢品的規(guī)定。合格品：檢驗(yàn)結(jié)果符合7.1、7.3.1、7.3.2、7.3.3的規(guī)定為合格品。（化學(xué)指標(biāo)、凝結(jié)時(shí)間、安定性、強(qiáng)度）不合格品：檢驗(yàn)結(jié)果不符合7.1、7.3.1、7.3.2、7.3.3中的任何一項(xiàng)技術(shù)要求為不合格品。（化學(xué)指標(biāo)、凝結(jié)時(shí)間、安定性、強(qiáng)度）1.2硅酸鹽水泥的生產(chǎn)方法及流程1.2.1 硅酸鹽水泥的生產(chǎn)方法硅酸鹽水泥生產(chǎn)過(guò)程：生料制備、熟料粉磨和水泥的制成，簡(jiǎn)稱(chēng)為“兩磨一燒”。生料制備：石灰質(zhì)原料、粘土質(zhì)原料及少量的校正材料經(jīng)破碎后按一定的比例配合、細(xì)磨，并經(jīng)均化調(diào)配為成分合適、分布均勻的生料。熟料煅燒：將生料在水泥工業(yè)窯內(nèi)煅燒至部分熔融，經(jīng)冷卻后得到以硅酸鈣為主要成分的熟料的過(guò)程。水泥的制成：將熟料、石膏，有時(shí)加入適量混合材共同磨細(xì)成水泥的過(guò)程。生產(chǎn)方法(按生料制備方法不同分)干法：將原料同時(shí)烘干與粉磨或先