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1、 普通硅酸盐工艺概论教案普通硅酸盐工艺概论教案 普通硅酸盐工艺概论教案 第一编 水泥工艺学 第一章 引言 一、胶凝材料的定义和分类（一）定义：1、胶凝材料：在物理、化学的作用下，能从浆体变成坚硬的石状体，并能胶结其他物料而具有一定机械强度的物质，统称为胶凝材料。2、水硬性胶凝材料：在拌水后既能在空气中硬化，又能在水中硬化，通常称为水泥。如：硅酸盐水泥、铝酸盐水泥、硫铝酸盐水泥等。3、非水硬性胶凝材料：只能在空气中硬化而不能在水中硬化，又称为气硬性胶凝材料。如：石灰、石膏、耐酸胶结料等。（二）分类 胶凝材料：分为有机和无机两大类 有机：沥青和各种树脂。无机：按硬化条件分为：水硬性和非水硬性两类。

2、二、胶凝材料发展简史 见书上，略 三、水泥的定义和分类（一）定义 水泥：加入适量水后可成塑性浆体，既能在空气中硬化又能在水中硬化，并能将砂、石等材料牢固的胶结在一起的细粉状水硬性胶凝材料，统称为水泥。（二）分类 1、按其用途和性能可分为：通用水泥、专用水泥和特性水泥三大类。通用水泥：是指大量土木工程使用的一般用途的水泥，如：硅酸盐水泥、普通硅酸盐水泥、矿渣硅酸盐水泥、火山灰质硅酸盐水泥、粉煤灰硅酸盐水泥和复合硅酸盐水泥等。专用水泥：是指有专门用途的水泥，如：油井水泥、砌筑水泥等。特性水泥：是指某种性能比较突出的水泥，如：快硬硅酸盐水泥、抗硫酸盐硅酸盐水泥、中热硅酸盐水泥、膨胀硫铝酸盐水泥、自应

3、力铝酸盐水泥等。2、按其所含的主要水硬性矿物，分为：硅酸盐水泥、铝酸盐水泥、硫铝酸盐水泥、氟铝酸盐水泥以及以工业废渣和地方材料为主要组分的水泥。目前水泥品种已达一百多种。四、水泥工业在国民经济中的地位和作用 见书，略 五、水泥工业发展概况 地窑、立窑、湿法回转窑、干法回转窑、带余热发电的回转窑、带余热器的回转窑、悬浮预热器回转窑、窑外分解窑，目前我国日产 5000吨熟料的窑外分解窑较多，也有更高产量的窑外分解窑。第二章 硅酸盐水泥国家标准及其生产 第一节 硅酸盐水泥的国家标准 硅酸盐水泥：是以硅酸钙为主要成分的熟料所制成的水泥的总称。如掺入一定数量的混合材料，则硅酸盐水泥名称前冠以混合材料名称

4、，即得到不同品种的硅酸盐水泥，如：矿渣硅酸盐水泥、火山灰质硅酸盐水泥、粉煤灰硅酸盐水泥等。根据国家标准，硅酸盐水泥和普通硅酸盐水泥的定义、标号、品质指标以及验收规则如下：一、定义（一）硅酸盐水泥 凡是由硅酸盐水泥熟料、05%石灰石或粒化高炉矿渣、适量的石膏磨细制成的水硬性胶凝材料，称为硅酸盐水泥。国外通称波特兰水泥。硅酸盐水泥分为两种类型：型硅酸盐水泥：不掺混合材料，代号：P。型硅酸盐水泥：在硅酸盐水泥粉磨时掺加不超过水泥质量 5%的石灰石或粒化高炉矿渣混合材料，代号：P。（二）普通硅酸盐水泥 凡是由硅酸盐水泥熟料、6%15%混合材料、适量石膏磨细制成的水硬性胶凝材料，称为普通硅酸盐水泥，简称

5、普通水泥，代号：P。掺活性混合材料时，最大掺入量不得超过 15%，其中允许用不超过水泥质量 5%的窑灰或不超过水泥质量 10%的非活性混合材料来代替。掺非活性混合材料时最大掺量不超过水泥质量的 10%。（三）组分材料 1、硅酸盐水泥熟料 凡以适当成分的生料，烧至部分熔融，所得以硅酸钙为主要成分的产物称为硅酸盐水泥熟料，简称孰料。2、石膏 天然石膏，必须符合国家标准的规定。工业副产石膏，是工业生产中以硫酸钙为主要成分的副产品，使用时必须经过试验，证明对水泥性能无害。3、活性混合材料 是指符合 GB1596的粉煤灰，符合 GB2847的火山灰质混合材料和符合 GB203的粒化高炉矿渣。4、非活性混

6、合材料 活性指标低于 GB1596的粉煤灰、GB2847的火山灰质混合材料和 GB203的粒化高炉矿渣以及石灰石和砂岩。石灰石中的三氧化二铝含量不得超过 2.5%。5、窑灰 窑灰是从回转窑窑尾废气中收集下来的粉尘。应符合 ZBQ12001的规定。6、助磨剂 水泥粉磨时还允许加入主要起助磨作用而不损害水泥性能的助磨剂，加入量不得超过水泥质量的 1%。使用助磨剂、工业副产石膏时，须经省、市、自治区以上建材行业主管部门批准，投产后定期进行质量检查。二、强度等级（即水泥的标号）硅酸盐水泥强度等级分为 42.5、42.5R、52.5、52.5R、62.5、62.5R。普通水泥强度等级分为 42.5、42

7、.5R、52.5、52.5R。三、技术要求 1、不溶物 型硅酸盐水泥不溶物不超过 0.75%。型硅酸盐水泥中不溶物不得超过 1.50%。2、氧化镁 水泥中氧化镁含量不超过 5.0%。如果水泥压蒸安定性试验合格，则水泥中氧化镁含量允许放宽到 6.0%。3、三氧化硫 水泥中三氧化硫含量不得超过 3.5%。4、烧失量 型硅酸盐水泥烧失量不的大于 3.0%，型硅酸盐水泥烧失量不得大于 3.5%。普通水泥烧失量不得大于 5.0%。5、细度 硅酸盐水泥比表面积大于 300m2/kg，普通水泥 80方孔筛筛余不得超过10.0%。6、凝结时间 硅酸盐水泥初凝不得早于 45分钟，终凝不得迟于 390分钟。普通水

8、泥初凝不得早于 45分钟，终凝不得迟于 10小时。7、安定性 用沸煮法检验必须合格。8、强度 水泥强度等级按规定龄期的抗压强度和抗折强度来划分，各强度等级水泥的各龄期强度不得低于下表数值（MPa）：品种 强度等级 抗压强度 抗折强度 3天 28天 3天 28天 硅酸盐水泥 42.5 17.0 42.5 3.5 6.5 42.5R 22.0 42.5 4.0 6.5 52.5 23.0 52.5 4.0 7.0 52.5R 27.0 52.5 5.0 7.0 62.5 28.0 62.5 5.0 8.0 62.5R 32.0 62.5 5.5 8.0 普通水泥 32.5 11.0 32.5 2.

9、5 5.5 32.5R 16.0 32.5 3.5 5.5 42.5 16.0 42.5 3.5 6.5 42.5R 21.0 42.5 3.5 6.5 52.5 22.0 52.5 4.0 7.0 52.5R 26.0 52.5 5.0 7.0 9、碱 水泥中碱含量按 Na2O+0.658K2O 计算值来表示。若使用活性骨料，用户要求提供低碱水泥时，水泥中碱含量不得大于 0.60或由供需双方商定。四、废品与不合格品 1、废品 凡氧化镁、三氧化硫、初凝时间、安定性中任一项不符合本标准规定时，均为废品。2、不合格品 凡细度、终凝时间、不溶物和烧失量中的任一项不符合本标准规定或混合材料掺加量超过最

10、大限量和强度低于商品强度等级的指标时为不合格品。水泥包装标志中水泥品种、强度等级、生产者名称和出厂编号不全的也属于不合格品。注意：1、凝结时间、安定性、强度是硅酸盐水泥和普通硅酸盐水泥的三项重要建筑性质指标。2、凝结时间较短，水泥砂浆和混凝土在浇灌之前凝结而失去流动性，无法使用；凝结时间过长，则降低施工速度，延长模板周转时间。3、硅酸盐水泥熟料初凝时间只有几分钟，要加入石膏进行调节，才能达到规定的要求；石膏掺入量过多，水泥强度会降低，还会产生安定性不良，水泥终凝时间过长。因此，石膏适宜的掺入量应通过试验来确定。4、强度是设计混凝土配合比的重要数据。水泥在水化硬化过程中，强度是逐步增长的，一般将

11、 3天、7天以前的强度称为早期强度，28天及以后的强度称为后期强度。由于水泥经 28天后强度已大部分发挥出来，所以用 28天强度划分水泥的登记。第二节 硅酸盐水泥的生产 一、硅酸盐水泥的生产方法 硅酸盐水泥的生产分为三个阶段：1、生料制备 石灰质原料、粘土质原料、少量的校正材料经破碎后按一定的比例配合、细磨，并经均化调配为成分合适、分布均匀的生料。2、熟料煅烧 将生料在水泥工业窑内煅烧，生料首先分解为氧化钙、三氧化二铝、二氧化硅、三氧化二铁等活性氧化物，然后至部分熔融，在熔融状态下进行固相反应，生成硅酸二钙、硅酸酸三钙、铁铝酸四钙、铝酸三钙等矿物，经冷却后得到以硅酸二钙、硅酸三钙为主要成分的熟

12、料的过程。3、水泥的制成 将熟料、石膏、有时加入适量的混合材共同磨细成为水泥的过程。以上三个阶段简称为“两磨一烧”。4、水泥生产方法分类 按煅烧设备分类：普通立窑生产、机械化立窑生产、回转窑生产。按生产方法分类：湿法、干法两大类。湿法：将原料加水粉磨成生料浆，再入窑煅烧的方法称为湿法。干法：将原料烘干、粉碎制成生料粉，然后入窑煅烧的方法称为干法。将生料加入适量的水分，制成料球后再入窑煅烧，称为半干法，也可归入干法。二、硅酸盐水泥生产的主要工艺过程 见书。第 7页 1、立窑生产 2、窑外分解窑生产 第三章 硅酸盐水泥熟料矿物组成及其配料计算 硅酸盐水泥熟料的主要化学成分：CaO：含量 62%67

13、%；SiO2：含量 20%24%；Al2O3：含量 4%7%；Fe2O3：含量 2.5%15%。四种氧化物的含量总和在 95%以上。另外，通常还含有：MgO、SO3、K2O、Na2O、TiO2、P2O5等。第一节 硅酸盐水泥熟料的矿物组成 在硅酸盐水泥熟料中，以上氧化物不是单独的以氧化物形式存在，而是经高温化学反应生成的多种矿物的集合体。其结晶细小，一般为 3060。水泥熟料是一种多矿物组成的结晶细小的人工岩石。主要有以下四种矿物组成：硅酸三钙：分子式，3CaO SiO2，可简写为：C3S；硅酸二钙：分子式，2CaO SiO2，可简写为：C2S；铝酸三钙：分子式，3CaO Al2O3，可简写为

14、：C3A；铁相固溶体：通常以铁铝酸四钙（4CaO Al2O3 Fe2O3）作为代表式，可简写为：C4AF。另外还有：游离氧化钙（-CaO）、方镁石（结晶氧化镁）、含碱矿物和玻璃体。孰料中 C3S和 C2S含量约占 75%左右，称为硅酸盐矿物；孰料中 C3A 和 C4AF的理论含量约为 22%左右，在水泥熟料煅烧过程中与氧化镁、碱等在 12501280会逐渐熔融形成液相，促进硅酸三钙的形成，古称熔剂矿物。一、硅酸三钙（C3S）硅酸三钙（C3S）是硅酸盐水泥熟料的主要矿物，含量通常为 50%左右，有时甚至在 60%以上。纯 C3S只有在 20651250温度范围内才稳定。在 2065以上不一致熔融

15、为 CaO 和液相。在 1250以下时分解为 C2S和 CaO，但反应很慢。纯 C3S在室温可呈介稳状态存在。C3S有三种晶系七种变形：1070 1060 990 960 920 520 R-M-M-M-T-T-T R 型为三方晶系，M型为单斜晶系，T型为三斜晶系，这些变形的晶体结构相近。但有人认为，R 型和 M的强度比 T型的高。在硅酸盐水泥熟料中，C3S并不以纯的形式存在，总含有少量的氧化镁、氧化铝、氧化铁等，形成固溶体，称为阿利特（Alite）或 A 矿。纯 C3S在常温下，通常只能为三斜晶系（T型），如含有少量的 MgO、Al2O3、Fe2O3、SO3、ZnO、Cr2O3、R2O 等氧

16、化物形成固溶体则为 M型或 R 型。由于熟料中C3S总含有 MgO、Al2O3、Fe2O3以及其他氧化物，阿利特通常为 M型或 R 型。纯 C3S为白色，密度为 3.14g/cm3，其晶体截面为六角形或棱柱形。单斜晶系的阿利特单晶为假六方片状或板状。在阿利特中常以 C2S和 CaO 的包裹体存在。C3S凝结时间正常，水化较快，粒经 4050m颗粒 28d 可水化 70%左右。放热较多，早期强度高且后期强度增进率较大，28d 强度可达一年强度的 70%80%，其 28d强度和一年强度在四种矿物中均最高。阿利特的晶体尺寸和发育程度会影响其反应能力，当烧成温度高时，阿利特晶形完整，晶体尺寸适中，几何轴比大（晶体长度与宽度之比 L/B23），矿物分布均匀，界面清晰，孰料的强度较高。适当提高熟料中的硅酸三钙含量，当其岩相结构良好时，可以获得优质孰料。但硅酸三钙的水化热较高，抗水性较差，如要求水泥的水化热低，抗水性较高时，则熟料中的硅酸三钙含量要适当低些。二、硅酸二钙 C2S在熟料中含量一般为 20%左右，是硅酸盐水泥熟料的主要矿物之一，孰料中硅酸二钙并不是以纯的形式存在，而是与少量 MgO、Al