绿色建筑材料总论第3-5讲水泥、混凝土及其绿色化

1、绿色建筑材料总论第 3-5 讲水泥、混凝土及其绿色化第 3-4 讲水泥及其绿色化主要内容 水泥基本知识 水泥生产水泥绿色化定义水泥：能与水发生物理化学作用，使其由可塑性浆体硬化成坚硬的人造石材的一种粉末状水硬性胶凝材料通用硅酸盐水泥：以硅酸盐水泥熟料和适量的石膏、及规定的混合材料制成的水硬性胶凝材料通用硅酸盐水泥的类型和代号硅酸盐水泥熟料的矿物组成硅酸三钙 C3S ： 50%左右硅酸二钙 C2S ： 20%左右铝酸三钙 C3A ： 7%15%铁铝酸四钙 C4AF： 10%18%其它成分：少量f-CaO、f-MgO及碱(Na2O和K2O)， 可能对水泥质量及应用带来不利影响 水泥的原料石灰质原料

2、：以CaCO3为主要成分，石灰石、泥灰岩、贝壳等，1吨水泥熟料需吨石灰质原料粘土质原料：主要成分SiO2、Al2O3、Fe2O3，1吨水泥熟料需吨粘土质原料校正原料：铁质，硅质，铝质矿化剂：萤石CaF2水泥的燃料回转窑：一般用烟煤，制成煤粉立 窑：无烟煤特性水泥和专用水泥1、白色硅酸盐水泥和彩色硅酸盐水泥2、铝酸盐水泥：快硬、高强、耐腐蚀、耐热3、硫铝酸盐水泥：快硬、高强4、膨胀水泥及自应力水泥5、砌筑水泥：强度较低6、道路水泥：干缩小、耐磨性好、抗折强度高、抗冲击性好7、快硬硅酸盐水泥：早期强度高8、抗硫酸盐硅酸盐水泥：抗硫酸盐侵蚀性能较好水泥生料水泥熟料主要内容 水泥基本知识 水泥生产水泥

3、绿色化水泥生产工艺流程两磨一烧水泥生产工艺流程 原料破碎 原料粉磨生料 燃料制备煤粉 熟料烧成 水泥制成 水泥的储存与包装 干法生产：将原料同时烘干并粉磨，或先烘干经粉磨成生料粉后喂入干法窑内煅烧成熟料的方法。也有将生料粉加入适量水制成生料球，送入立波尔窑内煅烧成熟料的方法，称之为半干法，仍属干法生产之一种主要优点是热耗低（如带有预热器的干法窑熟料热耗为31403768焦/千克），缺点是生料成分不易均匀，车间扬尘大，电耗较高近年来，由于在原料预均化、生料粉的均化输送和收尘等方面采用了新技术和新设备，尤其是窑外分解技术的出现，采用干法生产的熟料质量不亚于湿法生产，电耗也有所降低，已成为各国水泥工

4、业发展的趋势 湿法生产：将原料加水粉磨成含水为32%40%的生料浆后，喂入湿法窑煅烧成熟料的方法。也有将湿法制备的生料浆脱水后，制成生料块入窑煅烧成熟料的方法，称为半湿法，仍属湿法生产之一种具有操作简单，生料成分容易控制，产品质量好，料浆输送方便，车间扬尘少等优点，缺点是热耗高（熟料热耗通常为52346490焦/千克） 生产方法 球磨：利用下落的研磨体（如钢球、鹅卵石等）的冲击作用以及研磨体与球磨内壁的研磨作用而将物料粉碎并混合 圆筒球磨、锥形球磨和管磨优点：可用于干磨或湿磨；操作条件好密闭，无尘灰；运转可靠，研磨体便宜，便于更换；可间歇操作，也可连续操作；粉碎易爆物料时，磨中可充入惰性气体以

5、代替空气 缺点：体积庞大笨重；运转时有强烈的振动和噪声，须有牢固的基础；工作效率低，消耗能量较大；研磨体与机体的摩擦损耗很大，并会沾污产品 立磨：即辊磨，磨辊沿水平圆形轨迹在磨盘上运动，通过外部施加在磨辊上的垂直压力，使磨盘上物料受到挤压和剪切的共同作用，并得以粉碎优点：效率高；可通风，烘干能力强；入磨粒度大；可有效控制生料化学成分和细度控制；占地面积小，占用空间小，噪声低缺点：对磨蚀性适应差，硬度较高的物料用球磨粉 磨立窑：窑筒体立置不转动的称为立窑。分普通立窑和机械化立窑普通立窑是人工加料和人工卸料或机械加料，人工卸料机械立窑是机械加料和机械卸料水泥立窑技术存在环境污染大、资源消耗高等缺陷

6、，已无法适应建设生态工业、建设资源节约型社会的需求 回转窑：窑筒体卧置（略带斜度），并能作回转运动的称为回转窑。分煅烧生料粉的干法窑和煅烧料浆（含水量通常为35左右）的湿法窑干法窑又可分为中空式窑、余热锅炉窑、悬浮预热器窑和悬浮分解炉窑湿法窑可分为湿法长窑和带料浆蒸发机的湿法短窑，长窑使用广泛，短窑目前已很少采用。为了降低湿法长窑热耗，窑内装设有各种型式的热交换器，如链条、料浆过滤预热器、金属或陶瓷热交换器煅烧窑回转窑回转窑（旋窑）是一个有一定斜度的圆筒状物，斜度为33.5%，借助窑的转动来促进料在窑内搅拌，使料互相混合、接触进行反应。窑头喷煤燃烧产生大量的热，热量以火焰的辐射、热气的对流、窑

7、砖(窑皮)传导等方式传给物料。物料依靠窑筒体的斜度及窑的转动在窑内向前运动 回转窑可消解可燃性废料和危险性废弃物温度高（火焰1850，物料1450），热惯量大，稳定，气、料流在窑内滞留时间长，高温气体湍流强烈，碱性气氛消解可燃性废料废料、废渣、危险废弃物中绝大部分重金属元素可固定在熟料中，生成稳定的盐类矿物，没有二次废渣排出水泥工业对废弃物及其他工业和生活垃圾的应用，赋予现代化水泥工业新内涵回转窑窑外分解技术：20世纪70年代前后，发展的一种可大幅度提高回转窑产量的煅烧工艺其特点是采用了预分解窑，它以悬浮预热器窑为基础，在预热器与窑之间增设了分解炉在分解炉中加入占总燃料用量5060的燃料，使燃

8、料燃烧过程、生料的预热过程和碳酸盐的分解过程从窑内传热效率较低的地带移到分解炉中进行，生料在悬浮状态或沸腾状态下与热气流进行热交换，从而提高传热效率，使生料在入窑前的碳酸钙分解率达80以上，达到减轻窑的热负荷、延长窑衬使用寿命和窑的运转周期、在保持窑的发热能力的情况下大幅度提高产量的目的窑外分解技术指采用窑外分解干法新工艺生产的水泥其生产以悬浮预热器和窑外分解技术为核心，采用新型原料、燃料均化和节能粉磨技术及装备，全线采用计算机集散控制，实现水泥生产过程自动化和高效、优质、低耗、环保新型干法水泥年产100万吨新型干法窑外分解水泥生产线 水泥窑窑尾窑外分解窑水泥回转窑中央控制室散装水泥罐装车葛洲

9、坝水泥厂先进新型干法水泥生产线华新水泥厂华新水泥厂物料输送华新水泥厂原料预均化堆场华新水泥厂水泥库海螺水泥厂海螺水泥厂海螺水泥厂海螺水泥厂世界规模最大水泥熟料生产线2009年2月27日，在安徽省繁昌县由安徽海螺集团公司投资兴建的两条日产12000吨特大型水泥熟料生产线及配套的36兆瓦余热发电项目正式开工建设项目总投资约30亿元，是目前世界上规模最大、技术最先进的水泥熟料生产线水泥立窑小水泥厂严重环境污染主要内容 水泥基本知识 水泥生产水泥绿色化水泥生产的“环境负荷”1、燃料的消耗量： 国内：4720kJ/Kg熟料 国外：3344kJ/Kg熟料，约高41%2、电力消耗量：水泥综合电耗 国内：11

10、5120KWh/t， 国外：9095KWh/t，约高2030%3、石灰石耗量：吨石灰石/吨熟料，相当于吨石灰石/吨水泥4、二氧化碳排放量 水泥生料生成：CO2约生料 燃料燃烧生成：CO2约煤 降低煤耗、增加工业废渣掺量、推广低钙硅酸盐水泥等均可降低CO2排量5、二氧化硫排放量 来自原料、燃料中的硫化物 烟气脱硫技术6、氮氧化物（NOX）排放量 高温燃烧产生 低温燃烧、还原气氛燃烧水泥生产的“环境负荷”氮氧化物（NOX）危害健康危害：不稳定，在空气中很快转变为二氧化氮产生刺激作用。氮氧化物主要损害呼吸道，吸入初期仅有轻微的眼及呼吸道刺激症状，如咽部不适、干咳等，常经数小时至十几小时或更长时间潜伏

11、期后发生迟发性肺水肿、成人呼吸窘迫综合征，出现胸闷、呼吸窘迫、咳嗽、咯泡沫痰、紫绀等。可并发气胸及纵隔气肿。肺水肿消退后两周左右可出现迟发性阻塞性细支气管炎；一氧化氮浓度高可致高铁血红蛋白血症慢性影响：主要表现为神经衰弱综合征及慢性呼吸道炎症，个别病例出现肺纤维化，可引起牙齿酸蚀症环境危害：对环境有危害，对水体，土壤和大气可造成污染燃爆危险：本品助燃，有毒，具刺激性 7、烟尘、粉尘排放量：采用高效收尘设备8、工业固体废弃物排放量：较少9、工业危险物排放量：无10、工业废水排放量：较少水泥生产的“环境负荷”水泥工业存在的问题企业平均规模小，结构不合理窑型比例失调水泥产品实物质量较低强度生产能耗高

12、石灰石资源形势严重：40-50年环境污染严重水泥工业发展趋势节能、降耗、环保；改善水泥质量和提高劳动生产率；实现清洁生产和高效率集约化生产；可持续发展 新型干法生产技术的发展、推广 计算机、地矿理论和技术指导矿山开采及储运 熟料烧成系统的发展、改进和新的熟料烧成方法 高效预热分解系统，流态化床法、喷腾炉烧成技术 高效节能粉磨的开发、发展 自动化控制和网络技术 优化工艺参数、提高运转率的管理系统和控制软件 提高劳动生产率水泥先进生产工艺节能、降耗、环保矿山资源的优化开采利用与均化；生料质量前馈控制新型烧成系统：高效、低阻预热预分解技术；劣质燃料、二次燃料煅烧技术；工业废弃物、矿渣、生活垃圾、下水

13、道污泥作为原料代替矿物资源；回转窑消解可燃性废料和危险性废弃物；新型燃料燃烧器开发高效节能粉磨系统：优化组合节能型粉磨；超细粉磨，增大高炉矿渣、粉煤灰、煤矸石用量，磨制混合水泥自动化与计量技术：生产过程的综合优化控制与装备；质量检测与控制专用检测仪器与计量设备环保技术与装备：收尘技术与收尘器水泥工业绿色化途径生产过程水泥工业绿色化途径水泥产品1、高性能水泥的研究与开发高贝利特水泥：指C2S含量大于40%的水泥，属低钙硅酸盐体系特点：CaO含量降低，烧成温度降低100以上，石灰石用量减少，相应的CO2、NOx、SO2等有害气体的排放量减少性能：C2S含量高，水化热低，最终强度高，耐久性好 中国建

14、筑材料科学研究总院“高贝利特水泥的制备及应用”从节能、降耗及提高混凝土耐久性出发，解决了高C2S矿物活化和高活性晶型的常温稳定两大国际难题，荣获2006年国家技术发明二等奖2、利用工业废渣制备水泥 利用工业及城市废弃物和低品位原料代替原生矿物材料 粉煤灰、粒化高炉矿渣、火山灰水泥工业绿色化途径水泥产品3、采用固体废弃物生产生态水泥狭义上，生态水泥(Ecological Cement)是指利用城市垃圾焚烧灰和下水道污泥等作为主要原料，经过烧成粉磨形成的水硬性胶凝材料广义上，生态水泥不是单独的水泥品种，而是对水泥“健康、环保、安全”属性的评价，包括对原料采集、生产过程、施工过程、使用过程和废弃物处置五大环节的分项评价和综