《水泥与混凝土工艺原理》08复习大纲

《水泥与混凝土工艺原理》复习大纲（2008级）胶凝材料的定义及分类定义：胶凝材料（或胶结材料）一一经物理、化学作用，从浆体变成坚固的石状体，并能将散粒状或块状材料胶结为整体而具有一定机械强度的材料。分类：无机胶凝材料（以无机化合物为基本成分），按凝结硬化条件分包括气硬性胶凝材料：只能在空气中硬化，如石灰、石膏和水硬性胶凝材料：在拌水后既能在空气中又能在水中硬化，如水泥；有机胶凝材料（天然的或合成的有机高分子化合物为基本成分），如沥青、树脂。新型干法生产技术和水泥行业发展的中心课题新型干法水泥技术 以悬浮预热和预分解技术为核心，把现代科学技术和工业生产最新成就（例如原料矿山计算机控制网络化开采、原料预均化、生料均化、挤压粉磨以及IT技术等）广泛应用于水泥十法生产的全过程，使水泥生产具有高效、优质、节约能源、清洁生产、环保、大型化、自动化、科学管理特征的现代化水泥生产方法。水泥行业发展的中心课题：1.能源节能和天然矿物燃料的替代，以及余热发电等；2.资源低品位矿物资源的开发利用和废料废渣的综合利用等；3.环保除尘、降噪、三废的达标排放等。水泥的凝结和硬化凝结一水泥加水拌合而成具有一定流动性或可塑性的浆体，经过一系列物理化学变化，浆体逐渐变稠失去可塑性（但尚不具有强度）的过程；硬化一随着水化时间的增长，水泥浆体逐渐变硬，并逐渐发展为具有一定强度的水泥石（即硬化水泥浆体）的过程。随着水泥水化的不断进行，水泥浆结构内部孔隙不断被新生水化物填充和加固的过程，称为水泥的“凝结”。随后产生明显的强度并逐渐变成坚硬的人造石——水泥石，这一过程称为水泥的“硬化”。水泥中非活性混合材定义——指不具有潜在水硬性、火山灰性或质量活性指标不能达到规定要求的混合材料。目的：调节水泥强度，增加水泥产量，降低水化热。常用种类：活性指标分别低于GB/T203、GB/T18046、GB/T1596、GB/T2847标准要求的粒化高炉矿渣、粒化高炉矿渣粉、粉煤灰、火山灰质混合材料；石灰石和砂岩，其中石灰石中的三氧化二铝含量应不大于2.5%。生产硅酸盐水泥熟料的主要原料以及粘土质原料的选用生产硅酸盐水泥熟料的主要原料：石灰石质原料一一天然石灰石、粘土质原料——粘土、校正原料一一一般为铁质原料。粘土质原料的选用依据：衡量粘土质量主要看粘土的化学成分、含砂量、含碱量以及粘土的可塑性、热稳定性、正常流动度的需水量等工艺性能，适用于水泥工业的粘土质原料的一般要求：n=2.5~3.5（最好2.7~3.1） p=1.5~2.7SiO2=55~72%MgO<3%Na2O+K2O<4% SO3<2% 粗砂含量<5%所选粘土尽量不含碎石或卵石。石膏的特性和作用石膏的特性：尤其是加工工艺简单，能耗低，具有轻质、胶凝性好，隔声、隔热、白度高、吸湿、收缩率低、防火、抗震，阻燃性能好等许多优良特性。在水泥工业中的应用：作硅酸盐水泥缓凝剂：在水泥熟料中加入适量石膏(允许掺入SO3的最大限量我国定为3.5%)能解除水泥快凝、提高水泥强度(特别是早期强度、使水泥制品在空气中的干缩率下降30~50%，提高水泥的抗冻性、抗化学性和安定性。【水泥熟料磨成细粉与水相遇会很快凝结，无法施工。加入适量的石膏会延缓凝结时间，同时还有利于提高水泥早期强度、降低干缩变形等性能。】作水泥配料，生产二水石膏水泥、硬石膏水泥、普通硅酸盐水泥、石膏矿渣水泥、快凝石膏矿渣水泥、石膏矶土膨胀水泥等。水泥熟料磨成细粉与水相遇会很快凝结，无法施工。掺入适量的石膏不仅可以调节凝结时间，同时还能提高早期强度，降低干缩变形，改善耐蚀性、抗冻性、抗渗性等一系列性能。(水化、矿化剂、缓凝)硅酸盐水泥熟料矿物中水化热C3SC2SC3AC4AF中低高中早期：C3A>C3AF>C3S>C2S后期:C3A>C3S>C3AF>C2S通用硅酸盐水泥的品种、强度等级以及合格与否的判断通用硅酸盐水泥按混合材料的品种和掺量分为：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。强度等级：硅酸盐水泥：42.5、42.5R、52.5、52.5R、62.5、62.5R六个等级；普通硅酸盐水泥：42.5、42.5R、52.5、52.5R四个等级；矿渣硅酸盐水泥、火山灰质硅酸盐水泥、粉煤灰硅酸盐水泥、复合硅酸盐水泥:32.5、32.5R、42.5、42.5R、52.5、52.5R六个等级。凡化学指标(氧化镁、三氧化硫、氯离子、不溶物、烧失量)、凝结时间、安定性、强度中任何一项技术要求不符合标准规定的均为不合格品。没有废品。技术性质质量标准密度，kg/m33100〜3200堆积密度，kg/m31300〜1600不溶物P.I型：不溶物^0.75%；P.II型：不溶物^1.50%烧失量P.I型：烧失量^3.0%；P.II型：烧失量^3.5%；P.O：烧失量^5.0%

氧化镁水泥中氧化镁含量^5.0%。如果水泥经压蒸法检验安定性合格，则水泥中氧化镁含量可放宽至6.0%三氧化硫水泥中^3.5%（矿渣硅酸盐水泥为4%）氯离子水泥中^0.06%碱含量水泥中碱含量按Na2O+0.658K2O计算值来表示。若使用活性集料，用户要求提供低碱水泥时，水泥中碱含量忍0.60%或由供需双方冏定硅酸盐水泥中氧化镁含量、凝结时间、烧失量（1） I.有利方面熟料中的MgO可以部分固溶在熟料矿物中或熔于液相。熟料中含少量MgO,可降低熟料液相烧成温度，增加液相量，降低液相粘度，利于熟料形成，还可改善熟料色泽。不利方面MgO除固溶（2%左右）外的其余部分则以f-MgO（即方镁石）存在，高温更为死烧一结构更致密一水化更慢，体积膨胀更大一安定性不良。.对熟料采取急冷措施（结品细小，含量不大时，破坏不明显）。,严格控制含量：水泥中氧化镁含量^5.0%。如果水泥经压蒸法检验安定性合格，则水泥中氧化镁含量可放宽至6.0%（应急冷或掺混合材等缓和膨胀）（水泥中氧化镁的含量不宜超过5.0%。如果水泥经压蒸安定性试验合格，则水泥中氧化镁的含量允许放宽到6.0%。因氧化镁水化生成氢氧化镁，体积膨胀，而其水化速度慢，须以压蒸的方法加快其水化，方可判断其安定性。）（2） 凝结时间分为初凝时间和终凝时间。初凝时间加水至水泥浆开始失去可塑性的时间（不得早于45min）；终凝时间加水至水泥浆完全失去可塑性的时间（不得迟于6h30min）。水泥初凝时间不宜过早，以便在施工时有足够的时间完成混凝土或砂浆的搅拌、运输、浇注和砌筑等工作。终凝时间不宜过迟，以免延误施工工期。（3） 烧失量：I型硅酸盐水泥中烧失量不得超过3.0%，II型硅酸盐水泥中烧失量不得超过3.5%。烧失量是用来限制石膏和混合材中杂质的，以保证水泥质量。水泥安定性定义及原因定义：体积安定性是指水泥浆体硬化后体积变化的均匀稳定性。水泥在硬化过程中体积变化不均匀稳定，即为体积安定性不良水泥安定性不良的原因：熟料中含有过量的f-CaO；②熟料中含有过量的f-MgO；③生产水泥时掺入的石膏过量。熟料中f-CaO、f-MgO（方镁石）都是过烧的，结构致密，水化很慢，水泥浆体硬化后才吸收孔隙中水分进行熟化：体积膨胀97.9%体积膨胀148%水化慢，体积膨胀。使水泥石开裂体积膨胀97.9%体积膨胀148%水化慢，体积膨胀。使水泥石开裂MgO+H2O=Mg（OH）2石膏（SO3）fAFt从而引起不均匀体积膨胀，碱-集料反应、抗冻性碱集料反应：碱集料反应是指水泥、外加剂等混凝土组成物及环境中的碱与集料中碱活性矿物在潮湿环境下缓慢发生并导致混凝土开裂破坏的膨胀反应。应严格控制水泥中碱的含量和集料中碱活性物质的含量。抗冻性：混凝土的抗冻性是指混凝土在饱和水状态下，能抵抗冻融循环作用而不发生破坏，强度也不显著降低的性质。熟料中C2S的晶型和晶纹五大晶系：三方和六方、斜方、单斜、斜方。Belite多为B-C2S，为单斜品系，呈棱柱状或板状。在反光镜下，煅烧正常（高温急冷）的熟料中Belite有交叉双晶纹，在低温慢冷的熟料中则有平行双晶纹。纯C2S色洁白，若含其它杂质则呈现不同颜色。13.熟料矿物水化速度的快慢顺序C3SC2SC3AC4AF水化速度较快慢快中我国目前采用三率值我国目前采用三率值：硅率（SM或n）、铝率（IM或p）和石灰饱和系数（KH）SM（n）= sio2 IM（p）=ai2o3Al2O3+Fe2O3 Fe2O3水泥生产配料原则和过程配料一一根据水泥品种、原料的物理、化学性质及具体的生产条件，确定所用原料的配合比例，称为生料的配合（简称配料）。配料过程：原料的选择、熟料组成设计、生料的配料计算配料应遵循的基本原则：.保证烧出的熟料应具有较高的强度和良好的物理、化学性能；.易于烧成和粉磨，即应符合高产、低耗和操作方便的要求；.尽量简化工艺，在操作时不结大块、不结圈。碳酸钙的分解过程CaCO3颗粒的分解过程由表及里，大致过程如下：气流向颗粒表面的传热过程；（物理-对流）热量由表面向分解面传递的过程；（物理-传导）CaCO3在一定温度下吸收热量分解放出的CO2的过程；（化学）W.分解放出的CO2穿过CaO层向表面传质的过程；（物理-扩散）V.表面的CO2向周围介质气流扩散的过程。（物理）固相反应特点.放热反应x物料温度e.非均相反应。多数情况下，固相反应总是在不同组分的界面上发生（属非均相反应）。对于颗粒状物料,反应首先在颗粒间的接触点（或面）上进行，然后是反应物通过产物层进行扩散迁移。因此固相反应一般包括两个过程:相界面上的反应和物质的迁移。矿化剂的作用矿化剂的掺入可加速固相反应，其具体作用如下：.固溶体一矿化剂可与反应物形成固溶体使品格活化，使其反应能力增强；.低共熔物一矿化剂也可与反应物形成低共熔物，使液相出现温度Z,加速扩散和对固相的溶解；III.活性中间体一矿化剂还可与反应物形成活性中间体使其处于活化状态，提高其反应能力；W.断键一矿化剂可促使反应物断键，反应速度加快。（矿化剂的加入可降低液相出现温度，使得烧成带液相出现提早而终结较晚，间接延长了烧成带的长度，增加了物料在该带的停留时间，并且有的矿化剂还能形成活性中间体（即中间过渡相）及降低液相粘度，有利于f-CaO的充分吸收，利于提高产、质量和降低消耗。）19水泥生料的烧结范围和易烧性烧结范围一一指水泥生料加热至出现烧结所必须的、最少的液相量时的温度（开始烧结温度）与开始出现结大块（超过正常液相量）时温度的差值。易烧性一一生料在规定的温度范围内，通过复杂的物理化学变化，煅烧形成熟料的难易程度。表示方法在已知温度下经规定时间后的f-CaO的降低值与易烧性的改善相对应；在规定温度下达到f-CaO^2.0%的时间（。），0的减少值与易烧性的改善相对应。熟料煅烧时液相的影响因素.最低共熔温度利用矿化剂降低最低共熔温度；II.利用某些微量元素降低最低共熔温度（例如V2O5或ZnO既能降低最低共熔温度，还可防止水泥粉化，利于熟料的形成和强度的提高）；煅烧工艺采取快速升温（700°C/min）的煅烧工艺，可使最低共熔温度降低200°C左右，熟料烧成温度降至1300C，且此工艺可使液相量增加很快，利于Alite的形成.液相量水泥熟料在烧成阶段的液相量约为20〜30%,液相量与组分含量、性质及熟料烧结温度等有关。通过控制Al2O3含量，可改变熔剂型矿物含量，从而达到控制液相量的目的。烧结范围一指水泥生料加热至出现烧结所必须的、最少的液相量时的温度（开始烧结温度）与开始出现结大块（超过正常液相量）时温度的差值。通常硅酸盐水泥熟料的烧结范围约为150C。若生料中的液相量随温度升高而缓慢增加，则烧结范围较宽；反之，则较窄。烧结范围的宽窄对熟料烧成及窑的操作影响较大。含Fe2O3多的生料的烧结范围较窄，不利于窑的正常操作。.液相粘度液相粘度的大小对C3S的形成影响较大。粘度与液相组成及煅烧温度和方法有关。p的大小在一定程度上反映了高温液相的粘度。p高-C3Ae,C4AF/-液相粘度e-®烧困难p低一液相粘度/（液相中质点易于扩散，对形成C3S有利）一烧结范围变窄一窑内易结大块一不利于窑的正常操作。温度e可减弱液相组分相互间的作用力，液相粘度/。采用快速升温的煅烧方法也可使液相粘度/。.液相表面张力温度e液相表面张力/表面张力越小，越易润湿物料颗粒或固相物质，利于固相或固-液相反应，促进熟料矿物（特别是C3S）的形成。若生料中含有适量的Mg2+、R2O、S等物质，可降低液相表面张力，促进烧结。立窑的通风特点通风不均，边风过剩，中部通风不良。立窑煅烧对生料成球质量立窑熟料煅烧质量的好坏与生料的成球质量密切相关，立窑煅烧对生料成球质量要求如下：具有一定机械强度一要求在1m高处自由落下料球不破碎不变形；料球内部孔隙率一要求在950°C下料球的爆裂率＜10%，料球内部孔隙率＞27%；料球含水均匀及水量适宜一要求水分12~15%；料球粒度大小要均齐适宜一要求65~12mm占80%以上。碱对熟料煅烧和性能影响来源：水泥熟料中的碱主要来自原料，也有少量碱来自煤灰。作用：若生料中含微量碱性氧化物，不仅能降低熟料液相出现的温度和液相粘度，起到矿化剂的作用，还可促进C2S吸收CaO形成C3S，从而降低f-CaO,提高水泥质量。（1） 碱含量偏高对熟料煅烧的不利影响：①.碱取代CaO与C2S和C3A反应，阻止C2S吸收CaO，并促使C3S和C3A分解，使f-CaO增加；②.碱可与硫化物生成碱的硫酸盐或以固溶体形式存在，若SO3不足，会破坏熟料主要矿物的形成，并产生二次f-CaO,使熟料质量下降；.立窑中，碱所稳定的C2S在还原气氛下易发生6-Y转变，造成水泥粉化，从而降低水泥质量。（2） 碱对水泥性能的影响：①碱可增加水泥水化时液相的碱度，从而加速水化及激发水泥中混合材的活性，提高水泥的早期强度；②水泥中含碱高时，由于碱易生成钾石膏，会使水泥产生快凝、结块及需水量增加；③水泥中的碱能和活性集料发生碱一集料反应，产生局部膨胀，引起构筑物开裂变形，甚至崩溃；④碱还能使混凝土表面起霜（白斑）。粉磨工作指数邦德粉磨工作指数Wi对湿法闭路粉磨系统而言，该指数表示为1短吨物料从理论上的无限大粒度粉碎到80%通过100〃m方孔筛所需的有效功的MJ（或kW-h）数。若表示十法闭路粉磨系统，还应乘以系数1.30（见表6-1）磨机的开闭路系统和通风开路系统一物料一次通过磨机后即为产品的粉磨系统。优点：流程简单、设备少、投资省、操作维护方便；缺点：物料全部达标才能出磨，若要求产品较细时，易产生过粉碎及缓冲垫层，甚至出现料包球，使磨内温度巳产量及生产效率/电耗巳且产品颗粒分布较宽，质量不均匀。闭路系统一物料出磨后经分级设备选分出产品，粗料返回磨机再磨，达标细料作为产品的粉磨系统。优点：可减少过粉碎现象和降低磨内温度（出磨物料经分级输送后可及时带走部分热量），产品细度调节方便（可通过调节分级设备来实时控制），利于提高产量和降低消耗，且产品颗粒分布较窄（颗粒组成及大小均匀，粗粒和微粉少），利于生料煅烧和水泥性能的改善。缺点:流程较复杂、设备多、投资较大、整个系统设备的利用率偏低，操作维护和管理较复杂。磨机的通风，可及时排出磨内微粉，减少过粉碎现象和缓冲作用，能及时排出磨机内水蒸气，防止堵塞蓖孔，减少粘球现象；可降低磨机温度，有利于磨机正常运转和保证水泥质量；有利于环境卫生、减少设备磨损。磨机通风是借排风机抽取磨内含尘气体，经收尘器分离、净化的气体排入大气。磨机的通风强度一般以磨机最后一仓出口净空风速表示。P151.在SEM照片中C-S-H类型（1）.C-S-H（I）一纤维状粒子（板条状、卷箔状、棒状、管状等）；⑵.C-S-H（II）一网络状粒子（空间网状）；⑶.C-S-H（III）一等大粒子（球状和扁平碟状）；（4）.C-S-H（W）一内部产物（斑驳状）。水化产物的形貌与其可能获得的生长空间及形成速率有关。C-S-H除具有上述四种基本形态外，还可能存在其它形貌水泥的三种减缩现象化学减缩、湿胀干缩、碳化收缩原料预均化、生料均化内容和均化原理原料预均化（1）原料预均化的意义有利于稳定水泥窑入窑生料成分稳定；有利于扩大资源利用范围；有利于利用矿山夹层废石，延长矿山使用年限；满足矿山储存及均化双重要求，节约建设投资。（2） 原料预均化的基本原理：原料（包括燃料）的预均化堆场兼具储存与预均化双重功能。原料预均化的基本原理在于“平铺直取”。即原料堆放时尽可能以最多的相互平行和上下重叠的同厚度料层构成料堆；取料时，则设法垂直于料层方向，尽可能同时切取所有料层，依次切取，直到取尽。原、燃料的预均化是在堆料和取料过程中在堆场或库内实现的，可分为联合预均化（多种原料）和单独预均化（特定原料）。（3） 预均化堆料方式：根据设备条件和均化要求，堆料方式有：1.人字形堆料法2.波浪形堆料法3.水平层堆料法4.横（纵）向倾斜层堆料法等（4） 预均化堆场的取料方式：1.端面取料2.侧面取料3.底部取料（5） 预均化堆场的布置形式有矩形和圆形两种生料的均化和控制目的：主要通过控制生料的化学成分和细度来保证生料成分的均匀、稳定。控制内容：根据已确定的配料方案，准确控制各种原料的配比，以保证出磨生料化学成分的稳定（通常应以控制TCaCO3和Fe2O3含量为主）和生料细度（通过控制磨机的喂料量来实现）。生料均化原理：主要是采用空气搅拌及重力作用下产生的“漏斗效应”（或称“鼠穴效应”），使生料粉向下降落时切割尽量多层料面予以混合。同时，在不同流化空气的作用下，使沿库内平行料面发生大小不同的流化膨胀作用，有的区域卸料，有的区域流化，从而使库内料面产生径向倾斜，进行