硅酸盐水泥中金属离子的质量监控

硅酸盐水泥中金属离子的质量监控第1页，课件共32页，创作于2023年2月

硅酸盐水泥的生产技术1硅酸盐水泥生产概述(GB175-2007《通用硅酸盐水泥》)2硅酸盐水泥的生产工艺3新型干法水泥生产的技术特性第2页，课件共32页，创作于2023年2月

硅酸盐水泥生产概述

以下介绍GB175-2007中硅酸盐水泥部分。定义通用硅酸盐水泥（CommonPortlandCement）：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。第3页，课件共32页，创作于2023年2月2.1硅酸盐水泥生产概述

分类

P----波特兰“Portland”的英文字首。品种代号组分熟料+石膏粒化高炉矿渣火山灰质混合材料粉煤灰石灰石硅酸盐水泥P·I100----P·Ⅱ≥95≤5---≥95---≤5第4页，课件共32页，创作于2023年2月

硅酸盐水泥熟料

定义即国际上的波特兰水泥熟料由主要含CaO、SiO2、Al2O3、Fe2O3的原料，按适当比例磨成细粉烧至部分熔融所得以硅酸钙为主要矿物成分的水硬性胶凝物质。其中硅酸钙矿物不小于66%，氧化钙和氧化硅质量比不小于2.0。熟料质量好坏直接影响水泥性能。现熟料已是一种商品。第5页，课件共32页，创作于2023年2月

混合材料

定义指在粉磨水泥时与熟料、石膏一起加入磨内用以改善水泥性能、调节水泥标号、提高水泥产量的矿物质材料。如粒化高炉矿渣、粉煤灰、石灰石等。活性混合材料：符合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。(具有火山灰性或潜在水硬性，或兼有火山灰性和水硬性的矿物质材料)

非活性混合材料：活性指标低于上述标准。第6页，课件共32页，创作于2023年2月

硅酸盐水泥生产技术要求

技术要求即品质指标，是衡量水泥品质及保证水泥质量的重要依据。

水泥质量评价化学指标物理指标化学指标主要是控制水泥中有害物质的化学成分不超过一定限量，若超过了最大允许限量，即意味着对水泥性能和质量可能产生有害的或潜在有害的影响。第7页，课件共32页，创作于2023年2月硅酸盐水泥生产技术要求

技术要求即品质指标，是衡量水泥品质及保证水泥质量的重要依据。

水泥质量评价化学指标物理指标物理指标主要是保证水泥具有一定的物理力学性能，满足水泥使用要求，保证工程质量。

第8页，课件共32页，创作于2023年2月

硅酸盐水泥生产技术要求

技术要求即品质指标，是衡量水泥品质及保证水泥质量的重要依据。

水泥质量评价化学指标物理指标硅酸盐水泥技术指标主要有不溶物、烧失量、细度、凝结时间、安定性、氧化镁、三氧化硫、碱及强度指标。第9页，课件共32页，创作于2023年2月硅酸盐水泥化学和物理指标

氧化镁(MgO)

氧化镁过高会导致安定性不良(并非所有f-M都会)f-MgO+H2O--Mg(OH)2体积膨胀(148%)

MgO安定性检测方法：压蒸安定性试验

序号项目指标检验方法

与依据P.1P.Ⅱ

5氧化镁（%）≤5.0；水泥压蒸安定性检验合格可放宽到6.0GB176GB750第10页，课件共32页，创作于2023年2月2.1.4.1硅酸盐水泥化学和物理指标

碱(Na2O+0.658K2O

)

当水泥中碱含量较高时，混凝土容易发生碱集料反应（反应生成物吸水膨胀，使混凝土产生内应力，导致混凝土开裂)，破坏其结构。碱的来源：石灰石、粘土和煤等原燃料。序号项目指标检验方法

与依据P.1P.Ⅱ

8碱(Na2O+0.658K2O)(%）≤0.6选择性指标GB176-2008第11页，课件共32页，创作于2023年2月

硅酸盐水泥化学和物理指标

碱(Na2O+0.658K2O

)

碱会导致碱集料反应破坏。碱来源：原燃材料。为何是选择性指标？一般使用活性SiO2集料的用户才要求低含碱水泥，若将该指标统一要求定得很低很死，则水泥厂生产受原燃料限制或无法生产，或大幅增加生产成本。另外碱集料反应速度较慢，通常是几年甚至几十年，所以为选择性指标。序号项目指标检验方法

与依据P.1P.Ⅱ

8碱(Na2O+0.658K2O)(%）≤0.6选择性指标GB176-2008第12页，课件共32页，创作于2023年2月

硅酸盐水泥化学和物理指标(9)氯离子影响：氯离子在混凝土液相中形成盐酸，与氢氧化钙作用生成氯化钙，氯化钙具有高吸湿性，在其浓度及湿度较高时，能剧烈地破坏钢筋的钝化膜，使钢筋发生溃灿性锈蚀。因而对钢筋混凝土有很大的影响。序号项目指标检验方法

与依据P.1P.Ⅱ

8氯离子(%）≤6，当有更低要求时，由买卖双方协商确定GB176-2008第13页，课件共32页，创作于2023年2月

硅酸盐水泥熟料硅酸盐水泥熟料，即国际上的波特兰水泥熟料，简称水泥熟料(CementClinker)。由主要含CaO、SiO2、Al2O3、Fe2O3的原料，按适当比例磨成细粉烧至部分熔融所得以硅酸钙为主要矿物成分的水硬性胶凝物质。其中硅酸钙矿物不小于66%，氧化钙和氧化硅质量比不小于2.0。在硅酸盐水泥熟料的基础上，加入不同品种、不同数量的混合材料共同粉磨，就可制得硅酸盐系列的不同品种的水泥(几十种)。第14页，课件共32页，创作于2023年2月

硅酸盐水泥熟料水泥的质量主要决定于熟料的质量。优质熟料应该具有适合的矿物组成和岩相结构。熟料的化学成分不仅决定了熟料的矿物组成，同时还与熟料的烧成工艺和资源的合理利用密切相关，直接影响优质、高产、低消耗等经济指标。因此控制熟料的化学成分，是水泥生产的关键环节之一。第15页，课件共32页，创作于2023年2月

熟料的化学成分主要氧化物：CaO、SiO2、Al2O3、Fe2O3四种，通常在熟料中占95%左右。其它氧化物：氧化镁(MgO)、硫酐(SO3)、氧化钛(TiO2)、氧化磷(P2O5)及氧化钾和氧化钠(K2O和Na2O)等。当用萤石或其他金属尾矿作矿化剂时，熟料中还会有少量的氟化钙（CaF2)和其他微量金属元素。第16页，课件共32页，创作于2023年2月熟料的矿物组成

四种主要矿物硅酸三钙 3CaO·SiO2

可简写为C3S；硅酸二钙 2CaO·SiO2

可简写为C2S；硅酸盐矿物，75%左右。铝酸三钙 3CaO·Al2O3

可简写为C3A；铁铝酸四钙 通常用4CaO·Al2O3·Fe2O3作为其代表式 可简写为C4AF

熔剂矿物，22%左右。在煅烧过程中，后两种矿物与氧化镁、碱等，在1250-1280℃开始逐渐熔融成液相，以促进硅酸三钙的顺利形成，故称为熔剂矿物。第17页，课件共32页，创作于2023年2月

熟料的矿物组成

四种主要矿物硅酸三钙 3CaO·SiO2

可简写为C3S；硅酸二钙 2CaO·SiO2

可简写为C2S；硅酸盐矿物，75%左右。铝酸三钙 3CaO·Al2O3

可简写为C3A；铁铝酸四钙 通常用4CaO·Al2O3·Fe2O3作为其代表式 可简写为C4AF

熔剂矿物，22%左右。

第18页，课件共32页，创作于2023年2月熟料的矿物组成

岩相照片Ca3Si----黑色多角形颗粒Ca3Si----具有黑白双晶条纹的圆形颗粒上述两种晶体间反向能力强的为白色中间相(浅色)铁相固溶体；反向能力弱的为黑色中间相(深色)铝酸三钙。

第19页，课件共32页，创作于2023年2月

熟料矿物的特性硅酸三钙热力学稳定范围：1250℃-2065℃。高于2065℃：不一致熔分解

低于1250℃：实际上在1250℃以下分解反应进行得非常缓慢，只有在慢冷且还原气氛下才明显进行，所以Ca3Si在室温下可以呈介稳状态存在。第20页，课件共32页，创作于2023年2月

熟料矿物的特性硅酸三钙

固溶特性：在硅酸盐水泥熟料中，硅酸三钙并不以纯的形式存在，总含有少量的其他氧化物，如氧化铝、氧化铁、氧化镁、碱等形成固溶体，称为阿利特(Alite)或A矿。阿利特的组成，由于其他氧化物的含量及其在硅酸三钙中固溶程度的不同而变化较大，不同研究者所得结果有所差异。但它的化学组成仍然接近于纯Ca3Si，因此仍简单的将其看作是Ca3Si。

第21页，课件共32页，创作于2023年2月

熟料矿物的特性硅酸二钙

1．形成：形成温度低，热耗低。

2．固溶特性：熟料中的硅酸二钙并不是以纯的形式存在，而是在硅酸二钙中溶进少量氧化镁、氧化铝、氧化铁、碱等氧化物的固溶体，通常称为贝利特(Belite)或B矿。电子探针分析得出的几种贝利特组成范围为：

Ca：63.0－63.7% Si：31.5－33.7%碱含量：0.3－1.0% Ti：0.1－0.3%

P：0.1－0.3% 等。第22页，课件共32页，创作于2023年2月

熟料矿物的特性硅酸二钙当Ca2Si中含有某些微量氧化物或快速冷却(在液相较多时，可使熔剂矿物形成玻璃体，将β型硅酸二钙晶体包住，在迅速冷却的重要依据下，使其越过β→γ的转变温度而保留住β型。)时，可制止β-Ca2Si转变为γ-Ca2Si

。但α型由于生成温度较高，主要稳定剂氧化钠大多与铝酸三钙形成固溶体，稳定α’型的氧化剂氧化钾数量也不多，都不足以阻止它们的转化。所以熟料中α型和α’型硅酸二钙一般较少存在。实际生产的熟料以β型Ca2Si存在。因而所指的Ca2Si即β-Ca2Si

。第23页，课件共32页，创作于2023年2月

熟料矿物的特性硅酸二钙熟料粉化：β型Ca2Si(比重3.28)转变为没有水硬特性的γ型Ca2Si(比重2.98)，体积约膨胀约10%，导致熟料崩溃，称为熟料粉化。

第24页，课件共32页，创作于2023年2月

熟料矿物的特性二、硅酸二钙

5．比重：贝利特的比重为3.28。

6．光学特性①．纯----无色晶体，随固溶氧化物不同颜色不同。②．反光镜下：呈圆形，有交叉双晶纹。烧成温度低且冷却缓慢时，常发现有平等双晶。第25页，课件共32页，创作于2023年2月熟料矿物的特性二、硅酸二钙

7．水硬特性①．水化较慢，至28d龄期仅水化20%左右。凝结硬化也缓慢。②．早期强度较低，28d以后强度还能较快增长，1y后可赶上阿利特。③．水化热小，250J/g，是四种矿物中最小者。抗水性较好。对大体积工程或处于侵蚀性大的工程用水泥，适当提高贝利特含量，降低阿利特含量是有利的。

第26页，课件共32页，创作于2023年2月熟料矿物的特性（一）、铝酸三钙

1．熟料中铝酸钙组成：主要是铝酸三钙，有时还有七铝酸十二钙Ca12Al7。

2．固溶特性：可固溶部分氧化物，如SiO2、Fe2O3、MgO、TiO2等。

3．比重：3.04

4．在反光镜下，其反光能力弱，呈暗灰色，并填充在A矿与B矿中间，故一般称为黑色中间相。(颜色并不是黑的)第27页，课件共32页，创作于2023年2月

熟料矿物的特性（一）、铝酸三钙

5．晶型：随原材料性质、熟料形成与冷却工艺的不同而有所差别，尤其是受熟料冷却速度的影响最大。通常在氧化铝含量高的慢冷熟料中，结晶出较完整的晶体，在反光镜下呈矩形或粒形。当冷却速度快时，铝酸三钙溶入玻璃相或呈不规则的微晶体析出，在反光镜下成点滴状。第28页，课件共32页，创作于2023年2月

熟料矿物的特性（一）、铝酸三钙

6．水化特性：①．水化迅速，凝结很快，如不加缓凝剂---石膏，易使水泥急凝。②．硬化快，早期强度较高，3d内就可大部分发挥出来。但绝对值不高，以后几乎不再增长甚至倒缩。③．水化热高，干缩变形大，脆性大，耐磨性差，抗硫酸盐性能差。因而，大体积工程，抗硫酸盐工程应控制。第29页，课件共32页，创作于2023年2月

熟料矿物的特性（二）、铁铝酸四钙

1．组成：熟料中铁铝酸四钙为Ca2Fe-Ca8Al3