水泥工藝學(xué)復(fù)習(xí)整理(1)

1、水泥工藝學(xué)重點(diǎn)膠凝材料是指在物理、化學(xué)作用下，漿體變成堅(jiān)固石狀體，并能膠結(jié)其他物 料且具有一定機(jī)械強(qiáng)度的物質(zhì)。膠凝材料的分類(lèi)：有機(jī)膠凝材料無(wú)機(jī)膠凝材料 氣硬性膠凝材料：拌水后只能在空氣 中硬化不能在水中硬化水硬性膠凝料：拌水后既能在空氣 中硬化又能在水中硬化水泥的分類(lèi)：按其用途和性能分：通用水泥、專(zhuān)用水泥、特性水泥通用硅酸鹽水泥分類(lèi)：1、硅酸鹽水泥（波特蘭水泥）; 2.普通硅酸鹽水泥;3、礦渣硅酸鹽水泥 4.火山灰質(zhì)硅酸鹽水泥5.粉煤灰硅酸鹽水泥 6.復(fù)合硅酸鹽水泥硅酸鹽水泥：凡由硅酸鹽水泥熟料、05%的石灰石或?；郀t礦渣、適量石膏磨細(xì)制成的水硬性膠凝材料，稱(chēng)為

2、硅酸鹽水泥(即國(guó)外通稱(chēng)的波特蘭水泥) 。通用硅酸鹽水泥組分材料：硅酸鹽水泥熟料：凡以適當(dāng)成分的生料燒至部分熔融，所得以硅酸鈣為主要成分的燒結(jié)物?；旌喜牧希涸诜勰ニ鄷r(shí)與熟料、石膏一起加入磨內(nèi)用以改善水泥性能，調(diào)節(jié)水泥標(biāo)號(hào)、提高水泥產(chǎn)量的礦物質(zhì)材料。石膏：調(diào)節(jié)凝結(jié)時(shí)間，是緩凝劑。還可以提高水泥強(qiáng)度硅酸鹽水泥生產(chǎn)技術(shù)要求(1)氧化鎂（MgO） 水泥中氧化鎂含量過(guò)高時(shí)，由于其緩慢的水化和體積膨脹效應(yīng)可使水泥硬化體結(jié)構(gòu)破壞。采用壓蒸安定性試驗(yàn)進(jìn)行檢驗(yàn)。 不超過(guò)5.0% (2) )三氧化硫（SO3） 不超過(guò)3.5%(3)燒失量 水泥燒失量是指水泥在9501000高溫下燃燒失去的質(zhì)量百分?jǐn)?shù)。 (4)細(xì)度

3、細(xì)度即水泥的粗細(xì)程度，通常以比表面積或篩余數(shù)表示(5)凝結(jié)時(shí)間 水泥凝結(jié)時(shí)間是水泥從和水開(kāi)始到失去流動(dòng)性，即從可塑性狀態(tài)發(fā)展到固體狀態(tài)所需要的時(shí)間，分初終時(shí)間和終凝時(shí)間兩種。 初凝時(shí)間：是指水泥加水拌和到標(biāo)準(zhǔn)稠度凈漿開(kāi)始失去塑性的時(shí)間。 終凝時(shí)間：是指水泥加水拌和起到標(biāo)準(zhǔn)稠度凈漿完全失去塑性的時(shí)間。(6)安定性 水泥硬化后體積變化的均勻性稱(chēng)為水泥體積安定性，簡(jiǎn)稱(chēng)安定性。 引起水泥安定性不良的原因主要有三種:熟料中游離氧化鈣、方鎂石過(guò)高及水泥中石膏摻加量過(guò)多。(7)強(qiáng)度水泥強(qiáng)度 :水泥強(qiáng)度是水泥試體凈漿在單位面積上所能承受的外力。通常用28d的強(qiáng)度作為水泥質(zhì)量劃分的強(qiáng)度等級(jí)?！癛”表示早強(qiáng)型生產(chǎn)

4、方法 1、 按生料制備的方法分為：濕法：生料漿水分占32%40%左右。生料漿脫水烘干后破碎，入窯煅燒，稱(chēng)之為半濕法。干法：生料粉調(diào)配均勻并加入適量水，制成料球喂入立窯或立波爾窯內(nèi)煅燒稱(chēng)為半干法，料球含水12%15%。干法、濕法優(yōu)缺點(diǎn)比較干法：熱耗低，但粉塵大，生料成分不均勻，熟料質(zhì)量較濕法窯差。濕法：熱耗高，但電耗低，生料易于均化，熟料質(zhì)量較較好且均勻 ，且輸送方便，粉塵飛揚(yáng)少 。 2、 按煅燒熟料窯的結(jié)構(gòu)分為：回轉(zhuǎn)窯；立窯。 硅酸鹽水泥的主要工藝過(guò)程:生產(chǎn)制備（包括原料破碎，原料預(yù)均化，原料的配合，生料的粉磨和均化等）熟料的煅燒水泥的粉磨和包裝水泥生產(chǎn) 原料主要有：石灰質(zhì)原料（主要提供氧化鈣

5、）和粘土質(zhì)原料（主要提供氧化硅、氧化鋁及氧化鐵），還有少量輔助原料。硅酸鹽水泥的生產(chǎn)工藝概括起來(lái)就是“兩磨一燒”。熟料的化學(xué)組成主要氧化物：CaO SiO2 Al2O3 Fe2O3 其總和通常占熟料總量的95%以上。主要礦物組成：硅酸三鈣：3CaO·SiO2 (C3S) 硅酸二鈣：2CaO·SiO2 (C2S) 鋁酸三鈣： 3CaO·Al2O3 (C3A) 鐵鋁酸四鈣：4CaO· Al2O3 ·Fe2O3 (C4AF)四種熟料礦物特點(diǎn)： 硅酸三鈣：水化較快，水化熱高，抗水性較差。早期強(qiáng)度高，后期強(qiáng)度也高，在四種主要礦物中C3S強(qiáng)度最高。硅酸二鈣

6、：水化較慢，凝結(jié)硬化慢，水化熱低，抗水性好。早期強(qiáng)度低，后期強(qiáng)度高。鋁酸三鈣：水化最快，水化熱最高，抗水性差。早期強(qiáng)度高，三天的強(qiáng)度大部分就發(fā)揮出來(lái)，三天的強(qiáng)度后的強(qiáng)度不再增長(zhǎng)，甚至倒縮。鐵鋁酸四鈣：水化介于C3S和 C3A，早期強(qiáng)度類(lèi)似于C3A，后期不如C3S，水化熱較C3A低，抗沖擊性能和抗硫酸鹽性能好。率值：硅酸鹽水泥熟料中各主要氧化物含量之間比例關(guān)系的系數(shù)稱(chēng)作率值。 表示化學(xué)成分與礦物組成之間的關(guān)系，水泥熟料的性能及其對(duì)煅燒的影響。我國(guó)主要采用石灰飽和系數(shù)（KH）、硅率（SM）、鋁率（IM）三個(gè)率值。硅率（SM）：表示熟料中氧化硅與氧化鐵之和的質(zhì)量比，也表示了熟料中硅酸鹽礦物與熔劑礦物

7、的比例。鋁率（IM）：表示熟料中氧化鋁和氧化鐵的質(zhì)量比，也表示熟料熔劑礦物中的鋁酸三鈣與鐵酸四鈣的比例。石灰飽和系數(shù)（KH）：熟料中全部氧化硅生成硅酸鈣（硅酸二鈣和硅酸三鈣）所需的氧化鈣含量與全部氧化硅生成所需氧化三鈣所需氧化鈣最大含量的比例。也即表示熟料中的氧化硅被氧化鈣飽和形成硅酸三鈣的程度一.石灰質(zhì)原料 1.定義 凡是以碳酸鈣為主要成分的原料都屬于石灰質(zhì)原料。 水泥生產(chǎn)中常用的是含有碳酸鈣的天然礦石。生料的易燒性一、生料的易燒性定義與表示方法 定義：是指生料在窯內(nèi)煅燒成熟料的過(guò)程中相對(duì)難易程度。表示方法 實(shí)用易燒性：在1350恒溫下，在回轉(zhuǎn)窯內(nèi)煅燒 生料CaO2達(dá)到所需要的時(shí)間。易燒性指

8、數(shù)或系數(shù)越大,易燒性越差二.影響生料易燒性的主要因素·生料的潛在礦物組成 · 原料的性質(zhì)和顆粒組成 · 生料中次要氧化物和微量元素 ·生料的均勻性和生料的粉磨細(xì)度 配料計(jì)算HS進(jìn)/S出S進(jìn)：進(jìn)入均化設(shè)施時(shí)原料或生料中某成分的標(biāo)準(zhǔn)偏差S出：卸出均化設(shè)施時(shí)原料或生料中某成分的標(biāo)準(zhǔn)偏差六個(gè)帶及各帶物理化學(xué)變化:物理:干燥與脫水 化學(xué)：硅酸鹽水解、固相反應(yīng)碳酸鈣的分解過(guò)程：熱氣流向顆粒表面的傳熱過(guò)程； 熱量由表面以傳導(dǎo)方式向分解面?zhèn)鬟f的過(guò)程；碳酸鈣在一定溫度下吸收熱量，進(jìn)行分解并放出CO2的化學(xué)過(guò)程；分解放出的CO2，穿過(guò)CaO層向表面擴(kuò)散的傳質(zhì)過(guò)程；表面的CO

9、2向周?chē)橘|(zhì)氣流擴(kuò)散的過(guò)程。即:兩個(gè)傳熱過(guò)程、一個(gè)傳質(zhì)過(guò)程和兩個(gè)化學(xué)反應(yīng)過(guò)程。 液相反應(yīng)：在高溫液相作用下，水泥熟料逐漸燒結(jié)，物料逐漸由疏松狀轉(zhuǎn)變?yōu)樯珴苫液凇⒔Y(jié)構(gòu)致密的熟料，并伴隨著體積收縮。同時(shí) CaSCaOC3S液相量計(jì)算 1400 P2.95A2.2F立波爾窯 高溫氣體通過(guò)層料進(jìn)行傳熱，因而預(yù)熱室熱端料球表面（料層表面）的溫度與料球底層溫差達(dá)300400 ，同時(shí)，如以煤為燃料，煤灰首先落在料層表面，造成料球化學(xué)成分不均勻，故立波爾窯熟料的質(zhì)量略低，但對(duì)含堿量高的原料仍可應(yīng)用。立窯的煅燒方法：普通煅燒法黑生料煅燒法差熱煅燒法等濕煅燒法生料均化鏈：計(jì)劃開(kāi)采，搭配裝運(yùn) 原料的預(yù)均化生料粉磨鐵粉

10、 均化庫(kù)內(nèi)均化優(yōu)質(zhì)熟料：色澤灰黑，微帶閃光，表面不甚光滑，結(jié)粒細(xì)少，游離CaO少，凝結(jié)正常，安定性良好，機(jī)械度很好的熟料。水泥的水化、凝結(jié)、硬化 水化物質(zhì)由無(wú)水狀態(tài)變?yōu)橛兴疇顟B(tài)，由低含水變?yōu)楦吆y(tǒng)稱(chēng)為水化。 凝結(jié)水泥加水拌和初期形成具有可塑性的漿體，然后逐漸變稠并失去可塑性的過(guò)程稱(chēng) 硬化水泥加水拌和到水泥漿完全失去可塑性，并產(chǎn)生一定的機(jī)械強(qiáng)度。C3S的水化水化產(chǎn)物：水化硅酸鈣（也稱(chēng)C-S-H凝膠）和氫氧化鈣。水化過(guò)程（水化速率很快，可以劃分為五個(gè)階段）：誘導(dǎo)前期（時(shí)間：15分鐘 ） 加水后立即發(fā)生急劇反應(yīng)，時(shí)間短：誘導(dǎo)期又稱(chēng)靜止期（時(shí)間：24小時(shí) ） 反應(yīng)速率極其緩慢：加速期（時(shí)間：48小

11、時(shí)） 反應(yīng)重新加快，且終凝已過(guò)，開(kāi)始硬化：減速期（時(shí)間：1224小時(shí) ） 水化作用逐漸受擴(kuò)散速率控制:穩(wěn)定期反應(yīng)速率很低，基本穩(wěn)定階段，水化作用完全受擴(kuò)散速率控制 C2S水化： C2S的水化過(guò)程與C3S相似，也有靜止期，加速期等 ，但水化速率很慢約為 C3S的1/20 水化反應(yīng)：2CaO·SiO2mH2OxCaO·SiO2·yH2O（2-x）Ca（OH）2水化產(chǎn)物： 生成C-S-H和Ca(OH)2C3A水化： 水化迅速，其水化產(chǎn)物的組成與結(jié)構(gòu)受溶液中CaO、Al2O3 離子濃度和溫度的影響很大。1、 C3A單獨(dú)水化常溫： C3A + 27H C4AH19+C2AH

12、8 鐵相固溶體：水化速率比C3A略慢，水化熱較低，即使單獨(dú)水化也不會(huì)引起瞬凝。C4AF水化過(guò)程與C3A也很相似。硅酸鹽水泥的水化水化過(guò)程實(shí)際上就是：熟料解體水化水化產(chǎn)物凝聚水泥石。P177圖水化速率的意義：水化速率影響水泥強(qiáng)度的發(fā)揮和安定性C3S水化產(chǎn)物形貌：維狀粒子、網(wǎng)絡(luò)狀粒子、等大粒子、內(nèi)部產(chǎn)物孔的分類(lèi)孔中水的作用對(duì)漿體性能的影響粗孔與一般水相同強(qiáng)度、滲透性毛細(xì)孔與一般水相同，產(chǎn)生中等的表面張力強(qiáng)度、滲透性、高濕度下的收縮凝膠孔產(chǎn)生強(qiáng)的表面張力，強(qiáng)吸附水，不能形成新目形液面結(jié)構(gòu)孔相對(duì)濕度50%以下時(shí)收縮，徐變硬化水泥漿體的結(jié)構(gòu)： 水泥石由水泥凝膠、吸附在凝膠孔內(nèi)的凝膠水、 Ca(OH)2等

13、結(jié)晶相、未水化的水泥顆粒、毛細(xì)孔及毛細(xì)孔水所組成?？椎漠a(chǎn)生： 礦物完全水化：理論W/C=0.2-0.6 ； 實(shí)際砂漿：W/C=0.5（國(guó)標(biāo)實(shí)驗(yàn)）； 所以：理論加水遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于實(shí)際加水：多余水變成固相體積孔隙孔的類(lèi)型：1、粗孔：球形大孔2、毛細(xì)孔：大毛細(xì)孔、小毛細(xì)孔3、凝膠孔：膠粒間孔、微孔、層間孔凝結(jié)過(guò)程：水泥加水拌和成水泥漿體，逐漸失去流動(dòng)性、可塑性，形成具有一定強(qiáng)度的硬化漿體的過(guò)程。石膏的作用：1、調(diào)節(jié)凝結(jié)時(shí)間；（主要作用） 2、提高早期強(qiáng)度； 3、降低干縮變形； 4、改善水泥的性能（耐久性、抗?jié)B性、抗凍性）。確定石膏的最佳摻量要同時(shí)考慮: 凝結(jié)時(shí)間；強(qiáng)度； 安定性。石膏最佳摻入量是指使水泥凝

14、結(jié)正常、強(qiáng)度高、安定性良好的摻量。 我國(guó)生產(chǎn)的普通水泥石膏摻量一般波動(dòng)于：SO3 = 1.52.5。 石膏緩凝機(jī)理：在水泥顆粒表面形成鈣礬石保護(hù)膜，阻礙水分等移動(dòng)的結(jié)果。石膏摻量方法：1.熟料中C3A或堿含量高時(shí)，石膏量適當(dāng)增加。 2.水泥粉磨越細(xì)或混合材采用礦渣量較多時(shí)，適量增加石膏。 3.熟料中SO3含量較高時(shí)，減少石膏摻量。 4.若熟料中摻用氟、硫等復(fù)合礦化劑，采用較高石膏產(chǎn)量。假凝：是指水泥的一種不正常的早期固化或過(guò)早變硬現(xiàn)象。水泥加水拌和后，在幾分鐘內(nèi)即迅速凝結(jié)變硬，經(jīng)劇烈攪拌后，又重新恢復(fù)塑性的現(xiàn)象。安定性不良：水泥在凝結(jié)硬化過(guò)程中產(chǎn)生劇烈而不均勻的體積變化（體積膨脹),稱(chēng)為安定性

15、不良體積變化的四種情況1、化學(xué)減縮：水泥在水化硬化過(guò)程中，無(wú)水的熟料礦物轉(zhuǎn)變?yōu)樗a(chǎn)物，固相體積大大增加， 而水泥漿體的總體積卻在不斷縮小，由于這種體積減縮是化學(xué)反應(yīng)所致,故稱(chēng)化學(xué)減縮。 減縮量：水泥熟料各單礦物的減縮作用大小順序： C3AC4AFC3SC2S2、濕脹干縮：現(xiàn)象：硬化水泥漿體的體積隨其含水量而變化。3、碳化收縮：在一定的相對(duì)濕度下，硬化水泥漿體中的水化產(chǎn)物如Ca(OH)2、C-S-H等會(huì)與空氣中的CO2作用，生成CaCO3和H2O，造成硬化漿體的體積減少，出現(xiàn)不可逆的收縮現(xiàn)象，稱(chēng)為碳化收縮。4、安定性不良：水泥在凝結(jié)硬化過(guò)程中產(chǎn)生劇烈而不均勻的體積變化（體積膨脹),稱(chēng)為安定性不

16、良水泥磨細(xì)的優(yōu)缺點(diǎn)1. 水泥粉磨越細(xì)，水化反應(yīng)就越快，而且更為安全，但是，必須將水泥磨到合適的細(xì)度，能充分發(fā)揮其活性。2. 水泥越細(xì)，標(biāo)準(zhǔn)稠度需水量越大。3. 水泥越細(xì)，水化越快，漿體內(nèi)凝膠含量越多，引起干縮率越大。4. 石膏摻量應(yīng)與粉磨細(xì)度相對(duì)應(yīng)。所以細(xì)度增加時(shí)，石膏摻入量要相應(yīng)增加。5. 再提高粉磨細(xì)度的同時(shí)，磨機(jī)的臺(tái)時(shí)產(chǎn)量要下降，電耗、球段和襯板的消耗也必相應(yīng)增大。6. 隨水泥比表面積的提高，干縮和水化放熱速率變大，在儲(chǔ)存時(shí)，則越容易受潮。水化熱：水化過(guò)程中所放出的熱量，稱(chēng)為水泥的水化熱。耐久性：硬化水泥石結(jié)構(gòu)在一定環(huán)境條件下長(zhǎng)期保持穩(wěn)定質(zhì)量和使用功能的性質(zhì)稱(chēng)為耐久性。影響耐久性的因素：

17、1、抗?jié)B性；2、抗凍性；3、對(duì)環(huán)境介質(zhì)的抗蝕性 4、堿集料反應(yīng)等。抗?jié)B性：硬化水泥石或混凝土抵抗各種有害介質(zhì)進(jìn)入內(nèi)部的能力?？箖鲂裕?硬化水泥漿體抵抗凍融循環(huán)的能力抗凍性的表示方法 ：以試塊能經(jīng)受-15和20的循環(huán)凍融而抗壓強(qiáng)度降低不超過(guò)25%時(shí)的最高次數(shù)來(lái)表示，如200次或300次凍融循環(huán)等。次數(shù)越多說(shuō)明抗凍性越好 抗凍性取決于孔隙率、孔隙特征及充水程度。結(jié)冰的破壞機(jī)理：1.靜水壓理論；2.滲透壓理論影響抗凍性的因素：1.水泥品種與礦物組成：增加C3S含量，適當(dāng)增加水泥中石膏摻入量，可以改善抗凍性。水泥強(qiáng)度越高，抗凍性越好 2.水灰比：水灰比越小，硬化水泥漿體中毛細(xì)孔率越小，孔徑尺寸越小，抗凍性越好。 3.養(yǎng)護(hù)齡期：養(yǎng)護(hù)齡期越長(zhǎng)，抗凍性越好4.孔結(jié)構(gòu)； 5.硬化漿體的充水程度對(duì)水泥耐久性有害的環(huán)境介質(zhì)主要有： 淡水、酸和酸性水、硫酸鹽溶液和堿溶液 導(dǎo)致結(jié)果：結(jié)構(gòu)受到破壞，強(qiáng)度降低表現(xiàn)形式：體積膨脹膨脹型腐蝕體積收縮溶出型腐蝕耐