水泥成分,種類,生產(chǎn)培訓(xùn)知識

第六章水泥第一頁，共四十七頁。內(nèi)容水泥的定義和分類水泥的生產(chǎn)水泥的基本組成水泥的水化硬化水泥的品質(zhì)要求常用水泥的基本特征與用途特種水泥的組成與主要性能第二頁，共四十七頁。一、水泥的定義和分類定義：凡細(xì)磨成粉末狀，加入適量水后成為塑性漿體，既能在空氣中硬化，又能在水中硬化，并能將砂、石等散粒或纖維材料牢固地膠結(jié)在一起的水硬性膠凝材料，統(tǒng)稱為水泥。

硅酸鹽水泥定義：以硅酸鹽水泥熟料、適量石膏磨細(xì)制成的水硬性膠凝材料。按組成分類：

常用水泥／硅酸鹽水泥（以硅酸鹽水泥熟料為主要組分）如：硅酸鹽水泥、普通硅酸鹽水泥、礦渣硅酸鹽水泥等

特種水泥（以非硅酸鹽類水泥熟料為主要組分）如：高鋁水泥、硫鋁酸鹽水泥等第三頁，共四十七頁。組分材料：(1)硅酸鹽水泥熟料：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產(chǎn)物(2)石膏：天然石膏或工業(yè)副產(chǎn)石膏（工業(yè)生產(chǎn)中以硫酸鈣為主要成分的副產(chǎn)品），摻量2～５％(3)活性混合材：具有火山灰性或潛在水硬性的混合材料，如?；郀t礦渣、粉煤灰等(4)非活性混合材：活性指標(biāo)不符合標(biāo)準(zhǔn)要求的潛在水硬性或火山灰性混合材料以及砂巖和石灰石(5)窯灰：從水泥回轉(zhuǎn)窯窯尾廢氣中收集下的粉塵(6)助磨劑：在水泥粉磨時起助磨作用而不損害水泥性能的一種外加劑，加入量<1%第四頁，共四十七頁。常用水泥品種水泥品種水泥代號水泥組成熟料石膏混合材Ⅰ型硅酸鹽水泥P.Ⅰ硅酸鹽水泥熟料95~98%適量（控制SO3<3.5%）不摻任何混合材Ⅱ型硅酸鹽水泥P.Ⅱ硅酸鹽水泥熟料90~97%適量（控制SO3<3.5%）摻加不超過水泥質(zhì)量5%的石灰石或粒化高爐礦渣混合材普通硅酸鹽水泥P.O硅酸鹽水泥熟料80~92%適量（控制SO3<3.5%）摻6~15%混合材。活性混合材<15%（允許用窯灰<5%或非活性混合材<10%代替），非活性混合材<10%第五頁，共四十七頁。水泥品種水泥代號水泥組成熟料石膏混合材礦渣硅酸鹽水泥P.S硅酸鹽水泥熟料25~78%適量（控制SO3<4%）?；郀t礦渣20~70%，允許用石灰石、窯灰和火山灰質(zhì)混合材中的一種材料代替，代替數(shù)量<8%，替代后水泥中?；郀t礦渣>20%火山灰質(zhì)硅酸鹽水泥P.P硅酸鹽水泥熟料45~78%適量（控制SO3<3.5%）火山灰質(zhì)混合材20~50%粉煤灰硅酸鹽水泥P.F硅酸鹽水泥熟料55~78%適量（控制SO3<3.5%）粉煤灰20~40%復(fù)合硅酸鹽水泥P.C硅酸鹽水泥熟料45~83%適量（控制SO3<3.5%）摻兩種或兩種以上混合材料，總摻量按質(zhì)量百分比計為15~50%，允許用<8%的窯灰代替部分混合材料，摻礦渣時，混合材摻量不得與礦渣水泥重復(fù)第六頁，共四十七頁。二、水泥的生產(chǎn)原材料：（１）石灰石質(zhì)原料（主要成份為碳酸鈣，提供氧化鈣），如石灰?guī)r、泥灰?guī)r、白堊、貝殼等（２）粘土質(zhì)原料（提供氧化硅和氧化鋁及部分氧化鐵），如黃土、粘土、頁巖、泥巖、粉砂巖及河泥等（３）少量校正原料（鐵質(zhì)校正原料和硅質(zhì)校正原料，提供氧化鐵和氧化硅），鐵質(zhì)校正原料如低品位鐵礦石、煉鐵廠尾礦以及硫酸廠工業(yè)廢渣硫酸渣（硫鐵礦渣）等；硅質(zhì)校正原料如砂巖、河砂、粉砂巖等。第七頁，共四十七頁。生產(chǎn)工藝：“兩磨一燒”

生料制備：石灰質(zhì)原料，粘土質(zhì)原料與少量校正原料經(jīng)破碎后，按一定比例配合、磨細(xì)，并配合為成分合適，質(zhì)量均勻的生料

熟料煅燒：生料在水泥窯內(nèi)煅燒至部分熔融所得以硅酸鈣為主要成分的硅酸鹽水泥熟料

水泥粉磨：熟料加適量石膏，有時還加適量混合材料或外加劑共同磨細(xì)為水泥第八頁，共四十七頁。用窯外分解窯干法生產(chǎn)的工藝流程第九頁，共四十七頁。水泥窯系統(tǒng)中發(fā)生的化學(xué)反應(yīng)第十頁，共四十七頁。(1)干燥與脫水～100℃，脫去物料中的自由水和粘土礦物的層間水～400～600℃，脫去粘土礦物的配位水(2)碳酸鹽分解碳酸鈣與碳酸鎂在煅燒過程中分解放出二氧化碳～590℃，MgCO3≒MgO+CO2-1047~1214J/g～890℃，CaCO3≒CaO+CO2-1645J/g水泥窯系統(tǒng)中發(fā)生的物理化學(xué)反應(yīng)過程第十一頁，共四十七頁。(3)固相反應(yīng)~800℃，CaO·Al2O3（CA）、CaO·Fe2O3（CF）與2CaO·SiO2（C2S）開始形成。800~900℃，開始形成12CaO·7Al2O3（C12A7）。900~1100℃，2CaO·Al2O3SiO2（C2AS）形成后又分解。開始形成3CaO·Al2O3（C3A）和4CaO·Al2O3·Fe2O3（C4AF）。所有碳酸鈣均分解，游離氧化鈣達(dá)最高值。1100~1200℃，大量形成C3A和C4AF，C2S含量達(dá)最大值。第十二頁，共四十七頁。(4)液相和熟料的燒結(jié)到達(dá)最低共熔溫度（1250℃）后，開始出現(xiàn)液相。硅酸二鈣與游離氧化鈣都逐步溶解于液相中，反應(yīng)生成硅酸鹽水泥的主要礦物硅酸三鈣３CaO·SiO2（C３S）。在高溫液相作用下，水泥熟料逐漸燒結(jié)。

C2S+CaOC3S液相第十三頁，共四十七頁。三、水泥的基本組成（1）硅酸鹽水泥熟料氧化物組成CaO、SiO2、Al2O3、Fe2O3~95%MgO、SO3、TiO2、P2O5、K2O和Na2O等~5%主要氧化物含量波動范圍：CaO62~67%；SiO220~24%；Al2O34~7%；Fe2O32.5~6.0%。第十四頁，共四十七頁。第十五頁，共四十七頁。礦物組成經(jīng)高溫煅燒后，兩種或兩種以上的氧化物反應(yīng)生成多種礦物集合體，結(jié)晶細(xì)?。?0~60μm）。四種主要礦物：硅酸三鈣3CaO·SiO2，可簡寫為C3S；硅酸二鈣2CaO·SiO2，可簡寫為C2S；鋁酸三鈣3CaO·Al2O3，可簡寫為C3A；鐵相固溶體4CaO·Al2O3·Fe2O3作為代表式，可簡寫為C4AF。另外，還含有少量的游離氧化鈣（f-CaO）、方鎂石（結(jié)晶氧化鎂）、含堿礦物以及玻璃體等。硅酸鹽礦物，75%溶劑礦物，22%第十六頁，共四十七頁。熟料礦物的基本特性礦物含量水化速度強(qiáng)度凝結(jié)時間水化熱耐化學(xué)侵蝕性干縮早期后期C3S50%較快高高正常中中中C2S20%較慢低高緩慢小良小C3A7~15%迅速高低很快大差大C4AF10~18%<C3A后期慢低低正常小優(yōu)小第十七頁，共四十七頁。礦物組成的計算鮑格（Bogue）法：C3S=4.07C-7.60S-6.72A-1.43F-2.86SO3；C2S=8.60S+5.07A+1.07F+2.15SO3-3.07C=2.87S-0.754C3S；C3A=2.65A-1.69F；C4AF=3.04F；CaSO4=1.70SO3式中C——CaO；S——SiO2；A——Al2O3；F——Fe2O3百分含量。第十八頁，共四十七頁。（2）混合材活性混合材混合材磨細(xì)后與石灰和石膏拌合，加水后既能在水中又能在空氣中硬化的稱為活性混合材。

粒化高爐礦渣：煉鐵高爐的熔融礦渣經(jīng)水淬急冷形成，物相組成大部分為玻璃體，具有較高的化學(xué)潛能，在激發(fā)劑的作用下具有水硬性。化學(xué)成分：CaO、Al2O3、SiO2>90%MgO、MnO、Fe2O3、CaS、FeS、TiO2等質(zhì)量系數(shù)=（CaO+MgO+Al2O3）/（SiO2+MnO）活性礦渣質(zhì)量系數(shù)>1.2，非活性礦渣質(zhì)量系數(shù)<1.2?；郀t礦渣粉的活性指數(shù)（A）=R/R0×100%

粒化高爐礦渣粉級別（28d的A）：S105，S95，S75第十九頁，共四十七頁。火山灰質(zhì)混合材凡天然的及人工的以氧化硅、氧化鋁為主要成分的礦物質(zhì)原料，磨成細(xì)粉加水后并不硬化，但與石灰混合后再加水拌和，則不但能在空氣中硬化，而且能在水中繼續(xù)硬化者稱為火山灰質(zhì)混合材。天然：火山灰、火山凝灰?guī)r、浮石、硅藻土、硅藻石、蛋白石等人工：燒粘土、活性硅質(zhì)渣、粉煤灰、燒頁巖等。第二十頁，共四十七頁。粉煤灰燃煤發(fā)電廠電收塵器收集的細(xì)灰主要化學(xué)成分：SiO2、Al2O3、Fe2O3、CaO物相組成：玻璃體60~85%；結(jié)晶化合物10~30%；未燃盡碳約5%。類別CaO含量來源活性低鈣粉煤灰<10%無煙煤燃燒所得副產(chǎn)品較低高鈣粉煤灰15~30%褐煤和次煙煤燃燒所得的副產(chǎn)品較高第二十一頁，共四十七頁。非活性混合材與水泥成分不起化學(xué)作用或化學(xué)作用很小的稱為非活性混合材。磨細(xì)石英砂、石灰石、慢冷礦渣等

作用：提高水泥產(chǎn)量，減少水化熱，降低水泥標(biāo)號。第二十二頁，共四十七頁。（3）石膏天然石膏或工業(yè)副產(chǎn)石膏（CaSO4，CaSO4·2H2O）作用：調(diào)節(jié)凝結(jié)時間，提高早期強(qiáng)度，降低干縮變形，改善耐久性、抗?jié)B性等性能，對混合材起活性激發(fā)作用。

最佳摻量：C3A含量，混合材以水泥中SO3含量作為石膏摻量的控制指標(biāo)過少，不能合適地調(diào)節(jié)水泥正常凝結(jié)時間過多，可能導(dǎo)致水泥體積安定性不良第二十三頁，共四十七頁。四、水泥的水化硬化定義：水泥與水接觸時，水泥中的各組分與水的反應(yīng)稱為水化。水泥cement水泥漿Cementpaste+水凝結(jié)、硬化水泥石Hardenedcementpaste第二十四頁，共四十七頁。硅酸鹽水泥的水化硬化水化過程第二十五頁，共四十七頁。主要水化產(chǎn)物：Ca-AlC-S-H凝膠CH水化鋁（鐵）酸鈣水化硫鋁（鐵）酸鈣第二十六頁，共四十七頁。硬化漿體結(jié)構(gòu)：

未水化的水泥顆粒、水化產(chǎn)物、孔隙影響強(qiáng)度的因素：

C-S-H生成量，孔隙（氣孔和毛細(xì)孔）第二十七頁，共四十七頁。礦渣硅酸鹽水泥的水化硬化熟料礦物+水水化產(chǎn)物堿性激發(fā)劑：CH（+SiO2+Al2O3）硫酸鹽激發(fā)劑：石膏（+SiO2+Al2O3）火山灰水泥的水化硬化熟料礦物+水水化產(chǎn)物二次反應(yīng)CH（+SiO2+Al2O3）水化硅酸鈣水化鋁酸鈣水化硫鋁（鐵）酸鈣水化硅酸鈣水化鋁酸鈣第二十八頁，共四十七頁。五、水泥的品質(zhì)要求凝結(jié)時間——工程施工

初凝：水泥加水拌和開始至標(biāo)準(zhǔn)稠度凈漿開始失去可塑性所經(jīng)歷的時間。>45min

終凝：漿體完全失去可塑性并開始產(chǎn)生強(qiáng)度所經(jīng)歷的時間。

硅酸鹽水泥<6.5h其他品種水泥<10h（2008年實施GB175-2007）

測定：維卡儀

影響因素：水泥品種、水灰比、環(huán)境溫度第二十九頁，共四十七頁。強(qiáng)度——水泥質(zhì)量確定水泥強(qiáng)度等級；設(shè)計混凝土和砂漿配合比的強(qiáng)度依據(jù)膠砂（水泥1+中國ISO標(biāo)準(zhǔn)砂3+水0.5）棱柱體試件（40mm×40mm×160mm）脫模20±1℃濕氣24h20±1℃水中預(yù)定齡期（3d、28d）測定抗壓強(qiáng)度和抗折強(qiáng)度第三十頁，共四十七頁。

水泥強(qiáng)度等級按照28d抗壓強(qiáng)度值劃分（2008年實施GB175-2007）硅酸鹽水泥：42.5、42.5R、52.5、52.5R、62.5、62.5R六個等級普通水泥：42.5、42.5R、52.5、52.5R四個等級礦渣硅酸鹽水泥、火山灰水泥、粉煤灰水泥、復(fù)合水泥：32.5、32.5R、42.5、42.5R、52.5、52.5R六個等級第三十一頁，共四十七頁。體積安定性體積安定性不良是指已硬化水泥石產(chǎn)生不均勻的體積變化現(xiàn)象。引起體積安定性不良的原因：（1）f-CaO過量CaO+H2O=Ca(OH)2（2）f-MgO過量MgO+H2O=Mg(OH)2（3）石膏摻量過多石膏+C-A-HAFt第三十二頁，共四十七頁。細(xì)度影響水泥安定性、需水量、凝結(jié)時間及強(qiáng)度國標(biāo)：硅酸鹽水泥比表面積>300m2/kg透氣式比表面積儀其他水泥80μm標(biāo)準(zhǔn)篩上篩余量<10%篩析法第三十三頁，共四十七頁。水化熱

水泥水化放出的熱稱為水泥的水化熱。

硅酸鹽水泥的水化放熱曲線第三十四頁，共四十七頁。水泥的水化放熱量大部分在3~7d內(nèi)放出，以后逐漸減少大體積混凝土，冬季混凝土施工水泥水化放熱量與水泥細(xì)度、混合材種類和數(shù)量有關(guān)中熱硅酸鹽水泥和低熱硅酸鹽水泥，適用于水化熱較低的大壩和大體積混凝土工程。第三十五頁，共四十七頁。水泥化學(xué)品質(zhì)指標(biāo)（1）不溶物：熟料中未參與礦物形成反應(yīng)的粘土和結(jié)晶SiO2，是煅燒不均勻，化學(xué)反應(yīng)不完全的標(biāo)志。。（2）燒矢量：反映熟料的燒成質(zhì)量，混合材摻量是否適當(dāng)以及水泥風(fēng)化的情況。（3）氧化鎂：以方鎂石晶體存在的MgO導(dǎo)致水泥長期安定性不良。（4）SO3：造成水泥體積安定性不良，通過控制石膏摻量控制。（5）堿含量（Na2O+0.658K2O）：與活性骨料發(fā)生堿骨料反應(yīng)，導(dǎo)致混凝土不均勻膨脹破壞。第三十六頁，共四十七頁?？刮g性（耐久性）（1）淡水（溶蝕）：流動水，水壓，混凝土滲透性較大（2）酸與酸性水（溶析和化學(xué)溶解）：碳酸（3）硫酸鹽（侵蝕）：除硫酸鋇以外的硫酸鹽，“鎂鹽侵蝕”（4）含堿溶液（化學(xué)侵蝕和結(jié)晶侵蝕）第三十七頁，共四十七頁。六、常用水泥的基本特征與用途硅酸鹽水泥與普通水泥特性用途標(biāo)號高配制高強(qiáng)混凝土和預(yù)應(yīng)力混凝土凝結(jié)硬化快，抗凍性好早強(qiáng)高、凝結(jié)快的工程，有抗凍融要求，冬季施工的工程CH含量高抗淡水、海水侵蝕和抗硫酸鹽侵蝕能力差水化放熱量大不宜用于大體積工程第三十八頁，共四十七頁。礦渣水泥特性用途凝結(jié)硬化較慢，早強(qiáng)低，后期強(qiáng)度不低養(yǎng)護(hù)時間較長，濕熱養(yǎng)護(hù)可加速硬化速度抗凍性、抗?jié)B性和抵抗干濕交替循環(huán)性能較差CH較少，水化產(chǎn)物堿度低，抗碳化能力較差，抗淡水、海水和硫酸鹽侵蝕能力較強(qiáng)水工工程和海港工程耐熱性較好耐熱混凝土工程第三十九頁，共四十七頁。火山灰水泥特性用途凝結(jié)硬化較慢，早強(qiáng)低，后期強(qiáng)度不低養(yǎng)護(hù)時間較長，蒸汽或濕熱養(yǎng)護(hù)可加速硬化速度不宜于冬季施工水化熱低宜用于澆筑大體積工程CH含量低，較高的抗硫酸鹽侵蝕性能，抗大氣穩(wěn)定性差，抗凍性差最適宜用于地下或水下工程，需要抗?jié)B、抗淡水或抗硫酸鹽侵蝕的工程，不宜用于受凍部位采用軟質(zhì)混合材（如硅藻土）的收縮變形大不宜用于干燥地區(qū)第四十頁，共四十七頁。粉煤灰水泥特性用途水化硬化較慢，早強(qiáng)較低，后期強(qiáng)度不低承受荷載較遲的工程水化熱較小大體積混凝土工程抗硫酸鹽侵蝕能力較強(qiáng)適用于水工工程和海港工程需水量較小，混凝土和易性好，干縮小，抗裂性好，抗碳化能力差，抗凍性較差第四十一頁，共四十七頁。復(fù)合水泥特性取決于所摻混合材的種類、摻量及相對比例白色硅酸鹽水泥325、425、525、625四個強(qiáng)度等級白度分為特級、一、二、三級彩色硅酸鹽水泥

27.5、32.5、42.5三個強(qiáng)度等級基本色有紅色、黃色、藍(lán)色、綠色、棕色、黑色等第四十二頁，共四十七頁。七、特種水泥的組成與主要性能鋁酸鹽水泥

以釩土和石灰石為原料，按適當(dāng)比例配合進(jìn)行燒結(jié)或熔融，再經(jīng)粉磨而成，代號CA。

按Al2O3百分?jǐn)?shù)分為四類：CA-5050%≤Al2O3<60%CA-6060%≤Al2O3<68%CA-7068%≤Al2O3<77%CA-8077%≤Al2O3第四十三頁，共四十七頁。組成化學(xué)組成CaO32~42%SiO20.5~8.0%Al2O3≥50%Fe2O3+FeO0.5~2.5%礦物組成鋁酸一鈣（CA）70%凝結(jié)緩慢，硬化快二鋁酸一鈣（CA2）水化硬化較慢，早期強(qiáng)度低，后期強(qiáng)度不斷增高，耐熱性高

七鋁酸十二鈣（C12A7）水化速度快，凝結(jié)迅速，強(qiáng)度不高，含量>10%使水泥快凝

鋁方柱石（C2AS）和β-C2SSiO2<5%，形成β-C2S，SiO2含量較高時形成C2AS，水化速度慢，影響早強(qiáng)，