新型干法水泥生產(chǎn)工藝基本知識

新型干法水泥生產(chǎn)工藝

水泥的基本知識1.1水泥的起源與發(fā)展

水泥（英文cement，碎石及片石的意思）起源于膠凝材料。很早以前人類就已經(jīng)使用黏土或?qū)⒁恍├w維材料混合在一起，加水拌合后用來建造簡易的房屋居住，這是最早的膠凝材料，它具有一定的可塑性，干硬后具有一定的強(qiáng)度，但是強(qiáng)度很低，而且經(jīng)不起雨水的考驗(yàn)。大約在公元前3000~2000年，石膏巖和石灰石被人類所利用，開始用通過煅燒所得的石膏和石灰來調(diào)制砌筑砂漿用作膠凝材料，例如古埃及的金字塔、我國的萬里長城等，就是用這種膠凝材料建造的。

隨著人類生產(chǎn)力的發(fā)展，膠凝材料也在不斷進(jìn)化。1824年，英國人阿斯普?。↗·Aspdin）以石灰石和黏土為原料，按一定比例配合后，在類似于燒石灰的立窯內(nèi)煅燒成熟料，再磨成細(xì)粉，加水拌合后能硬化成人工石塊，具有較高的強(qiáng)度，這就是早期的水泥，它的顏色與英格蘭島上波特蘭城用于建筑的石頭相似，因此被稱之為波特蘭水泥，我國稱硅酸鹽水泥。1.2水泥的種類1.2.1通用硅酸鹽水泥

通用硅酸鹽水泥簡稱通用水泥，是指一般土木工程通常采用的水泥的統(tǒng)稱。通用水泥是以硅酸鹽水泥熟料為主，在粉磨時(shí)加入適量的石膏和不同品種、不同數(shù)量的混合材料而磨制成的水泥，共六個(gè)系列品種水泥，即：硅酸鹽水泥、普通硅酸鹽水泥、礦渣硅酸鹽水泥、火山灰質(zhì)硅酸鹽水泥、粉煤灰硅酸鹽水泥、復(fù)合硅酸鹽水泥，是產(chǎn)量最大、使用面最廣的水泥。1.2.1.1硅酸鹽水泥

由硅酸鹽水泥熟料、0%~5%?；郀t礦渣或石灰石、適量的石膏磨細(xì)制成的水硬性膠凝材料稱之為硅酸鹽水泥。不摻加混合材料的稱為Ⅰ型硅酸鹽水泥(代號P?Ⅰ)；摻加不超過水泥質(zhì)量5%的?；郀t礦渣或石灰石，稱為Ⅱ硅酸鹽水泥（代號P?Ⅱ）。⑴性能

凝結(jié)硬化快，早期強(qiáng)度高、水泥強(qiáng)度等級高；抗凍性、耐磨性好；水化熱較高；耐酸、堿、硫酸鹽類化學(xué)侵蝕性較差。⑵適用范圍

主要用于配制高強(qiáng)度等級混凝土、早期強(qiáng)度要求較高的工程，在低溫條件下需要強(qiáng)度發(fā)展較快的工程；也可用于一般地上工程和不受侵蝕的地下工程、無腐蝕性水中的受凍工程。1.2.1.2普通硅酸鹽水泥

由硅酸鹽水泥熟料、5%~20%混合材料、適量的石膏磨細(xì)制成的水硬性膠凝材料，稱為普通硅酸鹽水泥，簡稱普通水泥(代號P?O)?；旌喜牧鲜侵噶；郀t礦渣、?；郀t礦渣粉、粉煤灰、火山灰質(zhì)混合材料。⑴性能凝結(jié)硬化較快，早期強(qiáng)度較高；抗凍性較好；水化熱偏高；耐酸、堿、硫酸鹽類化學(xué)侵蝕性較差。⑵適用范圍用于配制較一般強(qiáng)度等級混凝土、在低溫條件下需要強(qiáng)度發(fā)展較快的工程；也可用于一般地上工程和不受侵蝕的地下工程、無腐蝕性水中的受凍工程。1.2.1.3礦渣硅酸鹽水泥由硅酸鹽水泥熟料、?；郀t礦渣、適量的石膏磨細(xì)制成的水硬性膠凝材料稱之為礦渣硅酸鹽水泥。A類礦渣(代號P?S?A)摻加量20%~50%；B類礦渣(代號P?S?B)摻加量50%~70%。⑴性能對硫酸鹽類侵蝕性的抵抗能力及抗水性較好；耐熱性較好；水化熱較低；在蒸汽養(yǎng)護(hù)中強(qiáng)度發(fā)展較快；在潮濕環(huán)境中后期強(qiáng)度增進(jìn)率較大；但早期強(qiáng)度較低，凝結(jié)較慢，在低溫環(huán)境下尤甚；干縮性較大，有泌水現(xiàn)象（將降低混凝土的強(qiáng)度和抗水性）。⑵適用范圍用于地下、水中和海水中工程以及經(jīng)常受高水壓的工程，其對硫酸鹽類侵蝕性的抵抗能力及抗水性優(yōu)于硅酸鹽水泥和普通硅酸鹽水泥；也可用于大體積混凝土工程、蒸汽養(yǎng)護(hù)的工程和一般地上工程，不適用于凍融交替或干濕交替的工程。1.2.1.4火山灰質(zhì)硅酸鹽水泥由硅酸鹽水泥熟料、20%~40%火山灰質(zhì)混合材料、適量的石膏磨細(xì)制成的水硬性膠凝材料，稱為火山灰質(zhì)硅酸鹽水泥，簡稱火山灰質(zhì)水泥(代號P?P)。⑴性能對硫酸鹽類侵蝕的抵抗能力較強(qiáng)；抗水性較好；水化熱較低；在濕潤環(huán)境中后期強(qiáng)度增進(jìn)率較大；在蒸汽養(yǎng)護(hù)中強(qiáng)度發(fā)展較快；早期強(qiáng)度較低，凝結(jié)較慢，在低溫環(huán)境中尤甚；抗凍性較差；吸水性大；干縮性較大。⑵適用范圍主要用于大體積混凝土工程，地下、水中工程及經(jīng)常受較高水壓的工程和低強(qiáng)度等級混凝土；也可用于受海水及含硫酸鹽類溶液侵蝕的工程、蒸汽養(yǎng)護(hù)的工程和遠(yuǎn)距離輸送的砂漿和混凝土。但不適用于早期強(qiáng)度要求高的工程、凍融交替的工程、長期干燥和高溫的地方。1.2.1.5

粉煤灰硅酸鹽水泥

由硅酸鹽水泥熟料、20%~40%粉煤灰、適量的石膏磨細(xì)制成的水硬性膠凝材料，稱為粉煤灰硅酸鹽水泥，簡稱粉煤灰水泥(代號P?F)。⑴性能對硫酸鹽類侵蝕的抵抗能力及抗水性較好；水化熱較低；耐熱性較好；后期強(qiáng)度增進(jìn)率較大；干縮性較小；抗拉強(qiáng)度較高；抗裂性好；早期強(qiáng)度較低；抗凍性較差；抗碳化性能較差。⑵適用范圍主要用于水工大體積混凝土工程、一般民用和工業(yè)建筑工程配置低強(qiáng)度混凝土；也可用于混凝土和鋼筋混凝土的地下及水中結(jié)構(gòu)、用蒸汽養(yǎng)護(hù)的構(gòu)件，但不適用于早期強(qiáng)度要求高的工程及受凍工程。1.2.1.6復(fù)合硅酸鹽水泥

由硅酸鹽水泥熟料、20%~50%兩種或兩種以上的混合材料、適量的石膏磨細(xì)制成的水硬性膠凝材料，稱為復(fù)合硅酸鹽水泥，簡稱復(fù)合水泥(代號P?C)。⑴性能復(fù)合水泥與普通水泥、礦渣水泥、火山灰質(zhì)水泥和粉煤灰制水泥的性能基本一致，但由于復(fù)合水泥復(fù)摻混合材料，其性能與所用復(fù)摻混合材料的品種和數(shù)量有關(guān)。當(dāng)選用礦渣為主、配以其它混合材且混合材料摻加量較大時(shí)，接近礦渣水泥；若摻加火山灰或粉煤灰混合材為主、再配以其它混合材料且為混合材料摻加量較大時(shí)，其性能接近火山灰質(zhì)水泥或粉煤灰質(zhì)水泥；如選用少量的各類混合材料搭配，其特性接近于普通水泥。⑵適用范圍復(fù)合水泥可廣泛應(yīng)用于工業(yè)與民用建筑工程中。1.2.2專用水泥指具有專門用途的水泥統(tǒng)稱?！皩Ｓ谩笔侵笇Ｒ挥猛?，在此特定范圍內(nèi)，水泥能充分發(fā)揮其特性，取得最佳使用效果。1.2.2.1油井水泥油井水泥又稱堵塞水泥或固井水泥，由水硬性硅酸鈣為主要成分的硅酸鹽水泥熟料、適量石膏和助磨劑磨細(xì)制成的水泥，稱為油井水泥。⑴性能具有合適的密度和凝結(jié)時(shí)間，較低的稠度，用其配制的預(yù)拌油井混凝土具有良好的抗沉降性和可泵性；混凝土固化后具有良好的抗?jié)B性、穩(wěn)定性和耐腐蝕性。⑵適用范圍專用于油井、氣井的固井工程的水泥1.2.2.2道路水泥由道路硅酸鹽水泥熟料、0%~10%活性混合材料、適量石膏磨細(xì)制成的水硬性膠凝材料，稱為道路硅酸鹽水泥，簡稱道路水泥。這里所提到的道路硅酸鹽水泥熟料是以適當(dāng)成分的生料燒至部分熔融，所得以硅酸鈣為主要成分和較多量的鐵鋁酸四鈣的硅酸鹽水泥熟料。熟料仍以硅酸鹽水泥熟料為主要組分。⑴性能能經(jīng)受著高速車輛的摩擦、載重車輛的沖擊和震蕩、路面與路基的溫差和干濕度差產(chǎn)生的膨脹應(yīng)力、冬季的凍融等，耐磨性好（比同標(biāo)號的硅酸鹽水泥磨耗低20%~40%），收縮變形?。ǜ煽s率優(yōu)于硅酸鹽約10%以上），抗凍性強(qiáng)，水化熱低、抗凍性及抗沖擊性強(qiáng)，有較好的彈性。⑵適用范圍應(yīng)用于各類混凝土路面工程，廣場、也適應(yīng)于耐磨、抗干縮等性能要求較高的其它工程。

1.2.2.3砌筑水泥

砌筑水泥是由一種或一種以上活性混合材料或具有水硬性的工業(yè)廢料為主要原料，加入適量硅酸鹽水泥熟料和石膏，經(jīng)磨細(xì)制成的水硬性膠凝材料，稱為砌筑水泥，代號M。

⑴性能強(qiáng)度較低，不能用于鋼筋混凝土或結(jié)構(gòu)混凝土。

⑵適用范圍主要用于工業(yè)與民用建筑的砌筑和抹面砂漿、墊層混凝土等。

1.2.3特性水泥

特性水泥是指具有某種特殊性能的水泥統(tǒng)稱。它不是專用的，可以在需要和規(guī)定的特性范圍內(nèi)使用。目前已有很多品種的特性水泥，如鋁酸鹽水泥、快硬水泥、中低熱水泥、抗硫酸鹽水泥、膨脹與自應(yīng)力、白水泥和彩色水泥等。

1.2.3.1鋁酸鹽水泥

鋁酸鹽水泥又稱為礬土水泥，是以鋁礬土和石灰石為原料，按適當(dāng)比例配合后燒結(jié)或熔融，所得以鋁酸鈣為主要成分、氧化鋁含量約50%的熟料，再磨磨細(xì)而制成的水硬性膠凝材料，稱為鋁酸鹽水泥（又稱礬土水泥）。

⑴性能

快硬、早強(qiáng)，1d強(qiáng)度可達(dá)最高強(qiáng)度的80%以上；水化熱大且放熱量集中，1d內(nèi)放出的水化熱為總量的70%~80%；耐高溫性能好。

⑵適用范圍

鋁酸鹽水泥是一種快硬早強(qiáng)水泥，適用于軍事工程、緊急搶修工程、嚴(yán)寒下的冬季施工及早強(qiáng)的特殊工程。由于耐高溫性能好，所以是配制耐火混凝土做窯爐內(nèi)襯的最好材料。1.2.3.2快硬硫鋁酸鹽水泥

以石灰石、礬土、石膏為原料，經(jīng)煅燒制成含有適量無水硫鋁酸鈣的熟料，再摻適應(yīng)的石膏共同磨細(xì)而制成的早期強(qiáng)度高的水硬性膠凝材料，稱為硫鋁酸鹽快硬水泥。

⑴性能

凝結(jié)時(shí)間快、初凝和終凝時(shí)間較短，早期強(qiáng)度高，抗凍抗?jié)B性能好。

⑵適用范圍

用于緊急搶修工程，如接縫、堵漏、錨噴支護(hù)、搶修飛機(jī)跑道、搶修公路等，適合于冬季施工工程、地下工程、配制膨脹水泥和自應(yīng)力水泥以及耐火性好的玻璃纖維增強(qiáng)水泥制品。1.2.3.3快硬氟鋁酸鹽水泥

快硬氟鋁酸鹽水泥是以鋁質(zhì)原料、石灰石質(zhì)原料、螢石（或再加石膏）經(jīng)適當(dāng)配料，煅燒得到的以氟鋁酸鈣為主要礦物的熟料，再外摻石膏一起磨細(xì)而成的水硬性膠凝材料，稱為快硬氟鋁酸鹽水泥。我國的雙快（快凝、快硬）和國外的超速硬水泥屬于此類水泥。

⑴性能

凝結(jié)速度快，初凝一般僅幾分鐘，而且初凝和終凝時(shí)間很短，終凝不超過半小時(shí)（在用于搶修工程時(shí)，根據(jù)使用和氣候條件可加緩凝劑調(diào)節(jié)凝結(jié)時(shí)間）。

⑵適用范圍

用于緊急搶修工程、低溫施工工程，制造業(yè)用的砂

型水泥。

1.2.3.4快硬鐵鋁酸鹽水泥

快硬鐵鋁酸鹽水泥是以適當(dāng)成分的生料，經(jīng)煅燒所得以鐵相、無水硫鋁酸鈣和硅酸二鈣為主要礦物成分的熟料，加入適量石灰石和石膏，磨細(xì)制成的早期強(qiáng)度高的水硬性膠凝材料。

⑴性能

具有凝結(jié)硬化快、早期強(qiáng)度高和高強(qiáng)、高抗凍性能特點(diǎn)，良好的抗海水和抗硫酸鹽侵蝕性能，對鋼筋不產(chǎn)生銹蝕。

⑵適用范圍

適用于冬季施工工程、搶修和搶建工程；配置噴射混凝土及生產(chǎn)預(yù)制構(gòu)件等。

1.2.3.5快硬硅酸鹽水泥快硬硅酸鹽水泥是以硅酸鹽水泥熟料和適量石膏磨細(xì)制成的，以3天抗壓強(qiáng)度表示等級的水硬性膠凝材料，稱為快硬硅酸鹽水泥，簡稱快硬水泥。⑴性能快硬水泥凝結(jié)時(shí)間正常，而且終凝和初凝之間的時(shí)間間隔很短，早期強(qiáng)度發(fā)展很快，后期強(qiáng)度持續(xù)增長，與使用普通水泥相比，可加快施工進(jìn)度。⑵適用范圍快硬水泥可用來配置早強(qiáng)、高標(biāo)號混凝土，適用于緊急搶修工程、軍事工程、低溫施工工程和高標(biāo)號混凝土預(yù)制件等。但水化放熱比較集中，不宜用于大體積混凝土工程。1.2.3.6中熱硅酸鹽水泥

中熱硅酸鹽水泥是由適當(dāng)成分的硅酸鹽水泥熟料、適量石膏磨細(xì)制成的具有中等水化熱的水硬性膠凝材料。

⑴性能

具有水化熱較低，3d和7d的水化熱分別比相應(yīng)的硅酸鹽水泥低15%~20%，而抗硫酸鹽侵蝕性能則有明顯提高，耐磨性和抗凍性良好。

⑵適用范圍

適用于大壩溢流面的面層和水位變動(dòng)區(qū)等要求較高的耐磨性和抗凍性工程。

1.2.3.7低熱礦渣硅酸鹽水泥

低熱礦渣硅酸鹽水泥是由適當(dāng)成分的硅酸鹽水泥熟料加入礦渣、適量石膏磨細(xì)制成的具有低水化熱的水硬性膠凝材料。按質(zhì)量分?jǐn)?shù)計(jì)，低熱礦渣水泥中礦渣摻入量為20%~60%，允許用不超過混合材總量50%的磷渣或粉煤灰代替部分礦渣，簡稱低熱礦渣水泥。⑴性能具有水化熱低、抗硫酸鹽性能良好、干縮小等性能。⑵適用范圍主要用于對水化熱有嚴(yán)格要求、而對抗沖擊抗凍性及耐磨性要求不高的場合，如大壩或大體積混凝土的內(nèi)部及水工工程。1.2.3.8抗硫酸鹽硅酸鹽水泥

抗硫酸鹽硅酸鹽水泥按其抗硫酸鹽侵蝕程度分為中抗硫酸鹽硅酸鹽水泥和高抗硫酸鹽硅酸鹽水泥兩類：以適當(dāng)成分的硅酸鹽水泥熟料，加入適量石膏，磨細(xì)制成的具有抵抗中等濃度硫酸根離子侵蝕的水硬性膠凝材料，稱為中抗硫酸鹽硅酸鹽水泥，簡稱中抗硫水泥，代號P?MSR；以適當(dāng)成分的硅酸鹽水泥熟料，加入適量石膏，磨細(xì)制成的具有抵抗較高濃度硫酸根離子侵蝕的水硬性膠凝材料，稱為高抗硫酸鹽硅酸鹽水泥，簡稱高抗硫水泥，代號P?HSR。⑴性能

抗硫酸鹽侵蝕性能好，水化熱低，耐磨性能好，脹縮、抗?jié)B、抗凍等性能與硅酸鹽水泥相似。

⑵適用范圍

主要用于受硫酸鹽侵蝕的海港、水利、地下、隧道、涵洞、道路和橋梁基礎(chǔ)等工程，也可以替代硅酸鹽水泥和普通硅酸鹽水泥用于工業(yè)與民用建筑工程。1.2.3.9硫鋁酸鈣改性硅酸鹽水泥

硫鋁酸鈣改性硅酸鹽水泥屬于硅酸鹽水泥系列的一個(gè)新品種水泥，在傳統(tǒng)的硅酸鹽水泥熟料中引入以含少量的無水硫鋁酸鈣的水泥熟料，與＞20%且≤50%的礦渣或＞20%且≤35%的粉煤灰或＞20%且≤50%的礦渣粉煤灰復(fù)合，但其中粉煤灰不超過35%，和適量的石膏共同磨細(xì)制成的具有早強(qiáng)微膨脹性的水硬性的膠凝材料，代號S?M?P。

⑴性能

水化硬化快、早強(qiáng)和微膨脹，減小了傳統(tǒng)硅酸鹽水泥干縮率，提高了抗凍、抗?jié)B和耐磨性能。

⑵適用范圍

用于防滲、堵漏、水工工程。

1.2.3.10膨脹水泥和自應(yīng)力水泥指凡以硅酸鹽水泥熟料、高鋁水泥熟料、硫鋁酸鹽水泥熟料，加入適量石膏和其它有關(guān)天然或粒化高爐礦渣、粉煤灰、石膏等材料，按適當(dāng)比例磨細(xì)而制成的具有膨脹性的水硬性膠凝材料，稱為膨脹水泥。一般來講，在沒有受到任何限制的條件下，所產(chǎn)生的膨脹稱作“自由膨脹”，對此并不產(chǎn)生自應(yīng)力。當(dāng)受到單向、雙向或三向限制時(shí)，則稱為“限制膨脹”，這時(shí)會(huì)有自應(yīng)力產(chǎn)生，而且限制越大，自應(yīng)力值越高。我國按其膨脹值和使用目的不同，分別被稱為膨脹水泥（膨脹值較小，用于補(bǔ)償水泥混凝土收縮的水泥）和自應(yīng)力水泥（膨脹值較大，用于產(chǎn)生預(yù)應(yīng)力的水泥），主要有以下幾個(gè)品種：

①

以硅酸鹽熟料為主,硅酸鹽膨脹水泥和自應(yīng)力水泥（硅酸鹽水泥熟料或水泥加高鋁水泥和石膏）、明礬石膨脹水泥和自應(yīng)力水泥（硅酸鹽水泥熟料或水泥加煅燒或未煅燒的明礬石和石膏）、K型膨脹水泥（硅酸鹽水泥熟料或水泥加膨脹劑）、S型膨脹水泥（含鋁較高的硅酸鹽水泥熟料加二水石膏）。

②以硫酸鹽熟料為主：硫鋁酸鹽早期微膨脹水泥、自應(yīng)力硫鋁酸鹽水泥（由硫鋁酸鹽水泥熟料加二水石膏經(jīng)磨細(xì)而制成）。⑴性能具有抗裂性、抗腐蝕性、自愈性能；膨脹穩(wěn)定，強(qiáng)度高。⑵適用范圍主要用做防水層、澆灌機(jī)械底座、建筑物接縫和修補(bǔ)工程、加固結(jié)構(gòu)、制作預(yù)應(yīng)力混凝土構(gòu)件（如水管和輸氣管道等）。

1.2.3.11白色水泥和彩色水泥白色硅酸鹽水泥由適當(dāng)成分的生料燒至部分部分熔融，所得以硅酸鈣為主要成分，氧化鐵含量少的硅酸鹽水泥熟料，加入適量的優(yōu)質(zhì)纖維石膏（同時(shí)也允許加入不超過水泥質(zhì)量5%的石灰石或窯灰作為外加劑）磨細(xì)制成的水硬性膠凝材料，稱為白色硅酸鹽水泥，簡稱白水泥。硅酸鹽水泥熟料的顏色主要是氧化鐵引起的，隨著Fe2O3含量的不同，熟料的顏色也不同，含量越少，熟料的顏色越白。彩色硅酸鹽水泥是在硅酸鹽水泥生料中摻入著色劑去煅燒水泥熟料、或在白色水泥熟料中均勻摻入著色劑入磨粉磨、或?qū)⒅珓┲苯訐饺胨嘀胁⒕鶆蚧旌纤玫降木哂心撤N顏色的硅酸鹽彩色水泥，簡稱彩色水泥。⑴性能凝結(jié)硬化較快、早期強(qiáng)度高、后期強(qiáng)度穩(wěn)步增長，強(qiáng)度等級比硅酸鹽水泥檔次低；抗炭化能力（二氧化碳與水泥石中的氫氧化鈣作用，生成碳酸鈣和和水，它是二氧化碳由表及里向混凝土內(nèi)部逐漸擴(kuò)散的過程）強(qiáng)、表面不起砂，白色水泥特有白度指標(biāo)。⑵適用范圍用于建筑物的裝飾，如樓板、階梯、外墻等飾面，也可用于雕塑工藝制品。

除此之外，還有生態(tài)水泥（利用各種工業(yè)廢渣、廢料、生活垃圾作為原料和燃料，經(jīng)過一定的生產(chǎn)工藝所制成的無公害、與環(huán)境和諧型的水泥的總稱）、土聚水泥（來源于法國，對高嶺土原料采用低溫煅燒，生成處于介穩(wěn)狀態(tài)的屋頂性礦物組成，加堿性激發(fā)劑及促硬劑而形成水硬性膠凝材料）、防輻射水泥熟料（對射線、射線等起較好的屏蔽作用的水泥，有鋇水泥、鍶水泥、含硼水泥）等。無論是哪一類水泥，都能在加入適量的水后拌合成塑性漿體，既能將砂、石等適量材料膠合在一起，又能在空氣和水中硬化的粉狀水硬性膠凝材料，我們把這一類水硬性的膠凝材料統(tǒng)稱為水泥。

1.3水泥產(chǎn)業(yè)具有的特點(diǎn)水泥產(chǎn)業(yè)屬于原材料工業(yè)，具有以下特點(diǎn)：⑴市場的區(qū)域性⑵產(chǎn)品的同質(zhì)性⑶水泥消費(fèi)需求與經(jīng)濟(jì)發(fā)展的密切相關(guān)性⑷對資源的依賴性⑸水泥保存期有限⑹具有處理廢渣能力1.4我國水泥工業(yè)發(fā)展概況

1886年，英國人在澳門青州島建立的英泥青州廠，是我國第一個(gè)由外國人興辦的水泥廠，但于1936年關(guān)閉。

1889年創(chuàng)辦唐山細(xì)綿土廠，是我國第一個(gè)由國人開辦的采用立窯生產(chǎn)的水泥廠，1906年改組為啟新洋灰股份有限公司,引進(jìn)丹麥?zhǔn)访芩构镜母煞ㄖ锌崭G（回轉(zhuǎn)窯），形成具有現(xiàn)代意義的中國水泥工業(yè)。解放前，全國只有38家水泥廠（包括我國臺灣地區(qū)），設(shè)備均為國外進(jìn)口,水泥產(chǎn)量只有66萬噸，而且只能生產(chǎn)普通水泥、礦渣水泥和少量白水泥。新中國成立的20世紀(jì)50~60年代，擴(kuò)建了30多個(gè)大中型的濕法回轉(zhuǎn)窯和半干法回轉(zhuǎn)窯水泥企業(yè)，也建設(shè)了一批立窯企業(yè)。70~80年代，我國自行研制了熟料的預(yù)分解窯生產(chǎn)線，水泥產(chǎn)量大幅度增長。改革開放以來，我國水泥工業(yè)經(jīng)歷了引進(jìn)、消化、吸收、開發(fā)和走出國門的階段,相繼建成了冀東、寧國、柳州、云浮等大型水泥企業(yè)。如今已實(shí)現(xiàn)了4000t/d、5000t/d和10000t/d熟料的國產(chǎn)化設(shè)計(jì)及設(shè)備配套，當(dāng)前已有1100多條預(yù)分解窯投產(chǎn)，設(shè)計(jì)年產(chǎn)熟料9.6億t，工藝技術(shù)朝著現(xiàn)代化方向邁進(jìn)。1.5現(xiàn)代水泥生產(chǎn)工藝現(xiàn)狀及發(fā)展方向

以懸浮預(yù)熱和預(yù)分解技術(shù)為核心，集工藝、機(jī)械、電氣、儀表為一體，運(yùn)用計(jì)算機(jī)技術(shù)、通訊技術(shù)、控制技術(shù)和屏幕顯示技術(shù)的新型干法水泥工藝技術(shù)應(yīng)用于水泥生產(chǎn)的全過程，代表了現(xiàn)代水泥發(fā)展的基本方向和主流，具有生產(chǎn)能力大、自動(dòng)化程度高、水泥質(zhì)量優(yōu)良，節(jié)能、環(huán)保、降耗、工業(yè)廢棄物利用量大等一系列優(yōu)點(diǎn)，已成為當(dāng)今世界現(xiàn)代化水泥生產(chǎn)的重要標(biāo)志,是現(xiàn)代水泥的發(fā)展方向.1.6制造水泥的原料

水泥的主要組分是熟料，煅燒優(yōu)質(zhì)熟料必須制備適當(dāng)成分的水泥生料，而生料的化學(xué)成分是由原料提供的。自然界中很難找到一種單一原料，能完全滿足水泥生產(chǎn)的要求。因此需要采用幾種不同的原料，根據(jù)所生產(chǎn)水泥的種類和性能進(jìn)行合理搭配。不同的水泥熟料品種所采用的原料不完全相同，見下表：

1.6.1硅酸鹽水泥的原料及質(zhì)量要求

硅酸鹽水泥是以硅酸鈣為主要成分的熟料所制得的水泥的總稱。如摻入一定量的混合材料（高爐煉鐵時(shí)排出的廢渣、天然火山灰、煤矸石、火力發(fā)電廠排出的粉煤灰等），則硅酸鹽水泥名稱前冠以混合材料名稱：如礦渣硅酸鹽水泥、火山灰質(zhì)硅酸鹽水泥、粉煤灰硅酸鹽水泥、復(fù)合硅酸鹽水泥等；在一些專用水泥和特性水泥中，如道路水泥、快硬早強(qiáng)水泥、抗硫酸鹽水泥、膨脹水泥和自應(yīng)力水泥及白水泥和彩色水泥等，其主要組分也是硅酸鹽水泥熟料。

生產(chǎn)硅酸鹽水泥的主要原料是石灰石質(zhì)原料（主要提供CaO）和黏土質(zhì)原料（主要提供SiO2、Al2O3和少量Fe2O3）有時(shí)還要根據(jù)原料及燃料的品質(zhì)和水泥品種的不同，摻加硅質(zhì)、鋁質(zhì)、鐵質(zhì)校正原料來補(bǔ)充某些成分（SiO2、Al2O3、Fe2O3）的不足，見下表：

1.6.1.1石灰質(zhì)原料

⑴種類和性質(zhì)

石灰質(zhì)原料是指以硅酸鈣為主要成分的石灰石、泥灰?guī)r、白堊、貝殼等天然石灰質(zhì)原料和電石渣、糖濾泥等工業(yè)廢渣，是硅酸鹽水泥生產(chǎn)中用量最大的原料，約占80%左右?，F(xiàn)代化水泥生產(chǎn)所采用的石灰質(zhì)原料主要是石灰石，少數(shù)廠家用泥灰?guī)r加石灰石。

1）石灰石石灰石是由碳酸鈣組成的化學(xué)與生物化學(xué)沉積巖。主要由方解石（CaCO3）微粒組成，并常含有白云石（

CaCO?MgCO3），石英(結(jié)晶SiO2)、燧石（也稱玻璃質(zhì)石英，主要成分是結(jié)晶SiO2）等含鐵礦物和黏土質(zhì)雜質(zhì)，是一種具有微晶或潛晶結(jié)構(gòu)的致密巖石，塊狀、中等硬度、性脆。純凈的石灰石為白色，但因其所含雜質(zhì)的不同含量而呈現(xiàn)青灰色、灰白、灰黑、淡黃及紅褐色等不同顏色。

2）泥灰?guī)r泥灰?guī)r是碳酸鈣和黏土物質(zhì)同時(shí)沉積所形成的均勻混合的沉積巖，屬石灰石向黏土過度的中間類巖石。泥灰?guī)r因含有黏土量的不同，其化學(xué)成分和性質(zhì)也也隨之波動(dòng)。如果泥灰?guī)r中的CaO含量超過45％時(shí)，稱為高鈣泥灰?guī)r；若CaO含量小于43.5％時(shí)，稱為低鈣泥灰?guī)r，低鈣泥灰?guī)r通常應(yīng)與石灰石搭配使用。泥灰?guī)r主要礦物也是方解石，常見的是粗晶粒狀結(jié)構(gòu)、塊狀構(gòu)造。顏色決定于黏土物質(zhì)，從青灰色、黃土色到灰褐色，顏色多樣，質(zhì)軟，容易采掘和粉碎。

⑵對石灰質(zhì)原料的質(zhì)量要求石灰質(zhì)原料的主要成分為CaCO3，應(yīng)用最廣泛的是石灰石。純石灰石的CaO最高含量為56%，但用于水泥生產(chǎn)的石灰石原料不一定是CaO的含量越高越好，還要看它的酸性組成材料（SiO2、Al2O3、Fe2O3等）是否滿足要求。石灰石中的主要有害成分為MgO、R2O(Na2O+K2O)、SO3、Cl-和-SiO2（游離的二氧化硅)等微量元素對水泥質(zhì)量有一定的不利影響,因此要嚴(yán)格限制，見下表：

對破碎后的石灰石采用了預(yù)均化、生料均化等措施，為低品位石灰石的利用提供了保證，使CaO含量在42%左右、MgO含量在3%~5%之間的低品位石灰石也能達(dá)到生產(chǎn)要求.石灰質(zhì)原料的化學(xué)成分見下表。

1.6.1.2黏土質(zhì)原料⑴種類和性質(zhì)黏土質(zhì)原料也稱硅鋁質(zhì)原料，包含黏土、黃土、頁巖、粉砂巖、河泥等，主要成分為二氧化硅（SiO2），其次是三氧化二鋁（Al2O3）、三氧化二鐵（Fe2O3）和氧化鈣（CaO），主要提供水泥熟料所需的酸性氧化物（SiO2、Al2O3、Fe2O3），約占原料的10%~17%。

1）黏土黏土是具有可塑性，疏松、細(xì)粒狀的巖石，常常含有石英砂、方解石、黃鐵礦、碳酸鎂、堿及有機(jī)物質(zhì)等雜質(zhì)。純黏土的組成近似于高嶺石，但由于黏土在我國因分布地區(qū)不同，礦物組成也有差異，常含有各種不同的礦物，因此不能用一個(gè)固定的化學(xué)式來表示。根據(jù)主導(dǎo)礦物的不同，可將黏土類分為高嶺石類（2SiO2?Al2O3?2H2O）、蒙脫石類（4SiO2?Al2O3?H2O）和水云母類，其工藝性能參數(shù)見下表。

2）黃土黃土中的礦物組成較復(fù)雜，其中黏土礦物以伊利石為主，其次為蒙脫石、石英、長石、白云母、方解石、石膏等，化學(xué)成分以SiO2

和Al2O3為主，其次有Fe2O3、MgO、CaO以及堿金屬氧化物R2O(Na2O+K2O)，其中R2O的含量占3.5%~4.5%，在窯外分解窯煅燒硅酸鹽水泥熟料時(shí)，要求黏土中的堿含量小于4.0%。

3）頁巖

頁巖是黏土受地殼壓力膠結(jié)而成的黏土巖，層理分明、顏色不定，一般為灰黃、灰綠、黑色及紫紅色等，結(jié)構(gòu)致密堅(jiān)實(shí)，主要成分是SiO2

和Al2O3和少量的Fe2O3、R2O，化學(xué)成分類似于黏土，可以替代黏土使用。

4）粉砂巖

粉砂巖屬于沉積中的碎屑巖類（由50%以上的礦物碎屑及巖石碎屑組成的巖石）。主要礦物是石英、長石、黏土，其次是水云母和一些重礦物和碳酸鹽類礦物，顏色呈淡黃、淡紅、棕色、紫紅色等。隨著現(xiàn)代水泥制造工藝技術(shù)的及粉磨、煅燒設(shè)備的優(yōu)化，越來越多的水泥廠采用砂巖類硅質(zhì)原料代替或部分代替黏土質(zhì)原料，這樣可以節(jié)省很多耕地。⑵對黏土質(zhì)原料的質(zhì)量要求

衡量黏土質(zhì)原料的質(zhì)量的主要指標(biāo)是化學(xué)成分（硅酸鋁率、鋁氧率）、含砂量、含堿量及可塑性等，見下表：1.6.1.3校正原料

用石灰質(zhì)和黏土質(zhì)兩種原料配料，多數(shù)情況下Fe2O3

、SiO2

或Al2O3含量不足，此時(shí)應(yīng)根據(jù)所缺少的組分而補(bǔ)充相應(yīng)的原料，這就是校正原料。

⑴鐵質(zhì)校正原料

當(dāng)用石灰質(zhì)和黏土質(zhì)原料配料Fe2O3含量不足時(shí)，需要摻加Fe2O3含量較大的鐵質(zhì)校正原料。常用的鐵質(zhì)校正原料有硫鐵礦渣、鋼渣、鉛礦渣、銅礦渣和低品位的鐵礦石，其中硫鐵礦渣（即鐵粉）應(yīng)用較普遍，它是硫酸廠的廢渣，含水量較大，F(xiàn)e2O3含量超過50%。

鋼渣是煉鋼過程中排出的以CaO為主的廢渣，依爐型分為轉(zhuǎn)爐渣、平爐渣、電爐渣三大類，主要成分為CaO、其次是FeO和Fe2O3、SiO2和MgO。鉛礦渣是提煉鉛后余下的廢渣，銅礦渣是冶煉銅后余下的廢渣，它們都含有較高的Fe2O3

，補(bǔ)充Fe2O3含量，在鉛礦渣和銅礦渣中還含有氧化亞鐵（FeO），不僅可以做校正原料，還能降低熟料的燒成溫度和液相黏度，提高熟料的燒成速度。

幾種鐵質(zhì)校正原料的化學(xué)成分見下表：

幾種鐵質(zhì)校正原料的化學(xué)成分見下表：

⑵硅質(zhì)校正原料

現(xiàn)代化水泥生產(chǎn)采用的窯外分解技術(shù)，把水泥生料煅燒成熟料過程中，碳酸鈣的分解過程有80%以上是在窯外分解爐中進(jìn)行的，使窯體本身的煅燒能力得到很大的提高，因此采用較高的硅酸率來操作控制，可以提高熟料質(zhì)量，同時(shí)需要降低Al2O3含量，便于分解爐的操作控制（這一問題將要在后面的“熟料煅燒”一章里詳細(xì)介紹），因此需摻加一部分含SiO2較多的硅質(zhì)校正原料，如粉砂巖、砂巖、河砂等。但應(yīng)注意，砂巖中的礦物主要是石英，其次是長石，石英是結(jié)晶的SiO2，對粉磨和煅燒都有不利的影響，因此盡可能少采用；河砂的石英結(jié)晶更為粗大完整，應(yīng)盡量少采用。風(fēng)化砂巖和粉砂巖易于生料粉磨、對熟料煅燒影響較小，盡量采用。幾種硅質(zhì)校正原料的化學(xué)成分見下表：

⑶鋁質(zhì)校正原料當(dāng)生料中的Al2O3含量不足時(shí)，需要摻加鋁質(zhì)校正原料，如爐渣、鋁礬土、煤矸石等，下表是幾種常見的鋁質(zhì)校正原料的化學(xué)成分：

1.6.2

工業(yè)廢渣的利用

從工礦企業(yè)排出大量的廢渣，如煤矸石、石煤、粉煤灰、爐渣、電石渣、赤泥、鋁渣、鋼渣、堿渣、硫鐵礦渣、高爐粒化礦渣等，這些廢渣對于水泥生產(chǎn)來說可以替代部分石灰質(zhì)或黏土質(zhì)原料或校正原料；還有的工業(yè)廢渣可以作為混合材料與水泥熟料一起磨制成水泥，提高水泥的產(chǎn)量。1.6.2.1煤矸石和石煤

煤矸石是原煤中夾在煤層的脈石，是含碳巖石（炭質(zhì)灰?guī)r及少量煤）和其它巖石（頁巖、砂巖）的混合物，作為廢棄物在開采和選煤中分離出來。主要化學(xué)成分為SiO2和Al2O3，其次是Fe2O3，CaO和MgO，熱值約4100~9360kJ/kg。

石煤是一種含碳少、發(fā)熱值低、低品位的多金屬共生礦，主要化學(xué)成分為SiO2，熱值3000kJ/kg左右。

煤矸石、石煤可作為黏土質(zhì)原料代替部分黏土組分生產(chǎn)普通水泥；采用中、高鋁煤矸石代替黏土和礬土，可以提供足夠的Al2O3，制成一系列不同凝結(jié)時(shí)間、快硬性能的特種水泥；自燃或人工燃燒過的煤矸石，具有一定活性,可作為水泥的活性混合材料。1.6.2.2粉煤灰

粉煤灰是火力發(fā)電廠煤粉燃燒后殘余的粉狀灰燼，由結(jié)晶體（石英、莫來石）、玻璃體（分子、原子、離子無序排列，組成不固定）及少量未燃碳組成，主要氧化物組成為：SiO2、Al2O3、FeO、Fe2O3、CaO、TiO2等及沒有完全燃燒的碳，可以替代部分黏土配置水泥生料，但由于SiO2和Al2O3的相對含量波動(dòng)大，一般來說的含量偏高，所以大部分水泥廠用它作校正黏土中硅高鋁低而添加的。我國部分電廠的粉煤灰化學(xué)成分見下表：

我國火力發(fā)電廠每年排出的粉煤灰量超過億噸，粉煤灰加水拌合并不硬化，但與氣硬性的石膏混合后再加水拌合后，不但能在空氣中硬化，還能在水中硬化，因此它還可以作水泥的混合材使用，制造粉煤灰硅酸鹽水泥，增加水泥的產(chǎn)量，減少了環(huán)境污染。

1.6.2.3鋼渣鋼渣是煉鋼過程中排出的廢渣，按其煉鋼爐型區(qū)分有平爐渣、轉(zhuǎn)爐渣、電爐渣三大類，主要氧化物組成為CaO、Si02、Fe203、Fe0、Mg0、P205、Mn0、CaS等，可以作為鐵質(zhì)校正原料。我國部分煉鋼廠鋼渣的化學(xué)成分見下表：1.6.2.4電石渣

電石渣是化工廠乙炔發(fā)生車間消解（水解）石灰排出的含水約85%~90%的廢渣，其化學(xué)反應(yīng)式如下：

CaC2（電石）+2H2O→C2H2↑（乙炔氣）+Ca(OH)2↓（電石渣）

部分電石渣的化學(xué)成分見下表：

從上表中可看出，電石渣的主要化學(xué)成分為Ca(OH)2，所以可替代部分石灰質(zhì)原料生產(chǎn)水泥，但由于含水量高，因此必須脫水烘干（對于濕法生產(chǎn)水泥較適宜）。

1.7燃料煤1.7.1對煤的質(zhì)量要求

煤的質(zhì)量由發(fā)熱量、灰分及揮發(fā)分來評價(jià)。

⑴揮發(fā)分空氣干燥基揮發(fā)分指煤中有機(jī)物和部分礦物質(zhì)加熱分解后的產(chǎn)物，不全是煤中固有成分，還有部分是熱解產(chǎn)物（全稱為揮發(fā)分產(chǎn)率）。煤的揮發(fā)分和固定碳是可燃組分。

⑵灰分空氣干燥基灰分，指煤在燃燒的后留下的殘?jiān)?。不是煤中礦物質(zhì)總和，而是這些礦物質(zhì)在化學(xué)和分解后的殘余物。在煅燒水泥熟料時(shí)，煤灰全部或絕大部分進(jìn)入熟料中，因此在生料配料計(jì)算時(shí)要把煤灰的化學(xué)成分考慮進(jìn)去。

⑶全硫空氣干燥基全硫，是煤中的有害元素，包括可燃硫和無機(jī)硫?？扇剂蛉紵?，會(huì)形成SO2氣體，不被吸收的部分則隨煙氣排除，污染環(huán)境，有的還會(huì)冷凝在預(yù)熱器的內(nèi)壁上產(chǎn)生結(jié)皮，對煅燒造成不利影響，因此應(yīng)盡量不使用高硫煤。

⑷水分

空氣干燥基水分，指煤炭在空氣干燥狀態(tài)下所含的水分，也可以認(rèn)為是內(nèi)在水分。

水泥生產(chǎn)所使用的原煤質(zhì)量要求見下表：

實(shí)際上達(dá)不到表中質(zhì)量要求的煤也常有應(yīng)用，但對熱耗等會(huì)有一定的影響。

1.7.2燃煤基準(zhǔn)及其表示方法

燃煤基準(zhǔn)是指煤所處的狀態(tài)，包括成分和熱值，在使用時(shí)必須標(biāo)明。

由于煤的開采、運(yùn)輸、儲存的條件不同，同一種煤、同樣取樣條件和試驗(yàn)方法，所采用基準(zhǔn)不同，得到的結(jié)果不同（甚至差別較大）。為了使煤的分析結(jié)果具有可比性，在表示煤的成分和熱值時(shí)，必須指出所釆用的是什么基準(zhǔn)。

⑴表示燃煤的成分基準(zhǔn)

①收到基ar（舊式稱為應(yīng)用基“y”）：按煤的試樣送到分析室時(shí)的狀態(tài)進(jìn)行分析所得到的結(jié)果。

②空氣干燥基ad（舊式稱為分析基“f”）：煤試樣經(jīng)空氣干燥去掉外在水分后的狀態(tài)再進(jìn)行分析所得到的結(jié)果。

③干燥基d（舊式稱為干燥基“d”）：煤成分不含任何水分（外在和內(nèi)在）的干燥煤狀態(tài)來表示分析結(jié)果。

④干燥無灰基adf（舊式稱為可燃基“r”）：煤成分按不含水分和灰分的狀態(tài)來表示分析結(jié)果。⑵煤的熱值基準(zhǔn)

煤的熱值是指單位質(zhì)量的燃料煤完全燃燒后所放出的熱量，單位用kJ/kg或kJ/m3表示。表示煤的熱值基準(zhǔn)有：高熱值Qgr和低熱值Qnet.ad。

高熱值是假定煤在燃燒中所有水汽所帶熱量全部得到回收所求的熱值；低熱值是從高熱值中扣除煤的水分及由氫燃燒產(chǎn)生水汽所帶走熱量后的熱值。生產(chǎn)上常用收到基熱值Qnet.ar計(jì)算標(biāo)準(zhǔn)煤，用空氣干燥基熱值Qnet.ad進(jìn)行配料計(jì)算。

⑶標(biāo)準(zhǔn)煤

標(biāo)準(zhǔn)燃料是國家統(tǒng)一以燃料熱值為29308kJ/kg的能源單位。人為規(guī)定標(biāo)準(zhǔn)煤的收到基低熱值為29308kJ/kg（氣體為29308kJ/m3，換算時(shí)可按29300kJ/m3），這樣便于各種能源比較和折算。

1.8石膏

水泥生料經(jīng)過高溫煅燒后所得以硅酸鈣為主要成分的、結(jié)構(gòu)致密的粒狀水泥熟料，與適量的石膏及混合材料一起再次入磨磨制成水泥。石膏是一種緩凝劑，其作用是調(diào)節(jié)水泥的凝結(jié)時(shí)間，使建筑施工的混凝土的配制、攪拌、運(yùn)輸、振搗、砌筑等工序得以順利進(jìn)行，同時(shí)也可以提高水泥的早期強(qiáng)度及改善耐蝕抗?jié)B性等?？晒┦褂玫挠刑烊皇嗷蚬I(yè)副產(chǎn)石膏。

1.8.1天然石膏天然石膏是石膏礦和硬石膏的總稱。⑴石膏石膏是以二水硫酸鈣（CaSO4?2H2O）為主要成分的天然礦石，用CaSO4?2H2O的質(zhì)量分?jǐn)?shù)表示其品位，在二級以上，即：CaSO4?2H2O≥75%。

⑵硬石膏

硬石膏是以無水硫酸鈣(CaSO4)為主要成分的天然礦石，也稱無水石膏。該產(chǎn)品以無水硫酸鈣(CaSO4)與二水硫酸鈣(CaSO4?2H2O)的質(zhì)量分?jǐn)?shù)之和表示其品位，且：

無水石膏不能單獨(dú)用于水泥粉磨的摻合料，可與二水石膏混合使用，二者的CaSO4與CaSO4?2H2O之和的質(zhì)量百分?jǐn)?shù)在二級以上，即：各類石膏產(chǎn)品的品位及分級

，見下表：

1.8.2

工業(yè)副產(chǎn)石膏

工業(yè)副產(chǎn)石膏包括脫硫石膏、磷石膏、檸檬酸石膏、氟石膏、硼石膏、鈦石膏、鹽石膏等，在大多數(shù)情況下，工業(yè)副產(chǎn)石膏基本為二水石膏或半水石膏，無水石膏很少。副產(chǎn)石膏可以替代部分或全部二水石膏作為水泥的緩凝劑，是工業(yè)廢渣的利用、降低水泥生產(chǎn)成本的一種行之有效的途徑。與天然石膏不同的是，天然石膏是塊狀的，工業(yè)副產(chǎn)石膏是潮濕的粉體，用作水泥的緩凝劑時(shí)要將水分干燥至相應(yīng)的要求。1.8.3

石膏的摻加量

將熟料磨制成水泥時(shí)，石膏的摻加量應(yīng)通過試驗(yàn)來確定（要選擇凝結(jié)時(shí)間正常、能滿足其它性能要求的SO3摻加量作為最佳石膏摻加量）。若水泥中石膏的摻加量不足，加水拌合成混凝土?xí)r往往會(huì)加快水泥的“快凝”、“急凝”、“閃凝”，使施工難以進(jìn)行，因此國家標(biāo)準(zhǔn)中規(guī)定了水泥初凝不得早于一定的時(shí)間；而當(dāng)石膏摻加量過多時(shí)，則對水泥的緩凝起不到作用，而且還會(huì)對已硬化的水泥漿體（水泥石）產(chǎn)生消弱強(qiáng)度的膨脹應(yīng)力，甚至造成安定性不良，因此國家標(biāo)準(zhǔn)要求水泥中SO3含量要控制在一定的范圍之內(nèi)，通常SO3含量波動(dòng)在1.5%~2.5%之間，換算成CaSO4?2H2O為2.925%~4.875%。

1.9混合材料

通用水泥中除硅酸鹽水泥外，普通硅酸鹽水泥、礦渣硅酸鹽水泥、火山灰質(zhì)硅酸鹽水泥、粉煤灰硅酸鹽水泥、復(fù)合硅酸鹽水泥，同屬于硅酸鹽水泥系列，都是以硅酸鹽水泥熟料為主要組分，以石膏作緩凝劑。在不同品種的水泥之間的差別主要在于所摻加混合材的種類和數(shù)量的不同?；旌喜牧现饕歉鞣N工業(yè)廢渣及天然礦物質(zhì)材料。這類材料不參與生料制備和熟料煅燒，只是在磨制水泥時(shí)摻入適量的混合材料磨制不同品種水泥，或?qū)⑺鼈儐为?dú)粉磨成符合細(xì)度要求的礦粉，直接摻到磨制好的硅酸鹽水泥中，再進(jìn)行均化，得到不同品種的硅酸鹽系列水泥，提高了水泥產(chǎn)量，降低了水泥成本，節(jié)約了能源。摻入一定量的混合材還能改善水泥的安定性，提高混凝土的抗蝕能力，降低水泥的水化熱等，還能調(diào)節(jié)水泥標(biāo)號，生產(chǎn)多品種水泥，滿足各項(xiàng)工程的需要；綜合利用工業(yè)廢渣，減少環(huán)境污染，實(shí)現(xiàn)水泥工業(yè)的生態(tài)化。1.9.1混合材料的分類

用于水泥中混合材料可分為天然混合材料（如火山灰）和人工混合材料（工業(yè)廢渣：?；郀t礦渣、粉煤灰等）；但通常是根據(jù)混合材料的性質(zhì)及其在水泥水化過程中所起的作用，分為活性混合材料和非活性混合材料兩大類。

1.9.1.1活性混合材料

凡天然或人工制成的（具有火山灰性的）礦物質(zhì)材料，磨成細(xì)分，加水后其本身不硬化（或者硬化得十分緩慢），但與石灰混合，加水調(diào)和成膠泥狀態(tài)，不僅能在空氣中硬化，并能繼續(xù)在水中硬化，這類材料，稱為活性混合材料或水硬性混合材料，如粒化高爐礦渣、火山灰質(zhì)混合材料和粉煤灰等。

1.9.1.2非活性混合材料

非活性混合材料不具備（或具有微弱的）水硬性，它的質(zhì)量活性指標(biāo)不符合標(biāo)準(zhǔn)要求的潛在水硬性或火山灰性的水泥混合材料，是一種填充性混合材料，摻入水泥中主要起調(diào)節(jié)水泥標(biāo)號、節(jié)約熟料用量的作用。如：石英砂、石灰石、白云石、砂巖、未水淬的高爐礦渣和低活性的爐渣等。下表是可用作水泥的混合材料。

1.9.2?；郀t礦渣用于水泥中的?；郀t礦渣，國家標(biāo)準(zhǔn)（GB/203-2008）定義為：凡在高爐冶煉生鐵時(shí)，所得以硅鋁酸鹽為主要成分的熔融物，經(jīng)淬冷成粒后，即為?；郀t礦渣（簡稱礦渣）。國家標(biāo)準(zhǔn)對礦渣等級、技術(shù)要求也做了相應(yīng)規(guī)定。高爐礦渣是冶煉生鐵時(shí)從高爐中排出的一種廢渣，其產(chǎn)量一般為生鐵產(chǎn)量的25％~50％。高爐冶煉生鐵時(shí)，在原料中除了鐵礦石和燃料(焦炭)外，為了降低冶煉溫度，還要加入相當(dāng)數(shù)量的石灰石和白云石作為助熔劑。當(dāng)爐溫達(dá)到1400~1600℃時(shí)，與鐵礦石發(fā)生高溫反應(yīng)，生成鐵水和以硅酸鈣（鎂）與鋁酸鈣（鎂）為主要組成的礦渣，其密度為2.3~2.8g/cm3,因比鐵水輕所以漂浮在鐵上面，定期從排渣口排出后，經(jīng)急冷處理成為0~5mm的粒狀顆粒，所以稱之為?；郀t礦渣。

1.9.2.1化學(xué)成分礦渣的主要化學(xué)成分是SiO2、Al2O3、CaO等氧化物（三種合計(jì)總量＞90%）及少量的MgO、MnO、Fe2O3和FeO、硫化物如CaS、MnS、FeS等。某些特殊情況下還有可能含有TiO2、P2O5、氟化物等。根據(jù)礦石與熔劑的成分、冶煉生鐵的品種、高爐操作控制的要求不同，高爐礦渣的化學(xué)成分與水泥熟料接近，只是CaO的含量低。下表是高爐礦渣化學(xué)成分的波動(dòng)范圍：

1.9.2.2礦物組成礦渣是在高爐冶煉生鐵時(shí)所得以硅酸鹽與硅鋁酸鹽為主要成分的熔融物，在從出渣口排出時(shí)對其快速冷卻即淬冷時(shí)，高溫熔融礦渣中的礦物相絕大多數(shù)來不及結(jié)晶，從而保留了高溫狀態(tài)下的離子、原子、分子的無序狀態(tài)即玻璃體，隨后便冷凝成0~5mm的顆粒狀礦渣。?；郀t礦渣主要由玻璃體組成，這些玻璃相主要是硅酸鈣和鋁硅酸鈣微晶，其晶格排列不整齊，是有缺陷、扭曲的處于介穩(wěn)態(tài)的微晶子，具有較高的化學(xué)潛能和活性。實(shí)驗(yàn)及生產(chǎn)實(shí)踐表明，在化學(xué)成分大致相同的條件下，玻璃體含量越高，活性也越高，即急冷好的粒化高爐礦渣活性強(qiáng)。1.9.2.3活性激發(fā)

磨細(xì)的?；郀t礦渣單獨(dú)與水拌合時(shí)反應(yīng)極慢，得不到足夠的強(qiáng)度。但在Ca(HO)2(氫氧化鈣)溶液中能發(fā)生水化反應(yīng)，而在飽和的Ca(HO)2溶液中反應(yīng)更快，并產(chǎn)生一定強(qiáng)度，下表為不同條件下水化后的礦渣強(qiáng)度：

從上表中看出：礦渣在不同條件下所呈現(xiàn)的膠凝性能相差很大，說明礦渣潛在能力的發(fā)揮，必須以含有Ca(HO)2的液相為前提。這種能造成Ca(HO)2液相以激發(fā)礦渣活性的物質(zhì)成為堿性激發(fā)劑，它能破壞礦渣玻璃體的表面結(jié)構(gòu)，十分易于滲入并進(jìn)行水化，使礦渣顆粒分散和解體，產(chǎn)生有膠凝性的水化硅酸鈣和水化鋁酸鈣，常用的激發(fā)劑有石灰和硅酸鹽水泥熟料。在含有Ca(HO)2的堿性介質(zhì)中，加入一定數(shù)量的硫酸鈣，能使礦渣的潛在活性較為充分的發(fā)揮出來，產(chǎn)生比單獨(dú)加堿性激發(fā)劑時(shí)高得多的強(qiáng)度，這一類物質(zhì)稱為硫酸鹽激發(fā)劑。堿性介質(zhì)促使礦渣顆粒的分散、解體，并生成水化硅酸鈣和水化鋁酸鈣。而硫酸鈣的摻入，能進(jìn)一步與礦渣中活性氧化鋁化合，生成水化硫鋁酸鈣，使強(qiáng)度進(jìn)一步提高。常用的硫酸鹽激發(fā)劑是二水石膏（CaSO4?2H2O）、半水石膏（CaSO4?H2O）及無水石膏（CaSO4）。

1.9.3火山灰質(zhì)混合材料

國家標(biāo)準(zhǔn)（GB/T2874-2005）定義：凡天然的或人工的以氧化硅、氧化鋁為主要成分的礦物質(zhì)材料，本身磨細(xì)加水拌和并不硬化，但與氣硬性石灰混合后，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)混合材料。國家標(biāo)準(zhǔn)對火山灰質(zhì)混合材的分類、技術(shù)要求也做出了相應(yīng)規(guī)定。

火山灰質(zhì)混合材料按其成因分為天然的和人工的兩類：

1.9.3.1天然的灰質(zhì)混合材料

①火山灰：火山噴發(fā)的細(xì)粒碎屑的疏松沉淀物。

②

凝灰?guī)r：由火山灰沉積形成的致密巖石。

③沸石巖：凝灰?guī)r經(jīng)環(huán)境介質(zhì)作用而形成的一種以堿或堿土金屬的含水鋁硅酸鹽礦物為主的巖石。

④浮石：火山噴出的多孔的玻璃質(zhì)巖石。

⑤硅藻土和硅藻石；由極細(xì)致的硅藻介殼聚集、沉淀而成的巖石。

1.9.3.2

人工的火山灰質(zhì)混合材料

①煤矸石：煤層中炭質(zhì)頁巖經(jīng)自燃或煅燒后的產(chǎn)物。

②

燒頁巖：頁巖或油母頁巖經(jīng)煅燒或自燃后的產(chǎn)物。

③燒黏土：黏土經(jīng)煅燒后的產(chǎn)物。

④煤渣：煤炭燃燒后的殘?jiān)?/p>

⑤硅質(zhì)渣：由礬土提取硫酸鋁后的殘?jiān)?.9.3.3火山灰質(zhì)混合材料的化學(xué)成分

火山灰質(zhì)混合材料的化學(xué)成分以SiO2、Al2O3氧化物為主，其含量占70%左右，CaO含量較低，礦物組成隨其成因變化較大。下表是我國部分火山灰質(zhì)混合材的化學(xué)成分。

除礦渣和火山灰質(zhì)混合材外，粉煤灰除了可以做原料配料以外還是很好的混合材，可以添加在水泥熟料中制造粉煤灰硅酸鹽水泥，

1.10硅酸鹽水泥熟料的組成及率值

硅酸鹽水泥熟料（GB/T21372-2008）含義：即國際上的波特蘭水泥熟料（簡稱水泥熟料），是一種由主要含CaO、SiO2、Al2O3、Fe2O3的原料按適當(dāng)配比，磨成細(xì)粉，燒至部分熔融，所得以硅酸鈣為主要礦物成分的產(chǎn)物。硅酸鹽水泥熟料是硅酸鹽系列水泥的主要組分。

1.10.1熟料的化學(xué)組成

硅酸鹽水泥熟料中的主要化學(xué)成分是CaO、SiO2、Al2O3和Fe2O3四種主要氧化物，其總量通常占熟料總量的95%以上，此外還含有少量的MgO、SO3

、Na2O、K2O、TiO2和P2O5等，這些含量的總量在5%以下。下表是我國部分現(xiàn)代水泥企業(yè)硅酸鹽水泥熟料的化學(xué)成分。

在某些特定的生產(chǎn)條件下，由于原料及工藝過程的差異，硅酸鹽水泥熟料的各主要氧化物含量也可能略微偏離上述范圍，如原料或燃料所帶入的MgO或SO3含量偏高，致使水泥熟料中的四種主要氧化物總量達(dá)不到95%。

在硅酸鹽水泥熟料中，CaO、SiO2、Al2O3和Fe2O3等并不是以單獨(dú)的氧化物存在，而是以兩種或兩種以上的氧化物反應(yīng)（經(jīng)過水泥窯內(nèi)經(jīng)過高溫煅燒）化合而成的各種不同的氧化物集合體，即以熟料礦物的形態(tài)存在。硅酸鹽水泥熟料中主要有以下四種主要礦物：

①硅酸三鈣（3CaO?SiO2，簡寫成C3S）。

②硅酸二鈣（2CaO?SiO2，簡寫成C2S）。

③鋁酸三鈣（3CaO?Al2O3，簡寫成C3A）。

④鐵鋁酸四鈣（4CaO?Al2O3?Fe2O3，簡寫成C4AF）。

以上的四種主要礦物的總和約占95%左右，其中C3S和C2S約占75%左右（最低要求>66%），稱為硅酸鹽礦物；C3A和C4AF約占22%左右，稱為熔劑礦物。此外還有少量的游離氧化鈣（f-CaO）、方鎂石（結(jié)晶氧化鎂）、含堿礦物及玻璃體等。這些熟料礦物結(jié)晶細(xì)?。ㄍǔ?0~60μm），可以說是一種多種礦物組成的、結(jié)晶細(xì)小的人造巖石。1.10.2.1硅酸三鈣

硅酸三鈣（C3S）是硅酸鹽水泥熟料中的主要礦物，在1300~1450~1300℃高溫液相（煅燒條件）作用下，由先導(dǎo)形成的固相硅酸二鈣C2S吸收氧化鈣（CaO）而形成。硅酸三鈣的凝結(jié)時(shí)間正常、水化速度快，強(qiáng)度高且增長率高。但水化熱較高，抗水性能較差，其含量通常為50%左右，最高可達(dá)60%。純C3S在1250~2065℃溫度范圍內(nèi)穩(wěn)定，在2065℃以上熔融為CaO的液相量，在1250℃以下緩慢分解為C2S和CaO，致使C2S在常溫下可以呈介穩(wěn)狀態(tài)存在。

在硅酸鹽水泥熟料中，C3S并不是以單純的形式存在，而是含有其它少量氧化物，如Al2O3

及MgO形成固溶體（固態(tài)溶液，在很多方面與液態(tài)溶液相似，可以認(rèn)為是一種組成可變的均勻固相），還含有少量的Fe2O3、R2O、TiO2等，含有少量氧化物的硅酸三鈣又稱A礦（阿利特Alite），但化學(xué)組成仍接近C3S，其巖相結(jié)構(gòu)為板狀和柱狀晶體，在偏光顯微鏡下可以看到的是多呈六角形，密度為3.14~3.25g/cm3。

1.10.2.2硅酸二鈣

硅酸二鈣（C2S）是由CaO和SiO2在1100~1200℃煅燒條件下化合而成，其含量占20%左右。純的C2S有四種晶型：

在1450℃以下進(jìn)行多晶型轉(zhuǎn)變：

常溫下有水硬性的α-C2S、高溫型的α′H

-C2S、低溫型的α′L-C2S、β-C2S都是不穩(wěn)定的，有趨勢要轉(zhuǎn)變?yōu)榻Y(jié)構(gòu)中的Ca2+的配位數(shù)相當(dāng)規(guī)則的、幾乎沒有水硬性的C2S。因γ-C2S的密度為2.97g/cm3，而β-C2S密度為3.28g/cm3，發(fā)生β-γ轉(zhuǎn)變時(shí)，伴隨著體積膨脹達(dá)10%，結(jié)果是熟料膨脹，生產(chǎn)中稱之為“粉化”。在燒成溫度較高、冷卻較快且固溶體中有少量的Al2O3

、Fe2O3、MgO、R2O等的熟料中，通常均可保留有水硬性的β-C2S。

如同硅酸三鈣一樣，硅酸二鈣也含有中也溶有少量的氧化物（Al2O3、Fe2O3、MgO、R2O）等，而成固溶體存在，成為B礦（貝利特Belite），水化較慢、水化熱較低，抗水性能較好，早期強(qiáng)度較低，但一年以后能趕上A礦。B礦的巖相結(jié)構(gòu)在偏光顯微鏡下看到的多為圓形或橢圓形。1.10.2.3鋁酸三鈣鋁酸三鈣（C3A）是填充在阿里特和貝利特之間的中間相，在熟料中起熔劑的作用，也被稱之為熔劑性礦物，它與鐵鋁酸四鈣在1250~1280℃是熔融成液相，從而促使硅酸三鈣的順利生成。鋁酸三鈣的主要成分是C3A，其中也可固溶少量的氧化物SiO2、Fe2O3、MgO、R2O等而成固溶體，密度3.04g/cm3，用偏光顯微鏡可以觀察到分布在阿利特和貝利特之間的片狀、柱狀或點(diǎn)滴狀，成暗灰色，反光能力弱，故也稱黑色中間相。鋁酸三鈣水化迅速、放熱多，若不加石膏緩凝，易使水泥快凝，強(qiáng)度在3d內(nèi)就大部分發(fā)揮出來，但強(qiáng)度值不高后期幾乎不再增長，甚至倒縮；干縮變形大、抗硫酸鹽性能差。1.10.2.4鐵鋁酸四鈣

鐵鋁酸四鈣（C4AF）代表的是硅酸鹽水泥熟料中一系列連續(xù)的鐵相固溶體。通常鐵鋁酸四鈣中溶有少量的MgO、SiO2等氧化物，又稱才利特（Celite）或C礦，也是一種熔劑性礦物，密度3.77g/cm3。鐵鋁酸四鈣常顯棱柱狀和圓粒狀晶體，在偏光顯微鏡下呈亮白色（反射能力強(qiáng)），填充在A礦和B礦之間，故通常有把它稱作白色中間相。

鐵鋁酸四鈣的水化速度介于鋁酸三鈣和硅酸三鈣之間，但隨后的發(fā)展不如硅酸三鈣。早期強(qiáng)度類似于鋁酸三鈣，但后期強(qiáng)度還能不斷增長，類似于硅酸二鈣。水化熱比鋁酸三鈣低，抗沖擊性能和抗硫酸鹽性能較好。1.10.2.5玻璃體

煅燒熟料時(shí)出現(xiàn)部分熔融相，在出窯對其冷卻時(shí)來不及結(jié)晶而成為過冷凝體，稱之為玻璃體。主要成分為C3A、C4AF及少量的MgO、K2O、Na2O等，含量約占8%~22%。在玻璃體中，質(zhì)點(diǎn)排列無序，組成也不固定，處于一種不穩(wěn)定狀態(tài)，因而水化熱大。在玻璃體中，C2S能被保留下來而不至于轉(zhuǎn)化成幾乎沒有水硬性的C2S；玻璃體中的礦物結(jié)晶細(xì)小，可以改善熟料性能與易磨性。

1.10.2.6游離氧化鈣和方鎂石⑴游離氧化鈣及其對水泥安定性的影響游離氧化鈣是指熟料中沒有以化合狀態(tài)存在而是以游離狀態(tài)存在的氧化鈣（CaO），又稱游離石灰，是由于生料配料不當(dāng)或細(xì)度過粗或煅燒不良所致。它與水作用生成Ca(HO)2的反應(yīng)很慢，體積膨脹97.9%，在硬化水泥石內(nèi)部造成局部膨脹應(yīng)力，使抗折抗壓強(qiáng)度下降、3d以后的強(qiáng)度倒縮，嚴(yán)重時(shí)引起安定性不良，使混凝土結(jié)構(gòu)（或制品）開裂（或變形）。為此應(yīng)嚴(yán)格控制游離氧化鈣的含量，按水泥國家標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定，回轉(zhuǎn)窯熟料控制在1%以下。⑵方鎂石及其危害方鎂石系指游離狀態(tài)的氧化鎂晶體，在熟料煅燒時(shí)，一部分氧化鎂和熟料礦物結(jié)合成固溶體并溶于液相中（熟料中含有少量的氧化鎂時(shí)，能降低液相的生成溫度，增加液相數(shù)量，降低液相黏度，有利于熟料的燒成），多余的氧化鎂析晶出來，呈游離狀態(tài)，稱為方鎂石。方鎂石半包裹在熟料礦物中間，與水反應(yīng)速度很慢（經(jīng)幾個(gè)月甚至幾年才顯現(xiàn)出來），水化生成Mg(OH)2時(shí)，固相體積膨脹148%，在已硬化的水泥石內(nèi)部產(chǎn)生很大的破壞應(yīng)力，會(huì)降低強(qiáng)度或?qū)е聺⒘选７芥V石引起的膨脹嚴(yán)重程度與其含量、晶體尺寸有關(guān)系。晶體尺寸小于1μm、含量小于5%引起輕微膨脹；晶體尺寸在5~7μm、含量達(dá)3%時(shí)引起嚴(yán)重膨脹。為此水泥國家標(biāo)準(zhǔn)中限定了熟料中氧化鎂的含量應(yīng)小于5%，但如果水泥經(jīng)壓蒸安定性試驗(yàn)合格，可允許達(dá)6%。采用快冷、摻加混合材等措施，可以緩和膨脹的影響。1.10.2.7硅酸鹽水泥熟料礦物的巖相結(jié)構(gòu)

圖1-10-1是反光顯微鏡下觀察到的硅酸鹽水泥熟料礦物結(jié)構(gòu)情況：六方晶體是阿利特,圓粒晶體是貝利特。晶體間的物質(zhì)系由于物料在1450℃左右溫度下有約30％熔融經(jīng)冷卻后形成，稱中間相，其中亮的部分是才利特,又稱白色中間相（即無定形的非晶相）,暗色的是鋁酸鹽,又稱黑色中間相。1.10.3

水泥熟料的率值

水泥生產(chǎn)常用率值來表示熟料化學(xué)組成中氧化物之間的相對含量，它們與熟料礦物的相對組成直接相關(guān)，與熟料質(zhì)量及生料易燒性有較好的相關(guān)性，是生產(chǎn)控制中的重要指標(biāo)。目前國內(nèi)外采用的率值有多種，我國主要采用硅酸率、鋁氧率和石灰飽和系數(shù)三個(gè)率值作為生產(chǎn)控制指標(biāo)。

1.10.3.1硅酸率硅酸率也稱硅率，表示水泥熟料中SiO2含量與Al2O3及Fe2O3含量之和的比值，通常用n或SM表示：

硅酸率反映了熟料中生成的硅酸鹽礦物（C3S、C2S）與溶劑性礦物（C3A、C4AF）的相對含量。值過高，表示硅酸鹽礦物多，對水泥熟料強(qiáng)度有利，但也意味著溶劑性礦物減少，將給煅燒造成困難。隨著值的降低，液相量就增加，對水泥的易燒性和操作性有利，但值過低，熟料中溶劑性礦物過多，煅燒時(shí)容易結(jié)大塊、結(jié)圈等現(xiàn)象，而且硅酸鹽礦物減少，降低熟料強(qiáng)度。正常情況下，值一般控制在1.7~2.7之間。1.10.3.2鋁氧率鋁氧率也稱鐵率，是水泥熟料中Al2O3與Fe2O3的含量之比，通常用p（或IM）來表示：

鋁氧率反映了熟料中C3A和C4AF的相對含量的比例關(guān)系。當(dāng)值增大時(shí)，意味著C3A含量增多、C4AF含量相對減少，液相黏度增加，不利于C2S的形成和進(jìn)一步與CaO化合成C3S，而且易引起水泥的快凝；值降低時(shí)，說明C3A含量降低，C4AF含量提高，熟料煅燒的液相黏度小，有利于C2S的形成，但值過低時(shí)液相黏度過低，不利于熟料的正常結(jié)粒和窯皮黏掛，而且水泥趨于緩凝，早期強(qiáng)度低。

生產(chǎn)中一般把值控制在1.4~1.8之間。

1.10.3.3石灰飽和系數(shù)硅酸率和鋁氧率這兩個(gè)率值只表示了各氧化物之間的相對含量，而沒有涉及各氧化物之間的關(guān)系，石灰飽和系數(shù)可以將各氧化物之間的關(guān)系表達(dá)出來。石灰飽和系數(shù)（也稱石灰飽和比）是水泥熟料中總的氧化鈣（CaO）含量扣除飽和酸性氧化物（Al2O3、Fe2O3、SO3）所需要的氧化鈣后，所剩下的氧化鈣與理論上二氧化硅(SiO2)全部化合成硅酸三鈣所需的氧化鈣的含量之比。簡言之就是石灰飽和系數(shù)表示了二氧化硅被氧化鈣飽和生成硅酸三鈣的程度，其數(shù)學(xué)表達(dá)式為：

公式中分子式前的系數(shù)是由組成礦物的氧化物相對分子質(zhì)量之比求出的

一般工廠熟料中的f-CaO、f-SiO2含量較少，或配料計(jì)算時(shí)無法預(yù)先確定其含量時(shí)，通常采用簡化值進(jìn)行的計(jì)算：

若SO3含量也很少，配料計(jì)算時(shí)也可忽略。熟料中SiO2全部被CaO飽和時(shí)，熟料中的硅酸鹽礦物全部為C3S；如果時(shí)，硅酸鹽礦物全部為C2S，所以介于0.667~1之間。在工廠生產(chǎn)條件允許下，為了使煅燒過程不至于出現(xiàn)較多的CaO，值一般控制在0.86~0.95范圍之內(nèi)。1.10.3.4水硬率

水硬率是1868年德國人米夏埃利斯(W.Michaelis)提出的作為控制熟料適宜石灰含量的一個(gè)系數(shù)。它是熟料中氧化鈣與酸性氧化物之和的質(zhì)量百分?jǐn)?shù)的比值，常用HM表示，其計(jì)算式為：

其中CaO、Si02

、A1203、Fe2O3

分別代表熟料中各氧化物的質(zhì)量百分?jǐn)?shù)。水硬率通常在1.8-2.4之間。在水泥熟料煅燒中各國采用不同的率值來控制熟料的成分，我國絕大多數(shù)水泥廠采用KH、n

、p三個(gè)率值，而日本采用HM、n

、p三個(gè)率值，我國某廠從日本引進(jìn)的生產(chǎn)線也是采用HM、n

、p三個(gè)率值控制熟料的成分。1.11硅酸鹽水泥的水化、凝結(jié)和硬化水泥加適量的水拌和后，形成能粘結(jié)砂石集料的可塑性漿體，隨后通過凝結(jié)硬化逐漸變成具有一定機(jī)械強(qiáng)度的石狀體。水化過程中會(huì)隨著放熱、體積變化、強(qiáng)度增長等，這表明水泥加水后產(chǎn)生了一系列的物理、化學(xué)、物理化學(xué)和力學(xué)變化，這些變化決定著水泥的各種性能，如凝結(jié)時(shí)間、強(qiáng)度發(fā)展、安定性和耐久性等。水泥由無水狀態(tài)變?yōu)楹薪Y(jié)合水的反應(yīng)叫做水泥的水化。加水拌合后，隨著熟料礦物水化作用的進(jìn)行，使?jié){體逐漸失去可塑性的過程稱作水泥的凝結(jié)過程，凝結(jié)之后，隨著水化作用的繼續(xù)，纖維晶狀體的水化硅酸鈣數(shù)量增多并把固體顆粒牢固的連成整體，逐漸硬化，結(jié)構(gòu)也就固定下來，成為堅(jiān)硬的水泥石，具有較高的機(jī)械強(qiáng)度，這個(gè)過程稱為水泥的硬化過程。1.11.1

熟料礦物的水化1.11.1.1硅酸鈣的水化

前已述及，在硅酸鹽水泥熟料中，主要礦物成分是硅酸鈣（C3S和C2S），約占總量的3/4以上。硅酸鈣與無限量水作用時(shí)完全水解，各自生成相應(yīng)的水化產(chǎn)物：3CaO?SiO2+H2O=3Ca(HO)2+SiO2?(n

-3)H2O2CaO?SiO2+H2O=2Ca(HO)2+SiO2?(n

-2)H2O

當(dāng)硅酸鈣與少量水作用時(shí)，生成的水化產(chǎn)物是Ca(HO)2

和水化硅酸鈣CaO?SiO2?H2O，通常寫作C-S-H。水化硅酸鈣的CaO/SiO2的比值與漿體的水灰比、溫度和周圍介質(zhì)中CaO的濃度有關(guān)，

室溫下，當(dāng)液相中CaO濃度小于0.06g/L時(shí)，C3S分解成Ca(HO)2與SiO2?aq（硅酸凝膠，aq表示水量），當(dāng)溶液中CaO濃度介于0.06~1.12g/L時(shí)，生成Ca(HO)2和CaO/SiO2比值在0.5~1.5之間變化的水化硅酸鈣，被稱作硅酸鈣水化物（Ⅰ），通常寫作C-S-H（Ⅰ）；在石灰飽和溶液中（即CaO?1.12g/L）生成CaO/SiO2值在1.5~2.0之間的硅酸鈣水化物，稱為C-S-H（Ⅱ）。C-S-H（Ⅰ）為薄片狀結(jié)構(gòu)，C-S-H（Ⅱ）為纖維狀結(jié)構(gòu)。二者的尺寸都非常小，接近于膠體范疇，所以也稱水化硅酸鈣凝膠。硅酸三鈣和硅酸二鈣的水化產(chǎn)物雖然相同，但前者的水化速率很快，后者水化速率很慢，大部分水化反應(yīng)在28天以后進(jìn)行，在1年以后仍然有明顯的水化，且CaO/SiO2比較低，析出的Ca(HO)2較少。1.11.1.2鋁酸鈣的水化鋁酸鈣的水化過程特征是速度快、放熱量大、其水化產(chǎn)物的組成和結(jié)構(gòu)受溶液中氧化鈣、氧化鋁的濃度和溫度影響很大。在無限量的水中，可以完全水解，生成Al2O3?aq和Ca(HO)2，即：3CaO?Al2O3+H2O=Al2O3?aq+Ca(HO)2

當(dāng)液相CaO濃度大于0.33g/L時(shí)，C3A的水化產(chǎn)物為：3CaO?Al2O3+6H2O=3CaO?Al2O3?6H2O在有石膏存在的情況下，C3A的最初基本反應(yīng)是：3CaO?Al2O3+3(CaSO4?2H2O+26H2O=3CaO?Al2O3?3CaSO4?32H2O

所形成的產(chǎn)物是三硫型水化硫鋁酸鈣，稱為鈣礬石（常用Aft表示），簡寫成:

當(dāng)溶液中石膏耗盡而還有多余的C3A時(shí)，C3A與三硫型的鈣礬石作用生成單硫型水化硫鋁酸鈣(常用Afm表示)：

所形成的產(chǎn)物是單硫型水化硫鋁酸鈣。由于其中的鋁可被鐵置換而成為含鋁、鐵的單硫型水化硫鋁酸鹽相，故常用AFm表示，簡寫為：1.11.1.3鐵鋁酸鈣的水化水泥中的鐵鋁酸鹽實(shí)際上是以C4AF為代表的固溶體，水化速度比鋁酸鈣略慢，水化熱較低。水化反應(yīng)及其產(chǎn)物與C3A很相似，氧化鐵基本上起著和氧化鋁相同的作用，相當(dāng)于一部分氧化鋁被氧化鐵所置換，生成水化鋁酸鈣和水化鐵酸鈣的固溶體：

C4AF+4CH+22H2O→2C4(A，F(xiàn))H13

水化受外界條件（加水量、溫度、氧化鈣濃度）的影響，在20℃以上時(shí)，C4(A，F(xiàn))H13要轉(zhuǎn)變成C3(A，F(xiàn))H6（C3AH6含有若干氧化鐵），當(dāng)溫度高于50℃時(shí)，C4AF直接水化生成C4(A，F(xiàn))H6。水化也受礦物中Al2O3和Fe2O3比例影響，當(dāng)Al2O3含量增大時(shí)，固溶體的水化速度也加快，而當(dāng)Fe2O3含量增大時(shí)，水化速度減慢。1.11.2水泥的水化1.11.2.1水化的作用在由多種熟料礦物和石膏共同組成的硅酸鹽水泥中，加水后C3A和C3