水泥工艺知识培训-摘要

1讲座的主要内容：一、水泥发展简史及新疆水泥发展状况二、水泥的定义、分类和命名及我厂生产的水泥性能和使用范围三、水泥的生产过程和方法四、水泥的主要技术性能五、质量控制的主要项目及控制意义＊水泥质量问题处理的案例六、国内外水泥及水泥基材料研究进展七、凝石与水泥对比资料八、混凝土外加剂的定义及分类一、水泥的发展简史水泥生产技术是由气硬性胶结材料石灰生产技术演变发展而来的。早在1756年英国人在建造灯塔时，发现以含少量粘土的石灰石烧成的石灰，经消解后使用具有水硬性，而且比用纯石灰石所烧成的石灰强度大。1800年前后，比利时，法国，英国先后有人利用含有20~30%黏土的石灰石，烧成了水硬性更强的水泥。但是含有适量黏土的石灰石并不是到处都有，因此天然水泥的生产受到限制。1810年多普斯用黏土和石灰石两种原料，经人工磨细和以最佳比例配制，烧成了与天然水泥品质一样的水泥，解决了原料和配制问题，人工合成水泥问世。1822年佛罗斯特发现取自煅烧过度已半熔化或熔化而固结成块的熟料，经粉碎制成的水泥水硬性更强。1824年英国人阿斯普丁（J·Aspdin）通过煅烧石灰石与粘土的混合料得出一种胶凝材料，由它制成的砖块很像由波特兰半岛采下来的波特兰石，由此将这种胶凝材料命名为“波特兰水泥”。然而当时生产出的材料就其化学成分和特性而言只相当于罗马石灰，因为并没有煅烧到熔融程度。到1843年J·Aspdin的儿子W．Aspdin在其新建的工厂里才真正生产出波特兰水泥，所以，应将1824年作为波特兰水泥名称的诞生年，1843年是波特兰水泥工业产品的诞生年，至今已有156年的历史。水泥中出现最早应用最为普遍的是硅酸盐水泥，国外称波特兰水泥。最初生产的水泥熟料是用烧石灰的土立窑煅烧的，1910年出现了水泥专用的机械化立窑，当时称自动化立窑。回转窑也是19世纪出现的，英国人T．R，Crompton曾于1877年申请了用回转窑煅烧水泥熟料的专利，但没有实现，1885年英国人Fredenv·Ransome取得了水泥回转窑的专利，1887年建成了第一台回转窑，试验虽未成功，却奠定了回转窑的基本系统，1898~1899年间，在英国、美国、德国等相继投产了真正能正常生产的回转窑，一般直径1．8~2．0米，长20~25米，日产量约30~50吨。回转窑开始采用干法，40~50年代又盛行湿法，1929年诞生了第一台半干法立波尔窑，1953年出现悬浮预热器窑，从60年代又转向发展干法，1971年末日本预分解窑投入生产，直到今天仍是以预分解窑为主要窑型，最大的窑日产能力已达10000吨熟料，一般也在3000～5000吨。中国的第一家水泥厂诞生于1886年，建在澳门的青洲岛，存在时间很短。1889年又在唐山兴建水泥厂，1906年投入生产，即现在的启新水泥厂，从此诞生了中国水泥工业。以后又陆续在上海、南京、广州、四川等地建了一些湿法回转窑，日本人在东北建了一些干法和半干法回转窑，1942年的最高年产量达到229万吨。50年代中国引进了一批湿法回转窑，60年代以后大量装备中国自己制造的湿法窑和半干法窑，70年代开始大量发展立窑，80年代引进几套大型预分解窑，同时也开始装备中国自己制造的小型预分解窑，到目前中国有水泥工厂8000多家，年产量达5亿多吨。中国水泥工业的结构与众不同，现在仍以立窑为主，立窑生产的水泥约占78％，新型干法窑生产的水泥量约占4％，其他回转窑生产的水泥占18％。在国外，立窑是于60~70年代逐步被淘汰的，目前已很少见了。中国生产的水泥也以硅酸盐水泥为主，能生产的水泥品种有60~70种，品种和数量已基本能够满足国内市场需求。水泥标号以中低标号为多，按1995年的统计，325占37.7％，425占51.7％，525占9.1％，625占0.17％，特种水泥占1.4％。这两年水泥供应相对过剩，市场对水泥质量的要求日益提高，估计高标号水泥的比重会有所提高。中国水泥工业发展前途十分广阔，水泥产量还将继续提高，按国外对81个国家的统计得出的规律，国民生产总值超过1000美元／人·年时水泥消费量上升最快，世界平均水平人均水泥年消费量达到600公斤，亚2洲最高超过1000公斤。国民生产总值在8000~12000美元／人·年时为巩固时期，水泥消费量不再增长，此后开始下降。如按此规律推算中国水泥人均消费量也将达到500~600公斤／人·年，水泥总产量将达6~7亿吨。在产品质量、工艺、装备等方面会逐步提高，达到国际一般或先进水平。新疆水泥工业在与内地执行相同的产业政策时遇到了难题。近几年，国家产业政策规定禁止建设日产2000吨以下的新型干法水泥生产线，但新疆有些生产线并没有达到这个要求，所以企业很难享受国家贷款贴息和税收等优惠政策；偏远地区其他形式的工艺生产线，更是无法取得生产许可证。大规模新型干法水泥在新疆发展局限性很大。乌鲁木齐、昌吉是新疆经济最发达、水泥消费最集中的地区，目前市场总容量也只有二三百万吨。如果按照国家产业政策规定年产120万吨，水泥产能一次性增加过大，市场将出现严重过剩。新疆经济发展不平衡，区域之间差别很大。少数地县偏居沙海戈壁，每年只有几万或十几万吨的水泥需求量。由外地运入的运距通常在200-580公里，而且多数地区交通不便。仅运费一项，每吨水泥价格就增加80至230元，导致这些地区水泥供不应求，价格居高不下，制约了当地经济的发展。二、水泥的定义、分类和命名凡细磨成粉末状，加入适量水后成塑性浆体，既能在空气中硬化，又能在水中硬化，并能将砂、石等材料胶结在一起的水硬性胶凝材料，统称为水泥。水泥按其用途和性能可分为三类：1、通用水泥：用于一般土木建筑工程的水泥；2、专用水泥：专门用途的水泥；3、特性水泥：某种性能比较突出的水泥为了命名的需要和方便，在水泥分类的基础上，又将水泥按主要水硬性物质分为硅酸盐水泥（波特兰水泥）、铝酸盐水泥、硫铝酸盐水泥、佛铝酸盐水泥和以火山灰性或潜在水硬性材料以及其他活性材料为主要组分的水泥。同时对水泥技术特性给与明确的划分，如按快硬性分为快硬和特快硬两类；按水化热分为中热和低热两类；（一）、通用水泥：以水泥的主要水硬性矿物名称冠以混合材料名称或其他适当名称命名。包括硅酸盐水泥（PI.PII）、普通硅酸盐水泥（P.O）、矿渣硅酸盐水泥(P.S)、火山灰质硅酸盐水泥(P.P)、粉煤灰硅酸盐水泥(P.F)、复合硅酸盐水泥（P.C）、、石灰石硅酸盐水泥（二）、专用水泥：按专门用途命名，并可冠以不同型号。例如油井水泥、砌筑水泥、耐酸水泥、耐碱水泥、道路水泥等（三）、特性水泥：以水泥的主要水硬性矿物名称冠以水泥的主要特性命名，并可冠以不同型号或混合材料名称。如白色硅酸盐水泥、快硬硅酸盐水泥、高铝水泥、硫铝酸盐水泥、抗硫酸盐水泥、膨胀水泥、自应力水泥等常用水泥的定义和使用范围。1、普通硅酸盐水泥凡由硅酸盐水泥熟料、6～15%混合材料、适量石膏磨细制成的水硬性胶凝材料，称为普通硅酸盐水泥（简称普通水泥），代号P·O。使用范围：一般地上工程和不受侵蚀作用的地下工程、以及不受水压作用的工程；早期强度要求较高的工程；无腐蚀的水中工程；在低温条件下需要早期强度发展较快的工程。不适用于大体积混凝土工程；受化学侵蚀水及压力水作用的工程；水利工程中的水中部分2、矿渣硅酸盐水泥凡由硅酸盐水泥熟料和粒化高炉矿渣、适量石膏磨细制成的水硬性胶凝材料称为矿渣硅酸盐水泥（简称矿渣水泥），代号P·S。使用范围：地下、水中工程经常受较高水压的工程；大体积混凝土工程；受海水及硫酸盐类溶液侵蚀的工程；受热混凝土工程。不适用于早期强度要求高的混凝土工程；严寒地区并在水位升降范围内的混凝土工程3、复合硅酸盐水泥3凡由硅酸盐水泥熟料、两种或两种以上规定的混合材料、适量石膏磨细制成的水硬性胶凝材料，称为复合硅酸盐水泥（简称复合水泥）代号P·C。使用范围：一般混凝土工程；大体积混凝土工程；受化学侵蚀水及压力作用的工程。不适用于早期强度要求高的混凝土工程；抗冻、抗渗要求较高的工程。4、白色、彩色硅酸盐水泥由氧化铁含量少的硅酸盐水泥熟料加入适量石膏（或掺入各种有机、无机颜料）磨细制成的白色水泥（彩色水泥）。使用范围：建筑装饰工程，制造彩色砼或人造大理石等制品。5、中热硅酸盐水泥以适当成分的硅酸盐水泥熟料、加入适量石膏磨细制成的具有中等水化热的水硬性胶凝材料。代号P·MH使用范围：由于水化热较低外，干燥收缩小、对硫酸盐抵抗性强。主要用于水库和大型桥墩的施工以及体积巨大的建筑物的施工。6、快硬硫铝酸盐水泥凡以适当成分的生料，经煅烧所得以无水硫铝酸钙和硅酸二钙为主要矿物成分的熟料，加入适量石膏和0～10%的石灰石，磨细制成的早期强度高的水硬性胶凝材料称为快硬硫铝酸盐水泥代号R·SAC使用范围：主要用作配制早强、抗渗和抗硫酸盐侵蚀腐蚀等混凝土；负温施工（冬季施工）、浆锚、喷锚支护；拼装、节点、地质固井、抢修、堵漏；水泥制品、玻璃纤维增强水泥GRC制品及一般建筑工程。三、水泥生产过程和方法水泥的生产过程可简称为“两磨一烧”，即分为3个阶段：1、生料制备石灰质原料、黏土质原料与少量铁质校正原料经破碎后按一定比例配合磨细，并调配成成分合适、质量均匀的生料。2、熟料煅烧生料在水泥窑内煅烧至部分熔融得到以硅酸钙为主要成分的水泥熟料。3、水泥粉磨熟料添加适量石膏，有时还有一部分混合材料或外加剂共同磨细制成水泥。水泥的生产方法按生料制备的方法分为：●湿法采用湿法生产时，把各种原料加水进行粉磨和混合，得到粘稠的料浆（称生料浆，一般含水分33％～34％），入水泥窑煅烧。●干法采用干法生产时，原料需预先干燥，然后进行磨碎和混合，制得干细粉末（称生料粉，一般含水量应＜1％，入窑物料为干粉。●半干法介于湿法与干法之间的生产方法，将干法制得的生料粉调配均匀加适量的水（一般加水12％～14％），制成料球再入窑煅烧。目前主要有两大类水泥窑：●回转窑：窑筒体卧置（略带斜度），并能作回转运动。●立窑：窑筒体立置，不转动。由于生产方法的不同，各水泥窑煅烧反应带的划分不完全相同，但基本反应过程是相同的，窑内物料均经历干燥、粘土矿物脱水、碳酸盐分解、固相反应、熟料烧结反应以及冷却等过程。4四、水泥的主要技术性能水泥品质的好坏，主要取决于水泥技术性能的好坏，水泥的主要技术性能有：（1）细度：细度是指水泥颗粒的粗细程度，对水泥的性质有很大影响。颗粒愈细，水泥水化反应愈快而且较完全，早期强度和后期强度都较高，但在空气中的硬化收缩较大，成本也较高。而水泥颗粒过粗则不利于水泥活性的发挥。水泥颗粒粒径一般在0．007～0.2mm范围内。（2）凝结时间：水泥的凝结时间对施工有重要意义，水泥加水拌合（调和成标准稠度）到开始失去可塑性所需的时间称为初凝时间。已经初凝的水泥，塑性大为降低。水泥从加水到完全失去可塑性并开始产生强度所需的时间称为终凝时间。已经终凝的水泥才初步具有强度。为了保证在施工中有足够的处理时间，并满足施工中操作的要求，通常要求水泥的初凝时间不宜过早而终凝时间不宜过迟。国家标准规定初凝时间不合格的水泥是废品水泥，终凝时间不合格的水泥为次品水泥。（3）标号与强度：水泥的标号与水泥的强度是密切相关的。但二者的概念并不相同。标号是根据按国家标准强度检验方法测得的规定龄期的抗折强度和抗压强度确定的，即把水泥和标准砂以l：2.5的比例，加入规定数量的水按规定的方法制成4cm*4cm*16cm。的水泥砂浆试件，按要求进行标准养护（温度为20士2℃水中），到规定龄期后，测其抗压、抗折强度来确定水泥的标号。水泥的标号越高，其强度也越高。（4）体积安定性：体积安定性简称安定性，是指水泥在硬化过程中体积变化的均匀性。事实上，水泥遇水后，在凝结硬化的过程中，体积必然要发生变化，但变化不能太大并应保持均匀。水泥中如果含较多的游离氧化钙、游离氧化镁或三氧化硫，就能使水泥结构产生不均匀的体积膨胀，导致膨胀性裂缝，降低质量，甚至崩溃。国家标准规定体积安定性不合格的水泥是废品水泥，不得使用。（5）水化热：水泥与水的作用为放热反应，随着硬化过程的进行，不断放出热量，这种热量称为