《水泥工艺学》第2章硅酸盐水泥的生产

第二章硅酸盐水泥的生产技术•标准的类别2.1硅酸盐水泥生产概述(GB175-2007《通用硅酸盐水泥》)2.2硅酸盐水泥的生产工艺2.3新型干法水泥生产的技术特性2.4硅酸盐水泥熟料的组成2.5硅酸盐水泥熟料的率值2.6熟料矿物组成的计算与换算标准的类别标准就是对某项技术实行统一执行的要求。水泥生产必须有一定的标准，我国为提高水泥质量，降低成本，加快与国际惯例的接轨，制定了一系列水泥标准，并在实践中不断发展。标准的类别(一)、我国常用标准按照适用范围，目前我国现行常用的标准有三大类。1．第一类是国家标准GB175-1999《硅酸盐水泥、普通硅酸盐水泥》上述标准为强制性国家标准，任何技术(产品)不得低于此标准。此外，还有推荐性国家标准，以“GB/T”为标准代号，它表示也可以执行其他标准，为非强制性的。国家标准代号标准编号标准颁布年代标准的技术(产品)名称标准的类别(一)、我国常用标准按照适用范围，目前我国现行常用的标准有三大类。1．第一类是国家标准。2．第二类是行业标准。如JC/T853-1999硅酸盐水泥熟料，其中“JC”为建材行业的标准代号。3．第三类是企业标准。代号为“QB/”，其后分别注明企业代号、标准顺序号、制定年代号。国家鼓励地方和企业制定技术要求高于国家标准的地方标准或企业标准。标准的类别(二)、国际标准国际标准可大致分为三类。1．团体标准和公司标准。指国际上有影响的团体和公司的标准。如美国材料与实验协会标准(ASTM)等。2．区域性标准。如德国工业标准(DIN)、日本工业标准(JIS)等。3．国际标准化组织标准。代号ISO。通用水泥标准的修订现在我国水泥标准修订了许多方面都在逐渐向ISO系列国际标准靠拢，以保证我国出口水泥产品质量，增加我国水泥在国际市场上的竞争能力。为适应我国水泥工业的发展，GB175经历了多次修订。发布于1956年1962年第一次修订1977年1985年1992年书中标准为GB-1999，共三个标准GB175-2007GB175-2007《通用硅酸盐水泥》GB175-2007《通用硅酸盐水泥》标准于2007年11月9日发布，于2008年6月1日开始实施。新标准在水泥品种、强度等级、混合材品种等方面进行了较大调整，并将取代以下六大通用水泥的三个标准：1.GB175-1999《硅酸盐水泥、普通硅酸盐水泥》2.GB1344-1999《矿渣硅酸盐水泥、火山灰质硅酸盐水泥及粉煤灰硅酸盐水泥》3.GB12958-1999《复合硅酸盐水泥》2.1硅酸盐水泥生产概述•以下介绍GB175-2007中硅酸盐水泥部分与书中不太一样。•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。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---≤52.1.1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。2.1.2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。作用2.1.3石膏•作用是缓凝剂、提高水泥的强度。•种类天然石膏工业副产品石膏石膏－－二水硫酸钙（CaSO4·2H2O）为主要成分的天然矿石硬石膏－－以无水硫酸钙（CaSO4）为主要成分的天然矿石－－工业生产中以硅酸钙为主要成分的副产品助磨剂•助磨剂水泥粉磨时允许加入助磨剂，其加入量应不大于水泥质量的0.5%，助磨剂应符合JC/T667的规定。助磨剂：在水泥粉磨时加入的起助磨作用而又不损害水泥性能的外加剂。2.1.4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。2.1.4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。2.1.4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。2.1.4.1硅酸盐水泥化学和物理指标(1)不溶物不溶物是指水泥经酸和碱处理，不能被溶解的残留物。其主要成分是结晶SiO2，其次是R2O3，它属于水泥中非活性组分之一。不溶物来源及影响？序号项目指标检验方法与依据P.1P.Ⅱ1不溶物(%)≤0.75≤1.5GB/T176-20082.1.4.1硅酸盐水泥化学和物理指标(2)烧失量水泥烧失量是指水泥在950～1000℃高温下燃烧失去的质量百分数。水泥中不溶物和烧失量指标主要是为了控制水泥制造过程中熟料煅烧质量以及限制某些组分材料的掺量。序号项目指标检验方法与依据P.1P.Ⅱ2烧失量(%)≤3.0≤3.5GB/T176-20082.1.4.1硅酸盐水泥化学和物理指标(3)细度细度即水泥的粗细程度。水泥细度的常用表示方法：比表面积、筛余百分数、颗粒级配等。水泥为什么要控制细度？序号项目指标检验方法与依据P.1P.Ⅱ3细度(比表面积)(m2/kg)≥300GB/T8074-20082.1.4.1硅酸盐水泥化学和物理指标(4)凝结时间---2005标准未下到，介绍2001水泥凝结时间是水泥从和水开始到失去流动性，即从可塑性状态发展到固体状态所需要的时间，分初终时间和终凝时间两种。初凝时间：是指水泥加水拌和到标准稠度净浆开始失去塑性的时间。序号项目指标检验方法与依据P.1P.Ⅱ4凝结时间(min)初凝≥45终凝≤390GB/T1346-20052.1.4.1硅酸盐水泥化学和物理指标(4)凝结时间水泥凝结时间是水泥从和水开始到失去流动性，即从可塑性状态发展到固体状态所需要的时间，分初终时间和终凝时间两种。终凝时间：是指水泥加水拌和起到标准稠度净浆完全失去塑性的时间。序号项目指标检验方法与依据P.1P.Ⅱ4凝结时间(min)初凝≥45终凝≤390GB/T1346-20052.1.4.1硅酸盐水泥化学和物理指标(4)凝结时间•为何要规定初凝时间“≥”，终凝时间“≤”？？？为保证水泥使用时砂浆或混凝土有充分时间进行搅拌、运输和砌筑，必须要求水泥有一定的初凝时间；当施工完毕又希望混凝土能较快硬化，较快脱模，因此，又要求水泥有不太长的终凝时间。序号项目指标检验方法与依据P.1P.Ⅱ4凝结时间(min)初凝≥45终凝≤390GB/T1346-20052.1.4.1硅酸盐水泥化学和物理指标(4)凝结时间•凝结时间测定方法演示序号项目指标检验方法与依据P.1P.Ⅱ4凝结时间(min)初凝≥45终凝≤390GB/T1346-20052.1.4.1硅酸盐水泥化学和物理指标(5)安定性水泥硬化后体积变化的均匀性称为水泥体积安定性，简称安定性。水泥水化硬化过程中所发生的体积变化有哪些？影响？序号项目指标检验方法与依据P.1P.Ⅱ5安定性沸煮法检验合格GB1346-2005雷氏夹膨胀(mm)≤52.1.4.1硅酸盐水泥化学和物理指标(5)安定性影响安定性不良的原因：熟料中游离氧化钙、方镁石过高及水泥中石膏掺加量过多序号项目指标检验方法与依据P.1P.Ⅱ5安定性沸煮法检验合格GB1346-2005雷氏夹膨胀(mm)≤52.1.4.1硅酸盐水泥化学和物理指标(5)安定性熟料中游离氧化钙过高(并非熟料中所有C都会导致安不良)f-CaO+H2O--Ca(OH)2体积膨胀(98%)•CaO安定性检测方法：雷氏夹法：演示试饼法：介绍序号项目指标检验方法与依据P.1P.Ⅱ5安定性沸煮法检验合格GB1346-2005雷氏夹膨胀(mm)≤52.1.4.1硅酸盐水泥化学和物理指标(6)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：方法为何5.0%？序号项目指标检验方法与依据P.1P.Ⅱ5氧化镁（%）≤5.0；水泥压蒸安定性检验合格可放宽到6.0GB176GB7502.1.4.1硅酸盐水泥化学和物理指标(6)氧化镁(MgO)氧化镁过高会导致安不良为何5.0%？序号项目指标检验方法与依据P.1P.Ⅱ6氧化镁（%）≤5.0；水泥压蒸安定性检验合格可放宽到6.0GB176GB750总结国内水泥生产使用实践，并经大量科研和调查证明，水泥中MgO含量≤5.0%对水泥混凝土工程质量有保证，故标准中规定水泥中MgO的含量不得超过≤5.0%2.1.4.1硅酸盐水泥化学和物理指标(7)三氧化硫(SO3)SO3过高会导致安定性不良SO3+CAH--Aft体积约增大1.5倍水泥SO3来源：原料、调凝石膏、窑灰、石膏矿化剂、高硫燃煤序号项目指标检验方法与依据P.1P.Ⅱ7三氧化硫（%）≤3.5GB176-20082.1.4.1硅酸盐水泥化学和物理指标(8)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.Ⅱ8碱(Na2O+0.658K2O)(%）≤0.6选择性指标GB176-20082.1.4.1硅酸盐水泥化学和物理指标(8)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.Ⅱ8碱(Na2O+0.658K2O)(%）≤0.6选择性指标GB176-20082.1.4.1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.Ⅱ8氯离子(%）≤6，当有更低要求时，由买卖双方协商确定GB176-20082.1.4.2强度与强度等级(1)水泥强度水泥强度是水泥试体净浆在单位面积上所能承受的外力。一般称3d或7d以前的强度为早期强度，28d及其后的强度称为后期强度，也有将3个月以后的强度称为后期强度。由于水泥到28d时强度大部分发挥出来，以后强度增大相当缓慢，所以通常用28d的强度作为水泥质量的分级来划分硅酸盐水泥的强度等级。2.1.4.2强度与强度等级(2)强度等级与水泥标号强度等级是按规定龄期的抗压强度和抗折强度来划分，各强度等级水泥的各龄期强度值不得低于下表数值。强度等级抗压强度抗折强度3d28d3d28d42.5≥17.0≥42.5≥3.5≥6.542.5R≥22.0≥4.052.5≥23.0≥52.5≥4.0≥7.052.5R≥27.0≥5.062.5≥28