硅酸盐工艺基础知识安徽海螺水泥Word格式.docx

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　　凡以适当成分的生料，烧至部分熔融，所得以硅酸钙为主要成分的产物称为硅酸盐水泥熟料（简称熟料）

2.石膏

　　天然石膏必须符合国家标准GB5483的规定。

工业副产石膏是工业生产中以硫酸钙为主要成分的副产品。

采用工业副产石青时必须经过试验，证明对水泥性能无害。

3.活性混合材料

　　活性混合材料系指符合GB1596的粉煤灰，符合GB2847的火山灰质棍合材料和符合GB203的粒化高炉矿渣。

4.非活性混合材料

　　活性指标低于GB1596,GB2847和GB203标准要求的粉煤灰、火山灰质混合材料和粒化高炉矿渣以及石灰石和砂岩。

石灰石中的三氧化二铝含量不得超过2.5％。

5.窑灰

　　窑灰应符合ZBQ12001的规定。

窑灰是从回转窑窑尾废气中收集下来的粉尘。

　　另外，水泥粉磨时还允许加入主要起助磨作用而不损害水泥性能的助磨剂，其加人量不得超过水泥质量1％。

使用助磨剂、工业副产石膏时，须经省、市、自治区以上建材行业主管部门批准，投产后定期进行质量检验。

二、标号

　　硅酸盐水泥分为4258,525、5258、625,6258、7258六个标号；

普通硅酸盐水泥分为325,425,4258,525,5258,625,625R七个标号.R型水泥属于快硬型，对其3d强度有较高的要求。

三、技术要求

1.不溶物

　　I型硅酸盐水泥不溶物不超过。

．7,5％．I型硅酸盐水泥中不溶物不得超过1.50％。

2.氧化镁

　　水泥中氧化镁含量不超过5.0％。

如果水泥压蒸安定性试验合格，则水泥中氧化镁含量允许放宽到6.0％。

3．三氧化硫

　　水泥中S03含量不得超过3.5％。

4.烧失量

　　I型硅酸盐水泥中烧失量不得大于3.。

％，I型硅酸盐水泥中烧失量不得大于3.5％。

普通水泥中烧失量不得大于5.0％。

5.细度

　　硅徽盐水泥比表面积大于3面分/k$,普通水泥80jtm方孔筛筛余不得超过10.0％。

6.凝结时间

　　硅酸盐水泥初凝不得早于435min，终凝不得迟于390min。

普通水泥初凝不得早于45min，终凝不得迟于l0h。

7.安定性

　　用沸煮法检验必须合格。

8.强度

　　水泥标号按规定龄期的抗压强度和抗折强度来划分，各标号水泥的各龄期强度不得低于

　　表1-2-1中数值。

表1-2-1GB175-92各龄期、各类型水泥强度

品种

标号

抗压强度（MPa）

坑折强度（MPa）

3d

28d

硅酸盐水泥

425R

22.0

42.5

4.0

6.5

525

23.0

52.5

7.0

525R

27.0

5.0

625

28.0

62.5

8.0

625R

32.0

5.5

725

37.0

72.5

6.0

8.5

普通水泥

325

12.0

32.5

2.5

425

16.0

3.5

21.0

26.0

31.0

9.碱

　　水泥中碱含量按Na20+0-65820计算值来表示，若使用活性骨料，用户要求提供低碱

　　水泥时，水泥中碱含童不得大于。

．60％或由供需双方商定．

四、废品与不合格品

1.废品

凡氧化镁、三氧化硫、初凝时间、安定性中的任何一项不符合本标准规定时，均为废品。

2.不合格品

　　凡细度、终凝时间、不溶物和烧失量中的任何一项不符合本标准规定或混合材料掺加量超过最大限量和强度低于商品标号规定的指标时称为不合格品。

水泥包装标志中水泥品种、标号、工厂名称和出厂编号不全的也属于不合格品。

　　以上标准中，凝结时间、安定性及强度是硅酸盐水泥和普通硅酸盐水泥的三项重要建筑性质指标。

凝结时间直接影响到施工。

凝结时间过短，使水泥砂浆与混凝土在浇灌之前即已失去流动性而无法使用，凝结时间过长，则降低施工速度和延长模板周转时间。

硅酸盐水泥熟料初凝时间只有几分钟，要加入石膏进行调节，才能达到规定的要求。

石膏掺入量过多，不仅水泥强度会降低，还会产生水泥安定性不良。

因此，标准中除规定了初凝与终凝时间，还规定了三氧化硫的极限含量。

石膏适宜的掺入量应通过试验来确定。

　　强度是水泥的一个重要指标，又是设计混凝土配合比的重要数据。

水泥在水化硬化过程中强度是逐渐增长的，一般以3d、7d以前的强度称为早期强度，28d及其后的强度称为后期强度，也有以三个月以后的强度称为长期强度。

由于水泥经28d后强度已大部分发挥出来，所以用28d强度划分水泥的等级，即划分为不同的标号。

凡是符合某一标号和某一类型的水泥，必须同时满足表1-2-1中规定的各龄期抗压、抗折强度的相应指标。

若其中任一龄期的抗压冷抗折强度指标达不到所要求标号的规定，则以其中最低的某一龄期的强度指标确定该水泥的标号。

第二节硅酸盐水泥的生产

一• 

硅酸盐水泥的生产方法

　　硅酸盐水泥的生产分为三个阶段：

1．生料制备

石灰质原料、粘土质原料及少量的校正材料经破碎后按一定的比例配合、细磨，并经均化调配为成分合适、分布均匀的生料。

2.熟料锻烧

　　将生料在水泥工业窑内缎烧至部分熔融，经冷却后得到以硅酸钙为主要成分的熟料的过程。

3.水泥的制成

　　将熟料、石膏，有时加入适量混合材共同磨细成水泥的过程。

　　以上三个阶段可以简称为“两磨一烧”。

第三章硅酸盐水泥熟料矿物组成及其配料计算

第一节　硅酸盐水泥熟料矿物组成

如前所述，硅酸盐水泥熟料是以适当成分的生料烧到部分熔融，所得以硅酸钙为主要成分的烧结块。

因此，在硅酸盐水泥熟料中CaO,SiO2,A1203,Fe2O3不是以单独的氧化物存在，而是以两种或两种以上的氧化物经高温化学反应而生成的多种矿物的集合体。

其结晶细小，一般为30^-60Icm。

因此可见，水泥熟料是一种多矿物组成的结晶　　细小的人工岩石。

它主要有以下四种矿物：

　　硅酸三钙一～3Ca0．'

3i02，可简写为C3S；

　　硅酸二钙2Ca0·

Si02，可简写为C2S；

　　铝酸三钙3Ca0·

A1203，可简写为C3A；

　　铁相固溶体通常以铁铝酸四钙4Ca0.A1203.Fe203作为代表式，可简写成C4AF,

　　此外，还有少量游离氧化钙（.f-Ca0）、方镁石（结晶氧化镁）、含碱矿物及玻璃体。

通常熟料中C3S和C2S含量约占75％左右，称为硅酸盐矿物。

C3-ft和C,AF的理论含量约占22％左右。

在水泥熟料锻烧过程中,C3A和C,AF以及氧化镁、碱等在1250^-12800C会逐渐熔融形成液相，促进硅酸三钙的形成，故称熔剂矿物。

硅酸三钙 

C3S是硅酸盐水泥熟料的主要矿物。

其含量通常为50％左右，有时甚至高达60％以上。

纯C3S只有在2065^12500C温度范围内才稳定。

在20650C以上不一致熔融为Ca0和液相；

在12500C以下分解为CZS和Ca0，但反应很慢，故纯C,S在室温可呈介稳状态存在。

C,S有三种晶系七种变型：

　　10700C10600C9900C9600C9200C5200C

　　R←――→MⅢ←――→MⅡ←――→MⅠ←――→～TⅢ←――→TⅡ←――→TⅠ

　　R型为三方晶系，M型为单斜晶系，T型为三斜晶系，这些变型的晶体结构相近。

但有人认为,R型和M，型的强度比T型的高。

　　在硅酸盐水泥熟料中,C3S并不以纯的形式存在，总含有少量氧化镁、氧化铝、氧化铁等形成固溶液，称为阿利特（Alite）或A矿。

　　纯C3S在常温下，通常只能为三斜晶系（T型），如含有少量Mg0,A1203,Fe2O3,503,

　　ZnO,Cr203,R20等氧化物形成固溶体则为M型或R型。

由于熟料中C3S总含MgO,A12O3,

　　Fe2O3以及其他氧化物，故阿利特通常为M型或R型。

据认为锻烧温度的提高或锻烧时间的延长也有利于形成M．型或R型。

　　纯C3S为白色，密度为3.14g/cm3,其晶体截面为六角形或棱柱形。

单斜晶系的阿利特单晶为假六方片状或板状。

在阿利特中常以C'

S和CaO的包裹体存在。

　　C3S凝结时间正常，水化较快，粒径40^-50jum的颗粒28d可水化70％左右。

放热较多，早期强度高且后期强度增进率较大，28d强度可达一年强度的70％^-80％，其28d强度和一年强度在四种矿物中均最高。

　　阿利特的晶体尺寸和发育程度会影响其反应能力，当烧成温度高时，阿利特晶形完整，晶体尺寸适中，几何轴比大（晶体长度与宽度之比L/B>

2-3），矿物分布均匀，界面清晰，熟料的强度较高。

当加矿化剂或用急剧升温等锻烧方法时，虽然含较多阿利特，而且晶体比较细小，但因发育完整、分布均匀，熟料强度也较高。

因此，适当提高熟料中的硅酸三钙含量，并且当其岩相结构良好时，可以获得优质熟料。

但硅酸三钙的水化热较高，抗水性较差，如要求水泥的水化热低、抗水性较高时，则熟料中的硅酸三钙含量要适当低一些。

二• 

硅酸二钙 

C2S在熟料中含量一般为20％左右，是硅酸盐水泥熟料的主要矿物之一，熟料中硅酸二钙并不是以纯的形式存在，而是与少量MgO,A1203,Fe2O3,R20等氧化物形成固溶体，通常称为贝利特（Belite）或B矿。

纯C2S在14500C以下有下列多晶转变。

　　14250C11600C630—6800C＜5000C

　　α======αH＝＝＝αL＝＝＝＝＝β---→γ

　　↑＿＿＿＿＿＿＿＿↑

　　780—8600C

　　（H一高温型，L一低温型）

　　在室温下,α，αH，αL，β等变形都是不稳定的，有转变成Y型的趋势。

在熟料中α，αH型一般较少存在，在烧成温度较高、冷却较快的熟料中，由于固溶有少量A120,,Mg0,Fe2O3等氧化物，可以β型存在。

通常所指的硅酸二钙或B矿即为β型硅酸二钙。

　　α，αH型C2S强度较高，而Y型C2S几乎无水硬性。

在立窑生产中，若通风不良、还原气氛严重、烧成温度低、液相量不足、冷却较慢，则硅酸二钙在低于5000C下易由密度为3.28g/cm'

的R型转变为密度2.97g/cm3的Y型，体积膨胀10％而导致熟料粉化。

但若液相量多，可使溶剂矿物形成玻璃体将刀型硅酸二钙晶体包围住，并采用迅速冷却方法使之越过尹-}Y型转变温度而保留下来。

　　贝利特为单斜晶系，在硅酸盐水泥熟料中常呈圆粒状，这是因为贝利特的棱角已溶进液相而其余部分未溶进液相之故。

已全部溶进液相而在冷却过程中结晶出来的贝利特则可以自行出现而呈其他形状。

　　在反射光下，正常温度烧成的熟料中，贝利特有交*双晶条纹，而烧成温度低冷却慢者，则呈现平行双晶条纹。

纯硅酸二钙色洁白，当含有Fe20,时呈棕黄色。

贝利特水化反应较慢,28d仅水化2000A-:

右，凝结硬化缓慢，早期强度较低但后期强度增长率较高，在一年后可赶上阿利特。

贝利特的水化热较小，抗水性较好。

在中低热水泥和抗硫酸盐水泥中，适当提高贝利特含量而降低阿利特含量是有利的。

中间相 

填充在阿利特、贝利特之间的物质通称中间相，它可包括铝酸盐、铁酸盐、组成不定的玻璃体和含碱化合物以及游离氧化钙和方镁石。

但以包裹体形式存在于阿利特和贝利特中的游离氧化钙和方镁石除外。

中间相在熟料缎烧过程中，熔融成为液相，冷却时，部分液相结晶，部分液相来不及结晶而凝固成玻璃体。

（一）铝酸钙

　　熟料中铝酸钙主要是铝酸三钙，有时还可能有七铝酸十二钙。

在掺氟化钙作矿化剂的熟料中可能存在C11A7·

CaF2，而在同时掺氟化钙和硫酸钙作矿化剂低温烧成的熟料中可以是C11A7·

CaF2和C4A2S而无C3A。

纯C3A为等轴晶系，无多晶转化。

C3A也可固溶部分氧化物，如K2O,Na20,Si02,Fe203等，随固溶的碱含量的增加，立方晶体的C,A向斜方晶体NCBA,转变。

　　结晶完善的C3A常呈立方、八面体或十二面体。

但在水泥熟料中其形状随冷却速率而异。

氧化铝含量高而慢冷的熟料，才可能结晶出完整的大晶体，一般则溶入玻璃相或呈不规则微晶析出。

　　C3A在熟料中的潜在含量为7-15％。

纯C3A为无色晶体，密度为3.04g/cm3，熔融温

度为15330C,反光镜下，快冷呈点滴状，慢冷呈矩形或柱形。

因反光能力差，呈暗灰色，故称黑色中间相。

　　C3A水化迅速，放热多，凝结很快，若不加石膏等缓凝剂，易使水泥急凝；

硬化快，强度3d内就发挥出来，但绝对值不高，以后几乎不增长，甚至倒缩。

干缩变形大，抗硫酸盐性能差。

（二）铁相固溶体

　　铁相固溶体在熟料中的潜在含量为10-18％。

熟料中含铁相较复杂，有人认为是C2F-C8A3F连续固溶体中的一个成分，也有人认为是C6A2F-C6AF2连续固溶体的一部分。

在一般硅酸盐水泥熟料中，其成分接近C,AF，故多用C,AF代表熟料中铁相的组成。

也有人认为，当熟料中Mg0含量较高或含有CaF2等降低液相粘度的组分时，铁相固溶体的组成为C6A2F。

若熟料中A1203/Fe203<

0.64，则可生成铁酸二钙。

　　铁铝酸四钙的水化速度早期介于铝酸三钙和硅酸三钙之间，但随后的发展不如硅酸三钙。

早期强度类似于铝酸三钙，后期还能不断增长，类似硅酸二钙。

抗冲击性能和抗硫酸盐性能好，水化热较铝酸三钙低，但含C,AF高的熟料难磨。

在道路水泥和抗硫酸盐水泥中，铁铝酸四钙的含量高为好。

　　含铁相的水化速率和水化产物性质决定于相的A1203/Fe203比，研究发现:

C6A2F水化速度比C,AF快，这是因为其含有较多的A1203之故C6AF2水化较慢，凝结也慢C2F的水化最慢，有一定水硬性。

（三）玻璃体

　　硅酸盐水泥熟料锻烧过程中，熔融液相若在平衡状态下冷却，则可全部结晶出C3A,C4AF和含碱化合物等而不存在玻璃体。

但在工厂生产条件下冷却速度较快，有部分液相来不及结晶而成为过冷液体，即玻璃体．在玻璃体中，质点排列无序，组成也不定．其主要成分为A1203、Fe2O,Ca0，还有少量MgO和碱等．玻璃体在熟料中的含量随冷却条件而异，快冷则玻璃体含量多而C,A,C,AF等晶体少，反之则玻璃体含量少而C,A,C,AF晶体多．据认为，普通冷却熟料中，玻璃体含量约为200-21％；

急冷熟料玻璃体约800-22％；

慢冷熟料玻璃体只有0～2％。

　　铝酸三钙和铁铝酸四钙在锻烧过程中熔融成液相，可以促进硅酸三钙的顺利形成，这是它们的一个重要作用。

如果物料中熔剂矿物过少，则易生烧使氧化钙不易被吸收完全，从而导致熟料中游离氧化钙增加，影响熟料的质量，降低窑的产量并增加樵料的消耗。

如果熔剂矿物过多，物料在窑内易结大块，甚至在回转窑内结圈，在立窑内结炉瘤等，严重影响回转窑和立窑的正常生产。

三• 

游离氧化钙和方镁石 

游离氧化钙是指经高温锻烧而仍未化合的氧化钙，也称游离石灰。

经高温锻烧的游离氧化钙结构比较致密，水化很慢，通常要在3d后才明显，水化生成氢氧化钙体积增加7.9％，在硬化的水泥浆中造成局部膨胀应力。

随着游离氧化钙的增加，首先是抗折强度下降，进而引起3d以后强度倒缩，严重时引起安定性不良。

因此，在熟料缎烧中要严格控制游离氧化钙含量。

我国回转窑一般控制在1.5％以下，而立窑在2.5％以下。

因为立窑熟料的游离氧化物中有一部分是没有经过高温死烧而出窑的生料。

这种生料中的游离氧化钙水化快，对硬化水泥浆的破坏力不大。

游离氧化钙在偏光镜下为无色圆形颗粒，有明显解理。

在反光镜下用蒸馏水浸蚀后呈彩虹色。

　　方镁石是指游离状态的Mg0晶体。

Mg0由于与SIO2,FeM的化学亲和力很小，在熟料锻烧过程中一般不参与化学反应。

它以下列三种形式存在于熟料中：

①溶解于C,AF,C,S中形成固溶体；

②溶于玻璃体中；

③以游离状态的方镁石形式存在。

据认为，前两种形式的Mg0含量约为熟料的2％，它们对硬化水泥浆体无破坏作用，而以方镁石形式存在时，由于水化速度比游离氧化钙要慢，要在0.5-1年后才明显。

水化生成氢氧化镁时，体积膨胀148％，也会导致安定性不良。

方镁石膨胀的严重程度与晶体尺寸、含量均有关系。

尺寸1Jim时，含量5％才引起微膨胀，尺寸5-7tim时，含量3％就引起严重膨胀。

国家标准规定硅酸盐水泥中氧化镁含量不得超过5.0％。

在生产中应尽量采取快冷措施减小方镁石的晶体尺寸。

水泥粉磨的目的及要求

水泥的细度越细，水化与硬化反应就越快，水化愈易完全，水泥胶凝性质的有效利用率就越高，水泥的强度，尤其是早期强度也愈高，而且还能改善水泥的泌水性、和易性等。

反之，水泥中有过粗的顺粒存在，粗颗粒只能在表面反应，从而损失了熟料的活性。

一般试验条件下，水泥颗粒大小与水化的关系是：

　　0--l0μm，水化最快，3--30μm，是水泥主要的活性组分；

．＞60μm，水化缓慢；

＞90μm，表面水化，只起集料作用。

　　水泥比表面积与水泥有效利用率（一年龄期）的关系是：

，水化最快，300M2/kg时，只有44％可水化发挥作用；

700M2/kg时，有效利用率可达80％左右；

1000M2/kg时，有效利用率可达90％-95％。

必须注意：

水泥中小于3pm颗粒太多时，虽然水化速度很快，水泥有效利用率很高，但是，因水泥比表面积大，水泥浆体要达到同样流动度，需水量就过多，将使水泥硬化浆体内产生较多孔隙而使强度下降。

在满足水泥品种和标号的前提下，水泥细度不宜太细，以节省电能，通常水泥的细度为比表面积控制300M2/kg左右。