1、硅酸鹽水泥中金屬離子的質(zhì)量監(jiān)控第1頁，共32頁，2022年，5月20日，9點51分，星期五硅酸鹽水泥的生產(chǎn)技術1 硅酸鹽水泥生產(chǎn)概述(GB 175-2007通用硅酸鹽水泥)2 硅酸鹽水泥的生產(chǎn)工藝3 新型干法水泥生產(chǎn)的技術特性第2頁，共32頁，2022年，5月20日，9點51分，星期五 硅酸鹽水泥生產(chǎn)概述 以下介紹GB175-2007中硅酸鹽水泥部分。 定義通用硅酸鹽水泥（Common Portland Cement）：以硅酸鹽水泥熟料和適量的石膏、及規(guī)定的混合材料制成的水硬性膠凝材料。第3頁，共32頁，2022年，5月20日，9點51分，星期五2.1 硅酸鹽水泥生產(chǎn)概述 分類 P-波特蘭“P

2、ortland”的英文字首。品種代號組 分熟料 +石膏粒化高爐礦渣火山灰質(zhì)混合材料粉煤灰石灰石硅酸鹽水泥PI100-P955-95-5第4頁，共32頁，2022年，5月20日，9點51分，星期五 硅酸鹽水泥熟料 定義 即國際上的波特蘭水泥熟料 由主要含CaO、SiO2、Al2O3、Fe2O3的原料，按適當比例磨成細粉燒至部分熔融所得以硅酸鈣為主要礦物成分的水硬性膠凝物質(zhì)。其中硅酸鈣礦物不小于66%，氧化鈣和氧化硅質(zhì)量比不小于2.0。 熟料質(zhì)量好壞直接影響水泥性能。 現(xiàn)熟料已是一種商品。第5頁，共32頁，2022年，5月20日，9點51分，星期五 混合材料 定義 指在粉磨水泥時與熟料、石膏一起加

3、入磨內(nèi)用以改善水泥性能、調(diào)節(jié)水泥標號、提高水泥產(chǎn)量的礦物質(zhì)材料。如粒化高爐礦渣、粉煤灰、石灰石等。 活性混合材料：符合GB/T203、GB/T18046、GB/T1596、GB/T2847標準要求的粒化高爐礦渣、粒化高爐礦渣粉、粉煤灰、火山灰質(zhì)混合材料。(具有火山灰性或潛在水硬性，或兼有火山灰性和水硬性的礦物質(zhì)材料) 非活性混合材料：活性指標低于上述標準。第6頁，共32頁，2022年，5月20日，9點51分，星期五 硅酸鹽水泥生產(chǎn)技術要求 技術要求即品質(zhì)指標，是衡量水泥品質(zhì)及保證水泥質(zhì)量的重要依據(jù)。 水泥質(zhì)量評價化學指標物理指標化學指標主要是控制水泥中有害物質(zhì)的化學成分不超過一定限量，若超過了

4、最大允許限量，即意味著對水泥性能和質(zhì)量可能產(chǎn)生有害的或潛在有害的影響。第7頁，共32頁，2022年，5月20日，9點51分，星期五硅酸鹽水泥生產(chǎn)技術要求 技術要求即品質(zhì)指標，是衡量水泥品質(zhì)及保證水泥質(zhì)量的重要依據(jù)。 水泥質(zhì)量評價化學指標物理指標物理指標主要是保證水泥具有一定的物理力學性能，滿足水泥使用要求，保證工程質(zhì)量。 第8頁，共32頁，2022年，5月20日，9點51分，星期五 硅酸鹽水泥生產(chǎn)技術要求 技術要求即品質(zhì)指標，是衡量水泥品質(zhì)及保證水泥質(zhì)量的重要依據(jù)。 水泥質(zhì)量評價化學指標物理指標硅酸鹽水泥技術指標主要有不溶物、燒失量、細度、凝結時間、安定性、氧化鎂、三氧化硫、堿及強度指標。 第

5、9頁，共32頁，2022年，5月20日，9點51分，星期五硅酸鹽水泥化學和物理指標 氧化鎂(MgO) 氧化鎂過高會導致安定性不良(并非所有f-M都會) f-MgO + H2O - Mg(OH)2 體積膨脹(148%) MgO安定性檢測方法： 壓蒸安定性試驗 序號 項 目 指標 檢驗方法 與 依 據(jù) P.1 P. 5 氧化鎂（%） 5.0 ；水泥壓蒸安定性檢驗合格可放寬到 6.0 GB 176GB 750第10頁，共32頁，2022年，5月20日，9點51分，星期五2.1.4.1 硅酸鹽水泥化學和物理指標 堿(Na2O + 0.658K2O ) 當水泥中堿含量較高時，混凝土容易發(fā)生堿集料反應（反

6、應生成物吸水膨脹，使混凝土產(chǎn)生內(nèi)應力，導致混凝土開裂)，破壞其結構。 堿的來源： 石灰石、粘土和煤等原燃料。序號 項 目 指標 檢驗方法 與 依 據(jù) P.1 P. 8 堿(Na2O+0.658K2O)(%） 0.6 選擇性指標 GB 176-2008第11頁，共32頁，2022年，5月20日，9點51分，星期五 硅酸鹽水泥化學和物理指標 堿(Na2O + 0.658K2O ) 堿會導致堿集料反應破壞。 堿來源：原燃材料。 為何是選擇性指標？ 一般使用活性SiO2集料的用戶才要求低含堿水泥，若將該指標統(tǒng)一要求定得很低很死，則水泥廠生產(chǎn)受原燃料限制或無法生產(chǎn)，或大幅增加生產(chǎn)成本。另外堿集料反應速度

7、較慢，通常是幾年甚至幾十年，所以為選擇性指標。序號 項 目 指標 檢驗方法 與 依 據(jù) P.1 P. 8 堿(Na2O+0.658K2O)(%） 0.6 選擇性指標 GB 176-2008第12頁，共32頁，2022年，5月20日，9點51分，星期五 硅酸鹽水泥化學和物理指標(9) 氯離子 影響：氯離子在混凝土液相中形成鹽酸，與氫氧化鈣作用生成氯化鈣，氯化鈣具有高吸濕性，在其濃度及濕度較高時，能劇烈地破壞鋼筋的鈍化膜，使鋼筋發(fā)生潰燦性銹蝕。因而對鋼筋混凝土有很大的影響。序號 項 目 指標 檢驗方法 與 依 據(jù) P.1 P. 8 氯離子 (%） 6 ，當有更低要求時，由買賣雙方協(xié)商確定GB 17

8、6-2008第13頁，共32頁，2022年，5月20日，9點51分，星期五 硅酸鹽水泥熟料硅酸鹽水泥熟料，即國際上的波特蘭水泥熟料，簡稱水泥熟料(Cement Clinker)。由主要含CaO、SiO2、Al2O3、Fe2O3的原料，按適當比例磨成細粉燒至部分熔融所得以硅酸鈣為主要礦物成分的水硬性膠凝物質(zhì)。其中硅酸鈣礦物不小于66%，氧化鈣和氧化硅質(zhì)量比不小于2.0。 在硅酸鹽水泥熟料的基礎上，加入不同品種、不同數(shù)量的混合材料共同粉磨，就可制得硅酸鹽系列的不同品種的水泥(幾十種)。第14頁，共32頁，2022年，5月20日，9點51分，星期五 硅酸鹽水泥熟料水泥的質(zhì)量主要決定于熟料的質(zhì)量。 優(yōu)

9、質(zhì)熟料應該具有適合的礦物組成和巖相結構。 熟料的化學成分不僅決定了熟料的礦物組成，同時還與熟料的燒成工藝和資源的合理利用密切相關，直接影響優(yōu)質(zhì)、高產(chǎn)、低消耗等經(jīng)濟指標。因此控制熟料的化學成分，是水泥生產(chǎn)的關鍵環(huán)節(jié)之一。第15頁，共32頁，2022年，5月20日，9點51分，星期五 熟料的化學成分主要氧化物：CaO、SiO2、Al2O3、Fe2O3四種，通常在熟料中占95%左右。其它氧化物：氧化鎂(MgO)、硫酐(SO3)、氧化鈦(TiO2)、氧化磷(P2O5)及氧化鉀和氧化鈉(K2O和Na2O)等。當用螢石或其他金屬尾礦作礦化劑時，熟料中還會有少量的氟化鈣（CaF2) 和其他微量金屬元素。第1

10、6頁，共32頁，2022年，5月20日，9點51分，星期五熟料的礦物組成 四種主要礦物硅酸三鈣3CaOSiO2可簡寫為C3S；硅酸二鈣2CaOSiO2可簡寫為C2S；硅酸鹽礦物，75%左右。鋁酸三鈣3CaOAl2O3可簡寫為C3A；鐵鋁酸四鈣通常用4CaOAl2O3Fe2O3作為其代表式可簡寫為C4AF 熔劑礦物，22%左右。在煅燒過程中，后兩種礦物與氧化鎂、堿等，在1250-1280開始逐漸熔融成液相，以促進硅酸三鈣的順利形成，故稱為熔劑礦物。 第17頁，共32頁，2022年，5月20日，9點51分，星期五 熟料的礦物組成 四種主要礦物硅酸三鈣3CaOSiO2可簡寫為C3S；硅酸二鈣2CaO

11、SiO2可簡寫為C2S；硅酸鹽礦物，75%左右。鋁酸三鈣3CaOAl2O3可簡寫為C3A；鐵鋁酸四鈣通常用4CaOAl2O3Fe2O3作為其代表式可簡寫為C4AF 熔劑礦物，22%左右。第18頁，共32頁，2022年，5月20日，9點51分，星期五熟料的礦物組成 巖相照片Ca3Si-黑色多角形顆粒Ca3Si- -具有黑白雙晶條紋的圓形顆粒上述兩種晶體間反向能力強的為白色中間相(淺色)鐵相固溶體；反向能力弱的為黑色中間相(深色)鋁酸三鈣。第19頁，共32頁，2022年，5月20日，9點51分，星期五 熟料礦物的特性硅酸三鈣熱力學穩(wěn)定范圍：1250-2065。 高于2065：不一致熔分解 低于12

12、50：實際上在1250以下分解反應進行得非常緩慢，只有在慢冷且還原氣氛下才明顯進行，所以Ca3Si在室溫下可以呈介穩(wěn)狀態(tài)存在。第20頁，共32頁，2022年，5月20日，9點51分，星期五 熟料礦物的特性硅酸三鈣 固溶特性：在硅酸鹽水泥熟料中，硅酸三鈣并不以純的形式存在，總含有少量的其他氧化物，如氧化鋁、氧化鐵、氧化鎂、堿等形成固溶體，稱為阿利特(Alite)或A礦。阿利特的組成，由于其他氧化物的含量及其在硅酸三鈣中固溶程度的不同而變化較大，不同研究者所得結果有所差異。但它的化學組成仍然接近于純Ca3Si，因此仍簡單的將其看作是Ca3Si 。 第21頁，共32頁，2022年，5月20日，9點5

13、1分，星期五 熟料礦物的特性硅酸二鈣 1形成：形成溫度低，熱耗低。2固溶特性：熟料中的硅酸二鈣并不是以純的形式存在，而是在硅酸二鈣中溶進少量氧化鎂、氧化鋁、氧化鐵、堿等氧化物的固溶體，通常稱為貝利特(Belite)或B礦。電子探針分析得出的幾種貝利特組成范圍為：Ca：63.063.7%Si：31.533.7%堿含量：0.31.0%Ti：0.10.3%P：0.10.3%等。第22頁，共32頁，2022年，5月20日，9點51分，星期五 熟料礦物的特性硅酸二鈣 當Ca2Si中含有某些微量氧化物或快速冷卻(在液相較多時，可使熔劑礦物形成玻璃體，將型硅酸二鈣晶體包住，在迅速冷卻的重要依據(jù)下，使其越過的

14、轉(zhuǎn)變溫度而保留住型。)時，可制止- Ca2Si轉(zhuǎn)變?yōu)? Ca2Si 。但型由于生成溫度較高，主要穩(wěn)定劑氧化鈉大多與鋁酸三鈣形成固溶體，穩(wěn)定型的氧化劑氧化鉀數(shù)量也不多，都不足以阻止它們的轉(zhuǎn)化。所以熟料中型和型硅酸二鈣一般較少存在。實際生產(chǎn)的熟料以型Ca2Si存在。因而所指的Ca2Si即- Ca2Si 。第23頁，共32頁，2022年，5月20日，9點51分，星期五 熟料礦物的特性硅酸二鈣 熟料粉化：型Ca2Si(比重3.28)轉(zhuǎn)變?yōu)闆]有水硬特性的型Ca2Si(比重2.98)，體積約膨脹約10%，導致熟料崩潰，稱為熟料粉化。第24頁，共32頁，2022年，5月20日，9點51分，星期五 熟料礦物的

15、特性二、硅酸二鈣 5比重：貝利特的比重為3.28。6光學特性純-無色晶體，隨固溶氧化物不同顏色不同。反光鏡下：呈圓形，有交叉雙晶紋。燒成溫度低且冷卻緩慢時，常發(fā)現(xiàn)有平等雙晶。 第25頁，共32頁，2022年，5月20日，9點51分，星期五熟料礦物的特性二、硅酸二鈣 7水硬特性水化較慢，至28d齡期僅水化20%左右。凝結硬化也緩慢。早期強度較低，28d以后強度還能較快增長，1y后可趕上阿利特。水化熱小，250J/g，是四種礦物中最小者。抗水性較好。對大體積工程或處于侵蝕性大的工程用水泥，適當提高貝利特含量，降低阿利特含量是有利的。 第26頁，共32頁，2022年，5月20日，9點51分，星期五熟

16、料礦物的特性（一）、鋁酸三鈣 1熟料中鋁酸鈣組成：主要是鋁酸三鈣，有時還有七鋁酸十二鈣Ca12Al7。2固溶特性：可固溶部分氧化物，如SiO2、Fe2O3、MgO、TiO2等。3比重：3.044在反光鏡下，其反光能力弱，呈暗灰色，并填充在A礦與B礦中間，故一般稱為黑色中間相。(顏色并不是黑的)第27頁，共32頁，2022年，5月20日，9點51分，星期五 熟料礦物的特性（一）、鋁酸三鈣 5晶型：隨原材料性質(zhì)、熟料形成與冷卻工藝的不同而有所差別，尤其是受熟料冷卻速度的影響最大。通常在氧化鋁含量高的慢冷熟料中，結晶出較完整的晶體，在反光鏡下呈矩形或粒形。當冷卻速度快時，鋁酸三鈣溶入玻璃相或呈不規(guī)則

17、的微晶體析出，在反光鏡下成點滴狀。第28頁，共32頁，2022年，5月20日，9點51分，星期五 熟料礦物的特性（一）、鋁酸三鈣 6水化特性：水化迅速，凝結很快，如不加緩凝劑-石膏，易使水泥急凝。硬化快，早期強度較高，3d內(nèi)就可大部分發(fā)揮出來。但絕對值不高，以后幾乎不再增長甚至倒縮。水化熱高，干縮變形大，脆性大，耐磨性差，抗硫酸鹽性能差。因而，大體積工程，抗硫酸鹽工程應控制。 第29頁，共32頁，2022年，5月20日，9點51分，星期五 熟料礦物的特性（二）、鐵鋁酸四鈣 1組成：熟料中鐵鋁酸四鈣為Ca2Fe-Ca8Al3Fe的一系列連續(xù)固溶體。在一般水泥熟料中，其成分接近于Ca4AlFe，所以可以用Ca4AlFe來代表熟料中鐵鋁酸鹽。當熟料中Al2O3/Fe2O3小于0.64時，則生成Ca4AlFe和Ca2Fe的固溶體。2固溶特性：可固溶部分氧化物，如SiO2、MgO、TiO2等。因而又稱才利特。3比重：3.774在反光鏡下，其反光能力強，呈亮白色，并填充在A礦與B礦中間，故一般稱為白色中間相。第30頁，共32頁，2022年，5月20日，9點51分，星期五 熟料礦物的特性（二）、鐵鋁酸四鈣 6水化特性水化速度在早期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。早期強度類似于鋁酸三鈣，