水泥的制作流程(精)

水泥的制作流程

水泥的制作过程是很复杂的。水泥的生产主要分为三个阶段:生料制备、熟料煅烧、水泥粉磨。其中,制造水泥的主要原料是石灰石、粘土、铁粉、萤石、石膏。

制造水泥的主要原料是石灰石（80％～90％，为质量分数，以下同）、粘土（10％～15％）和铁矿粉（1％～2％）。为了控制凝结速率），还要在熟料中加入3％以下的石膏。（1）水泥生料煅烧成熟料的物理、化学变化过程

混合生料进入回转窑的上端，受热到100℃时，主要是水分蒸发，这一段叫干燥带。干燥的生料继续在窑中前进，在与更热的气体相遇时，被加热到600℃左右，这时发生有机物燃烧和高岭土脱水。此时，由于粘土可塑性减低，块料粉碎成粉料，这一带叫做“预热带”。

温度升高到900℃，石灰石发生分解，生成的CaO和粘土组成里的二氧化硅、氧化铝开始发生固态反应，这一段叫“分解带”。当温度升高到1100℃以上，CaO和酸性氧化物的反应大为加快，反应主要是：

3CaO+Al2O3—→3CaO·Al2O3（铝酸三钙）（1200℃时）

这一段叫做“煅烧带”或称“放热反应带”。

温度到达1400℃左右，窑内物料开始烧结，部分开始熔融。这时硅酸二钙仍保持为固态，它熔于熔融液里，与游离的CaO继续反应生成硅酸三钙（3CaO·SiO2）。硅酸三钙以微小的结晶析出，即成熟料。这一段称为“烧结带”。

经过烧结带后，熟料开始冷却而出窑，这一段叫做“冷却带”。

（2）熟料中加入石膏，为什么可以延缓水泥硬化速率？

首先来分析一下水泥的硬化过程：

水泥配上适当分量的水后，调和成浆，经过相当时间，凝固成块，最后成为坚硬如石的物体，这一过程叫做水泥的硬化。硬化时发生下列反应

3CaO·SiO2+2H2O=2CaO·SiO2·H2O+Ca（OH）2（水解）

2CaO·SiO2+H2O=2CaO·SiO2+H2O（水化）

3CaO·Al2O3+6H2O=3CaO·Al2O3·6H2O（水化）

第一个反应生成的Ca（OH）2由于开始时量少而溶解，随着量的增多，变成饱和溶液而后析出胶体Ca（OH）2，引起水合硅酸钙和水合铝酸钙凝成凝胶状胶体，这时水泥具有可塑性。胶状物经过一段时间，渐渐变结实，水泥就失去可塑性而凝结了。由于以上反应随着时间增加从水泥表面向内部慢慢进行，使凝胶更多且更结实。同时在形成胶体时，氢氧化钙凝胶和水合铝酸钙开始结晶，随着时间的增加，结晶的量增多，形成的晶体和无定形水合硅酸钙相结合，使之机械强度不断增大而硬化。

在水泥组成中，和水作用的速率最大的是铝酸三钙和硅酸三钙，因此它们的含量对水泥的凝结硬化速率起着主要作用。当加入石膏时，硫酸钙和铝酸三钙作用，而生成难溶的铝硫酸钙。由于这种化合物的生成，减小了铝酸三钙的作用，使胶凝速率变慢，因而延迟水泥的凝结时间和硬化速率。

（3）水泥的标号

水泥的标号是水泥强度大小的标志，测定水泥标号的抗压强度，系指水泥砂浆硬结28d后的强度。例如检验得到28d的抗压强度为310kg/cm2，则水泥的标号定为300号。抗压强度在300～400kg/cm2者均算为300号。普通水泥有：200、250、300、400、500、600六种标号。200号～300号的可用于一些房屋建筑。400号以上的可用于建筑较大的桥梁或厂房，以及一些重要路面和制造预制构件。

补偿收缩混凝土和氧化镁微膨胀水泥

一、混凝土的收缩与微膨胀水泥

大体积混凝土的收缩、裂缝是很受混凝土工作者关注的问题。

大体积混凝土的收缩，主要是由下述原因造成的：一是水泥水化硬化后，生成的矿物体积小于水化前的矿物，使得硬化后混凝土的体积小于硬化前各种原材料与水的体积之和；二是水泥水化是放热反应，产生的热量（水化热）使混凝土在浇筑初期内部温度升高，随着龄期增长，温度逐渐下降，体积也随之收缩。收缩所产生的拉应力往往导致混凝土裂缝，破坏了它的整体性。解决这个问题的办法，一是采取多种措施控制混凝土的温度，二是使水泥（或胶凝材料）水化硬化时具有一定的膨胀性能，以补偿混凝土的收缩。具有一定膨胀性能超群能的水泥（胶凝材料）主要以氧化钙、氧化镁或硫铝酸钙为膨胀源，其生产工艺则有“内含”和“外掺”之分。“内含”是有意识地控制水泥生料的成分，使烧成的熟料含有膨胀组分；“外掺”主要是将膨胀源掺入胶凝材料中。硫铝酸钙和氧化钙水化反应快，在水泥水化初期很快就达到最大膨胀率，而大体积混凝土内部降温缓慢，因此硫铝酸钙或氧化钙的膨胀和混凝土的降温收缩不同步，补偿收缩的效果不够理想。于是，人们又想到方镁石。MgO（方镁石）与水反应生成Mg(OH)2（水镁石），体积膨胀，膨胀率不很大，属微膨胀型；由于反应缓慢，膨胀持续时间较长，发生膨胀的时间与混凝土内部降温的时间有可能同步（我们称之为“延滞性微膨胀效应”），对补偿混凝土的收缩较为有效。然而，由于水泥熟料中所含氧化镁的水化膨胀性质受烧成条件，形成固熔体的比例以及颗粒大小……等诸多因素影响，难以掌握其规律，若氧化镁含量超过一定的限值，会造成膨胀破坏。因此，水泥熟料的氧化镁长期以来一直被看作是造成水泥安定性不合格的有害成分之一，生产厂家都力求降低熟料的氧化镁含量，以确保水泥的安定性合格。但另一方面，利用氧化镁的膨胀性能以补偿混凝土收缩的研究又是人们感兴趣的课题，特别是20多年前，我国兴建吉林省白山水库大坝时，发现混凝土“没有裂缝”（应该是裂缝很少），经研究，认为是使用抚顺水泥厂熟料中氧化镁含量为5%～6%之间的水泥产生的效果（该厂用矿渣配生料，熟料的氧化镁含量一直保持在这个水平）。此后，在大坝混凝土施工中曾出现过利用氧化镁微膨胀的“热潮”。现在，三峡工程大坝混凝土所用的中热水泥，也是采用了熟料氧化镁含量较高的方案。因此，长江科学院理所当然地做了许多研究，本文归纳的是其中的一部分。

二、氧化镁含量对水泥性质的影响

为便于讨论，先说明几个基本问题。

1、作为“膨胀源”的氧化镁，是指游离态的、矿物学称为方镁石的物质。

水泥混合材或混凝土掺合料的化学成分中，也有MgO，但大都不是方镁石，因为化学分析（或物理化学分析）测定结果所表示的，不是矿物成分而是化学成分，即在测定试样的Mg++（或镁元素）含量以后，不管它们以什么形式存在，一律以MgO表示，例如矿渣的化学成分中有MgO，但研究结果证实：当矿渣中MgO含量<5%时，它和SiO2、CaO化合成方柱石（C2MS2）；当矿渣中MgO含量>5%时，则化合成钙镁橄榄石（CMS）等等矿物。由于MgO实际上不以游离状态存在，即使矿渣中的MgO含量高达20%，水化后也没有观察到生成Mg（OH）2（水镁石）。但我们也曾发现，在一定条件下，矿渣有膨胀效应，经研究认为，这不是MgO生成水镁石造成的，而是水泥水化时，矿渣受激发，溶出Al2O3，加快了钙矾石的形成所产生的效果。

熟料中的MgO也有一部分与CaO，SiO2等物质形成固熔体而不起水化膨胀作用。有些研究者认为这部分MgO约为2%；也有人指出：当熟料中MgO含量为5%时，固熔态的MgO 为1.08%-1.15%。

2、控制水泥（胶凝材料）中氧化镁含量的方法有三类