硅酸盐水泥的生产及工艺过程-第一讲

硅酸盐水泥
普通硅酸盐水泥 矿渣硅酸盐水泥 火山灰质硅酸盐水泥 粉煤灰硅酸盐水泥 复合硅酸盐水泥
P· II P· O
(允许用≤8%的非活性混合材 或≤5%的窑灰代替) >20且≤40d
P· A S·
P· B S· P· P P· F P· C
≥50且<80
≥30且<50 ≥60且<80 ≥60且<80 ≥50且<80
2.1.5 技术要求 (1)化学指标 应符合表2规定。
表2 通用硅酸盐水泥的化学指标
品种 代号 P· I P· Ⅱ 不溶物 （质量 分数） ≤0.75 ≤1.50 烧失量 （质量分 数） ≤3.0 ≤3.5 ≤3.5 三氧化硫 （质量分 数） 氧化镁 （质量分 数） ≤5.0a 氯离子 （质量 分数）
单位：MPa
硅酸盐水泥
普通硅酸盐水泥
矿渣硅酸盐水泥 火山灰硅酸盐水泥 粉煤灰硅酸盐水泥 复合硅酸盐水泥
抗折强度 3d 28d ≥3.5 ≥6.5 ≥4.0 ≥4.0 ≥7.0 ≥5.0 ≥5.0 ≥8.0 ≥5.5 ≥3.5 ≥6.5 ≥4.0 ≥4.0 ≥7.0 ≥5.0 ≥2.5 ≥5.5 ≥3.5 ≥3.5 ≥6.5 ≥4.0 ≥4.0 ≥7.0 ≥4.5
硅酸盐水泥 普通硅酸盐水泥 矿渣硅酸盐水泥 火山灰质硅酸盐水 泥
粉煤灰硅酸盐水泥 复合硅酸盐水泥
P· O
P· A S· P· B S· P· P P· F P· C
-
≤5.0
-
≤4.0
≤6.0b ≤0.06c
≤3.5
≤6.0b
•a如果水泥压蒸试验合格，则水泥中氧化镁的含量（质量分数）允许放宽至6.0%。 •b如果水泥中氧化镁的含量（质量分数）大于6.0%时，需进行水泥压蒸安定性试验并合格。 •c当有更低要求时，该指标由买卖双方协商确定。
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。
熟料煅烧：将生料在水泥工业窑内煅烧至部分熔 融，经冷却后得到以硅酸钙为主要成分的熟料的 过程。
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。
可为新型干法、 半干法
2 硅酸盐水泥生产
2.1 通用硅酸盐水泥的标准(GB175 —2007)
代替GB175-1999，GB1344-1999，GB12958-1999
GB175-1999硅酸盐水泥、普通硅酸盐水泥 GB1344-1999矿渣硅酸盐水泥、火山灰质硅酸盐水泥、 粉煤灰硅酸盐水泥 GB12958-1999矿渣硅酸盐水泥、火山灰质硅酸盐水 泥、粉煤灰硅酸盐水泥
(2) 碱含量（选择性指标）水泥中碱含量按Na2O+0.658K2O计
算值表示。若使用活性骨料，用户要求提供低碱水泥时， 水泥中的碱含量应不大于0.60%或由买卖双方协商确定。
(3)物理指标
凝结时间 硅酸盐水泥初凝不小于45min，终凝不大 于390min；普通硅酸盐水泥、矿渣硅酸盐水泥、火山 灰质硅酸盐水泥、粉煤灰硅酸盐水泥和复合硅酸盐水 泥初凝不小于45min，终凝不大于600min。 安定性 沸煮法合格。 强度 不同品种不同强度等级的通用硅酸盐水泥，其不 同 各龄期的强度应符合表3的规定。
钙矾石的晶体结 构？
针状钙矾石 SEM
强度既是水泥的一个重要指标，又是设计混凝 土配合比的必要数据。（早期强度、后期强度）
采用28d强度划分水泥的强度等级； 凡符合某一强度等级和某一类型的水泥，必须同时 满足GB175-2007中规定的各龄期抗压、抗折强度的相 应值； 若任一龄期的抗压、抗折强度值达不到所要求强度 等级的规定，则以龄期中最低的强度值确定该水泥的 强度等级。
安定性不良，降低建筑物质量，甚至发生崩 溃：（熟料中游离氧化钙、氧化镁含量过高以 及水泥中石膏掺加量过多）பைடு நூலகம்何为过烧？ 游离氧化钙：
在烧成温度下，过烧的游离氧化钙结构比较致密， 水化很慢，通常在加水3d以后反应比较明显。 游离氧化钙水化生成氢氧化钙时，体积膨胀 97.9%，在硬化水泥石内部造成局部膨胀应力。 随着游离氧化钙含量的增加，试体抗拉、抗折强 度降低，3d以后强度倒缩，严重时甚至引起安定性 不良。 水泥制品变形或开裂。
标准总结
凝结时间、安定性及强度是通用硅酸盐水泥的 三项重要建筑性质指标。
凝结时间影响施工： 凝结时间过短，使砂浆与混凝土在浇灌前即已失 去流动性而无法使用； 时间过长，则降低施工速度与模板周转率； 通常，加入适量石膏以调节凝结时间，来达到标 准所规定的要求。 注：石膏的掺量必须适宜，必须同时满足凝结时间、 水泥中SO3的极限含量的要求。
煅 烧
2.2.2 硅酸盐水泥的生产工艺流程
工艺流程:生料粉磨
矿山＋破碎＋预 均化
熟料煅烧
熟料粉磨
粉磨
煤粉制备 熟料烧成
贮存
水泥粉磨及贮存
新型干法水泥生产工艺流程示意图
2储库 1矿山
3烘干
5生料贮 存及均化 6煅烧
4粉磨
7熟料、石膏、 混合材库
8水泥 粉磨 9水泥贮 存及包装 机械立窑水泥生产工艺流程
2.1.3 组分材料 (1) 硅酸盐水泥熟料 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。 (2) 石膏 天然石膏或工业副产石膏(采用前应经过试验证明对 水泥性能无害)。 (3) 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。 (4) 非 活 性 混 合 材 料 活 性 指 标 分 别 低 于 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；石灰石和砂岩，其中石灰石中的三氧化二铝含 量应不大于2.5%。
2.1.1定义：通用硅酸盐水泥是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。 2.1.2分类：通用硅酸盐水泥按混合材料的品种和 掺量分为硅酸盐水泥、普通硅酸盐水泥、矿 渣硅酸盐水泥、火山灰质硅酸盐水泥、粉煤 灰硅酸盐水泥和复合硅酸盐水泥。各品种的 组分和代号应符合表1的规定。
(5)窑灰 符合JC/T742的规定。 (6) 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。 2.1.4 强度等级 (1) 硅酸盐水泥：42.5、42.5R、52.5、52.5R、62.5、 62.5R六个等级。 (2) 普通硅酸盐水泥：42.5、42.5R、52.5、52.5R四个等级。 (3) 矿渣硅酸盐水泥、火山灰质硅酸盐水泥、粉煤灰硅酸 盐水泥、复合硅酸盐水泥：32.5、32.5R、42.5、 42.5R、52.5、52.5R六个等级。
思考题
思考题： 1、通常，硅酸盐水泥熟料的初凝时间往往只有几 分钟，为什么？加入石膏进行调节，石膏的掺量 怎样进行控制？ 2、在水泥凝结硬化过程中，或多或少会发生一些 体积变化。问：引起安定性不良的原因有哪些？
2.2
硅酸盐水泥的生产方法及流程
2.2.1 硅酸盐水泥的生产方法
硅酸盐水泥生产过程：生料制备、熟料粉磨和水 泥的制成，简称为“两磨一烧”。
>20且≤50b
>50且≤70b -
>20且≤40c >20且≤50e
-
a本组分材料为符合本标准5.2.3的活性混合材料，其中允许用不超过水泥质量8%且符合本标准5.2.4的非
活性混合材料或不超过水泥质量5%且符合本标准5.2.5的窑灰代替。 b本组分材料为符合GB/T203或GB/T18046的活性混合材料，其中允许用不超过水泥质量8%且符合本标 准第5.2.3条的活性混合材料或符合本标准第5.2.4条的非活性混合材料或符合本标准第5.2.5条的窑灰中的任一 种材料代替。 c本组分材料为符合GB/T2847的活性混合材料。 d本组分材料为符合GB/T1596的活性混合材料。 e本组分材料为由两种（含）以上符合本标准第5.2.3条的活性混合材料或/和符合本标准第5.2.4条的非活 性混合材料组成，其中允许用不超过水泥质量8%且符合本标准第5.2.5条的窑灰代替。掺矿渣时混合材料掺 量不得与矿渣硅酸盐水泥重复。
2.1.6 判定规则
不合格品判定中取消了细度和混合材料掺量的规 定 GB175-2007标准中取消了废品的规定。
合格品：检验结果符合7.1、7.3.1、7.3.2、7.3.3 的规定为合格品。（化学指标、凝结时间、安定 性、强度） 不合格品：检验结果不符合7.1、7.3.1、7.3.2、 7.3.3中的任何一项技术要求为不合格品。（化学 指标、凝结时间、安定性、强度）
细度（选择性指标）硅酸盐水泥和普通硅酸盐水泥以比 表面积表示，不小于300m2/kg；矿渣硅酸盐水泥、火山 灰质硅酸盐水泥、粉煤灰硅酸盐水泥和复合硅酸盐水泥 以筛余表示，80μm方孔筛筛余不大于10%或45μm方孔 筛筛余不大于30%。
表3 不同品种、不同龄期的强度要求
品 种
强度等级 42.5 42.5R 52.5 52.5R 62.5 62.5R 42.5 42.5R 52.5 52.5R 32.5 32.5R 42.5 42.5R 52.5 52.5R 抗压强度 3d 28d ≥17.0 ≥42.5 ≥22.0 ≥23.0 ≥52.5 ≥27.0 ≥28.0 ≥62.5 ≥32.0 ≥17.0 ≥42.5 ≥22.0 ≥23.0 ≥52.5 ≥27.0 ≥10.0 ≥32.5 ≥15.0 ≥15.0 ≥42.5 ≥19.0 ≥21.0 ≥52.5 ≥23.0
补充
活性混合材料
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，在激发剂与水作用下发生反应 产生强度。
非活性混合材料
在水泥中主要起填充作用，而又不损害水泥性能的 矿物质材料。
2.1.3 通用硅酸盐水泥的组分
组 分 品种 代号 P· I 熟料+石膏 100 ≥95 ≥95 ≥80且<95 粒化高炉 矿渣 ≤5 5 <混合材≤20a 火山灰质 混合材料 粉煤灰 ≤5 石灰石 -
本章要求
1、掌握通用硅酸盐水泥的相关品质指标 2、掌握硅酸盐水泥的生产流程
作业：现行的通用硅酸盐水泥标准中，属于强 制性的指标有哪些？各是多少？
生产方法
(按生料制备 方法不同分)
干法：将原料同时烘干与粉磨或先 烘干后粉磨成生料粉，而后喂 入干法窑内煅烧成熟料的方法。 湿法 ：将原料加水粉磨成生料浆， 再喂入窑内煅烧成熟料 的方 法。
可为传统湿、湿 磨干烧
硅酸盐水泥的生产流程：
石灰石 粘土 石膏 熟料 混合材 水泥
铁粉
按比例 混合 生料 磨细
游离氧化镁的形貌 光学显微镜
水泥中石膏掺加量
适宜的石膏掺量？
当石膏掺量过低时，不能阻止快凝； 当石膏掺量增加过多时，不但对缓凝作用帮助不 大，而且在后期继续形成钙矾石，产生膨胀应力， 从而使浆体强度削弱，严重的还会造成安定性不良 的后果。 人们在很早以前发现破坏的水泥混凝土中存在着 大量的针状钙矾石，由此导致水泥混凝土膨胀开裂， 所以钙矾石有“水泥杆菌”之称。 钙矾石相的形成而引起膨胀的可能原因，一般认 为：当钙矾石结晶度小时，吸水肿胀占优势；钙矾 石晶粒粗大，则会由于结晶而产生较大的压力。
游离氧化钙的形貌 光学显微镜
游离氧化镁：
方镁石的水化比游离氧化钙更为缓慢，要几个 月甚至几年才明显起来。 方镁石水化生成氢氧化镁时，体积膨胀148%， 导致体积安定性不良。 方镁石膨胀的严重程度与其含量、晶体尺寸等 都有关系。 方镁石晶体小于1μm，含量5%时，只引起轻 微膨胀；方镁石晶体5-7μm，含量3%时，就会 严重膨胀。