文档介绍：第4章水泥
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硅酸盐水泥、普通硅酸盐水泥
掺混合材料的硅酸盐系水泥
硅酸盐系特种水泥
铝酸盐水泥
硫铝酸盐水泥
思考题
本章内容
水泥是一种粉状矿物胶凝材料,它与水混合后形成浆体,经过一系列物理化学变化,由可塑性浆体变成坚硬的石状体,并能将散粒材料胶结成为整体。水泥浆体不仅能在空气中凝结硬化,更能在水中凝结硬化,是一种水硬性胶凝材料。
水泥是土木工程最重要的材料,也是用量最大的材料,水泥混凝土已经成为了现代社会的基石,在经济社会发展中发挥着重要作用。
土木工程中应用的水泥品种众多,按其化学组成可分为硅酸盐系水泥、铝酸盐系水泥、硫铝酸盐系水泥、铁铝酸盐系水泥、磷酸盐系水泥、氟铝酸盐系水泥等系列。按照国家标准GB/T 4131—1997《水泥的命名、定义和术语》规定,按水泥的性能及用途可分为三大类,即用于一般土木建筑工程的通用水泥,主要包括硅酸盐水泥、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等六大硅酸盐系水泥;具有专门用途的专用水泥,如道路水泥、砌筑水泥和油井水泥等;具有某种比较突出性能的特性水泥,如快硬硅酸盐水泥、白色硅酸盐水泥、抗硫酸盐硅酸盐水泥、低热硅酸盐水泥和膨胀水泥等。
按国家标准GB 175—1999《硅酸盐水泥、普通硅酸盐水泥》规定,凡由硅酸盐水泥熟料、0%~5%石灰石或粒化高炉矿渣、适量石膏磨细制成的水硬性胶凝材料,称为硅酸盐水泥(国外通称波特兰水泥)。硅酸盐水泥分两类:不掺加混合材料的称Ⅰ型硅酸盐水泥,代号P•Ⅰ;在水泥粉磨时掺入不超过水泥质量5%的石灰石或粒化高炉矿渣的称Ⅱ型硅酸盐水泥,代号P•Ⅱ。
凡由硅酸盐水泥熟料、6%~15%混合材料、适量石膏磨细制成的水硬性胶凝材料,称为普通硅酸盐水泥(简称普通水泥),代号P•O。掺加活性混合材料时,最大掺量不得超过15%,其中允许用不超过水泥质量5%的窑灰或不超过水泥质量10%的非活性混合材料来代替。掺非活性混合材料时最大掺量不得超过水泥质量的10%。
一、硅酸盐水泥的生产
1. 硅酸盐水泥熟料的组成
由水泥原料经配比后煅烧得到的块状料即为水泥熟料,是水泥的主要组成部分。水泥熟料的组成成分可分为化学成分和矿物成分两类。
硅酸盐水泥熟料的化学成分主要是氧化钙(CaO)、氧化硅(SiO2)、氧化铝(Al2O3)、氧化铁(Fe2O3)四种氧化物,占熟料质量的94%左右。其中,CaO约占60%~67%,SiO2约占20%~24%,Al2O3约占4%~9%,%~6%。这几种氧化物经过高温煅烧后,反应生成多种具有水硬性的矿物,成为水泥熟料。
硅酸盐水泥、普通硅酸盐水泥
硅酸盐水泥熟料的主要矿物成分是硅酸三钙(3CaO•SiO2),简称为C3S,约占50%~60%;硅酸二钙(2CaO•SiO2),简称为C2S,约占15%~37%;铝酸三钙(3CaO•Al2O3),简称为C3A,约占7%~15%;铁铝酸四钙(4CaO•Al2O3•Fe2O3),简称为C4AF,约占10%~18%。
2. 硅酸盐水泥的原料及生产工艺
生产硅酸盐水泥的原料主要是石灰石、粘土和铁矿石粉,煅烧一般用煤作燃料。石灰石主要提供CaO,粘土主要提供SiO2、Al2O3和Fe2O3,铁矿石粉主要是补充Fe2O3的不足。。
硅酸盐水泥的生产工艺流程
硅酸盐水泥、普通硅酸盐水泥
1 450℃
石灰石
粘土
铁矿石粉
按比例配料
粉磨机,磨细
生料
水泥窑,煅烧
熟料
加适量石膏和和混合材料
粉磨机,磨细
袋装水泥泥
散装水泥
硅酸盐水泥的生产有三大主要环节,即生料制备、熟料烧成和水泥制成,这三大环节的主要设备是生料粉磨机、水泥熟料煅烧窑和水泥粉磨机,其生产过程常形象地概括为“两磨一烧”。水泥生产工艺按生料制备时加水制成料浆的称为湿法生产,干磨成粉料的称为干法生产;由于生料煅烧成熟料是水泥生产的关键环节,因此,水泥的生产工艺也常以煅烧窑的类型来划分。生料在煅烧过程中要经过干燥、预热、分解、烧成和冷却五个环节,通过一系列物理、化学变化,生成水泥矿物,形成水泥熟料,为使生料能充分反应,窑内烧成温度要达到1 450℃。目前,我国水泥熟料的煅烧主要有以悬浮预热和窑外分解技术为核心的新型干法生产工艺、回转窑生产工艺和立窑生产工艺等几种。由于新型干法生产工艺具有规模大、质量好、消耗低、效率高的特点,已经成为发展方向和主流,而传统的回转窑和立窑生产工艺由于技术落后、消耗高、效率低正逐渐被淘汰。
硅酸盐水泥生产中,须加入适量石膏和混合材料,加入石膏的作用是延缓水泥的凝结时间,以满足使用的要求;加入混合材料则是为了改善其品种和性能,扩大其使