水泥基本知识

4、原煤 煤作为水泥熟料烧成的燃料，供给熟料烧成所需的 热量。但是其中所含的灰分，绝大部分落入水泥熟料中， 而影响水泥熟料的成份和性质，从这一点讲，煤又是生 产水泥的一种“原料”。因此对于水泥厂用煤的质量有 一定的要求。
类别 CaO（%） MgO （%） R2O（%） SO3（%） 燧石或石英
石灰石
一级品二 级品
＞48 45～48
35～45
＜2.5 ＜3.0
＜3.0
＜1.0 ＜1.0
＜1.2
＜1.0 ＜1.0
＜1.0
＜4.0 ＜4.0
＜4.0
泥灰岩
2、硅铝质原料 天然硅铝质原料的种类很多，有粘土、黄土、页岩、 砂岩、粉砂岩等。
二、硅酸率 又称硅率，以n表示，欧美以SM表示。表示熟料硅酸 盐矿物与熔剂矿物的比值。 SM=SiO2/Al2O3+Fe2O3 SM高，则硅酸盐矿物多，对水泥熟料强度有利，但 熔剂矿物少，液相量少，会给煅烧造成困难，SM过低， 则对熟料强度不利，且熔剂矿物多，易结圈等，不利于 煅烧。
三、铝氧率 又称铝率或铁率。以P表示，欧美以IM表示，熟料中 C3A与C4AF之间比值。 IM=Al2O3/Fe2O3 IM过高，意为C3A多，C4AF少，液相粘度增加，对煅 烧及水泥性能都造成较大的影响。如IM过低，则C4AF多， 液相粘度小，易结大块 等。 四、矿物组成及换算 当IM＞0.64 C3S=3.8SiO2(3KH-2) C2S=8.61SiO2(1-KH) C3A=2.65(A-0.64F) C4AF=3.04Fe2O3 例：当SiO2含量一定时， KH 以0.90为例，KH每上 升或下降0.01， C3S上升或下降2.5%。
原始水泥可追溯到5000年前，埃及的金字塔、古希 腊和古罗马时代用石灰掺砂制成的混和沙浆，曾被用于 砌筑石块和砖块，这种用来做砌筑用的胶凝材料被称为 原始水泥。它为现代水泥的发明奠定了基础。 1824年，英国泥水工J．阿斯普丁发明了一种把石灰 石和粘土混和后加以煅烧来制造水泥的方法，并获得了 专利权。这种水泥同英国附近波特兰小城盛产的石材颜 色相近，故称为波特兰水泥。人类最早是利用间歇式土 窑（后发展成土立窑）煅烧水泥熟料。 1877年回转窑烧制水泥熟料获得了专利权，继而出 现了单筒冷却机、立式磨及单仓钢球磨等，从而有效地 提高了水泥的产量和质量。
级别 一级品 二级品
n 2.7～3.5 2.0～2.73.5～4.0
p 1.5～3.5 不限
MgO（%） ＜3.0 ＜3.0
R2O（%） SO3（%） ＜4.0 ＜4.0 ＜2.0 ＜2.0
3、铁质校正原料 用以补充配合生料中氧化铁不足的原料，一般情况下 Fe2O3≥40%，目前使用较多的是硫酸渣，其次是铁尾渣、 铁矿石、铜矿渣等。
1905年湿法回转窑出现。 1910年土立窑得到了改进，实现了立窑机械化连续生产。 1928年德国的立列波博士和波利休斯公司在对立窑、回 转窑综合分析研究后，创造了带回转炉箅子的回转窑，为了 纪念发明者与创造公司，取名为“立波尔窑”。 1950年，悬浮预热器由德国发明成功并开始应用，大幅 度降低了熟料生产的热耗，极大地提高了生产规模。 20世纪60年代初，日本将德国的悬浮预热器回转窑技术 引进后，于1971年开发了水泥窑外分解技术，从而揭开了现 代水泥工业的新篇章，并且很快在世界范围内出现了各具特 点的预分解窑，形成了新型干法生产技术。随着原料与均化、 生料均化、高功能破碎和粉磨，环境保护技术和X射线荧光 分析等在线检测方法的配套发展，加上电子计算机和自动化 控制仪表等技术的广泛应用，使新型干法水泥生产的熟料质 量明显提高，能耗明显下降，生产规模不断扩大。
第二节
硅酸盐水泥熟料的化学成分与矿物组成
水泥的质量主要决定熟料的质量。优质的熟料应该具 有合适的矿物组成和岩相结构。因此控制熟料的化学成分， 是水泥生产的中心环节之一。 一、熟料的化学组成 硅酸盐水泥熟料的主要化学组成为氧化钙（CaO），一 般范围为62-67%；二氧化硅（SiO2），一般范围为20-24%； 三氧化二铝（Al2O3）一般范围为4-7%；三氧化二铁 （Fe2O3），一般范围为2.5-6%。这四种氧化物组成通常在 熟料中占95%以上，同时含有5%以下的少数氧化物，如氧化 镁（MgO）、三氧化硫（SO3）、氧化钛（TiO2）、氧化磷 （P2O5）以及碱（K20、Na20） 等。
第三节
硅酸盐水泥熟料的率值及其意义
水泥性能主要来源于熟料的性能，决定熟料性能的 是水泥熟料的矿物组成，硅酸盐水泥熟料矿物由四种主 要氧化物化合而成，在一定条件下，各氧化物的含量和 彼此之间的比例，是水泥生产质量控制的基本要素。因 此，人们就想出了表示水泥中各氧化物含量及彼此之间 的关系，称为率值。率值可以简明扼要地表示水泥熟料 性能及其对水泥煅烧的影响。 率值就是用来表示水泥熟料中多氧化物之间相对含 量的系数。它是生产控制的一种指标。
品质部培训材料
原燃材料及配料管理 知识讲座
2010年9月
目
一、水泥基础知识
录
绪言
二、硅酸盐熟料生产的主要原料及控制 三、配料方案的设计及生熟料质量控制 三、试生产期质量控制注意事项
绪言
水泥是建筑工业三大基本材料之一，使用广、用量大、 素有“建筑工业的粮食”之称。生产水泥虽需要较多的能源， 但水泥与砂、石等材料的混泥土是一种低能耗新型建筑材料。 例如，在相同荷载的条件下，混泥土柱的耗能量仅为钢柱的 1/5-1/6,砖柱的1/4。根据预测，在未来的几十年内，水泥依 旧是主要建筑材料。水泥具有较好的可塑性，与砂、石等胶 合后的混和物具有较好的和易性，可浇注成多种形状及尺寸 的构件，以满足设计上的不同要求；水泥的适应性较强，适 用于海上、地下、深水、严寒、干热、腐蚀、辐射等多种条 件下；水泥还可与多种有机、无机材料制成多种用途的水泥 复合材料；水泥耐久性较好，维修工作量小，不易生锈、耐 腐朽。目前，水泥已广泛用于建筑、水利、道路、国防等工 程中。近年来，宇航、信息及其它新兴工业中对各种具有特 种性能的水泥复合材料的需求也越来越大。因此，水泥工业 在整个国民经济中起着十分重要的作用。在目前甚至未来相 当长的时期内，水泥仍将是人类社会的主要的建筑材料。
二、硅酸盐水泥熟料中的主要矿物组成 硅酸盐水泥熟料中的主要矿物有以下四种：C3S、C2S、 C3A、C4AF，另外还有少量的f-CaO、方镁石、含碱矿物、 玻璃体。通常，熟料中C3S+C2S含量75%左右，C3A+C4AF含 量22%左右。 1、C3S含量通常占熟料的50%以上，其特点：水化较 快，早期强度高，强度增进就率大，干缩性、抗冻性较 好，但水化热较高，抗水性差，抗硫酸盐浸蚀能力较差。 C3S形成需要较高的烧成温度和较长的烧成时间，含量过 高，烧成困难，易导致f-CaO增多，熟料质量下降。 2、C2S含量通常分熟料的20%左右，其特点：水化较 慢，早期强度低，水化热低，体积干缩小，抗水性和抗 硫盐日浸蚀能力好，后期强度增进快。
3、C3A C3A水化速度、凝结硬化很快，放热多，硬化快，早 期强度较高，但绝对值不高，后期几乎不再增长，甚至 倒缩，C3A干缩变形大，抗硫酸盐性能差，脆性大，耐磨 性差。 4、C4AF C4AF水化速度早期介于C3A与C3S之间，早期强度类似 于C3A但后期还能不断增长，水化热低，干缩变形小，耐 磨、抗冲击、抗硫酸盐浸蚀能力强。 5、f-CaO、MgO f-CaO在高温下死烧形成，水化很慢，一般加水3天 后才反应有尽有，反应体积膨胀97.9%产生应力，造成水 泥石破坏。 MgO少量可与熟料矿物固溶，对降低烧成温度、增加 液相数量，改善熟料色泽有好处，但超过一定量后，未 固溶部分水化很慢，要几个月甚至几年才与水反应，生 产Mg（OH）2，体积膨胀148%，导致水泥安定性不良。
这四种氧化物构成水泥熟料的最主要的化学成分。 它们在水泥熟料生产中是按一定含量和一定比例进行配 比生产的。配比不恰当，都会直接影响到熟料的质量进 而影响到水泥的质量。如熟料中若CaO含量过高，则CaO 不能充分与硅酸性氧化物化合，部分呈现游离状态存在 于熟料中，成“死烧状态”。这种“死烧状态”的氧化 钙，其水化作用非常缓慢，常发生在水泥凝结硬化过程 之后的水泥石中，致使水泥石膨胀变形、破裂。如氧化 铝和氧化铁，它们是熟料烧成过程中产生液相的主要氧 化物，如果它们的含量过高，则产生的液相量过多，使 物料易结大块而影响操作；如果含量过低，则产生液相 量过少，使烧成困难，熟料易于“粉化”。所以在熟料 生产中化验人员要对原料进行认真分析计算，作出科学 合理的配料方案，指导熟料生产。
泥基础知识
第一节 基本概念 一、胶凝材料 在物理化学作用下，能从浆体变成坚固的石状体， 并能胶结其它物料而有一定机械强度的物质，统称为胶 凝材料。它分为无机和有机两大类。无机胶凝材料又按 照硬化条件，又可分为水硬性和非水硬性两种。水硬性 胶凝材料指在拌水后既能在空气中又能在水中硬化的材 料，如水泥。非水硬性胶凝材料不能在水中硬化，而只 能在空气中硬化，故称为气硬性胶凝材料，如石灰、石 膏等。 二、水泥 广义上说，水泥泛指一切能够硬化的无机胶凝材料； 而狭义的水泥则专指现代水泥，即具有水硬性的胶凝材 料。
第一节
原料的种类
生产硅酸盐水泥用的原料，主要是石灰石质原料 （主要提供氧化钙）和硅铝质原料（主要提供氧化硅、 氧化铝和少量氧化铁）、铁质校正原料进行配料。
主要原燃材料技术要求 1、石灰石 凡是以碳酸钙为主要成分的原料都称为石灰质原料。 常用的天然石灰质原料有石灰石、泥灰岩、白垩、贝壳等。 外购石灰石的企业在签订供货合同前，化验室应先了解该矿 山的质量情况，同时按不同的外观特征取样检验，制成不同 质量品位的矿石标本。化验室根据本厂生产水泥熟料的配料 要求，制定出石灰石的质量指标。
特性水泥：是指某种性能较突出的一类水泥。 如：快硬水泥系列、膨胀水泥系列、抗硫酸盐硅酸 盐水泥等。 专用特种水泥包括：快硬高强水泥、膨胀水泥、自 应力水泥、水工水泥、油井水泥、装饰水泥、砌筑水泥、 低碱水泥、道路水泥等种类。 2、按其主要水硬性物质名称分为:硅酸盐水泥系列、 硫铝酸盐水泥系列、铝酸盐水泥系列、铁铝酸盐水泥系 列、氟铝酸盐水泥系列、其他系列六大类。