《水泥工艺学》第2章硅酸盐水泥的生产
《水泥工艺学》第2章硅酸盐水泥的生产
1、硅酸盐水泥化学和物理指标
（3）细度
序号
项目
3
细度(比表面积) (m2/kg)
指标
P.1
P.Ⅱ
≥ 300
检验方法 与依据
GB/T 8074-2008
细度即水泥的粗细程度。 水泥细度的常用表示方法：比表面积、筛余百分数、颗粒 级配等。
细度的表示方法及控制原因
细度 筛余：粉状物料细度的表示方法。一定质量的粉状物料在 试验筛上筛分后所残留于筛上部分的质量百分数。 试验筛：测定粉状物料细度时所用的具有标准规格的筛子。 测定水泥细度用试验筛是孔边为0.080mm的方孔筛。 比表面积：单位质量的物料所具有的表面积。单位是m2／ kg。通常用透气法比表面积仪测定水泥的比表面积。 粒度分布：不同尺寸的颗粒在粉状物料中分布的质量百分 比。
现在我国水泥标准修订了许多方面都在逐渐向ISO系列国际 标准靠拢，以保证我国出口水泥产品质量，增加我国水泥在国 际市场上的竞争能力。
为适应我国水泥工业的发展，GB175经历了多次修订。
发布于1956年
1962年第一次修订
1977年
1985年
1992年
书中标准为 GB-1999，共三个标准
GB 175-2007
四、硅酸盐水泥生产技术要求
• 技术要求即品质指标，是衡量水泥品质及保 证水泥质量的重要依据。
水泥质量评价
化学指标
物理指标
化学指标主要是控制水泥中有害物质的化学成分不超过一 定限量，若超过了最大允许限量，即意味着对水泥性能和
质量可能产生有害的或潜在有害的影响。
四、硅酸盐水泥生产技术要求
• 技术要求即品质指标，是衡量水泥品质及保 证水泥质量的重要依据。
标准稠度用水量、净浆
硅酸盐水泥基本生产流程
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它的生产流程主要包括以下几个步骤：1. 原料准备生产硅酸盐水泥的主要原料是石灰石和黏土。
硅酸盐水泥厂主要生产工艺流程
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华南理工大学水泥工艺学第2章
玻璃体的主要成分为Al2O3 、Fe2O3 、CaO，也有少量的MgO和碱。
二、四种主要的熟料矿物
1. 熟料矿物的晶体结构和岩相结构
矿物名称
纯
C3S
A矿
纯
C2S
B矿
密度 (g/cm3)
晶型和晶形
偏光镜观察 (正交偏光镜观察)
熟料煅烧
熟料性能
SM高
SiO2多
硅酸盐矿物多， 熔剂矿物少; 煅烧困难,需要温 若KH低,C2S 度高,否则易生烧 多
强度高
C2S粉化使强度下 降;生烧形成fCaO
影响安定性
SM低
SiO2少
硅酸盐矿物少， 熔剂矿物多
煅烧容易,液相过 多,易结大块,结圈,
影响窑操作
强度受影响
率值 化学成分
矿物组成
熟料煅烧
酸盐性能差
CF C2F C4AF
水化(硫)铁酸钙 水化:C3A>C4AF>C3S
早强类似C3A ，后强不断 增长，类似C2S ；抗冲击
性能和抗硫酸盐性能较好
三、游离氧化钙和方镁石
物质
fCaO
方镁石
晶型和晶形
立方晶系
等轴晶系,立方体八面体
偏光镜观察
பைடு நூலகம்
无色圆形颗粒
很难看到
反光镜观察
蒸馏水浸蚀后呈彩虹色
多角形,粉红色有黑边
铁相固溶体 4CaO ·Al2O3 ·Fe2O
(铁铝酸四钙)
3
简式 种类
C3S 硅酸盐 C2S 矿物
C3A 熔剂 C4AF 矿物
含量(％) 50
硅酸盐水泥生产的基本流程
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硅酸盐水泥生产工艺及其原料
水泥生产原料及配料：生产硅酸盐水泥的主要原料为石灰原料和粘土质原料，有时还要根据燃料品质和水泥品种，掺加校正原料以补充某些成分的不足，还可以利用工业废渣作为水泥的原料或混合材料进行生产。
1、石灰石原料石灰质原料是指以碳酸钙为主要成分的石灰石、泥灰岩、白垩和贝壳等。
石灰石是水泥生产的主要原料，每生产一吨熟料大约需要1.3吨石灰石，生料中80%以上是石灰石。
2、黏土质原料黏土质原料主要提供水泥熟料中的、、及少量的。
天然黏土质原料有黄土、黏土、页岩、粉砂岩及河泥等。
其中黄土和黏土用得最多。
此外，还有粉煤灰、煤矸石等工业废渣。
黏土质为细分散的沉积岩，由不同矿物组成，如高岭土、蒙脱石、水云母及其它水化铝硅酸盐。
3、校正原料当石灰质原料和黏土质原料配合所得生料成分不能满足配料方案要求时（有的含量不足，有的和含量不足）必须根据所缺少的组分，掺加相应的校正原料（1）硅质校正原料含 80%以上（2）铝质校正原料含 30%以上（3）铁质校正原料含 50%以上硅酸盐水泥熟料的矿物组成：硅酸盐水泥熟料的矿物主要由硅酸三钙（）、硅酸二钙（）、铝酸三钙（）和铁铝酸四钙（）组成。
硅酸盐水泥生产工艺流程：1、破碎及预均化（1）破碎水泥生产过程中，大部分原料要进行破碎，如石灰石、黏土、铁矿石及煤等。
石灰石是生产水泥用量最大的原料，开采后的粒度较大，硬度较高，因此石灰石是生产水泥用量最大的原料，开采后的粒度较大，硬度较高，因此石灰石的破碎在水泥厂的物料破碎中占有比较重要的地位。
破碎过程要比粉磨过程经济而方便，合理选用破碎设备和和粉磨设备非常重要。
在物料进入粉磨设备之前，尽可能将大块物料破碎至细小、均匀的粒度，以减轻粉磨设备的负荷，提高黂机的产量。
物料破碎后，可减少在运输和贮存过程中不同粒度物料的分离现象，有得于制得成分均匀的生料，提高配料的准确性。
超细粉碎机（2）原料预均化预均化技术就是在原料的存、取过程中，运用科学的堆取料技术，实现原料的初步均化，使原料堆场同时具备贮存与均化的功能。
水泥工艺学
水泥工艺学第一章绪论1、胶凝材料：凡能在物理化学作用下，从浆体变成坚固的石状体并能胶结其他物料具有一定机械强度的物质。
2、气硬性胶凝材料：只能在空气中硬化的胶凝材料。
3、水硬性胶凝材料：在拌水后既能在空气中又能在水中硬化的胶凝材料。
4、水泥：凡细磨成粉末状，加入适量水后成为塑形浆体，既能在空气中硬化，又能在水中硬化，并能将砂石等散粒或纤维材料牢固地胶结在一起的水硬性胶凝材料。
按其用途和性能将水泥分为通用水泥、专用水泥、特性水泥。
第二章硅酸盐水泥的生产1、硅酸盐水泥：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。
2、普通硅酸盐水泥：凡由硅酸盐水泥熟料，少量含量（5%-20%）混合材料，适量石膏磨细制成的水硬性胶凝材料。
3、活性混合材料：具有火山灰性或潜在水硬性的混合材料。
如粒化高炉矿渣，火山灰质混合材料以及粉煤灰等4、非活性混合材料：活性指标不符合标准要求的潜在水硬性或火山灰性的混合材料以及砂浆和石灰岩。
5、水泥熟料：由主要含CaO，SiO2，Al2O3，Fe2O3的原料按适当比例磨细成细粉烧至部分熔所得以硅酸钙为主要成分的矿物。
6、硅酸盐水泥分为两类，不掺加混合材料的称Ⅰ型硅酸盐水泥（P·I）；掺入不超过水泥质量5%的石灰石或粒化高炉矿渣称为Ⅱ型硅酸盐水泥（P·Ⅱ）。
7、硅酸盐水泥（P）和普通硅酸盐水泥（P·O），粒化矿渣硅酸盐水泥（P·S），火山灰硅酸盐水泥（P·P），粉煤灰硅酸盐水泥（P·F）的品质指标：①不溶物：P·I ≤0.75%，P·Ⅱ≤1.5%；②烧失量：P·I ≤3.0%，P·Ⅱ≤3.5%，P·O≤5.0%；③三氧化硫含量：P·S≤4.0%，其余≤3.5%；④MgO：熟料中MgO≤5.0%；⑤初凝时间不得早于45分钟，终凝时间不得迟于12h；⑥细度：P，P·O其值≥300m2/kg8、水泥的制备方法：干法和湿法。
硅酸盐水泥的生产及工艺过程非常好的课件
硅酸盐水泥的种类
按照细度分类
分为普通硅酸盐水泥和矿渣硅酸盐水 泥。
按照用途分类
分为通用水泥、专用水泥和特性水泥 。
硅酸盐水泥的应用
建筑工程
用于混凝土浇筑、砂浆配制等， 是建筑行业中最常用的建筑材料
之一。
产品质量控制
产品质量检测
定期对生产出的硅酸盐水泥进行质量检测，包括强度、凝结时间、安定性等方面的检测 。
产品储存与运输
加强产品的储存和运输管理，防止产品受潮、结块，确保产品质量稳定。
05
硅酸盐水泥的生产设备
破碎设备
破碎设备是硅酸盐水泥生产中的重要设备之一，主要用于将原料破碎成小块，以便于后续的加工处理 。
石灰石的质量对水泥的品质和产量都有重要影响，因此对石灰石的品质要求较高 ，需要满足一定的纯度、粒度和化学成分。
黏土质原料
黏土质原料是硅酸盐水泥生产的另一重要原料，主要提供硅 和铝等元素。黏土质原料经过高温煅烧后形成硅酸三钙、铝 酸三钙等矿物成分，也是水泥熟料的主要组成部分。
黏土质原料的质量对水泥的品质和产量也有重要影响，需要 满足一定的纯度、粒度和化学成分要求。
道路工程
用于道路基层和面层的浇筑、修补 等，具有较好的耐久性和稳定性。
水利工程
用于水库、堤坝等水利设施的浇筑 和加固，具有较强的抗渗性和耐久 性。
02
硅酸盐水泥的生产原料
石灰石
石灰石是硅酸盐水泥的主要原料之一，其主要成分是碳酸钙（CaCO3）。石灰石 经过高温煅烧后分解成氧化钙（CaO）和二氧化碳（CO2），是水泥熟料的主要 矿物成分。
常用的破碎设备包括颚式破碎机、锤式破碎机和反击式破碎机等，这些设备通过施加外力将大块原料 破碎成小块，以便于后续的加工处理。
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2.1.4.1 硅酸盐水泥化学和物理指标
(8) 碱(Na2O + 0.658K2O )
序号 8 项 目 碱(Na2O+0.658K2O) (%） 指标
P.1
P.Ⅱ ≤0.6 选择性指标
检验方法 与 依 据 GB 1762008
当水泥中碱含量较高时，混凝土容易发生碱集料反应（反 应生成物吸水膨胀，使混凝土产生内应力，导致混凝土开裂)， 破坏其结构。 碱的来源： 石灰石、粘土和煤等原燃料。
项 目
指标
检验方法 与 依 据 GB 176 GB 750
氧化镁过高会导致安定性不良(并非所有f-M都会) f-MgO + H2O -- Mg(OH)2 • MgO安定性检测方法： 压蒸安定性试验： 方法 体积膨胀(148%)
为何5.0%？
2.1.4.1 硅酸盐水泥化学和物理指标
(6) 氧化镁(MgO)
水泥烧失量是指水泥在 950～1000℃ 高温下燃烧失去的质 量百分数。 水泥中不溶物和烧失量指标主要是为了控制水泥制造过程 中熟料煅烧质量以及限制某些组分材料的掺量。
2.1.4.1 硅酸盐水泥化学和物理指标
(3) 细度
序号 3 项 目 细度(比表面积) (m2/kg) 指标
P.1
≥ 300
P.Ⅱ
2.1.4.1 硅酸盐水泥化学和物理指标
序号 6
P.1 P.Ⅱ ≤ 5.0 ；水泥压蒸安定性 氧化镁（%） 检验合格可放宽到 6.0
项 目
指标
检验方法 与 依 据 GB 176 GB 750
氧化镁过高会导致安不良 为何5.0%？ 总结国内水泥生产使用实践，并经大量科 研和调查证明，水泥中 MgO 含量≤ 5.0% 对水 泥混凝土工程质量有保证，故标准中规定水泥 中 MgO 的含量不得超过≤ 5.0%
发布于1956年
1977年 1985年
1962年第一次修订
1992年 GB 175-2007
书中标准为 GB-1999，共三个标准
GB 175-2007《通用硅酸盐水泥》
GB 175-2007《通用硅酸盐水泥》标准于2007年11月9日发 布，于2008年6月1日开始实施。 新标准在水泥品种、强度等级、混合材品种等方面进行了 较大调整，并将取代以下六大通用水泥的三个标准： 1.GB 175-1999 《硅酸盐水泥、普通硅酸盐水泥》 2.GB 1344-1999 《矿渣硅酸盐水泥、火山灰质硅酸盐水泥 及粉煤灰硅酸盐水泥》 3.GB 12958-1999 《复合硅酸盐水泥》
(4) 凝结时间
序号 4 • 项 目 凝结时间 (min) 指标
P.1 P.Ⅱ 初凝 ≥ 45 终凝 ≤ 390
检验方法 与 依 据 GB/T 1346-2005
为何要规定初凝时间“≥”，终凝时间“≤”？？？
为保证水泥使用时砂浆或混凝土有充分时间进行搅拌、运 输和砌筑，必须要求水泥有一定的初凝时间； 当施工完毕又希望混凝土能较快硬化，较快脱模，因此， 又要求水泥有不太长的终凝时间 。
检验方法 与 依 据 GB/T 8074-2008
细度即水泥的粗细程度。 水泥细度的常用表示方法：比表面积、筛余百分数、颗粒 级配等。
水泥为什么要控制细度？
2.1.4.1 硅酸盐水泥化学和物理指标
(4) 凝结时间---2005标准未下到，介绍2001
序号 4 项 目 凝结时间 (min) 指标
P.1 P.Ⅱ 初凝 ≥ 45 终凝 ≤ 390
2.1.4.1 硅酸盐水泥化学和物理指标
(8) 碱(Na2O + 0.658K2O )
序号 8 项 目 碱(Na2O+0.658K2O) (%） 指标
P.1
P.Ⅱ ≤0.6 选择性指标
检验方法 与 依 据 GB 1762008
碱会导致碱集料反应破坏。 碱来源：原燃材料。 为何是选择性指标？ 一般使用活性SiO2集料的用户才要求低含碱水泥，若将该 指标统一要求定得很低很死，则水泥厂生产受原燃料限制或无 法生产，或大幅增加生产成本。另外碱集料反应速度较慢，通 常是几年甚至几十年，所以为选择性指标。
2.1.2 混合材料
• 定义
指在粉磨水泥时与熟料、石膏一起加入磨内用以改善水泥 性能、调节水泥标号、提高水泥产量的矿物质材料。如粒化高 炉矿渣、粉煤灰、石灰石等。
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。(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) 非活性混合材料：活性指标低于上述标准。 作用
水泥质量评价 化学指标 物理指标
硅酸盐水泥技术指标主要有不溶物、烧失量、细 度、凝结时间、安定性、氧化镁、三氧化硫、碱 及强度指标。
2.1.4.1 硅酸盐水泥化学和物理指标
(1) 不溶物
序号 1 项 目 不溶物(%) 指标
P.1
≤ 0.75
P.Ⅱ
≤ 1.5
检验方法 与 依 据 GB/T176 - 2008
不溶物是指水泥经酸和碱处理，不能被溶解的残留物。其 主要成分是结晶 SiO2 ，其次是 R2O3 ，它属于水泥中非活性组 分之一。
不溶物来源及影响？
2.1.4.1 硅酸盐水泥化学和物理指标
(2) 烧失量
序号 2 项 目 烧失量(%) 指标
P.1
≤ 3.0
P.Ⅱ
≤ 3.5
检验方法 与 依 据 GB/T176 - 2008
标准的类别
(二)、国际标准 国际标准可大致分为三类。 1．团体标准和公司标准。指国际上有影响的团体和公司的 标准。如美国材料与实验协会标准(ASTM)等。
2．区域性标准。如德国工业标准(DIN)、日本工业标准 (JIS)等。
3．国际标准化组织标准。代号ISO。
通用水泥标准的修订
现在我国水泥标准修订了许多方面都在逐渐向ISO系列国际 标准靠拢，以保证我国出口水泥产品质量，增加我国水泥在国 际市场上的竞争能力。 为适应我国水泥工业的发展，GB 175经历了多次修订。
2.1.4.1 硅酸盐水泥化学和物理指标
(4) 凝结时间
序号 4 项 目 凝结时间 (min) 指标
P.1 P.Ⅱ 初凝 ≥ 45 终凝 ≤ 390
检验方法 与 依 据 GB/T 1346-2005
•
凝结时间测定方法演示
2.1.4.1 硅酸盐水泥化学和物理指标
(5) 安定性
序号 5 安定 性 项 目 沸煮法检验 雷氏夹膨胀(mm) 指标
第二章
• 标准的类别
硅酸盐水泥的生产技术
2.1 硅酸盐水泥生产概述(GB 175-2007《通用硅酸盐水泥》) 2.2 硅酸盐水泥的生产工艺 2.3 新型干法水泥生产的技术特性
2.4 硅酸盐水泥熟料的组成
2.5 硅酸盐水泥熟料的率值 2.6 熟料矿物组成的计算与换算
标准的类别
标准就是对某项技术实行统一执行的要求。 水泥生产必须有一定的标准，我国为提高水泥质量，降低 成本，加快与国际惯例的接轨，制定了一系列水泥标准，并在 实践中不断发展。
2.1 硅酸盐水泥生产概述
• 以下介绍GB175-2007中硅酸盐水泥部分
与书中不太一样。
• 定义
通用硅酸盐水泥（Common Portland Cement ）：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 硅酸盐水泥生产概述
• 分类
组 品种 代号 分
火山灰 粒化高 粉煤 石灰 熟料 + 石膏 质混合 炉矿渣 灰 石 材料 100 ≥95 ≥95 ≤5 ≤5
P.1 P.Ⅱ 合格 ≤ 5
检验方法 与 依 据 GB 13462005
水泥硬化后体积变化的均匀性称为水泥体积安定性，简称 安定性。 水泥水化硬化过程中所发生的体积变化有哪些？影响？
2.1.4.1 硅酸盐水泥化学和物理指标
(5) 安定性
序号 5 安定 性 项 目 沸煮法检验 雷氏夹膨胀(mm) 指标
P.1 P.Ⅱ 初凝 ≥ 45 终凝 ≤ 390
检验方法 与 依 据 GB/T 1346-2005
水泥凝结时间是水泥从和水开始到失去流动性，即从可塑 性状态发展到固体状态所需要的时间，分初终时间和终凝时间 两种。 终凝时间：是指水泥加水拌和起到标准稠度净浆完全失去 塑性的时间。
2.1.4.1 硅酸盐水泥化学和物理指标
2.1.4 硅酸盐水泥生产技术要求
• 技术要求即品质指标，是衡量水泥品质及保 证水泥质量的重要依据。
水泥质量评价 化学指标 物理指标
物理指标主要是保证水泥具有一定的物理力学性能，满足 水泥使用要求，保证工程质量。
2.1.4 硅酸盐水泥生产技术要求
• 技术要求即品质指标，是衡量水泥品质及保 证水泥质量的重要依据。
检验方法 与 依 据 GB 13462005
熟料中游离氧化钙过高(并非熟料中所有C都会导致安不良) f-CaO + H2O -- Ca(OH)2 • CaO安定性检测方法： 雷氏夹法： 演示
试饼法：
介绍
2.1.4.1 硅酸盐水泥化学和物理指标
(6) 氧化镁(MgO)
序号 5
P.1 P.Ⅱ ≤ 5.0 ；水泥压蒸安定性 氧化镁（%） 检验合格可放宽到 6.0
标准的类别
(一)、我国常用标准 按照适用范围，目前我国现行常用的标准有三大类。 1．第一类是国家标准。 2．第二类是行业标准。
如JC/T853-1999硅酸盐水泥熟料，其中“JC”为建材行业 的标准代号。
3．第三类是企业标准。 代号为“QB/”，其后分别注明企业代号、标准顺序号、制 定年代号。国家鼓励地方和企业制定技术要求高于国家标准的 地方标准或企业标准。
标准的类别
(一)、我国常用标准 按照适用范围，目前我国现行常用的标准有三大类。 1．第一类是国家标准