水泥工艺学复习总结

水泥工艺学复习总结

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，并能胶结其它物料而形成具有一定机械强度的物质，统称为胶凝材料，又称为胶结材料。

2、水泥：凡磨成粉末，加入一定水后称为塑性浆体，既能在空气中硬化，也能在水中硬化，并能将沙、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统称为水泥。

第二章 硅酸盐水泥的生产

1、六大通用水泥：硅酸盐水泥、普通硅酸盐水泥、矿渣硅酸盐水泥、粉煤灰硅酸盐水泥、火山灰质硅酸盐水泥、复合硅酸盐水泥。

2水泥的品质标号

氧化镁、三氧化硫、烧失量、细度、凝结时间安定性、强度

3、验收规则

①废品：水泥出厂后，凡氧化镁、三氧化硫、初凝时间、安定性中的任一项不符合本标准规定或强度低于该品种水泥最低标号规定的指标时，均为废品。

②不合格品：水泥出厂后，细度、烧失量、终凝时间、和混合材料参加量中的任一项不符合本标准规定或强度低于商品标号规定的指标时，称为不合格品。

4、引起安定性不良的因素：熟料中游离氧化钙、氧化镁含量过高以及水泥中石膏参加量过多。

5、强度：一般3天、7天前称为早期强度；28天及其后称为后期强度。

6、硅酸盐水泥的生产分为三个阶段：生料制备、熟料煅烧，水泥粉磨。

7水泥生产方法按生料制备方法的不同，有干法和湿法两种。

8、硅酸盐水泥生产的主要工艺过程：生料的制备、熟料的煅烧、水泥的粉磨与包装。

第三章 硅酸盐水泥熟料的组成

1、硅酸盐水泥的熟料主要由：氧化钙（CaO ）、氧化硅（SiO 2）、氧化铝（Al 2O 3）、氧化铁（Fe 2O 3）四种氧化物组成，通常在熟料中占95%。

2、在硅酸盐水泥熟料中主要形成四种矿物：

硅酸三钙 3CaO ·SiO 2——C 3S

硅酸二钙 2CaO ·SiO 2——C 2S

铝酸三钙 3CaO ·Al 2O 3——C 3A

铁铝酸四钙 4CaO ·Al 2O 3·Fe 2O 3

3、硅酸三钙

熟料中，硅酸三钙和硅酸二钙的含量占75%左右，合称为硅酸盐矿物；铝酸三钙和铁铝酸四钙含量占22%左右，在1250—1280℃开始，会逐渐熔融成液相，促进硅酸三钙的顺利形成，故成为熔剂矿物。

硅酸三钙和其它氧化物形成的固溶体称为阿利特（Alite ）或A 矿。

硅酸三钙（C 3S ）加水调和后凝结时间正常，就28d 或一年强度来说，在四种矿物中硅酸三钙最高。

适当提高熟料中硅酸三钙含量，且岩相结构良好时，可获得高质量的熟料。但硅酸三钙水化热较高，抗水性较差，如果要求水泥水化热低、抗水性较好时，则熟料中硅酸三钙含量要适当低一些。

2CaO+SiO2→2CaO ·SiO 2

2CaO ·SiO 2+CaO→3CaO ·SiO 2

4、硅酸二钙

硅酸二钙与其它氧化物形成的固溶体称为贝利特（Belite ）或B 矿。

硅酸二钙在低于500℃的温度下，容易由密度3.28g/cm³的β型转变为密度2.97g/cm³的γ型，体积膨胀10%左右，从而导致粉化。

贝利特（C 2S ）水化较慢，至28d 龄期仅水化20%左右，凝结较慢，早期强度较低，但28d 以后，强度仍能较快增长，在1年以后可以赶上阿利特（C 3S ）。

贝利特（C 2S ）水化热较小，抗水性好，因而对大体积工程或处于侵蚀性较大的工程，适当提高贝利特含量，降低阿利特含量是有利的。

5、铝酸钙

C 3A 水化迅速，放热多，凝结快，如不加石膏等缓凝剂，易使水泥急凝。C 3A 硬化也很快，它的强度在3D 内就能大部分发挥出来，故早期强度很高，但绝对值不大，以后几乎不增大，甚至倒缩。

C 3A 干缩变形很大，抗硫酸盐性能差，当制造抗硫酸盐水泥或大体积工程用水泥时，C 3A 含量应控制在较低范围内。

6、铁相固溶体（C 4AF ）、

铁铝酸四钙的水化速度早期介于铝酸三钙与硅酸三钙之间，但随后的发展不如硅酸三钙。它的早期强度类似于铝酸三钙，而后期还能不断增长，类似硅酸二钙。

才利特（C 4AF ）的抗冲击性能和抗硫酸盐性能较好，水化热较铝酸三钙低。在制造抗硫酸盐水泥或大体积工程用水泥时，适当提高才利特的含量是有利的。

7、游离氧化钙和氧化镁

欠烧f-CaO 结构疏松多孔，对安定性影响不大

一次f-CaO 是“死烧”状态，结构严密，对安定性影响大

二次f-CaO 经过高温，水化缓慢，对安定性影响较大

8、熟料的率值

①水硬率：熟料中氧化钙与酸性氧化物和的质量百分数的比值。

HN（m ）=CaO SiO2Al2O3Fe2O3②硅率（硅酸率）：熟料中酸性氧化物之间的关系。 SM （n ）=③铝率: IM(p) =

④石灰饱和系数：

KH=

石灰饱和系数的物理意义：

石灰饱和系数KH 值为熟料中全部氧化硅生成硅酸钙（硅酸三钙和硅酸二钙）所需的氧化钙含量与全部氧化硅生成硅酸三钙所需氧化钙最大含量的比值，也即表示熟料中氧化硅被氧化钙饱和形成硅酸三钙的程度。

9、熟料的矿物组成可用岩相分析、X 射线分析和红外光谱等分析测定，也可根据化学成分算出。

C 3S=3.8(3KH-2)SiO2

CaO −1.65Al2O3−0.35Fe2O3

C 2S=8.6(1-KH)SiO2

C 4AF=3.04Fe2O 3

C 3A=2.65(Al2O 3-0.64Fe2O 3)

CaSO 4=1.7SO3

第四章 硅酸盐水泥的原料及配料计算

1、制造硅酸盐水泥的主要原料是石灰质原料和粘土质原料。

2、常用的校正原料有：低品位铁矿石、炼铁厂尾矿及硫酸厂工业废渣硫酸渣（硫铁矿渣）等。

3、生料易烧性：是指生料在窑内煅烧成熟料的过程中相对难易程度。

4、配料计算的依据：物料平衡。

常见用基准：干燥基准、灼烧基准、湿基准。

干石灰石+干黏土+干铁粉+干生料

灼烧石灰石+灼烧黏土+灼烧铁粉=灼烧生料=熟料

灼烧生料+煤灰（掺入熟料的）=熟料

第五章 硅酸盐水泥的煅烧

1、回转窑内“带”的划分：干燥带、预热带、碳酸盐分解带、放热反应带、烧成带、冷却带。

2、层间水在100℃左右即可脱水，而配位水则在400—600℃才能脱水。

3、提高固相反应速率的方法：急剧煅烧法、升高温度。

4、熟料的烧结过程：

在高温液相作用下，水泥熟料逐渐烧结，物料逐渐由疏松状转变为色泽灰黑、结构致密的熟料，并伴随着体积收缩。同时，硅酸二钙与游离氧化钙都逐渐溶解于液相中，以Ca 离子扩散与硅酸根离子、硅酸二钙反应，形成硅酸盐水泥的主要矿物硅酸三钙。其反应式如下：

C 2S+CaO→C 3S （条件：液相）

随着温度升高和时间的延长，液相量增加，液相粘度减少，氧化钙、硅酸二钙不断溶解、扩散，硅酸三钙晶核不断形成，并使小晶体逐渐发育长大，最终形成几十微米大小、发育良好的阿利特晶体，完成熟料的烧结过程。

5、熟料烧结形成阿利特的过程，与液相形成温度、液相量、液相性质以及氧化钙、硅酸二钙溶解于液相的溶解速度、离子扩散速度等各种因素有关。

6、熟料的冷却 目的：

①回收熟料带走的热量，预热二次空气，提高窑的热效率；

②迅速冷却熟料，以改善熟料的质量与易磨性；

③降低熟料温度，便于熟料的运输、贮存与粉磨。

7、淬冷：冷却速度很快，此时在高温下形成的20%—30%液相，来不及结晶而冷却成玻璃相，称为淬冷。

作用：①增加熟料强度，改善安定性；

②提高熟料的抗硫酸盐性能；

③可避免粉化过程；

④提高熟料的易磨性。

8、矿化剂：氟化钙、硫化物、复合矿化剂（氟化钙和石膏）。

9、一次风：

二次风：

10、立波尔窑的特征：一台较短的回转窑与一台回转式炉篦子加热机连接工作。把料球或料

2+

块均匀的铺在炉篦子机上，料层厚度150—200mm 。

11、悬浮预热器窑是由一台回转窑和一组悬浮预热器构成，生料粉在预热器内呈悬浮状态与出回转窑的热烟气进行热交换，被加热至800℃左右，完成预热、黏土脱水分解和部分碳酸盐分解之后，再落入回转窑进行煅烧。

12、窑外分解窑或称为预分解窑，特点是把大量吸热的碳酸钙分解反应从窑内传热速率较低的区域移到悬浮预热器与窑之间的特殊煅烧炉（分解炉）中进行。

13、机械化立窑是指机械加料和机械卸料的立窑，除窑体本身外，包括喂料装置、卸料篦子和卸料密封装置三部分。立窑自上而下分为三个带：干燥预热带、高温烧成带、冷却带。

第六章 粉磨工艺

1、目的：使物料表面积增大，促进化学反应迅速完成。

2、粉磨定义：物料的粉磨作业是在外力作用下，通过冲击、挤压、研磨等克服物体变形时应力与质点之间内聚力，使块状物料变成细粉的过程。

3、生料粉磨的目的：使生料各组分间混合均匀，充分接触，加快反应，有利于煅烧。

水泥粉磨（熟料和石膏）的目的：促进水泥的水化与硬度，提高水泥强度。

4、水泥细度会影响：①水泥强度、特别是早期强度；②水泥安定性；③磨机的产量与电耗。

5、粉磨系统有开路和闭路两种；按生产方法不同，生料粉磨可以分为干法和湿法。

6、生料粉磨系统按磨机的不同分为三类：钢球磨系统、立式（辊式）磨系统、气落磨系统（无介质磨系统）。

7、影响磨机产量和能耗的主要因素：

入磨料粒度、易磨性、入磨料湿度、磨内通风、助磨剂、衬板和研磨介质。

第七章 生产控制与均化

1、原燃料的预均化定义：原燃料的预均化就是原料或燃料在粉磨之前所进行的均化。

2、作用：降低原燃料成分波动，为准确配料、提高生料均匀性，稳定熟料煅烧提供良好的条件

3、生料的预均化：主要控制生料的化学成分、生料细度，保证生料成分的均匀、稳定。

第八章 硅酸盐水泥的水化与硬化

1、水化：物质由无水状态变为有水状态，由低含水变为高含水，统称为水化。

2、凝结：水泥加水拌和初期形成具有可塑性的浆体，然后逐渐变稠并失去可塑性的过程称为凝结。

3、硬化：此后，浆体的强度逐渐提高并变成坚硬的石状固体（水泥石），这一过程称为硬化。

4、C 3S 的水化

水化产物：水化硅酸钙（也称C-S-H 凝胶）和氢氧化钙。

Ⅰ：诱导前期（时间：15分钟 ）

反应：激烈—第一个放热峰，钙离子浓度迅速提高

浆体状态：是具有流动性（Ca(OH)2没有饱和）

Ⅱ：诱导期又称静止期（时间：2—4小时 ）

反应：极慢——放热底谷：钙离子浓度增高慢

浆体状态：Ca(OH)2达饱和：此间：具有流动性 ，结束：失去流动性，达初凝

Ⅲ：加速期（时间：4~8小时）

反应：又加快——第二放热高峰

浆体状态： Ca(OH)2过饱和最高：生成Ca(OH)2 、填充空隙、

中期：失去可塑性、 达终凝，后期：开始硬化

Ⅳ：减速期（时间：12—24小时 ）

反应：随时间的增长而下降，原因：在C3S 表面包裹产物—阻碍水化

Ⅴ:稳定期

反应：很慢—基本稳定（只到水化结束），原因：产物层厚：水很少—产物扩散困难。

5、C 2S 的水化

C2S 的水化过程与C3S 相似，也有静止期，加速期等 ，但水化速率很慢约为 C3S 的1/20 水化产物：生成C-S-H 和Ca(OH)2

6、C 3A 的水化

水化迅速，其水化产物的组成与结构受溶液中CaO 、Al2O3 离子浓度和温度的影响很大。 ①C 3A 单独水化：

常温： C 3A + 27H → C 4AH 19+C2AH 8

相对湿度﹤85﹪时 C 4AH 19 →C 4AH 13 + 6H

C 4AH 13 + C2AH 8 → C 3AH 6+9H2O

T ﹥35℃： C 3A+ 6H2O → C 3AH 6

②C3A 在液相CaO 浓度达饱和时

C 3A + CH + 12H → C 4AH 13

瞬凝原因：水泥颗粒表面形成大量C 4AH 13 ，其数量迅速增多，足以阻碍粒子的相对运

动。

③在石膏存在条件下水化

石膏（充足）、CaO 同时存在时→生成 三硫型水化硫铝酸钙Aft ，又称钙矾石

C3A 未完全水化而石膏已经耗尽时→生成 单硫型水化硫铝酸钙Afm

石膏掺量极少，所有的Aft 都转化为Afm 还有C 3A 剩余→C 3A （CS · CH ）H 12

（以上涉及方程式太过于复杂，有兴趣的可以可以查阅书 P173-174）

7、C 4AF 的水化

比C3A 水化慢，单独水化，也不会急凝，其水化反应和产物与C3A 相似。

8、硬化水泥浆体（水泥石）：是一种非均质的多相体系，由各种水化产物和残存熟料所构成的固相以及存在于孔隙中的水和空气所组成，所以是一种固—液—气三相多孔体。

第九章 硅酸盐水泥的性能

1、凝结时间：水泥细度：水泥磨得越细，凝结时间越快；

水灰比：水灰比越大，水化越快，凝结时间反而变慢——适宜的水量

养护条件：温度越高，水化越快，凝结时间缩短，反之增大——保温、增湿

2、石膏的作用：调节凝结时间，提高水泥早期强度，降低干缩变形，改善耐蚀性、抗冻性、抗渗性。

3、石膏的缓凝机理：是在水泥颗粒表面形成钙矾石保护膜，阻碍水分发等移动的后果。石膏对水泥凝结时间的影响，并不与掺量成正比，并且带有突变性，当超过一定掺量时，略有增加，会使凝结时间变化很大。

4、石膏的最佳掺量：是使水泥凝结正常、强度高、安定性良好的掺量。

考虑因素：凝结时间、强度、安定性

5、假凝和快凝的区别

假凝：是指水泥的一种不正常的早期固化或过早变硬的现象。

快凝（闪凝）：是指水泥由于缓凝不够所引起的浆体凝固。

区别：前者放热极微，而且经剧烈搅拌后，浆体可恢复塑性，并达到正常凝结，对强度无不利影响；而快凝是由于缓凝不够所引起的，浆体已具有一定强度，重拌并不能使其在具有塑性。

6、影响水泥强度的因素：

①熟料的矿物组成；②水泥的细度；③施工条件：水灰比、骨料级配、搅拌程度、养护温度、温度、外加剂作用。

7、化学缩减：水泥在水化过程中，无水的熟料转变为水化物，固相体积逐渐增加，但水泥—水体系的总体积却在不断缩小。由于这种体积缩减是因化学反应所致，故称为化学缩减。

第十章 硅酸盐水泥的耐久性

1、定义：硬化水泥石结构在一定环境条件下长期保持稳定质量和使用功能的性质称为耐久性。

2、影响耐久性的因素:抗渗性、抗冻性、对环境介质的抗蚀性、碱集料反应等。

3、抗渗性：硬化水泥石或混凝土抵抗各种有害介质进入内部的能力。

影响抗渗性的因素：孔径尺寸、空隙率、水灰比、水化龄期。

4、抗冻性：硬化水泥浆体抵抗冻融循环的能力。

影响抗冻性的因素：水泥品种与矿物组成、水灰比、养护龄期、孔结构、硬化浆体

的充水程度。

5、淡水侵蚀：是指硬化水泥浆体受淡水浸析时，其组成逐渐被水溶解并在水流动时被带走，最终导致水泥石结构破坏的现象。

6、碱集料反应：是指当水泥碱含量高时，在有水存在的条件下，水泥中的碱与集料中的某些活性物质发生化学反应，从而导致水泥石产生膨胀开裂而破坏的现象。

7、耐久性的改善途径：

① 提高密实性、改善孔结构；

② 改变熟料的矿物组成；

③ 提高施工质量；

④ 进行表面处理或涂层；

⑤ 参加混合材料。

第十一章至十五章

1、混合材料的作用：

① 提高水泥产量；

② 有利于改善水泥性能；

③ 调节水泥标号。

2、白色硅酸盐水泥，简称白色水泥，是由氧化铁含少量的硅酸盐水泥熟料加入适量的石膏磨细制成。白色硅酸盐水泥的生产主要是降低熟料中Fe 2O 3的含量。

（第十一章至十五章 详见教材）

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