水泥工藝學(xué)復(fù)習(xí)總結(jié)

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水泥工藝學(xué)復(fù)習(xí)總結(jié)

第一章緒論

1、膠凝材料：凡能在物理、化學(xué)作用下，從漿體變成堅(jiān)固的石狀體，并能膠結(jié)其它物料而形成具有一定機(jī)械強(qiáng)度的物質(zhì)，統(tǒng)稱為膠凝材料，又稱為膠結(jié)材料。

2、水泥：凡磨成粉末，加入一定水后稱為塑性漿體，既能在空氣中硬化，也能在水中硬化，并能將沙、石等散�；蚶w維材料牢固地膠結(jié)在一起的水硬性膠凝材料統(tǒng)稱為水泥。

第二章硅酸鹽水泥的生產(chǎn)

1、六大通用水泥：硅酸鹽水泥、普通硅酸鹽水泥、礦渣硅酸鹽水泥、粉煤灰硅酸鹽水泥、火山灰質(zhì)硅酸鹽水泥、復(fù)合硅酸鹽水泥。

2水泥的品質(zhì)標(biāo)號(hào)

氧化鎂、三氧化硫、燒失量、細(xì)度、凝結(jié)時(shí)間安定性、強(qiáng)度3、驗(yàn)收規(guī)則

①廢品：水泥出廠后，凡氧化鎂、三氧化硫、初凝時(shí)間、安定性中的任一項(xiàng)不符合本標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定或強(qiáng)度低于該品種水泥最低標(biāo)號(hào)規(guī)定的指標(biāo)時(shí)，均為廢品。

②不合格品：水泥出廠后，細(xì)度、燒失量、終凝時(shí)間、和混合材料參加量中的任一項(xiàng)不符合本標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定或強(qiáng)度低于商品標(biāo)號(hào)規(guī)定的指標(biāo)時(shí)，稱為不合格品。

4、引起安定性不良的因素：熟料中游離氧化鈣、氧化鎂含量過高以及水泥中石膏參加量過多。

5、強(qiáng)度：一般3天、7天前稱為早期強(qiáng)度；28天及其后稱為后期強(qiáng)度。6、硅酸鹽水泥的生產(chǎn)分為三個(gè)階段：生料制備、熟料煅燒，水泥粉磨。7水泥生產(chǎn)方法按生料制備方法的不同，有干法和濕法兩種。

8、硅酸鹽水泥生產(chǎn)的主要工藝過程：生料的制備、熟料的煅燒、水泥的粉磨與包裝。

第三章硅酸鹽水泥熟料的組成

1、硅酸鹽水泥的熟料主要由：氧化鈣（CaO）、氧化硅（SiO2）、氧化鋁（Al2O3）、氧化鐵（Fe2O3）四種氧化物組成，通常在熟料中占95%。

2、在硅酸鹽水泥熟料中主要形成四種礦物：

硅酸三鈣3CaOSiO2C3S硅酸二鈣2CaOSiO2C2S鋁酸三鈣3CaOAl2O3C3A鐵鋁酸四鈣4CaOAl2O3Fe2O33、硅酸三鈣

熟料中，硅酸三鈣和硅酸二鈣的含量占75%左右，合稱為硅酸鹽礦物；鋁酸三鈣和鐵鋁酸四鈣含量占22%左右，在12501280℃開始，會(huì)逐漸熔融成液相，促進(jìn)硅酸三鈣的順利形成，故成為熔劑礦物。

硅酸三鈣和其它氧化物形成的固溶體稱為阿利特（Alite）或A礦。

硅酸三鈣（C3S）加水調(diào)和后凝結(jié)時(shí)間正常，就28d或一年強(qiáng)度來說，在四種礦物中硅酸三鈣最高。

適當(dāng)提高熟料中硅酸三鈣含量，且?guī)r相結(jié)構(gòu)良好時(shí)，可獲得高質(zhì)量的熟料。但硅酸三鈣水化熱較高，抗水性較差，如果要求水泥水化熱低、抗水性較好時(shí)，則熟料中硅酸三鈣含量要適當(dāng)?shù)鸵恍��?/p>

2CaO+SiO2→2CaOSiO2

1

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2CaOSiO2+CaO→3CaOSiO2

4、硅酸二鈣

硅酸二鈣與其它氧化物形成的固溶體稱為貝利特（Belite）或B礦。

硅酸二鈣在低于500℃的溫度下，容易由密度3.28g/cm的β型轉(zhuǎn)變?yōu)槊芏?.97g/cm的γ型，體積膨脹10%左右，從而導(dǎo)致粉化。

貝利特（C2S）水化較慢，至28d齡期僅水化20%左右，凝結(jié)較慢，早期強(qiáng)度較低，但28d以后，強(qiáng)度仍能較快增長，在1年以后可以趕上阿利特（C3S）。

貝利特（C2S）水化熱較小，抗水性好，因而對(duì)大體積工程或處于侵蝕性較大的工程，適當(dāng)提高貝利特含量，降低阿利特含量是有利的。

5、鋁酸鈣

C3A水化迅速，放熱多，凝結(jié)快，如不加石膏等緩凝劑，易使水泥急凝。C3A硬化也很快，它的強(qiáng)度在3D內(nèi)就能大部分發(fā)揮出來，故早期強(qiáng)度很高，但絕對(duì)值不大，以后幾乎不增大，甚至倒縮。

C3A干縮變形很大，抗硫酸鹽性能差，當(dāng)制造抗硫酸鹽水泥或大體積工程用水泥時(shí)，C3A含量應(yīng)控制在較低范圍內(nèi)。

6、鐵相固溶體（C4AF）、

鐵鋁酸四鈣的水化速度早期介于鋁酸三鈣與硅酸三鈣之間，但隨后的發(fā)展不如硅酸三鈣。它的早期強(qiáng)度類似于鋁酸三鈣，而后期還能不斷增長，類似硅酸二鈣。

才利特（C4AF）的抗沖擊性能和抗硫酸鹽性能較好，水化熱較鋁酸三鈣低。在制造抗硫酸鹽水泥或大體積工程用水泥時(shí)，適當(dāng)提高才利特的含量是有利的。

7、游離氧化鈣和氧化鎂

欠燒f-CaO結(jié)構(gòu)疏松多孔，對(duì)安定性影響不大

一次f-CaO是“死燒”狀態(tài)，結(jié)構(gòu)嚴(yán)密，對(duì)安定性影響大二次f-CaO經(jīng)過高溫，水化緩慢，對(duì)安定性影響較大8、熟料的率值

①水硬率：熟料中氧化鈣與酸性氧化物和的質(zhì)量百分?jǐn)?shù)的比值。

（m）=

CaO

2+23+23SiO2

Al2O3+Fe2O3Al2O3

Fe2O3

②硅率（硅酸率）：熟料中酸性氧化物之間的關(guān)系。

SM（n）=

③鋁率:

()=

④石灰飽和系數(shù)：

=

石灰飽和系數(shù)的物理意義：

石灰飽和系數(shù)KH值為熟料中全部氧化硅生成硅酸鈣（硅酸三鈣和硅酸二鈣）所需的氧化鈣含量與全部氧化硅生成硅酸三鈣所需氧化鈣最大含量的比值，也即表示熟料中氧化硅被氧化鈣飽和形成硅酸三鈣的程度。

9、熟料的礦物組成可用巖相分析、X射線分析和紅外光譜等分析測定，也可根據(jù)化學(xué)成分算出。

C3S=3.8(3KH-2)SiO2

2

CaO1.65Al2O30.35Fe2O3

2.8SiO

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C2S=8.6(1-KH)SiO2C4AF=3.04Fe2O3

C3A=2.65(Al2O3-0.64Fe2O3)CaSO4=1.7SO3

第四章硅酸鹽水泥的原料及配料計(jì)算

1、制造硅酸鹽水泥的主要原料是石灰質(zhì)原料和粘土質(zhì)原料。

2、常用的校正原料有：低品位鐵礦石、煉鐵廠尾礦及硫酸廠工業(yè)廢渣硫酸渣（硫鐵礦渣）等。

3、生料易燒性：是指生料在窯內(nèi)煅燒成熟料的過程中相對(duì)難易程度。4、配料計(jì)算的依據(jù)：物料平衡。

常見用基準(zhǔn)：干燥基準(zhǔn)、灼燒基準(zhǔn)、濕基準(zhǔn)。

干石灰石+干黏土+干鐵粉+干生料

灼燒石灰石+灼燒黏土+灼燒鐵粉=灼燒生料=熟料灼燒生料+煤灰（摻入熟料的）=熟料

第五章硅酸鹽水泥的煅燒

1、回轉(zhuǎn)窯內(nèi)“帶”的劃分：干燥帶、預(yù)熱帶、碳酸鹽分解帶、放熱反應(yīng)帶、燒成帶、冷卻帶。

2、層間水在100℃左右即可脫水，而配位水則在400600℃才能脫水。3、提高固相反應(yīng)速率的方法：急劇煅燒法、升高溫度。4、熟料的燒結(jié)過程：

在高溫液相作用下，水泥熟料逐漸燒結(jié)，物料逐漸由疏松狀轉(zhuǎn)變?yōu)樯珴苫液�、結(jié)構(gòu)致密的熟料，并伴隨著體積收縮。同時(shí)，硅酸二鈣與游離氧化鈣都逐漸溶解于液相中，以Ca離子擴(kuò)散與硅酸根離子、硅酸二鈣反應(yīng)，形成硅酸鹽水泥的主要礦物硅酸三鈣。其反應(yīng)式如下：

C2S+CaO→C3S（條件：液相）

隨著溫度升高和時(shí)間的延長，液相量增加，液相粘度減少，氧化鈣、硅酸二鈣不斷溶解、擴(kuò)散，硅酸三鈣晶核不斷形成，并使小晶體逐漸發(fā)育長大，最終形成幾十微米大小、發(fā)育良好的阿利特晶體，完成熟料的燒結(jié)過程。

5、熟料燒結(jié)形成阿利特的過程，與液相形成溫度、液相量、液相性質(zhì)以及氧化鈣、硅酸二鈣溶解于液相的溶解速度、離子擴(kuò)散速度等各種因素有關(guān)。

6、熟料的冷卻目的：

①回收熟料帶走的熱量，預(yù)熱二次空氣，提高窯的熱效率；②迅速冷卻熟料，以改善熟料的質(zhì)量與易磨性；③降低熟料溫度，便于熟料的運(yùn)輸、貯存與粉磨。

7、淬冷：冷卻速度很快，此時(shí)在高溫下形成的20%30%液相，來不及結(jié)晶而冷卻成玻璃相，稱為淬冷。

作用：①增加熟料強(qiáng)度，改善安定性；

②提高熟料的抗硫酸鹽性能；③可避免粉化過程；④提高熟料的易磨性。

8、礦化劑：氟化鈣、硫化物、復(fù)合礦化劑（氟化鈣和石膏）。9、一次風(fēng)：

二次風(fēng)：

10、立波爾窯的特征：一臺(tái)較短的回轉(zhuǎn)窯與一臺(tái)回轉(zhuǎn)式爐篦子加熱機(jī)連接工作。把料球或料

3

2+

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塊均勻的鋪在爐篦子機(jī)上，料層厚度150200mm。

11、懸浮預(yù)熱器窯是由一臺(tái)回轉(zhuǎn)窯和一組懸浮預(yù)熱器構(gòu)成，生料粉在預(yù)熱器內(nèi)呈懸浮狀態(tài)與出回轉(zhuǎn)窯的熱煙氣進(jìn)行熱交換，被加熱至800℃左右，完成預(yù)熱、黏土脫水分解和部分碳酸鹽分解之后，再落入回轉(zhuǎn)窯進(jìn)行煅燒。

12、窯外分解窯或稱為預(yù)分解窯，特點(diǎn)是把大量吸熱的碳酸鈣分解反應(yīng)從窯內(nèi)傳熱速率較低的區(qū)域移到懸浮預(yù)熱器與窯之間的特殊煅燒爐（分解爐）中進(jìn)行。

13、機(jī)械化立窯是指機(jī)械加料和機(jī)械卸料的立窯，除窯體本身外，包括喂料裝置、卸料篦子和卸料密封裝置三部分。立窯自上而下分為三個(gè)帶：干燥預(yù)熱帶、高溫?zé)�成帶、冷卻帶。

第六章粉磨工藝

1、目的：使物料表面積增大，促進(jìn)化學(xué)反應(yīng)迅速完成。

2、粉磨定義：物料的粉磨作業(yè)是在外力作用下，通過沖擊、擠壓、研磨等克服物體變形時(shí)應(yīng)力與質(zhì)點(diǎn)之間內(nèi)聚力，使塊狀物料變成細(xì)粉的過程。

3、生料粉磨的目的：使生料各組分間混合均勻，充分接觸，加快反應(yīng)，有利于煅燒。

水泥粉磨（熟料和石膏）的目的：促進(jìn)水泥的水化與硬度，提高水泥強(qiáng)度。

4、水泥細(xì)度會(huì)影響：①水泥強(qiáng)度、特別是早期強(qiáng)度；②水泥安定性；③磨機(jī)的產(chǎn)量與電耗。5、粉磨系統(tǒng)有開路和閉路兩種；按生產(chǎn)方法不同，生料粉磨可以分為干法和濕法。6、生料粉磨系統(tǒng)按磨機(jī)的不同分為三類：鋼球磨系統(tǒng)、立式（輥式）磨系統(tǒng)、氣落磨系統(tǒng)（無介質(zhì)磨系統(tǒng)）。

7、影響磨機(jī)產(chǎn)量和能耗的主要因素：

入磨料粒度、易磨性、入磨料濕度、磨內(nèi)通風(fēng)、助磨劑、襯板和研磨介質(zhì)。

第七章生產(chǎn)控制與均化

1、原燃料的預(yù)均化定義：原燃料的預(yù)均化就是原料或燃料在粉磨之前所進(jìn)行的均化。2、作用：降低原燃料成分波動(dòng)，為準(zhǔn)確配料、提高生料均勻性，穩(wěn)定熟料煅燒提供良好的條件

3、生料的預(yù)均化：主要控制生料的化學(xué)成分、生料細(xì)度，保證生料成分的均勻、穩(wěn)定。

第八章硅酸鹽水泥的水化與硬化

1、水化：物質(zhì)由無水狀態(tài)變?yōu)橛兴疇顟B(tài)，由低含水變?yōu)楦吆�水，統(tǒng)稱為水化。

2、凝結(jié)：水泥加水拌和初期形成具有可塑性的漿體，然后逐漸變稠并失去可塑性的過程稱為凝結(jié)。

3、硬化：此后，漿體的強(qiáng)度逐漸提高并變成堅(jiān)硬的石狀固體（水泥石），這一過程稱為硬化。4、C3S的水化

水化產(chǎn)物：水化硅酸鈣（也稱C-S-H凝膠）和氫氧化鈣。Ⅰ：誘導(dǎo)前期（時(shí)間：15分鐘）

反應(yīng)：激烈第一個(gè)放熱峰，鈣離子濃度迅速提高漿體狀態(tài)：是具有流動(dòng)性（Ca(OH)2沒有飽和）Ⅱ：誘導(dǎo)期又稱靜止期（時(shí)間：24小時(shí)）

反應(yīng)：極慢放熱底谷：鈣離子濃度增高慢

漿體狀態(tài)：Ca(OH)2達(dá)飽和：此間：具有流動(dòng)性，結(jié)束：失去流動(dòng)性，達(dá)初凝Ⅲ：加速期（時(shí)間：4~8小時(shí)）

反應(yīng)：又加快第二放熱高峰

漿體狀態(tài)：Ca(OH)2過飽和最高：生成Ca(OH)2、填充空隙、中期：失去可塑性、達(dá)終凝，后期：開始硬化

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Ⅳ：減速期（時(shí)間：1224小時(shí)）

反應(yīng)：隨時(shí)間的增長而下降，原因：在C3S表面包裹產(chǎn)物阻礙水化Ⅴ:穩(wěn)定期

反應(yīng)：很慢基本穩(wěn)定（只到水化結(jié)束），原因：產(chǎn)物層厚：水很少產(chǎn)物擴(kuò)散困難。5、C2S的水化

C2S的水化過程與C3S相似，也有靜止期，加速期等，但水化速率很慢約為C3S的1/20水化產(chǎn)物：生成C-S-H和Ca(OH)26、C3A的水化

水化迅速，其水化產(chǎn)物的組成與結(jié)構(gòu)受溶液中CaO、Al2O3離子濃度和溫度的影響很大。①C3A單獨(dú)水化：

常溫：C3A+27H→C4AH19+C2AH8

相對(duì)濕度85時(shí)C4AH19→C4AH13+6HC4AH13+C2AH8→C3AH6+9H2OT35℃：C3A+6H2O→C3AH6②C3A在液相CaO濃度達(dá)飽和時(shí)

C3A+CH+12H→C4AH13

瞬凝原因：水泥顆粒表面形成大量C4AH13，其數(shù)量迅速增多，足以阻礙粒子的相對(duì)運(yùn)動(dòng)。

③在石膏存在條件下水化

石膏（充足）、CaO同時(shí)存在時(shí)→生成三硫型水化硫鋁酸鈣Aft，又稱鈣礬石C3A未完全水化而石膏已經(jīng)耗盡時(shí)→生成單硫型水化硫鋁酸鈣Afm石膏摻量極少，所有的Aft都轉(zhuǎn)化為Afm還有C3A剩余→C3A（CSCH）H12（以上涉及方程式太過于復(fù)雜，有興趣的可以可以查閱書P173-174）7、C4AF的水化

比C3A水化慢，單獨(dú)水化，也不會(huì)急凝，其水化反應(yīng)和產(chǎn)物與C3A相似。

8、硬化水泥漿體（水泥石）：是一種非均質(zhì)的多相體系，由各種水化產(chǎn)物和殘存熟料所構(gòu)成的固相以及存在于孔隙中的水和空氣所組成，所以是一種固液氣三相多孔體。

第九章硅酸鹽水泥的性能

1、凝結(jié)時(shí)間：水泥細(xì)度：水泥磨得越細(xì)，凝結(jié)時(shí)間越快；

水灰比：水灰比越大，水化越快，凝結(jié)時(shí)間反而變慢適宜的水量養(yǎng)護(hù)條件：溫度越高，水化越快，凝結(jié)時(shí)間縮短，反之增大保溫、增濕

2、石膏的作用：調(diào)節(jié)凝結(jié)時(shí)間，提高水泥早期強(qiáng)度，降低干縮變形，改善耐蝕性、抗凍性、抗?jié)B性。

3、石膏的緩凝機(jī)理：是在水泥顆粒表面形成鈣礬石保護(hù)膜，阻礙水分發(fā)等移動(dòng)的后果。石膏對(duì)水泥凝結(jié)時(shí)間的影響，并不與摻量成正比，并且?guī)в型蛔冃裕��?dāng)超過一定摻量時(shí)，略有增加，會(huì)使凝結(jié)時(shí)間變化很大。

4、石膏的最佳摻量：是使水泥凝結(jié)正常、強(qiáng)度高、安定性良好的摻量。

考慮因素：凝結(jié)時(shí)間、強(qiáng)度、安定性5、假凝和快凝的區(qū)別

假凝：是指水泥的一種不正常的早期固化或過早變硬的現(xiàn)象�？炷�（閃凝）：是指水泥由于緩凝不夠所引起的漿體凝固。

區(qū)別：前者放熱極微，而且經(jīng)劇烈攪拌后，漿體可恢復(fù)塑性，并達(dá)到正常凝結(jié)，對(duì)強(qiáng)度無不利影響；而快凝是由于緩凝不夠所引起的，漿體已具有一定強(qiáng)度，重拌并不能使其在具有塑性。

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6、影響水泥強(qiáng)度的因素：

①熟料的礦物組成；②水泥的細(xì)度；③施工條件：水灰比、骨料級(jí)配、攪拌程度、養(yǎng)護(hù)溫度、溫度、外加劑作用。

7、化學(xué)縮減：水泥在水化過程中，無水的熟料轉(zhuǎn)變?yōu)樗�化物，固相體積逐漸增加，但水泥水體系的總體積卻在不斷縮小。由于這種體積縮減是因化學(xué)反應(yīng)所致，故稱為化學(xué)縮減。

第十章硅酸鹽水泥的耐久性

1、定義：硬化水泥石結(jié)構(gòu)在一定環(huán)境條件下長期保持穩(wěn)定質(zhì)量和使用功能的性質(zhì)稱為耐久性。

2、影響耐久性的因素:抗?jié)B性、抗凍性、對(duì)環(huán)境介質(zhì)的抗蝕性、堿集料反應(yīng)等。3、抗?jié)B性：硬化水泥石或混凝土抵抗各種有害介質(zhì)進(jìn)入內(nèi)部的能力。

影響抗?jié)B性的因素：孔徑尺寸、空隙率、水灰比、水化齡期。

4、抗凍性：硬化水泥漿體抵抗凍融循環(huán)的能力。

影響抗凍性的因素：水泥品種與礦物組成、水灰比、養(yǎng)護(hù)齡期、孔結(jié)構(gòu)、硬化漿體

的充水程度。

5、淡水侵蝕：是指硬化水泥漿體受淡水浸析時(shí)，其組成逐漸被水溶解并在水流動(dòng)時(shí)被帶走，最終導(dǎo)致水泥石結(jié)構(gòu)破壞的現(xiàn)象。

6、堿集料反應(yīng)：是指當(dāng)水泥堿含量高時(shí)，在有水存在的條件下，水泥中的堿與集料中的某些活性物質(zhì)發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，從而導(dǎo)致水泥石產(chǎn)生膨脹開裂而破壞的現(xiàn)象。

7、耐久性的改善途徑：

①提高密實(shí)性、改善孔結(jié)構(gòu)；②改變熟料的礦物組成；③提高施工質(zhì)量；④進(jìn)行表面處理或涂層；⑤參加混合材料。

第十一章至十五章

1、混合材料的作用：①提高水泥產(chǎn)量；②有利于改善水泥性能；③調(diào)節(jié)水泥標(biāo)號(hào)。

2、白色硅酸鹽水泥，簡稱白色水泥，是由氧化鐵含少量的硅酸鹽水泥熟料加入適量的石膏磨細(xì)制成。白色硅酸鹽水泥的生產(chǎn)主要是降低熟料中Fe2O3的含量。

（第十一章至十五章詳見教材）

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