普通硅酸盐⼯艺概论教案
普通硅酸盐⼯艺概论教案
第⼀编⽔泥⼯艺学
第⼀章引⾔
（⼀）定义：
1、胶凝材料：在物理、化学的作⽤下，能从浆体变成坚硬的⽯状体，并能胶结其他物料⽽具有⼀定机械强度的物质，统称为胶凝材料。 2、⽔硬性胶凝材料：在拌⽔后既能在空⽓中硬化，⼜能在⽔中硬化，通常称为⽔泥。如：硅酸盐⽔泥、铝酸盐⽔泥、硫铝酸盐⽔泥等。
3、⾮⽔硬性胶凝材料：只能在空⽓中硬化⽽不能在⽔中硬化，⼜称为⽓硬性胶凝材料。如：⽯灰、⽯膏、耐酸胶结料等。（⼆）分类
胶凝材料：分为有机和⽆机两⼤类
有机：沥青和各种树脂。
⽆机：按硬化条件分为：⽔硬性和⾮⽔硬性两类。
⼆、胶凝材料发展简史
见书上，略
三、⽔泥的定义和分类
（⼀）定义
⽔泥：加⼊适量⽔后可成塑性浆体，既能在空⽓中硬化⼜能在⽔中硬化，并能将砂、⽯等材料牢固的胶结在⼀起的细粉状⽔硬性胶凝材料，统称为⽔泥。
（⼆）分类
1、按其⽤途和性能可分为：通⽤⽔泥、专⽤⽔泥和特性⽔泥三⼤类。
通⽤⽔泥：是指⼤量⼟⽊⼯程使⽤的⼀般⽤途的⽔泥，如：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。
专⽤⽔泥：是指有专门⽤途的⽔泥，如：油井⽔泥、砌筑⽔泥等。
视频直播系统 高清特性⽔泥：是指某种性能⽐较突出的⽔泥，如：快硬硅酸盐⽔泥、抗硫酸盐硅酸盐⽔泥、中热硅酸盐⽔泥、膨胀硫铝酸盐⽔泥、⾃应⼒铝酸盐⽔泥等。
2、按其所含的主要⽔硬性矿物，分为：硅酸盐⽔泥、铝酸盐⽔泥、硫铝酸盐⽔泥、氟铝酸盐⽔泥以及以⼯业废渣和地⽅材料为主要组分的⽔泥。⽬前⽔泥品种已达⼀百多种。
四、⽔泥⼯业在国民经济中的地位和作⽤
见书，略
五、⽔泥⼯业发展概况
地窑、⽴窑、湿法回转窑、⼲法回转窑、带余热发电的回转窑、带余热器的回转窑、悬浮预热器回转窑、窑外分解窑，⽬前我国⽇产5000吨熟料的窑外分解窑较多，也有更⾼产量的窑外分解窑。
第⼆章硅酸盐⽔泥国家标准及其⽣产
第⼀节硅酸盐⽔泥的国家标准
硅酸盐⽔泥：是以硅酸钙为主要成分的熟料所制成的⽔泥的总称。
如掺⼊⼀定数量的混合材料，则硅酸盐⽔泥名称前冠以混合材料名称，即得到不同品种的硅酸盐⽔泥，如：矿渣硅酸盐⽔泥、⽕⼭灰质硅酸盐⽔泥、粉煤灰硅酸盐⽔泥等。
根据国家标准，硅酸盐⽔泥和普通硅酸盐⽔泥的定义、标号、品质指标以及验收规则如下：⼀、定义
（⼀）硅酸盐⽔泥
凡是由硅酸盐⽔泥熟料、0~5%⽯灰⽯或粒化⾼炉矿渣、适量的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。
硅酸盐⽔泥分为两种类型：
一次性奶茶杯Ⅰ型硅酸盐⽔泥：不掺混合材料，代号：P·Ⅰ。
Ⅱ型硅酸盐⽔泥：在硅酸盐⽔泥粉磨时掺加不超过⽔泥质量5%的⽯灰⽯或粒化⾼炉矿渣混合材料，代号：P·Ⅱ。
（⼆）普通硅酸盐⽔泥
凡是由硅酸盐⽔泥熟料、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。
掺活性混合材料时，最⼤掺⼊量不得超过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超过⽔泥质量的10%。
（三）组分材料
1、硅酸盐⽔泥熟料
凡以适当成分的⽣料，烧⾄部分熔融，所得以硅酸钙为主要成分的产物称为硅酸盐⽔泥熟料，简称孰料。
2、⽯膏
天然⽯膏，必须符合国家标准的规定。
⼯业副产⽯膏，是⼯业⽣产中以硫酸钙为主要成分的副产品，使⽤时必须经过试验，证明对⽔泥性能⽆害。
3、活性混合材料
是指符合GB1596的粉煤灰，符合GB2847的⽕⼭灰质混合材料和符合GB203的粒化⾼炉矿渣。
4、⾮活性混合材料
活性指标低于GB1596的粉煤灰、GB2847的⽕⼭灰质混合材料和GB203的粒化⾼炉矿渣以及⽯灰⽯和砂岩。⽯灰⽯中的三氧化⼆铝含量不得超过2.5%。
5、窑灰
窑灰是从回转窑窑尾废⽓中收集下来的粉尘。应符合ZBQ12001的规定。
6、助磨剂
⽔泥粉磨时还允许加⼊主要起助磨作⽤⽽不损害⽔泥性能的助磨剂，加⼊量不得超过⽔泥质量的1%。
使⽤助磨剂、⼯业副产⽯膏时，须经省、市、⾃治区以上建材⾏业主管部门批准，投产后定期进⾏质量检查。
文字处理系统⼆、强度等级（即⽔泥的标号）
硅酸盐⽔泥强度等级分为42.5、42.5R、52.5、52.5R、62.5、62.5R。
普通⽔泥强度等级分为42.5、42.5R、52.5、52.5R。
三、技术要求
1、不溶物
Ⅰ型硅酸盐⽔泥不溶物不超过0.75%。
Ⅱ型硅酸盐⽔泥中不溶物不得超过1.50%。
⽔泥中氧化镁含量不超过5.0%。如果⽔泥压蒸性试验合格，则⽔泥中氧化镁含量允许放宽到6.0%。
3、三氧化硫
⽔泥中三氧化硫含量不得超过3.5%。
4、烧失量
Ⅰ型硅酸盐⽔泥烧失量不的⼤于3.0%，Ⅱ型硅酸盐⽔泥烧失量不得⼤于3.5%。普通⽔泥烧失量不得⼤于5.0%。
5、细度
硅酸盐⽔泥⽐表⾯积⼤于300m2/kg，普通⽔泥80µｍ⽅孔筛筛余不得超过10.0%。
6、凝结时间
硅酸盐⽔泥初凝不得早于45分钟，终凝不得迟于390分钟。普通⽔泥初凝不得早于45分钟，终凝不得迟于10⼩时。
7、性
⽤沸煮法检验必须合格。
8、强度
⽔泥强度等级按规定龄期的抗压强度和抗折强度来划分，各强度等级⽔泥的各龄期强度不得低于下表数值（MPa）：
9、碱
⽔泥中碱含量按Na2O+0.658K2O计算值来表⽰。若使⽤活性⾻料，⽤户要求提供低碱⽔泥时，⽔泥中碱含量不得⼤于0.60％或由供需双⽅商定。
四、废品与不合格品
1、废品
凡氧化镁、三氧化硫、初凝时间、性中任⼀项不符合本标准规定时，均为废品。
2、不合格品
凡细度、终凝时间、不溶物和烧失量中的任⼀项不符合本标准规定或混合材料掺加量超过最⼤限量和强度低于商品强度等级的指标时为不合格品。⽔泥包装标志中⽔泥品种、强度等级、⽣产者名称和出⼚编号不全的也属于不合格品。
注意：
1、凝结时间、性、强度是硅酸盐⽔泥和普通硅酸盐⽔泥的三项重要建筑性质指标。
2、凝结时间较短，⽔泥砂浆和混凝⼟在浇灌之前凝结⽽失去流动性，⽆法使⽤；凝结时间过长，则降低施⼯速度，延长模板周转时间。
3、硅酸盐⽔泥熟料初凝时间只有⼏分钟，要加⼊⽯膏进⾏调节，才能达到规定的要求；⽯膏掺⼊量过多，⽔泥强度会降低，还会产⽣性不良，⽔泥终凝时间过长。因此，⽯膏适宜的掺⼊量应通过试验来确定。
4、强度是设计混凝⼟配合⽐的重要数据。⽔泥在⽔化硬化过程中，强度是逐步增长的，⼀般将3天、7天以前的强度称为早期强度，28天及以后的强度称为后期强度。由于⽔泥经28天后强度已⼤部分发挥出来，所以⽤28天强度划分⽔泥的登记。
工艺瓶
第⼆节硅酸盐⽔泥的⽣产
⼀、硅酸盐⽔泥的⽣产⽅法
硅酸盐⽔泥的⽣产分为三个阶段：
1、⽣料制备
⽯灰质原料、粘⼟质原料、少量的校正材料经破碎后按⼀定的⽐例配合、细磨，并经均化调配为成分合适、分布均匀的⽣料。
将⽣料在⽔泥⼯业窑内煅烧，⽣料⾸先分解为氧化钙、三氧化⼆铝、⼆氧化硅、三氧化⼆铁等活性氧化物，然后⾄部分熔融，在熔融状态下进⾏固相反应，⽣成硅酸⼆钙、硅酸酸三钙、铁铝酸四钙、铝酸三钙等矿物，经冷却后得到以硅酸⼆钙、硅酸三钙为主要成分的熟料的过程。
3、⽔泥的制成
将熟料、⽯膏、有时加⼊适量的混合材共同磨细成为⽔泥的过程。
以上三个阶段简称为“两磨⼀烧”。
4、⽔泥⽣产⽅法分类
按煅烧设备分类：
普通⽴窑⽣产、机械化⽴窑⽣产、回转窑⽣产。
按⽣产⽅法分类：
湿法、⼲法两⼤类。
湿法：将原料加⽔粉磨成⽣料浆，再⼊窑煅烧的⽅法称为湿法。
⼲法：将原料烘⼲、粉碎制成⽣料粉，然后⼊窑煅烧的⽅法称为⼲法。
将⽣料加⼊适量的⽔分，制成料球后再⼊窑煅烧，称为半⼲法，也可归⼊⼲法。
⼆、硅酸盐⽔泥⽣产的主要⼯艺过程
见书。第7页
1、⽴窑⽣产
2、窑外分解窑⽣产
第三章硅酸盐⽔泥熟料矿物组成及其配料计算
硅酸盐⽔泥熟料的主要化学成分：
CaO：含量62%~67%；
SiO2：含量20%~24%；
Al2O3：含量4%~7%；
Fe2O3：含量2.5%~15%。
四种氧化物的含量总和在95%以上。
另外，通常还含有：MgO、SO3、K2O、Na2O、TiO2、P2O5等。
第⼀节硅酸盐⽔泥熟料的矿物组成
在硅酸盐⽔泥熟料中，以上氧化物不是单独的以氧化物形式存在，⽽是经⾼温化学反应⽣成的多种矿物的集合体。其结晶细⼩，⼀般为30~60µｍ。山体滑坡监测
⽔泥熟料是⼀种多矿物组成的结晶细⼩的⼈⼯岩⽯。
主要有以下四种矿物组成：
硅酸三钙：分⼦式，3CaO·SiO2，可简写为：C3S；
硅酸⼆钙：分⼦式，2CaO·SiO2，可简写为：C2S；
铝酸三钙：分⼦式，3CaO·Al2O3，可简写为：C3A；
铁相固溶体：通常以铁铝酸四钙（4CaO·Al2O3·Fe2O3）作为代表式，可简写为：C4AF。另外还有：
游离氧化钙（?- CaO）、⽅镁⽯（结晶氧化镁）、含碱矿物和玻璃体。
孰料中C3S和C2S含量约占75%左右，称为硅酸盐矿物；
孰料中C3A和C4AF的理论含量约为22%左右，在⽔泥熟料煅烧过程中与氧化镁、碱等在1250℃~1280℃会逐渐熔融形成液相，促进硅酸三钙的形成，古称熔剂矿物。
⼀、硅酸三钙（C3S）
硅酸三钙（C3S）是硅酸盐⽔泥熟料的主要矿物，含量通常为50%左右，有时甚⾄在60%以上。
纯C3S只有在2065~1250℃温度范围内才稳定。
在2065℃以上不⼀致熔融为CaO和液相。
在1250℃以下时分解为C2S和CaO，但反应很慢。
纯C3S在室温可呈介稳状态存在。
C3S有三种晶系七种变形：
1070℃1060℃990℃960℃920℃520℃
R←----→MⅢ←----→MⅡ←----→MⅠ←----→TⅢ←----→TⅡ←----→TⅠ
R型为三⽅晶系，M型为单斜晶系，T型为三斜晶系，这些变形的晶体结构相近。但有⼈认为，R型和MⅢ的强度⽐T型的⾼。
在硅酸盐⽔泥熟料中，C3S并不以纯的形式存在，总含有少量的氧化镁、氧化铝、氧化铁等，形成固溶体，称为阿利特（Alite）或A矿。
纯C3S在常温下，通常只能为三斜晶系（T型），如含有少量的MgO、Al2O3、Fe2O3、SO3、ZnO、Cr2O3、R2O等氧化物形成固溶体则为M型或R型。由于熟料中C3S总含有MgO、Al2O3、Fe2O3以及其他氧化物，阿利特通常为M型或R型。
纯C3S为⽩⾊，密度为3.14g/cm3，其晶体截⾯为六⾓形或棱柱形。单斜晶系的阿利特单晶为假六⽅⽚状或板状。在阿利特中常以C2S和CaO的包裹体存在。
C3S凝结时间正常，⽔化较快，粒经40~50µm颗粒28d可⽔化70%左右。放热较多，早期强度⾼且后期强度增进率较⼤，28d 强度可达⼀年强度的70%~80%，其28d强度和⼀年强
度在四种矿物中均最⾼。
阿利特的晶体尺⼨和发育程度会影响其反应能⼒，当烧成温度⾼时，阿利特晶形完整，晶体尺⼨适中，⼏何轴⽐⼤（晶体长度与宽度之⽐L/B≥2~3），矿物分布均匀，界⾯清晰，孰料的强度较⾼。
适当提⾼熟料中的硅酸三钙含量，当其岩相结构良好时，可以获得优质孰料。
但硅酸三钙的⽔化热较⾼，抗⽔性较差，如要求⽔泥的⽔化热低，抗⽔性较⾼时，则熟料中的硅酸三钙含量要适当低些。
⼆、硅酸⼆钙
C2S在熟料中含量⼀般为20%左右，是硅酸盐⽔泥熟料的主要矿物之⼀，孰料中硅酸⼆钙并不是以纯的形式存在，⽽是与少量MgO、Al2O3、Fe2O3、R2O等氧化物形成固溶体，通常称为贝利特（Belite）或B矿。
纯C2S在1450℃以下有下列多晶转变。
1425℃1160℃630~680℃<500℃
αα′Hα′Lβγ奇丹茶是什么茶
780~860℃
H---⾼温型， L---低温型
在室温下，α、α′H、α′L、β等变形都是不稳定的，有转变成γ型的趋势。
在熟料中，α型和α′型⼀般较少存在，在烧成温度较⾼、冷却速度较快的熟料中，由于固溶有少量MgO、Al2O3、Fe2O3等氧化物，可以β型存在。通常所指的硅酸⼆钙或B矿即为β型硅酸⼆钙。
α型和α′型C2S强度较⾼，⽽γ型C2S⼏乎⽆⽔硬性。
在⽴窑⽣产中，若通风不良、还原⽓氛严重、烧成温度低、液相量不⾜、冷却较慢，则硅酸⼆钙在低于500℃下易由密度为
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