水泥基本知识讲座

水泥基本知识讲座

一水泥定义，分类和命名及发展简史

水泥是一水硬性胶凝材料。凡磨成粉末状，加入适量水后，可成塑性浆体，能在空气中凝结硬化又能在水中继续硬化，并能将沙石等.材料胶结在一起的水硬性凝材料，通称水泥。

水能按用途和性能可分三类：

１）通用水泥：用于一般土木建筑工程的水能；

２）专用水泥：专门用途的水泥；

３）特性水泥：某种性能比较突出的水泥；

为了命名的需要和方便，在水泥分类的基础上，又将水泥按主

要水硬性物质分为硅酸盐水泥，铝酸盐水泥，硫铝酸盐水泥氟

铝酸盐水泥和以火山灰性或潜在水硬性材料以及其他活性材料

为主要主分的水泥等五种。同时对水泥技术特性给予明确地划

分，如快硬性分特快硬和快硬两类；水化热分中热和低热两类；

抗硫酸盐性分抗硫酸盐和高抗硫酸盐两类；膨胀性分膨胀和自

应力两类等。

三类水泥分别以水泥的主要水硬性矿物.混合材料.用途和主要

特性命名。

通用水泥以水泥主要水硬性矿物冠以混合材名称或其他适当名称命名。包括硅酸盐水泥。普通硅酸盐水泥。矿渣硅酸

盐水泥。复合硅酸盐水泥。

专用水泥以其专门用用途命名，并冠以不同型号。例如A

级油井水泥，砌筑水泥。

特性水泥以水泥主要水硬性矿物冠以水泥主要特性命名。并可冠以不同型号或混合材命名。如快硬硅酸盐水泥，底热矿渣硅酸盐水泥，膨胀流铝酸盐水泥等。

以火山灰性或潜在水硬性材料以及其他活性为主要成分的水泥，是以主要成分的名称冠以活性混合材的名称命名，也可冠以特性名称，如石膏矿渣水泥，石灰火山灰水泥。

人工配料制造水泥始于何时至今没定论。文献记载认为１９世纪２０年代人们开始制造水泥了。１８２４年，英国人获得制造波特兰水泥专利。因水泥凝结硬化后，其外观颜色和性质与波特兰岛石头相似而得名。我国称硅酸盐水泥。世界上，１８８５年出现回转窑；１９１０开始实现机立窑生产水泥；１９７０年出现了窑外分解技术。

我国第一台普通立窑于１８７６年在河北唐山建成投产，当时叫启新洋灰公司。１９０６年公司从丹麦引进第一条回转窑。１９４０年在山西泉镇建成一台年产３万吨的盘式机立窑。到１９４９年，全国仅有中小型水泥厂３８座，只能生产普通水泥和矿渣水泥两个品种。总生产能力近３１５万吨，实际生产能力只有６６万吨。

解放后我国，水泥工业发展突飞猛进。水泥总产量连续多年居世界第一。

水泥生产工艺

水泥生产过程大体分为三个阶段：先是把石灰石、粘土、铁粉等几种原料按适当比例配合，在磨机中磨成生料；然后把制得的生料送入窑内煅烧成以硅酸钙为主要万分的熟料；最后将熟料配以适量的石膏和混合材料磨成细粉即得水泥。以上生料制备、熟料煅烧和水泥粉磨三个阶段可以概括为“两磨一烧”。实际上，水泥的生产过程还有许多工序和中间环节，所谓“两磨一烧”不过是将主要工序和环节高度概括而已。

水泥的生产方法，按生料的制备过程可分为湿法、干法和半干法三种。

湿法：是在生料磨内加入水将配合的各种原料磨成含32%～38%水分的生料将，再送入窑内煅烧。湿法生产具有生料成分易于控制，产品质量较高，料浆输送方便，操作简单等优点。，但由于要蒸发多余的水分需消耗很多热量，其热耗要比干法生产高出2000～3000kJ/kg熟料。当前，由于能源日益紧缺，湿法窑正逐步为新型干法窑所取代。

干法：干法制行的生料是粉状的，可以直接喂入回转窑内煅烧成熟料，再粉磨制成水泥。立筒预热、旋风预热以及理代先进的窑外分解窑，熟料热耗仅为3000～3500kJ/kg，单机产量高。原始的中空回转窑已被淘汰。先进的干法生产工

艺是当代工业的主流，是水泥工业节能挖潜的主要方向，有着广阔的发展前景。

半干法：其特点介于干法和湿法生产之间，它是将干生料加水成球（水分13%左右）后入窑煅烧。可以用立波尔窑或机立窑。主要优点是单机产量较高而热耗较低。

水泥生产方法，也可以按煅烧熟料的窑炉划分为回转窑和机立窑两种。

回转窑：前已述及，有干法、湿法和半干法之分。世界上最大的湿法回转窑在美国，规格φ6.4m×232m，台时产量150吨，日产3600吨熟料；世界上最大的立波尔窑在日本，规格φ5.3m×100m，台时产量117吨；带窑外分解炉和预热器的回转窑，如我国的冀东、宁国等水泥厂，规格φ4.7m ×74m，台时产量167吨，日产4000吨。

机产窑：70年代在国际上发达的工业国家，立窑大部分被淘汰，而在我国却因国情得到了迅速发展，理在全国约有7000多条生产线。今后主要发展φ2.5～3.0m×10m的机立窑，逐步淘汰直径2.2米以下的普通立窑和机立窑。

机立窑有许多优点：投资少，建厂快；传热效率高，热耗较低；原料来源广泛，可以充分利用工业废料等。其缺点是生产规模水，劳动生产率低，熟料质量不够稳定。

机立窑生产工艺可分为白生料、半黑生料和全黑生料等。在生产上用得最多的是半黑生料和全黑生料。

白生料工艺是煅烧所用的煤不与生料共同粉磨，全部在成球前经配煤系统按比例与生料配合，混合成球后入窑煅烧。

半黑生料工艺是将煅烧需要的煤，一部分与原料一起入磨制成半黑生料，另一部分在成球时配入，然后入窑煅烧。

全黑生料是将煅烧用煤全部与原料一起入磨，使煤粉均匀地分布在和恶意中入窑煅烧。

总之，回转窑和机立窑各有特色，均能烧出高质量的水泥熟料。

通用水泥的定义与品质要求

通用水泥主要是指GB175-92、GB1344-92和GB12958-91规定的硅酸盐水泥、普通水泥、矿渣水泥、粉煤灰水泥、火山灰水泥和复合水泥，共六大类水泥。

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，称为硅酸盐水泥。硅酸盐水泥分两种类型，不掺加混合材的称Ⅰ型硅酸盐水泥，

代号P.Ⅰ；在硅酸盐水泥粉磨时掺加不超过水泥重量5%的石灰石或粒化高炉矿渣混合材料的称Ⅱ型硅酸盐水泥，代号P.Ⅱ。

2.普通硅酸盐水泥

凡由硅酸盐水泥熟料、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。

掺活性混合材时，最大掺量不得超过15%，其中允许用不超过水泥重量5%的窑灰或不超过水泥重量10%的非活性混合材料来代替。

掺非活性混合材料进最大掺量不得超过水泥重量的10%。

3．矿渣硅酸盐水泥

凡由硅酸盐水泥熟料和粒化高炉矿渣、适量石膏磨细制成的水凝性胶凝材料称为矿渣硅酸盐水泥（简称矿渣水泥），代号P.S。水泥中粒化高炉渣按重量百分比计为20%～70%。允许用石灰石、窑类、粉煤灰和火山灰质混俣材料中的一种材料代替矿渣，代替数量不得超过水泥重量的8%。替代后水泥中粒化高炉矿渣不得少于20%。

4．火山灰质硅酸水泥

凡由硅酸盐水泥熟料和火山灰质混合材料、适量石膏磨细制成的水硬性胶凝材料称为火山灰质硅酸盐水泥（简称火

山灰水泥），代号P.P。水泥中火山灰质混合材料掺加量按重量配比计为20%～50%。

5．粉煤灰硅酸盐水泥

凡由硅酸盐水泥熟料和粉煤灰、适量石膏磨细制成的水硬性胶凝材料称为煤灰硅酸盐水泥（简称粉煤灰水泥），代号P.F。水泥中粉煤类掺加量按重量百分比计为20%～40%。

6．复合硅酸盐水泥

凡由硅酸盐水泥熟料、两种或两种以上规定的混合材料、适量石膏磨细制成的水硬性胶凝材料，称为复合硅酸盐水泥（简称复合水泥），代号P.C。水泥中混合材料总掺加量按质量百分比应大于15%，不超过50%。

水泥中允许用不超过8%的窑灰代替部分混合材料；掺矿渣时混合材料掺量不得与矿渣硅酸盐水泥重复。

六大类通用水泥品质指标列于表1-1。

上述六大类水泥的品质指标除强度、氧化镁、三氧化硫、烧失量、不溶物等达到表1-1所列数值外，安定性、凝结时间、细度等达到以下要求：

（1）安定性：用沸煮法检验必须合格；

（2）凝结时间：初凝不得早于 4.5min，终凝不得迟于10h，P.C不得迟于12h；

（3）细度：80μm方孔筛筛余不得超过10%；

（4）碱含量：按Na2O＋0.658K2O计算值表示，其值由

供需双方商定。

废品水泥和不合格品水泥的判定规则为：

凡氧化镁、三氧化硫、初凝时间、安定性中的任一项不符合标准规定均为废品。

凡细度、终凝时间中的任一项不符合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标号规定的指标时称为不合格品。水泥包装标志中水泥品种、标号、工厂名称和出厂编号不全的也属不合格品。

对水泥质量的总要求

对水泥质量的总要求是指水泥的可用性、可靠性、安全性、适用性和可维修性等。具体来说，至少应做到以下两点：1．水泥各项质量指标必须全部达到国家（或行业）标准规定

（1）水泥各龄期抗压、抗折强度都必须合格。若发现在一个龄期的强度达不到国家标准规定，即判为不合格品。

（2）水泥的安定性良好。水泥的安定性是指水泥加水后体积变化的均匀性。安定性合格是对水泥质量的最基本的要求。安定性不合格的水泥为废品，不允许再进行包括各龄期强度在内的其它质量指标的检验。

（3）水泥初凝和终凝时间符合要求。从水泥加水拌和

时间算起，到净浆开始完全失去塑性的时间为初凝时间；从水泥加水拌和算起到净浆完全失去塑性的时间为终凝时间。规定凝结时间，主要是为了方便施工操作。初凝时间不能太早，否则水泥将会硬化在搅拌机、运输车中，或者在振捣、抹平过程中硬化，来不及施工。同时，终凝时间也不能太迟，否则会影响施工进度，多占用模具。初凝时间不符合标准要求的水泥为废品水泥。

（4）水泥细度。标准规定几种通用水泥的细度≤10%。细度超过允许范围为不合格品。水泥越细，凝结、硬化越快，早期强度高

有利于水泥的安定性。过细，易干缩变形，抗渗、抗侵蚀和耐磨性降低。

（5）水泥的标准稠度与流动度。都是表示水泥的塑性、流动性的指标，它们直接影响水泥混凝土的和易性。标准稠度一般是用达到一定流动性需要多少拌和水来测定，需要的拌和水量（即需水量）愈少，表示水泥样品的流动性愈好。

流动度是水泥加入一定量的标准砂后，再加水拌成水泥砂浆，使水泥砂浆达到一定的流动性能（瞬时达到一定的坍落面积）需要的拌和水量。需要的拌和水量愈少，其流动性能愈好。

（6）化学成分符合要求。这是为了保证水泥的安定性与耐久性。

MgO：P.Ⅰ、P.Ⅱ、P.O水泥和P.S、P.F、P.C水泥熟料中不超过5.0%；若压蒸安定性合格可以放宽至6.0%。否则为废品水泥。

SO3：六大通用水泥一般不应超过3.5%；只有P.S水泥不应超过4.0%。

烧失量：P.Ⅰ水泥不大于3.0%；P.Ⅱ水泥不大于3.5%；P.O水泥不大于5.0%。

不溶物：P.Ⅰ水泥不大于0.75%；P.Ⅱ水泥不大于1.50%.

碱含量：供需双方商定。若使用活性骨料、用户要求低碱时，碱含量（Na2O＋0.658K2O）不得大于0.60%。

袋重与标志：随机抽样，20袋水泥总重不低于1000kg；一袋不低于49kg。包装标志应齐全。

2．水泥主要质量参数应符合《水泥企业质量管理规程》的要求

（1）出厂水泥合格率100%。

（2）28天抗压富裕强度（2.5MPa）合格率100%。

（3）袋重合格率100%。

（4）28天抗压强度控制值≥水泥国家标准规定值＋富裕强度值＋3S。

S=

式中：S——月（或一统计期）平均28天抗压强度标标

准准偏差；

Ri—试样28天抗压强度值，MPa；

R—全月（或全统计期）样品28天抗压强度平均值，Mpa；

n——样品数，n≥10，当小于10时与下月合并计算。

（5）28天抗压强度月（或一统计期）平均变异系数（Cv）目标值不大于3.3%。

（6）均匀性试验的28天抗压强度变异系数（Cv）目标值不大于3.0%。

（7）出窑熟料游离氧化钙f-CaO，回转窑<1.5%,立窑<3.0%；出窑熟料标号，回转窑≥575号，立窑≥550号。

表1-1六大类通用

石灰石原料

目前我国干法水泥厂用的天然不灰质原料是石灰石。是水泥熟料氧化钙的主要来源。生产中用的最多的一种原料。一般1T熟料约用1.3～1.5T石灰石干原料。占生料总量80%以上。

石灰石比重价于2.6～2.8之间泥灰岩略少，水份与气候有关，一般少1%，泥灰岩略高。普氏硬度f为8～10，抗压强度随其构造和孔隙率变化很大。在300～1700kg/cm2纯，石灰石是白色致密块状，同含有不同的杂质量青灰、灰黑、淡黄或线红色，常见为青灰色。石灰石通常含有白云石、炼

石、粘土、石（结晶SiO2）及硫酸钙（CaSO4、2H2）等杂质。纯白云石（CaCO3、MgCO3）无色或白色一般灰白色，同杂质时存在浅黄色或浅红色。炼石主要成份SiO2通常为褐黑色，凸出在石灰石的表面或结核状参杂在中间质地很硬。固石英晶体，其发育完整。耐磨性强，高反应能力差，对熟料质量影响很大，石英也有以上弊端，所以根据经验、炼石、石英<4%以下。

石灰石作为主要原料，应对它的种类、成因类型及表面特征有较详尽地了解，因它对对泥制造过程工艺手段有着很大的关系。也是过建设现代化水泥厂的先决条件。

石灰石与泥灰岩的分类

石类岩的工业勘探中特规定：

MgO≤3.0 K2O＋Na2O≤0.8%

SiO2<4.0% q-<0.015%

据地质部门的资料，控制钾、钠的含量，熟是控制CaO 含量，钾、钠一般由泥灰层或山皮土带入，因此，泥质含量商时，钾钠含量也高，据流计其关系为：

CaO 52% 50% K2O＋Na2O

0.3

0.5

实际上对石灰中f-SiO2控制不科学。

1．无准确的f-SiO2测定方法。

2．SiO2存在形式二种，一种是氧化物矿物如另一种为硅酸盐矿物。

3．<20L/m的石英颗粒对，粉磨及煅烧无影响。

因此对石灰选择最终依据为磨性及易烧性验。控制据国外资料CI-≯0.015，否则会外氧以致堵塞管道。目前国内分析况差

铁质校正原料：主要补充生料中的Fe2O3含量不足，凡含Fe2O3较高的矿石或废渣都可以作为铁质原料。目前水泥厂使用的有：硫铁矿渣（铁粉）、铜矿渣等。硅原校正原料有：硅藻土、石藻石、含SiO2多的粘土、硅质渣、砂岩等。砂岩是结晶SiO2对粘磨，煅烧不利，故一般不采用。

铝质校正原料有含Al2O3比较多的炉渣、煤砰石、铁矾土和铝矾土等。

校正原料品质要求：

二缓凝剂

在水泥工业中，缓凝剂是石膏，它可以延缓水泥的凝结速度，增进水泥的强度以及改善水泥此性能的作用。如降低干性，提高耐蚀性和抗冻性等。我国下部分采用天然石膏，化学成份是CaSO4·2H2O，要求CaSO4·2H2O含量>65%，相当于SO3>30%，其缓凝的主要机理。在石灰——石膏溶液中，石膏与水化铝酸钙作用生成水化硫铝酸钙溶解度较低。从而降低液体中C3A浓度，阻止水化很块的C3A 所引起快凝作用：生成的水化硫铝酸钙包覆在水泥表面成成一层不易透水的薄膜，减慢了C3A、C3S等熟料中快凝矿物的水化作用，从而延缓了凝结过程。提高强度作用：SO3能与C3A、C4AF生成针状的硫铝酸钙，这种水化物强度很高且含结晶水多，在同样水灰比下降低水泥石，从而提高强度。

SO3过高造成安定性不良，水与Ca3A 反应生成钙矾石，产生膨胀造成。

三、主要原料中几种成份的控制

用了现代水泥生产的主要石灰石、粘土等，它们在自然界中很难保持绝对的纯净，总有杂质存在，杂质有些对水泥生产有利，有些无影响，有些则对生产不利，所以采用原料时要对某些微量成分限制，控制范围如下：