1、水泥課程培訓資料第一章緒論一、膠凝材料的定義和分類膠凝材料凡能在物理、化學作用下，從漿體變成堅固的石狀體，并能膠結其他物料（其他物料叫骨料）而具有一定機械強度的物質，統稱為膠凝材料。膠凝材料可分為無機和有機兩大類。瀝青和樹脂屬有機。無機按硬化 條件又可分為水硬性和非水硬性兩種。 水硬性膠凝材料在拌水后既能在空氣中硬化又能在水中硬化， 通稱為水泥 非水硬性膠凝材料只能在空氣中硬化而不能在水中硬化，故稱為氣硬性膠凝材料。二、膠凝材料發展簡史膠凝材料的發展，有著極為悠久的歷史：1. 石器時代，距今 4000-10000 年，人們就用粘土來抹砌建筑物，有時還加稻草、谷殼皮等拌和加筋，這在落后 的農村還

2、能見到。但未經煅燒的粘土強度很低，經不起雨淋。2. 隨著火的發現，在公元前 2000-3000 年，我國、埃及、希臘以及羅馬等就開始利用經過煅燒所得的石膏或石灰石來調制砌筑砂漿。如埃及的金字塔，我國的萬里長城等都是石膏、石灰作為膠凝材料建造的。3.隨著生產的發展，到公元初，希臘以及羅馬在石灰中加火山灰來提高強度，且能抵御淡水和鹽水的侵入。4. 到 18 世紀的后半期，先后出現了水硬性石灰和羅馬水泥。19 世紀初期（ 1810-1825 ），用人工配合原料，經煅燒磨細制成水硬性膠凝材料。 因為這種膠凝材料凝結后外觀顏色與當時建筑上常用的英國波特蘭島出產的石灰 石相似，故稱之為波特蘭水泥，我國叫硅

3、酸鹽水泥。波特蘭水泥 膠凝材料凝結后外觀顏色同英國波特蘭島出產的石灰石相似，故稱之為波特蘭水泥。硅酸鹽水泥出現后，隨著應用的需要出現了不同品種的水泥。如快硬水泥、抗硫酸鹽水泥、低熱水泥和油井水泥。 1907-1909 年發明低堿鋁酸鹽水泥，具早強快硬的特性。膠凝材料發展簡史經歷著：天然膠凝材料（如粘土）石膏、石灰石灰、火山灰水硬性石灰、天然 水泥硅酸鹽水泥不同品種水泥的各個階段。三、水泥的定義和分類水泥凡細磨成粉末狀，加入適量水后成塑性漿體，既能在空氣中硬化又能在水中硬化，并能將砂、石等散粒 狀或纖維材料牢固地膠結在一起的水硬性膠凝材料，通稱為水泥。水泥分類：水泥的種類很多，一般有兩種分法。目

4、前品種已達 100 多種。 一是按用途分，可分為通用水泥、專用水泥和特性水泥三大類。通用水泥包括硅酸鹽水泥、普通硅酸鹽水泥、火 山灰水泥、礦渣水泥、粉煤灰水泥等；專用水泥包括油井水泥、砌筑水泥等；特性水泥包括快硬水泥、抗硫酸鹽 水泥、低熱礦渣水泥、自應力鋁酸鹽水泥、膨脹水泥等。二是按組成成分分，分為硅酸鹽水泥、鋁酸鹽水泥、硫酸鹽水泥等。四、水泥在國民經濟中的重要性水泥是建筑材料之一，屬原材料工業，是建筑工業三大基本材料之一。其使用廣、使用量大，素有“建筑工 業的糧食”之稱。水泥在國民經濟中占有重要的地位（ GDP 不高），也是其他工業的晴雨表，即其他工業發展 較快時水泥用量即大；區域經濟發達的

5、地方其用量就大。全國 GDP60% 以上集中在華東六省市，而全國 60% 新 型干法生產線也建在華東六省市。科學發展到今天，有許多都能找到替代的材料，而水泥目前在世界上還找不到 能替代的材料。但水泥工業所排放的粉塵是全國工業排放的40%，CO2、NO2 的排放及溫室氣體效應都占有一定的份額。五、水泥工業發展概況1877 年用回轉窯燒制熟料獲得專利權 立窯 由德國人發明于 1884 年，不久便傳入中國 1910 年立 窯出現了機械化（立窯有土立窯、機立窯、半機械化立窯） 1928 年出現 立波爾窯 二次大戰后，第三次 產業革命推動了水泥工業發展，50年代初懸浮預熱器窯（簡稱 SP窯）開始應用一一

6、60年代初，電子計算機技術在水泥工業得到應用 1971 年日本在聯邦德國的懸浮預熱器技術上開發了 窯外分解技術（就現在的新型干 法） 70 年代中期先進的水泥廠實現計算機的集中控制。我國水泥工業經歷的發展史：第一階段： 1950 年前以立窯為主發展階段1889年唐山啟新洋灰公司（今冀東水泥）開始生產水泥，1907年廣東士敏土廠繼澳門青洲英坭廠和唐山細 綿土廠之后采用立窯建廠；1917年德國人在山東青島創辦立窯廠； 1921年致敬洋灰股份有限公司在山東濟南也 開始籌辦一個立窯水泥廠。1938年抗日戰爭全面爆發，由于當時設備制造和采購條件極差，建設資金又十分短缺，于是在敵后廣大地區開始興建立窯水泥

7、廠，在 35年內就辦起了 6個立窯廠，這就是中國水泥史上興辦立窯廠的第一個高潮。第二階段：1990年前各種窯型齊發展，立窯占主導地位50年代中期開始試制濕法窯和半干法立波爾窯成套設備一一50到60年代，依靠自己設計力量進行預熱器窯的試驗一一70年代初進行預分解窯的開發工作，并建了幾條立筒預熱器窯和旋風預熱器窯一一70年代末加快了新型干法的引進，78年起先后引進了 20004000t/d 生產線的成套設備一一 80到90年代各類窯型齊發展， 立窯占主導地位一一90年代末新型干法發展開始升溫。第三階段：2000年后新型干法發展“如火如荼”全國水泥產量：單位億噸1952196019761987199

8、0200020012002200320040.030.050.4701.862.55.976.277.058.639.41949年中華人民共和國成立時共有8個立窯水泥廠，它們是：四川省嘉華水泥廠、湖南省零陵水泥廠、陜西省白水水泥廠、甘肅省窯街水泥廠、云南省昆明水泥廠、貴州省貴陽水泥廠、山東省濟南水泥廠、山西省口泉水泥廠，這些廠的年水泥生產能力總共為7.2萬噸。1953年，全國小水泥產量僅 5萬噸，1955年為12萬噸，占水泥總產量的比例波動在1%3%之間。“文革”前夕全國立窯水泥廠僅200多家，到1976年立窯水泥廠發展到 3000多家。1973年小水泥產量達到1965萬噸，首次超過大水泥產量

9、，占總產量的53% ; 1976年小水泥產量已達到2911萬噸，占總產量的 62%。到1990年左右小水泥產量比例曾達到85%以上。浙江省水泥產量： 2000 年水泥總產量為 4257 萬噸；2001 年水泥總產量為 4763 萬噸；2002 年水泥總產量為 5793 萬噸； 2003 年水泥總產量為 7140 萬噸； 2004 年產量會超 9000 萬噸， 產能達 1 億多噸（ 6000 萬噸新型干法 +4000 萬噸的其它窯型）第二章硅酸鹽水泥的發展硅酸鹽水泥是以硅酸鈣為主要成份的熟料所制得水泥的總稱，在國外稱為波特蘭水泥。 根據國標規定，不 摻混合材的叫硅酸鹽水泥； 摻了 15% 以下混

10、合材的叫普通硅酸鹽水泥， 簡稱普通水泥。 摻什么混合材在前面冠以 混合材的名稱：如仍以礦渣水泥、火山灰水泥等。當熟料成分硅酸鈣為主，但適當調整熟料礦物組成，加石膏或 摻少量某些外加劑，使水泥性能有某種特殊性質或用途的，在前面冠以特殊性質或用途名，如抗硫酸鹽水泥、低 熱水泥和油井水泥。硅酸鹽水泥生產基本方法：1標準：要生產產品就要有標準，那么各品種水泥都有國家標準。GB175 1999 （新標準）根據國家標準規定硅酸鹽水泥標號分P.O425 、525 、625 、725 四個標號；普通水泥標號分 P.O325 、425 、525、625、725五個標號；市場上還有 P.C復合水泥、R425 （早

11、強水泥）水泥強度有 3 天、 7 天和 28 天三個齡期的抗壓、抗折強度指標。單位為 Mpa 表示。2 生產方法 ：硅酸鹽水泥生產分三個階段：生料置備、熟料燒成、水泥粉磨。生料制備方法的不同有干法和濕法兩種：干法將原料烘干粉磨后經均化入窯煅燒；濕法將原料加水粉磨成料漿均化后入窯煅燒；入窯水分32-34%半干法將原料烘干粉磨后的生料加水后入窯煅燒。水分10-12% 。3工藝過程： 生產方法不同工藝過程不同。 一般新型干法過程為：原料破碎原料均化原料配合原 料烘干粉磨生料均化入窯煅燒熟料冷卻水泥粉磨水泥包裝或散裝出 廠。（二磨一燒）燃料破碎均化儲存粉磨入窯或入分解爐第三章硅酸鹽水泥熟料組成水泥質量

12、主要決定于熟料質量。優質熟料有合適的礦物組成和巖相結構。硅酸鹽水泥熟料主要有 CaO、Si02、Fe2O3、AI2O3四種氧化物組成，在熟料中占 95%，另5%為其他氧化 物，如 MgO 、 SO3 等。1 礦物組成：水泥熟料經高溫煅燒后， CaO、SiO2、Fe2O3、AI2O3四種氧化物不是以單獨的氧化物存在，而是 以兩種或兩種以上的氧化物反應生成的多種礦物集合體。硅酸鹽水泥熟料中主要形成四種礦物：硅酸三鈣，3CaO SiO2,簡寫C3S，占5060%，稱阿利特（Alite ）或A礦；硅酸二鈣，2CaO SiO2，簡寫C2S,占2025%，稱貝利特（Belite ）或B礦；鋁酸三鈣，3Ca

13、O AI2O3, 簡寫C2A,占510% ;鐵相固溶體，通常以鐵鋁酸四鈣表示，4CaO AI2O3 Fe2O3,簡寫C4AF,占1015%，稱才利特（ Celite ）或 C 礦。2 熟料率值：水泥熟料是一種多礦物集合體，而這些礦物又是由四種氧化物化合而成。因此在熟料生產控制中， 不僅要控制氧化物含量， 還要控制氧化物間的比例即率值。 熟料率值有三個， 各國學者因認識不同采用形式不一， 我國采用飽和比KH、硅酸率SM、鋁氧率IM （AM ）三大率值。硅酸鹽水泥三大率值為：KH=0.910 0.02 （LSF 也有表示）SM=2.70 0.10IM=1.70 0.10第四章硅酸鹽水泥的原料及配料

14、生料配料根據水泥品種、原料性能和生產方法確定的所用原料配合比稱為生料配料。1 酸鹽水泥的原料 ：水泥品種、生產方法的不同，配料所需的原料也不同。 水泥品種有：硅酸鹽水泥、普通水泥、復合水泥、特種水泥等。 生產方法有：濕法、干法、半干法。原料現按市場上應用最多的普通水泥為品種，生產方法為新型干法作為介紹：(1 )石灰石：水泥中用量最大的原料，配料中占 80%左右，生產1t水泥需1.2t石灰石，故多數大型水泥生產線都 建在石灰石礦山附近。 石灰石原料提供的化學成份主要為 CaO，理論含量為56%，礦山儲量有B、C、D級之分， 一般CaO含量大于50%且有害成份少為上等原料。(2 )硅質原料：主要為

15、粉砂巖或粘土原料，配料中占810%，主要化學成份為SiO2，要求含量為50%70%。(3 )鋁質校正原料：主要為頁巖或粉煤灰等， 配料中占68%，主要化學成份為AI2O3，要求含量為40%60%。(4) 鐵質原料：主要為鐵粉或銅礦渣的工業性廢料， 配料中占34%，主要化學成份為Fe2O3，要求含量為50% 70% 。(5) 燃料：采用煤種有煙煤和無煙煤，多數廠采用煙煤，無煙煤、劣質煤采用在新型干法上是近年發展的技術； 以前有采用燒油的，白水泥為了白度多數為燒油的；機立窯采用煙煤。(6) 粉磨水泥時，還需加石膏(CaSO4 2H2O)和混合材，混合材可采用有活性的工業廢渣，如電廠的粉煤灰、 鋼廠

16、的礦渣。機立窯、立波爾窯的生產原料與上述有差異，采用的硅質原料粘土，要求有塑性，需成球，如機立窯 的配料原料為石灰石、粘土、鐵粉外，還有螢石和石膏等外加劑，黑生料法還把煤也配在原料中一起粉磨。2. 原料配比： 一般石灰石 :粘土質原料(硅質和鋁質合稱粘土質):鐵質原料(校正原料) =80%:16%:4% 。熟料料耗為1.55-1.65 。配料計算就是為了確定配比。第五章硅酸鹽水泥熟料的煅燒熟料煅燒顧名思義是將生的燒成熟的。煅燒因窯型不同而有差異。目前國內窯型有濕法窯；干法窯，干法中有中空窯、SP(不帶分解爐)、新型干法窯；半干法中有立窯、立波爾窯。現介紹幾個重要溫度：1.CaCO3 CaO+C

17、O2 分解溫度為890 C，MgCO3 MgO+CO2 分解溫度為590因此分解爐的溫度控制為900 C左右；2.2.C3S在出現液相以后才能形成，液相溫度為1250 C,故熟料燒成溫度為 1300 C1450 C (物料溫度)。3. C3S C2S C3A C4AF最低共熔溫度1338 C,故低于此溫度礦物形成就有困難。前段時間有低溫煅燒文章介紹，低于 1300 C對熟料質量有影響。水泥窯氣體溫度高達1700 C,物料溫度高達1400 C,經水泥窯處理的廢棄物不會造成二次污染。由于垃圾焚燒爐的焚燒溫度低于水泥窯， 往往會造成二次污染， 目前發達國家都有采用水泥窯代替焚燒爐處理垃圾的趨勢。第六

18、章粉磨工藝1. 水泥粉磨有三大塊：生料、水泥、燒成用煤（機立窯除外）。生產每噸水泥要粉磨 3噸各種物料，粉磨電耗占 總電耗的6070%。因此節電在粉磨；節煤在燒成。2. 粉磨形式：有開流，圈流（閉路），設備有球磨、立磨、輥壓機。3. 水泥細度：水泥顆粒大小與水化的關系：v 10um，水化最快；3 30um是水泥主要活性部分；60um，水 化緩慢；90um，表面水化，只起微集料作用。水泥比表面積與水泥有效水化的關系：300m2/Kg 時，有44%發生水化；700m2/Kg 時，有80%發生水化；1000m2/Kg 時，有9095%發生水化。水泥細度過細，需水量增加，將使硬化水泥漿體因水分過多引起

19、收縮而降低強度，故不是越細越好。第七章生產控制與均化生產控制與均化是水泥正常生產、穩定和提高水泥質量的關鍵。進廠原燃料控制一一生料質量控制（在原料中SiO2、AI2O3含量穩定時控制 TcaCO3和Fe2O3；在不穩定時控制CaO、SiO2、Fe2O3、AI2O3四種氧化物含量。水分、細度）一一熟料質量控制（升重、fCaO、強度）水泥質量控制（細度和比表面、SO3、強度）燒成系統（溫度、壓力）。第八章硅酸鹽水泥的水化和硬化水泥加適量水拌和后，便形成能粘結砂石料的可塑性漿體，隨后通過凝結硬化逐漸變成有強度的石狀體。同時還伴隨著水化放熱和體積變化的現象。著說明產生了復雜的物理、化學與物理化學力學的

20、變化。這個過程比 較復雜，因此叫水化理論。水泥產生早期強度的主要是C3A和C4AF，因此要提高早期強度主要是增加其含量；后期強度靠C2S和C3S，尤其是C2S后勁比較足，理論說幾年后還發揮強度。X瑩光分析儀就是用來測定熟料礦物的水化速率。熟料礦物水化程度%礦物3天7天28天3月6月C3S33.242.365.592.293.1C2S6.79.610.327.027.4C3A78.176.479.788.390.8C4AF64.366.068.886.589.4水化與細度、水灰比、溫度的關系：細度越細，反應物的比表面越大，水化速率越快；水灰比適中，0.25 0.27，過低影響速率，過高影響強度；

21、溫度升高，水化加快。冬季施工要注意保養。水泥設備學、熱工過程及設備1、粉碎機械粉碎機械包括破碎和粉磨。粉碎過程：固體物料在外力的作用下，克服了內聚力使之碎裂的過程，稱為粉碎過程粗碎破碎到 100mm左右中碎 -破碎到 30mm左右破碎細碎破碎到 3mm左右粗磨 -粉磨到 0.1mm 左右細磨粉磨到 60um左右粉碎粉磨超細磨一一粉磨到 5um以下粉碎比：匸D/d物料粉碎前的大小與粉碎后的大小之比，用來說明粉碎過程的變化情況粉碎方法：有擠壓法、沖擊法、磨剝法、劈力法。物料易碎性一一物料粉碎難易程度，稱易碎性；物料易磨性一一物料粉磨難易程度，稱易磨性。破碎設備種類：破碎機有顎式、圓錐式、輥式、錘式

22、、反擊式、反擊錘破等，每種破碎機都有自己的一套工 作原理，常用的有顎破和反擊錘破。根據物料分有：石灰石破碎機、砂頁巖破碎機、石膏破碎機、煤破碎機，破 碎機的選型要根據物料性質定。粉磨設備種類：球磨和立磨，近年還增加了一些新設備，如輥壓機、筒滾磨等。根據物料分有：原料磨（或生料磨）、水泥磨和煤磨。2、篩分選粉機械篩分選粉機械主要篩分和選粉兩類。篩分是較大顆粒的分選，選粉是較細顆粒的分選。篩分：主要有回轉和振動，如水泥回轉篩和振動篩，以前小廠石灰石破碎也有用振動篩分選的。選粉：有旋風式、離心式、組合式，也有高效的以某種形式冠名選粉機等。現大型的新型干法主要看原料磨 和煤磨及水泥磨的方案怎么定，其選

23、粉機的形式跟著確定。3、兩相流體力學及設備水泥工業中兩相流體指的是流體（氣體和液體）和固體。兩相流體設備：流體分級設備，上面所說的空氣選粉機、收塵設備、氣力輸送設備（空氣斜槽）4、混合均化設備混合均化設備主要指新型干法中的石灰石、煤、各種輔助原料堆取料機、生料均化設備等。5、起重運輸機械 起重設備為設備檢修、維修設備，有起重行車、電動葫蘆、單梁、雙梁等；運輸機械為皮帶機、提升機、螺 旋機、鏈式輸送機等。6、儲料及喂料設備在水泥廠各種物料都要進行貯存和喂料，因此設備也比較多。石灰石喂料的有重型板喂機；輔助原料喂料的有輕型板喂機； 粉狀喂料的有葉輪給料機； 按牽引件形式分有：帶式、板式、鏈式；轉動

24、式有：螺旋、轉筒、葉輪、圓盤；還有振動式。7 、熱工過程及設備 （粗略了解） 氣體力學在窯爐中的應用；燃料在在窯爐中的煅燒；固體燃料的燃燒設備（三、四通道噴煤管） ；傳熱學，講 導熱、對流換熱、輻射換熱及綜合傳熱。熱工設備是窯和爐，新型干法窯是回轉窯，爐是分解爐。分解爐承擔的功能是完成90%以上的物料分解任務，溫度為950 C左右；回轉窯承擔的功能是熟料的燒成任務，溫度為1450 C左右。8、近幾年新開發的設備近幾年新開發的設備可以突出兩個字：大和新，如今設備之大是前所未有的；新設備層出不窮。主要有：5m 多球磨機、磨輥直徑 3m 多的立磨、 直徑 110m 均化庫的堆取料機、 大型破碎機、

25、大型輥壓機 （國外是 1700X1800 ;國內是1200 X800 ）;粉磨技術中有南京院開發的筒滾磨技術，等等。國內設備配置比較先進的、也是代表以后一段時期發展方向的為江西亞東，江西亞東水泥公司2 X4200t/d線分別于2000年7月和2003年9月投產，采用的是德國 KHD洪堡威達克設備： 原料終粉磨： RP20170/180 型輥壓機反擊式錘磨， Sepmaster 高效選粉機； 5級洪堡型預熱器和PYRDCLON低氮氧化物分解爐，南京院分解爐也是洪堡技術的消化吸收；天津院 TDF分解爐是日本 DD 消化吸收技術； PYRORAPID二檔支撐的超短窯 4.8 X52m，國內都為 4.

26、8 X70 （74 ） m三檔支撐，主要是進一步節省投資； PYROJET低氮氧化物燃燒器，注重于環保，以后NOx的排放要收費，0.60.8元/Kg，一條5000t/d線每年排放收費為 200 萬元左右。 水泥半終粉磨：RP20 170/180型輥壓機，V型選粉機， 4.2 X13m球磨，Sepmaster高效選粉機。這些配置是代表先進生產力和以后發展趨勢的設備技術。9、 5000t/d 的設備配置省略10 、硅酸鹽系列水泥的成分、特性的適用范圍（一）硅酸鹽水泥 PI 、PII2.水化熱高鋼筋混凝土及預應力混凝土結構，成分：3. 耐凍性好包括受循環凍融的結構及早期強1.水泥熟料及少量石膏（I型

27、4. 耐熱性差度要求較高的工程2.水泥熟料、 5%以下混合材料、 適5. 耐腐蝕性差2. 配制建筑砂漿量石膏 （n型6. 干縮較小不適用處：主要特征：適用范圍：1. 大體積混凝土工程1. 早期強度高1 .制造地上地下及水中的混凝土、2.受化學及海水侵蝕的工程（二）普通水泥 （P.O）1. 早強適用范圍：成分：2. 水化熱較高與硅酸鹽水泥基本相同在硅酸鹽水泥中摻活性混合材料3. 耐凍性較好不適用處：6%15%或非活性混合材料 10%4.耐熱性較差同硅酸鹽水泥以下5. 耐腐蝕性較差主要特征：6. 干縮較小（三）礦渣水泥（P S）4. 對硫酸鹽類侵蝕抵抗力和抗水性凝土結構成分：較好3.蒸汽養護的構件

28、在硅酸鹽水泥中摻入 20%0%的5. 抗凍性較差4.一般地上地下和水中的混凝土及粒化高爐礦渣6. 干縮較大鋼筋混凝土結構主要特征：7. 抗滲性差5 .有抗硫酸鹽侵蝕要求的工程1. 早期強度低，后期強度增長較快8. 抗碳化能力差6. 配建筑砂漿2. 水化熱較低適用范圍：不適用處：3. 耐熱性較好1. 大體積工程1. 早期強度要求較高的混凝土工程2 .高溫車間和有耐熱耐火要求的混2.有抗凍要求的混凝土工程（四）火山灰水泥（P P）成分：在硅酸鹽水泥中摻入 20%50%火山灰質混合材料主要特征：1.早期強度低，后期強度增長較快2.水化熱較低3.耐熱性較差4.對硫酸鹽類侵蝕抵抗力和抗水性較好5.抗凍性較差(五)粉煤灰水泥(P F)成分：在硅酸鹽水泥中摻入20%40%粉煤灰主要特征：1.早期強度低，后期強度增長較快2.水化熱較低3.耐熱性較差6.干縮較大7.抗滲性較好適用范圍：1.地下、水中大體積混凝土結構2.有抗滲要求的工程3.蒸汽養護的工程構件4.有抗硫酸鹽侵蝕要求的工程5.一般混凝土及鋼筋混凝土工程4.對硫酸鹽類侵蝕和抗水性較好5.抗凍性較差6.干縮較小7.抗碳化能力較差適用范圍：1.地上、地下、水中和大體積混凝