1、2 硅酸盐水泥生产技术本章学习要点：本章主要学习硅酸盐水泥的组分材料、生产技术要求与指标；熟悉硅酸盐水泥的生产过程、生产方法和特点；明确新型干法水泥生产的技术特征；掌握硅酸盐水泥熟料的组成、性能要求、矿物特性；熟练掌握硅酸盐水泥熟料的率值的计算与控制；可以利用相关计算式对熟料的率值、化学组成、矿物组成进行测算和换算。2.1 硅酸盐水泥生产概述凡由硅酸盐水泥熟料，05%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（国外通称波特兰水泥）。硅酸盐水泥分为两种类型：不掺加混合材料的称 I 型硅酸盐水泥，代号为 PI，在硅酸盐水泥熟料粉磨时掺加不超过水泥质量 5%石灰石或粒化高
2、炉矿渣混合材料的称 II 型硅酸盐水泥，代号为 PII。2.1.1 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（简称熟料）。水泥熟料是各种硅酸盐水泥的主要组分材料，其质量的好坏直接影响到水泥产品的性能与质量优劣。2.1.2 混合材料混合材料是指在粉磨水泥时与熟料、石膏一起加入磨内用以改善水泥性能、调节水泥强度等级、提高水泥产量的矿物质材料，如粒化高炉矿渣、粉煤灰等。根据混合材料的性质及其在水泥水化过程中所起的作用，混合材料分为活性混合材料和非活性混合材料两大类。2.1.3 石膏石膏用作缓凝剂，其作用是调节水泥的凝结时间。适量石膏可以延缓水泥的凝
3、结时间，同时也可提高水泥的强度；石膏一般用天然二水泥石膏，也可用硬石膏（天然无水石膏）或工业副产品石膏。采用工业副产品石膏时，应经过试验证明对水泥性能无害。2.1.4 硅酸盐水泥生产技术要求 技术要求即品质指标，是衡量水泥品质及保证水泥质量的重要依据。水泥质量可以通过化学指标和物理指标加以控制和评定。水泥的化学指标主要是控制水泥中有害成分不超过一定限量，若超过了最大允许限量，即意味着对水泥性能的质量可能产生有害的或潜在有害的影响。水泥的物理指标主要是保证水泥具有一定的物理软科学性能，满足水泥使用要求，保证工程质量。硅酸盐水泥技术指标主要有不溶物、烧失量、细度、凝结时间、安定性、氧化镁含量、三氧
4、化硫含量、碱含量及强度指标。不溶物不溶物是指水泥经酸和碱处理，不能被溶解的残留物。其主要成分是结晶 SiO2, 其次是R2O3（指 Al2O3、Fe 2O3），是水泥中的非活性组分之一。I 型硅酸盐水泥中不溶物不得超过 0.75%，II 型硅酸盐水泥中不溶物不得超过 1.5%。烧失量烧失量是指水泥在 9501000高温下煅烧失去的质量百分数。I 型硅酸盐水泥中烧失量不得大于 3.0%。II 型硅酸盐水泥中烧失量不得大于 3.5%。普通硅酸盐水泥中烧失量不得大于 5.0%。细度细度即水泥的粗细程度，通常用比表面积或筛余百分数表示。水泥细度过粗，不利于水泥活性的发挥；而细度过细时需水量增加，粉磨电
5、耗增加。硅酸盐水泥比表面积大于 300m2/kg，普通水泥 80m 方孔筛筛余不得超过 10.0%。凝结时间水泥凝结时间是水泥从加水开始到失去流动性，从可塑状态发展到固体状态所需要的时间，凝结时间分初凝时间和终凝时间。初凝时间：水泥从加水开始到标准稠度净浆失去流动性并开始失去塑性的时间；终凝时间：水泥从加水开始到标准稠度净浆完全失去塑性，开始产生机械强度的时间。硅酸盐水泥初凝时间不得早于 45min，终凝不得迟于 6.5h，普通硅酸盐水泥初凝时间不得早于 45min，终凝不得迟于 10h。安定性硬化水泥浆体体积变化的均匀性称为水泥体积安定性，简称安定性。安定性一般采用雷氏夹或试饼法、沸煮法检验
6、。若水泥中某些成分的化学反应发生在水泥水化过程中甚至硬化后，产生剧烈而不均匀的体积变化，使建筑物强度明显降低甚至溃裂，这种现象便是水泥安定性不良。引起水泥安定性不良的原因主要是游离氧化钙、氧化镁含量过高或石膏掺量过多。氧化镁含量水泥中氧化镁含量过高时，可能出现游离 MgO 含量过高和方镁石（结晶 MgO）结晶过大，由于其缓慢的水化和体积膨胀将就可能使水泥硬化体结构破坏。游离 MgO 比游离 CaO 更难水化，沸煮法不能检定，必须采用压蒸安定性试验进行检验。水泥中氧化镁的含量不得超过 5.0%，若经压蒸安定性试验合格，则水泥中氧化镁含量允许放宽到 6.0%。三氧化硫水泥中的三氧化硫主要是生产水泥
7、时为调节凝结时间加石膏而带入的。硅酸盐水泥中 SO3含量超过 3.5%后，强度下降，膨胀率上升，可能造成水泥体积安定性不良。因此，水泥中三氧化硫的含量不得超过 3.5%。碱含量水泥中碱含量过高时，若骨料中含在活性成分，可能发生碱集料反应使混凝土破坏。水泥中碱含量按 Na2O0.658K 2O 计算值来表示。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。强度与强度等级水泥强度是水泥度体单位面积上所能承受的外力。是水泥技术要求中最关键的主要性能指标，又是设计混凝土配合比的重要依据。水泥强度以不同龄期抗压强度、抗折强度表示。由于水泥强度随时间逐渐增大，一般称 3d 或 7
8、d 以前的强度为早期强度，28d 及其后的强度为后期强度。水泥到 28d 时强度已大部分发挥出来，以后强度增加缓慢。强度等级是按规定龄期的抗压强度和抗折强度来划分的，硅酸盐水泥划分为42.5、42.5R、52.5、52.5R、62.5、62.5R 六个强度等级，其中 R 型为早强型水泥，其早期强度较高。各强度等级水泥的各龄期强度值不利低于下表数值。抗压强度/MPa 抗折强度/MPa强度等级3d 28d 3d 28d42.5 17.0 42.5 3.5 6.542.5R 22.0 42.5 4.0 6.552.5 23.0 52.5 4.0 7.052.5R 27.0 52.5 50 7.062
9、.5 28.0 62.5 5.0 8. 062.5R 32.0 62.5 5.5 8. 0废品与不合格品凡氧化镁、三氧化硫、初凝时间、安定性中的任一项不符合国家标准规定时，均为废品。凡细度、终凝时间、不溶物和烧失量中的任一项不符合国家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于不合格品。2.2 硅酸盐水泥的生产方法水泥生产方法可简单概括为“两磨一烧”，即生料粉磨、熟料煅烧、水泥粉磨。原料经破碎后，按一定比例配合，经粉磨设备磨细，并配合成为成分合适、质量均匀的生料；生料在水泥窑内煅烧至部分熔融，成为熟
10、料；熟料加入适量石膏和混合材料，经粉磨设备磨细，即为水泥。 硅酸盐水泥的生产主要经过原料破碎、原料预均化、原料配料、生料的粉磨和均化、熟料的煅烧、水泥的粉磨与贮运等主要工艺过程。干法生料粉磨设备有球磨机和立式磨两大类。立式磨通常采用烘干兼粉磨系统，即系统通入热风，在粉磨生料的同时进行烘干；球磨机也可采用烘干兼粉磨系统，或原料预先烘干后再入磨粉磨。熟料煅烧设备有立窑和回转窑两大类。立窑由于生产规模小，熟料质量不均匀，劳动生产率低和劳动强度大等缺点，将逐步淘汰。但我国在相当长的一段历史时期内，立窑仍将继续存在。回转窑的种类较多，其分类如下：湿法长窑湿法回转窑 中空湿法窑湿法短窑干法中空窑回转窑 干
11、法回转窑 带余热锅炉窑 立筒预热器窑悬浮预热器窑预分解窑 旋风预热器窑半干法回转窑： 立波尔窑水泥的粉磨设备也有球磨机和立式磨两大类。 水泥的生产方法按生料制备方法的不同，分为干法，湿法和半干法三大类。将原料先烘干后粉磨或在烘干磨内同时烘干与粉磨成生料粉，喂入干法窑内煅烧成熟料，称为干法生产。如干法中空窑、悬浮预热器窑和预分解窑为干法生产。将生料粉加入适量水分制成生料球，喂入立窑或立波尔窑内煅烧成熟的生产方法为半干法生产。另外，将湿法制备的生料浆脱水后入窑煅烧，称为湿磨干烧，也属半干法生产，亦可将其归入半湿法或湿法。将原料加水粉磨成生料浆后喂入湿法回转窑煅烧成熟料，称为湿法生产。湿法生产由于水
12、分蒸发需要吸收大量气化潜热，因而热耗较高。但湿法粉磨电耗较低，生料易于均化，成分均匀，熟料质量较高，且输送方便，扬尘少，在 20 世纪 30 年代得到迅速发展。半干法生产的立波尔窑是回转窑生产史上的重大发展，回转窑热耗降低了 50%以上。但由于炉篦子加热机的结构和操作较复杂，物料受热不均匀，熟料的质量较差。随着均化技术的发展、收尘设备的改进和一系列新技术的应用，新型干法生产的熟料质量与湿法相当，由于热耗的大幅度降低和单机生产能力的大幅度提高，以悬浮预热和窑外分解技术为代表的新型干法生产技术逐渐成为水泥生产的主导技术。2.3 新型干法水泥生产的技术特征2.3.1 新型干法水泥生产技术新型干法水泥
13、生产技术，就是以悬浮预热和预分解技术为核心，把现代科学技术和工业生最新成就，例如：原料矿山计算机控制网络化开采，原料预均化，生料均化，挤压粉磨，新型耐热、耐磨、耐火、隔热材料以及 IT 技术等广泛应用于水泥干法生产过程，使水泥生产具有高效、优质、节约资源、清洁生产、符合环境保护要求和大型化、自动化、科学管理特征的现代化水泥生产方法。2.3.2 新型干法水泥生产工艺流程2.3.3 新型干法水泥生产的特点新型干法水泥生产的特点在于：产品质量高 由于生料制备全过程广泛采用现代均化技术，生料成分均匀稳定，熟料质量可与湿法生产相媲美；生产能耗低 采用高效多功能挤压粉磨、新型粉体输送设备，大大降低了粉磨和
14、输送电耗；悬浮预热和预分解技术使熟料烧成热耗可降低至 3000kJ/kg 以下，水泥单位电耗降低至90100kW.h/t 以下；环保 有利于低质原燃材料的综合利用，系统 NOx 生成量少，可广泛利用废渣、废料、再生燃料及降解有害废弃物；生产规模大 单机生产能力可达 10000t/d，劳动生产率高；自动化程度高 各种现代控制手段应用于生产全过程，保证生产的均衡稳定，达到优质、高效、低消耗的目的；管理科学化 应用 IT 技术进行有效管理，信息获取、分析、处理的方法科学、现代化；投资大、建设周期长 由于技术含量高，资源、地质、交通运输等条件要求较高，耐火材料消耗大，整体投资大。2.4 硅酸盐水泥熟料
15、的组成2.4.1 熟料的化学组成硅酸盐水泥熟料主要由 CaO、SiO 2、Al 2O3、Fe 2O3四种氧化物组成，含量占 95%以上，此外还有少量其它氧化物。四种主要氧化物含量的波动范围为：CaO 6267% SiO 2 2024%Al2O3 47% Fe 2O3 2.56.0%水泥熟料中各氧化物的含量对水泥的性质有极大影响，从氧化物的含量，大致可推断水泥的性质。2.4.2 熟料的矿物组成硅酸盐水泥熟料中主要由以下四种矿物组成：硅酸三钙 3CaOSiO 2，通常简写为 C3S；硅酸二钙 2CaOSiO 2，通常简写为 C2S；铝酸三钙 3CaOAl 2O3，通常简写为 C3A；铁铝酸四钙 4
16、CaOAl 2O3Fe2O3，通常简写为 C4AF。这四种主要矿物组成决定硅酸盐水泥的主要性质，在硅酸盐水泥熟料中，四种矿物占 95%以上，C 3S 和 C2S 含量约占 75%左右，称为硅酸盐矿物；C 3A 和 C4AF 约占 22%左右，它们在12501280会熔融形成液相，促进 C3S 形成，称为熔剂矿物。通常硅酸盐水泥熟料中，以上四种矿物组成含量波动范围如下：C3S 3760% C 2S 1537%C3A 715% C 4AF 1018%另外，还有少量的游离氧化钙（fCaO）、方镁石（结晶氧化镁）、含碱矿物和玻璃体等。2.4.3 熟料的物理性能要求水泥熟料的性能在很大程度上决定了水泥的
17、性能，熟料是水泥厂的半成品，近年来也越来越多地作为商品出售。JC/8531999 对硅酸盐水泥熟料的物理性能提出了具体要求：初凝时间不得早于 45min，终凝时间不得迟于 390min；沸煮法检验安定性合格；抗压强度不低于下表所列数值：抗压强度/MPa水泥熟料类型 强度等级3d 28d42.5 25 42.552.5 30 52.5通用、中等抗硫酸盐水泥熟料62.5 35 62.542.5 42.552.5 22 52.5中等水化热、高抗硫酸盐水泥熟料62.5 26 62.5熟料应不带有杂物，运输和储存应不与其他物品相混杂。2.4.4 化学成分与矿物组成间的关系熟料中的主要矿物由各主要氧化物经
18、高温煅烧化合而成，熟料矿物组成取决于化学组成，控制合适的熟料化学成分是获得优质水泥熟料的中心环节，根据熟料化学成分也可推测出熟料中各矿物的相对含量高低。氧化钙（CaO）CaO 是水泥熟料中最重要的成分，与其它氧化物形成四种主要矿物。增加 CaO 含量能增加C3S 含量，CaO 含量低则 C3S 低，C 2S 相应增加。一般说来，增加熟料中的 CaO 含量可提高水泥强度，但 CaO 含量过高易产生 fCaO。二氧化硅（SiO 2）SiO2也是水泥熟料的主要成分之一，与 CaO 形成硅酸盐矿物。SiO 2高，C 2S 多，C 3S 低，影响水泥质量，煅烧时液相量少，烧成困难，熟料易“粉化”。 Si
19、O 2低，则硅酸盐矿物少，熔剂矿物增加，会降低水泥强度，煅懂时液相量多，易结大块。三氧化二铝（Al 2O3）与氧化钙、氧化铁生成 C3A、C 4AF。Al 2O3高，C 3A 多，水泥凝结硬化速度快，水化热大，抗硫酸盐性能变差。Al 2O3过高，煅烧时液相粘度大，不利于 C3S 形成，易结大块。三氧化二铁（Fe 2O3）与 CaO、Al 2O3形成 C4AF，增加 Fe2O3，可降低液相粘度，降低熟料烧成温度，加速 C3S 形成，提高水泥抗硫酸盐性能，但凝结硬化变慢。Fe 2O3过高，易结大块。氧化镁（MgO）当熟料中含有少量氧化镁时，能降低熟料液相生成温度，增加液相量，降低液相粘度，有利于熟
20、料形成，还能改善熟料色泽。氧化镁过高会造成水泥安定性不良。碱（K 2ONa 2O）碱易挥发，温度降低时又重新冷凝，易导致结皮、结圈和预热器堵塞。碱含量过高时易使水泥产生急凝，与活性集料产生碱集料反应。三氧化硫（SO 3）适量 SO3在烧成过程中可起矿化剂作用，在水泥中作缓凝剂，SO 3过多会导致安定性不良。氧化钛（TiO 2）少量 TiO2对能提高熟料强度，过高时则会降低水泥强度氧化磷（P 2O5）少量 P2O5对 C 2S 有稳定作用，可提高熟料强度，但过高时会导致 C3S 分解，使强度降低，硬化过程变慢。2.4.5 熟料矿物的特性硅酸三钙硅酸三钙是熟料的主要矿物，其含量通常为 50%左右。
21、硅酸三钙有三个晶系的七种变型，在 1250以下分解为 C2S和 CaO，但反应非常缓慢，使 C3S 在室温下呈介稳状态存在。在硅酸盐水泥熟料中，并不是以纯的硅酸三钙存在，而是以少量的其它氧化物，如 MgO、Al 2O3等形成固溶体，称为 A 矿，或称阿利特。形态：A 矿通常为板状或柱状晶体，在显微镜下大多呈六角形。如右图特性：硅酸三钙凝结时间正常，水化较快，强度发展快，早期强度高，且强度增进率大（28 天强度可达到一年强度的 7080%）。但水化热高，抗水性差。硅酸二钙硅酸二钙在熟料中含量一般为 20%左右，硅酸二钙有四种晶型，C 2S、C 2S、C 2S、C 2S，实际生产的正常熟料以 C
22、2S 存在，当烧成温度低，液相量不足，C2S 含量高，冷却速度慢，窑内还原气氛严重时，C2S 在低于 500时，容易由 C 2S 转变为几乎无水硬性的 C 2S，体积膨胀 10%，造成熟料粉化。液相量较多，采用急冷时，可防止 C2S 晶型转变。熟料中的 C2S 并不是以纯的形式存在，而是溶进少量的其它氧化物形成固溶体，称为 B 矿，或称贝利特。形态：贝利特晶体多数呈圆形或椭圆形，表面光滑或有双晶纹。如右图。特性：B 矿凝结硬化慢，早期强度低，但 28 天以后，强度仍能很快增长，约在一年后可达到 A 矿的强度，B 矿水化热小，抗水性好，因而对大体积工程，适当提高 C2S 含量，降低 C3S 含量
23、是有利的。铝酸三钙硅酸盐水泥熟料中的铝酸钙主要是铝酸三钙和少量七铝酸十二钙（C 12A7），可固溶少量其它氧化物。形态：快冷时呈点滴状，慢冷时呈矩形或柱状，反光能力弱，一般称为黑色中间相。通常在 Al2O3含量较高的慢冷熟料中，才结晶出较完整的大晶体，熟料质量比较差。特性：铝酸三钙水化非常迅速，其强度 3 天内就能充分发挥出来，早期强度高，但绝对值小，后期几乎不再增长，甚至倒缩。水化时放热多，凝结很快，干缩变形大，抗硫酸盐性能差。铁铝酸四钙硅酸盐水泥熟料中含铁矿物比较复杂，为一系列边疆固溶体，常用 C4AF 来代表熟料中的含铁矿物。C 4AF 常固溶少量其它氧化物，称为 C 矿或才利特。形态：
24、C 矿常呈棱柱状和圆粒状晶体，反射能力强，呈白色，称白色中间相。特性：铁铝酸四钙的水化速度在早期介于 C3A 和 C3S 之间硬化较慢，后期强度较高，抗冲击性能和抗硫酸盐性能较好，水化热较低。玻璃体硅酸盐水泥熟料中，除 A 矿和 B 矿外，其它物质统称为中间物质，中间物质在熟料烧成温度下变成熔融液相，冷却时，部分液相结晶，部分液相冷凝成玻璃体。玻璃体的数量随冷却条件而变，急冷熟料中玻璃体含量多。玻璃体处于不稳定状态，水化热大，玻璃体含量过多时会影响水泥的正常颜色。游离氧化钙和方镁石游离氧化钙:当配料不当，生料过粗或煅烧不良时，熟料中出现没有被吸收的以游离状态存在的氧化钙，称为游离氧化钙（fCa
25、O），又称游离石灰。游离氧化钙产生原因：（1）、配料不当，生料过粗或煅烧不良时，煅烧反应不完全，氧化钙没有被完全吸收。（2）还可能由于熟料慢冷或在还原气氛下使 C3S 分解出氧化钙，以及熟料中的碱等取代 C3S、C 2S、C 3A 中的氧化钙，形成二次游离氧化钙。游离氧化钙危害：死烧的游离氧化钙结构致密，水化很慢，水化生成氢氧化钙时体积膨胀97.9%，在硬化水泥石内部产生膨胀应力。因此，随着游离氧化钙增加，抗拉、抗折强度降低，使 3 天以后强度倒缩，严重时引起安定性不良。因此，应严格控制熟料中游离氧化钙含量，一般回转窑熟料控制在 1.0%以下，立窑熟料控制在 2.5%以下。方镁石：方镁石是游离
26、状态的氧化镁晶体。熟料煅烧时，氧化镁有一部分可和熟料矿物结合成固溶体以及溶于液相中，当熟料中含有少量氧化镁时，能降低熟料液相生成温度，增加液相量，降低液相粘度，有利于熟料形成，还能改善熟料色泽。多余的氧化镁结晶出来呈游离状态的方镁石存在。方镁石的水化速度比游离氧化钙更为缓慢，水化生成氢氧化镁时，体积膨胀 148%，会导致安定性不良。方镁石膨胀的严重程度与其含量、晶体尺寸有关，国家标准规定，熟料中氧化镁含量应小于 5%，但如水泥经压蒸安定性检验合格，熟料中氧化镁含量可允许放宽到 6%。2.5 硅酸盐水泥熟料的率值硅酸盐水泥熟料中各氧化物之间的比例关系的系数称作率值。硅酸盐水泥熟料中各氧化物并不是
27、以单独状态存在，而是由各种氧化物化合成的多矿物集合体。因此在水泥生产中不仅控制各氧化物含量，还应控制各氧化物之间的比例即率值。在一定工艺条件下，率值是质量控制的基本要素。因此，国内外水泥厂都把率值作为控制生产的主要指标，我国主要采用石灰饱和系数（KH）、硅率（n）、铝率（p）三个率值。2.5.1 硅酸率硅酸率表示水泥熟料中 SiO2与 Al2O3、Fe 2O3之和的比值，也 表示熟料中硅酸盐矿物与熔剂矿物的比例。常用 n 或 SM 表示。3232FeOAlSiM硅酸率高，硅酸盐矿物含量多，熟料质量高，但烧成困难；硅酸率低，液相量多，易烧性好，但熔剂矿物高，硅酸盐矿物减少，会降低熟料强度，n 过
28、低时易结大块。硅酸盐水泥熟料的 n 波动在 1.72.7 的范围内。2.5.2 铝氧率又称铝率或铁率，表示熟料中氧化铝和氧化铁之比，也表示熟料熔剂矿物中 C3A 与 C4AF 的比例。用 p 或 IM 表示。32OFeAlp 值的大小，一方面关系到熟料水化速度的快慢，同时又关系到熟料液相的粘度，从而影响以熟料煅烧的难易。p 高，C 3A 高，C 4AF 降低，水泥趋于早凝早强，但液相粘度大，不利于C3S 形成；p 低，C 3A 低，C 4AF 提高，水泥趋于缓凝，早强低，煅烧时液相粘度小，有利于 C3S形成，但过低时易结大块。硅酸盐水泥熟料的 p 值波动在 0.91.7 范围内。2.5.3 石
29、灰饱和系数（KH）石灰饱和系数表示熟料中全部氧化硅生成硅酸钙的需的氧化钙含量与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。 233328. )7.056.1(SiOSFeAlCaKH当熟料 p 大于 0.64 时，熟料中的矿物为 C3S、 C 2S 、C 3A、C 4AF；当 p 小于 0.64 时熟料中的矿物为 C3S、 C 2S 、C 4AF、C 2F。当 p0.64 时，石灰饱和系数的表达式为： 233328. )7.010.(SiOSeAlaOKH实际生产的熟料中还可能有 fCaO 和 fSiO 2，则石灰饱和系数表示为： )(8.2
30、)7.035.6122 33Sfi SOFelCaf一般工厂熟料的 fSiO 2和 SO3含量很少，略去 fCaO 时，石灰饱和系数表达式可简化为：23238.5.061SiOFeAlCaKHKH1 时，熟料中硅酸盐矿物全部为 C3S，KH2/30.667 时，硅酸盐矿物全部为 C2S，故KH 值介于 0.6671 之间。KH 高，C 3S 含量多，有利于提高水泥质量，但煅烧困难，热耗高，易产生 fCaO。KH 低则 C2S 高，易烧性好，水化热低，但水泥凝结硬化慢，早期强度低。为保证熟料质量，同时不出现过量 fCaO，通常 KH 值控制在 0.820.96 之间。石灰饱和率（LSF）在国外，
31、尤其是欧美国家大多采用石灰饱和率 LSF 来控制生产，用于限定水泥中的最大石灰含量，其表达式为： 3232265.018 OFeAlSiOCaLFLSF 的含义是熟料中 CaO 的含量与全部酸性组分需要结合的 CaO 含量之比，一般 LSF 高，水泥强度也高。硅酸盐水泥熟料的 LSF 波动在 0.661.02，一般在 0.850.95。2.6 熟料矿物组成的计算与换算2.6.1 硅酸盐水泥熟料矿物组成的计算熟料的矿物组成可用仪器分析，如岩相分析、X 射线分析的红外光谱等分析测定，也可用计算法，根据化学成分或率值计算。根据熟料化学成分或率值计算所得的矿物组成与实际情况有一定出入，但计算结果一般已
32、能说明矿物组成对水泥性能的影响，仍然得到广泛应用。2.6.1.1 化学法其计算公式如下：C3S3.8（3KH2）SiO 2C2S=8.61（1KH）SiO 2当 IM0.64 时，C3A2.65（Al 2O30.64Fe 2O3）C4AF3.04 Fe 2O3当 IM0.64 时C3A1.70（Fe 2O31.57 Al 2O3）C4AF4.77 Al 2O32.6.1.2 代数法当 IM0.64 时：C3S4.07C7.60S6.72A1.43F2.86SO 3C2S8.60S5.07A1.07F2.15SO 33.07C2.87S0.754C 3SC3A2.65A1.69FC4AF3.04
33、FCaSO41.70SO 3当 IM0.64 时：C3S4.07C7.60S4.47A2.86F2.86SO 3C2S8.60S3.38A2.15F2.15SO 33.07C2.87S0.754C 3SC4AF4.77FC2F1.70（F1.57A）CaSO 41.70SO 32.6.2 熟料化学组成、矿物组成与率值的换算2.6.2.1 由矿物组成计算率值 SCKH2356.180AFnSM430.4.)(AFCpI415)(2.6.2.2 由率值计算化学组成 35.16.2)1(8.2(3 pnpKHOe33FeAlSiO2n（Al 2O3Fe 2O3）CaO（SiO 2Al 2O3Fe 2
34、O3）2.6.2.3 由率值计算矿物组成 35.16.2)1(8.2(3 pnpKHFeCaOSiO 2Al 2O3Fe 2O3C4AF3.04Fe 2O3C3A(2.65P1.69)Fe 2O3C2S8.61n(P1)（1KH）Fe 2O3C2S3.80n(P1)（3KH2）Fe 2O3学习小结通用水泥有七大品种：硅酸盐水泥、普通硅酸盐水泥、矿渣硅酸盐水泥、火山灰硅酸盐水泥、粉煤灰硅酸盐水泥、复合硅酸盐水泥、石灰石硅酸盐水泥。其中硅酸盐水泥生产量大、使用面最广，是重要的建筑和工程材料。硅酸盐水泥用代号 PI 或代号 P1I 表示，它的基本组分材料是硅酸盐水泥熟料、混合材料(石灰石或粒化高炉矿
35、渣)、石膏。硅酸盐水泥熟料是一种由主要含CaO、SiOz、Alz03、Fez03 的原料按适当比例配合磨成细粉(生料)烧至部分熔融，所得以主要矿物为 C3S、C2S、C3A、C4AF，另外还有少量的游离氧化钙(厂 CaO)、方镁石(即结晶氧化镁)、含碱矿物以及玻璃体等成分的水硬性胶凝物质。混合材料是用以改善水泥性能、调节水泥标号、提高水泥产量的矿物质材料，如粒化高炉矿渣、石灰石等。石膏是用作调节水泥凝结时间的组分，是缓凝剂；同时适量的石膏也可以提高水泥的强度。硅酸盐水泥的技术指标主要有不溶物、烧失量、细度、凝结时间、安定性、氧化镁含量、三氧化硫含量、碱含量及强度指标。硅酸盐水泥(PI、P)的强
36、度等级分425、425R、525、525R、625、625R 共六个，其中 R 型属早强型水泥。不符合标准规定的水泥称为废品或不合格品。硅酸盐水泥的生产过程通常可分为三个阶段：生料制备、熟料煅烧、水泥制成及出厂。水泥的生产方法主要取决于生料制备的方法及生产的窑型。按生料制备的方法来分，可分为湿法、干法；按煅烧熟料窑的结构来分，可分为湿法回转窑生产、半干法回转窑(立波尔窑)生产、干法回转窑(普通干法回转窑)生产、立窑生产、新型干法水泥生产。新型干法水泥生产的特点是：优质、低耗、高效、环保、装备大型化、生产控制自动化、管理科学化，但投资大、建设周期较长。硅酸盐水泥熟料中的 CaO、SiOz、AIz
37、03、Fez03 总量在 95以上。少量的其他氧化物，如 MgO、S03、NazO、KzO、TiOz、P205 等，它们的总量通常占熟料的 5以下。游离氧化钙、方镁石对水泥安定性产生不良影响。在一定的工艺条件下，各氧化物的含量和彼此之间的比例关系的系数即率值是水泥生产质量控制的基本要素。国内水泥厂都把率值作为控制生产的主要指标。目前主要采用石灰饱和系数(KH)、硅率(n、铝率(p 三个率值。利用相关计算式可以对熟料的率值、化学组成、矿物组成进行测箅和换算。问题与讨论1硅酸盐水泥的技术指标有哪些?为何要作出限定或要求?2简述硅酸盐水泥生产工艺过程及原料。3试比较各种水泥生产方法的特点，并简述水泥
38、生产方法的发展趋势。4试用框图(文字和箭头、线段)形式分别表示立窑、预分解窑的基本生产工艺流程。5简述水泥生产的主要工序名称。6何谓安定性?如何判别水泥的安定性是否良好?7影响水泥安定性的因素有哪些?为确保水泥安定性良好应作哪些限量要求?8生产中如何避免所生产的硅酸盐水泥出现废品?9怎样理解“预分解窑生产线是中国水泥工业发展的基本方向”这句话的含义?10硅酸盐水泥熟料通常由哪些矿物组成?如果采用萤石一石膏作复合矿化剂生产硅酸盐水泥熟料，其熟料可能的矿物是哪些?11简述硅酸盐水泥熟料中四种主要矿物的特性。12试就熟料的矿物组成及含量范围说明为什么一般来说回转窑熟料的强度常常较立窑的熟料强度高。1
39、3在熟料煅烧之前配入的氧化钙含量较高时，将对熟料烧成和水泥性质有何影响?如果过低如 w(CaO)60 95，情况又会怎样?14当 CaO 含量一定时，若增大 SiOz 含量对熟料烧成和水泥质量有何影响?适宜的Si02 含量又是多少?15简要说明 KH、硅率、铝率的物理含义。16熟料 KH 和 LSF 在概念上有何不同?KH 为什么不能大于 1 而 LSF 可以大于 1717已知某厂熟料的化学组成为：Si02 A1203 Fe203 CaO MgO2198 612 431 6580 102计算其矿物组成(IM064)。18已知某厂的熟料矿物组成为：C3 S C2 S C3A C4AF f-CaO5330 2115 910 1369 120计算熟料的化学成分和三个率值(IM064)。
