水泥熟料煅燒（課堂PPT）

1、1四、硅酸鹽水泥熟料的煅燒四、硅酸鹽水泥熟料的煅燒生料在加熱過程中，依次發(fā)生生料在加熱過程中，依次發(fā)生干燥、粘土礦物脫干燥、粘土礦物脫水、碳酸鹽分解、固相反應(yīng)、熟料燒結(jié)及熟料冷卻水、碳酸鹽分解、固相反應(yīng)、熟料燒結(jié)及熟料冷卻等重要的物理化學(xué)反應(yīng)。這些反應(yīng)過程的反應(yīng)溫度、等重要的物理化學(xué)反應(yīng)。這些反應(yīng)過程的反應(yīng)溫度、反應(yīng)速度及反應(yīng)產(chǎn)反應(yīng)速度及反應(yīng)產(chǎn) 物不僅受原料的化學(xué)成分和礦物物不僅受原料的化學(xué)成分和礦物組成的影響，還受反應(yīng)時(shí)的物理因素諸如生料粒徑、組成的影響，還受反應(yīng)時(shí)的物理因素諸如生料粒徑、均化程度、氣固相接觸程度等的影響。均化程度、氣固相接觸程度等的影響。 P1772 1. 干燥干燥排除生料

2、中自由水分的工藝過程稱為干燥。排除生料中自由水分的工藝過程稱為干燥。 自由水分的蒸發(fā)溫度一般為自由水分的蒸發(fā)溫度一般為27-150左右。左右。 當(dāng)溫度升高到當(dāng)溫度升高到100-150時(shí)，生料自由水分全部被排除。時(shí)，生料自由水分全部被排除。 自由水分蒸發(fā)熱耗大。每千克水蒸發(fā)潛熱高達(dá)自由水分蒸發(fā)熱耗大。每千克水蒸發(fā)潛熱高達(dá)2257 kJ(在在100下下)。 生料中還有一定量的水分生料中還有一定量的水分u干法窯生料含水干法窯生料含水90% MgO、MnO、Fe2O3、CaS、FeS、TiO2等等質(zhì)量系數(shù)質(zhì)量系數(shù)=（CaO+MgO+Al2O3）/（SiO2+MnO）活性礦渣質(zhì)量系數(shù)活性礦渣質(zhì)量系數(shù)1.

3、2，非活性礦渣質(zhì)量系數(shù)，非活性礦渣質(zhì)量系數(shù)1.234天然：火山灰、火山凝灰?guī)r、浮石、硅藻土、硅藻石等天然：火山灰、火山凝灰?guī)r、浮石、硅藻土、硅藻石等人工：燒粘土、活性硅質(zhì)渣、粉煤灰、燒頁巖等。人工：燒粘土、活性硅質(zhì)渣、粉煤灰、燒頁巖等?；鹕交屹|(zhì)混合材火山灰質(zhì)混合材凡天然的及人工的以氧化硅、氧化鋁為主要成分的凡天然的及人工的以氧化硅、氧化鋁為主要成分的礦物質(zhì)原料，磨成細(xì)粉加水后并不硬化，但與石灰礦物質(zhì)原料，磨成細(xì)粉加水后并不硬化，但與石灰混合后再加水拌和，則不但能在空氣中硬化，而且混合后再加水拌和，則不但能在空氣中硬化，而且能在水中繼續(xù)硬化者稱為火山灰質(zhì)混合材。能在水中繼續(xù)硬化者稱為火山灰質(zhì)混合

4、材。35燃煤發(fā)電廠電收塵器收集的細(xì)灰燃煤發(fā)電廠電收塵器收集的細(xì)灰 主要化學(xué)成分：主要化學(xué)成分：SiO2、Al2O3、Fe2O3、CaO 物相組成：玻璃體物相組成：玻璃體6085%；結(jié)晶化合物；結(jié)晶化合物 1030%；未燃盡碳約；未燃盡碳約5%。類別類別CaO含量含量來源來源活性活性低鈣粉煤灰低鈣粉煤灰10%無煙煤燃燒所得副產(chǎn)品無煙煤燃燒所得副產(chǎn)品較低較低高鈣粉煤灰高鈣粉煤灰1530%褐煤和次煙煤燃燒所得的副產(chǎn)品褐煤和次煙煤燃燒所得的副產(chǎn)品較高較高粉煤灰粉煤灰36（2 2）混合材）混合材混合材磨細(xì)后與石灰和石膏拌合，加水后既能在水中混合材磨細(xì)后與石灰和石膏拌合，加水后既能在水中又能在空氣中硬化的

5、稱為活性混合材。又能在空氣中硬化的稱為活性混合材。與水泥成分不起化學(xué)作用或化學(xué)作用很小的稱為非活性混合材。與水泥成分不起化學(xué)作用或化學(xué)作用很小的稱為非活性混合材。磨細(xì)石英砂、石灰石、慢冷礦渣等磨細(xì)石英砂、石灰石、慢冷礦渣等作用：作用：提高水泥產(chǎn)量，減少水化熱，降低水泥標(biāo)號。提高水泥產(chǎn)量，減少水化熱，降低水泥標(biāo)號。37（2 2）混合材）混合材天然石膏或工業(yè)副產(chǎn)石膏（天然石膏或工業(yè)副產(chǎn)石膏（CaSO4，CaSO42H2O）作用：作用：調(diào)節(jié)凝結(jié)時(shí)間，提高早期強(qiáng)度，降低干縮變形，調(diào)節(jié)凝結(jié)時(shí)間，提高早期強(qiáng)度，降低干縮變形，改善耐久性、抗?jié)B性等性能，對混合材起活性激發(fā)作用。改善耐久性、抗?jié)B性等性能，對混合

6、材起活性激發(fā)作用。（3 3）石膏）石膏38六、硅酸鹽水泥的水化與硬化六、硅酸鹽水泥的水化與硬化6.1 水泥熟料礦物的水化水泥熟料礦物的水化注意：硅酸三鈣水化產(chǎn)物組成不是固定的，和水固比、溫度注意：硅酸三鈣水化產(chǎn)物組成不是固定的，和水固比、溫度、有無其它離子參與和水化條件有關(guān)。、有無其它離子參與和水化條件有關(guān)。2C3S + 6H2O 3CaO 2SiO2 3H2O + 3Ca(OH)2 1.硅酸三鈣的水化硅酸三鈣的水化水泥與水接觸時(shí)，水泥中的各組分與水的反應(yīng)稱為水泥與水接觸時(shí)，水泥中的各組分與水的反應(yīng)稱為水化水化。水泥水泥cement水泥漿水泥漿Cement paste+水水凝結(jié)凝結(jié)硬化硬化水泥

7、石水泥石Hardened cement pasteP19739C C3 3S S水化過程階段劃分水化過程階段劃分初始水解期初始水解期：加水后：加水后立即發(fā)生急劇反應(yīng)，立即發(fā)生急劇反應(yīng)，持續(xù)時(shí)間短（持續(xù)時(shí)間短（15min),15min),又稱誘導(dǎo)前期。又稱誘導(dǎo)前期。誘導(dǎo)期：誘導(dǎo)期：反應(yīng)緩慢，持續(xù)反應(yīng)緩慢，持續(xù)2-4h2-4h，又稱靜止期。是硅酸鹽水，又稱靜止期。是硅酸鹽水泥漿能在幾小時(shí)內(nèi)保持塑性的原因。初凝時(shí)間基本上相當(dāng)泥漿能在幾小時(shí)內(nèi)保持塑性的原因。初凝時(shí)間基本上相當(dāng)于誘導(dǎo)期的結(jié)束。于誘導(dǎo)期的結(jié)束。40C3SC3S水化過程階段劃分水化過程階段劃分加速期：加速期：反應(yīng)重新加快，反應(yīng)速率隨時(shí)間增長

8、，出現(xiàn)第二個(gè)反應(yīng)重新加快，反應(yīng)速率隨時(shí)間增長，出現(xiàn)第二個(gè)放熱峰，峰頂時(shí)本階段結(jié)束（放熱峰，峰頂時(shí)本階段結(jié)束（4-8h4-8h）。終凝已過，開始硬化）。終凝已過，開始硬化. .衰退期：衰退期：反應(yīng)速率隨時(shí)間下降（減退期）。持續(xù)反應(yīng)速率隨時(shí)間下降（減退期）。持續(xù)1224h1224h，水，水化作用逐漸受擴(kuò)散速率控制?；饔弥饾u受擴(kuò)散速率控制。穩(wěn)定期：穩(wěn)定期：反應(yīng)速率很低、基本穩(wěn)定，水化作用完全受擴(kuò)散速反應(yīng)速率很低、基本穩(wěn)定，水化作用完全受擴(kuò)散速率控制。率控制。41 C2SC2S水化過程與水化過程與C3SC3S極為相似，也有誘導(dǎo)期、加速期等，但極為相似，也有誘導(dǎo)期、加速期等，但水化速度不同。其原因是兩

9、者的晶體構(gòu)造不同造成。水化速度不同。其原因是兩者的晶體構(gòu)造不同造成。二者反應(yīng)產(chǎn)物都是二者反應(yīng)產(chǎn)物都是水化硅酸鈣和氫氧化鈣水化硅酸鈣和氫氧化鈣。水化硅酸鈣的化學(xué)。水化硅酸鈣的化學(xué)組成、結(jié)晶程度都不固定，尺寸很小，接近膠體，難以精確區(qū)組成、結(jié)晶程度都不固定，尺寸很小，接近膠體，難以精確區(qū)分。為了表示連續(xù)范圍的組成和結(jié)構(gòu)，將水化硅酸鈣統(tǒng)稱為分。為了表示連續(xù)范圍的組成和結(jié)構(gòu)，將水化硅酸鈣統(tǒng)稱為水水化硅酸鈣凝膠化硅酸鈣凝膠（C-S-H)C-S-H)。2C2S + 4H2O 3CaO 2SiO2 3H2O + Ca(OH)2 2. 硅酸二鈣的水化硅酸二鈣的水化42 C3A C3A在硅酸鹽水泥熟料礦物中的水

10、化能力最強(qiáng)，但在飽和石在硅酸鹽水泥熟料礦物中的水化能力最強(qiáng)，但在飽和石灰溶液中顯著減慢。其水化產(chǎn)物組成與結(jié)構(gòu)決定于溶液中氧化鈣灰溶液中顯著減慢。其水化產(chǎn)物組成與結(jié)構(gòu)決定于溶液中氧化鈣和氧化鋁離子濃度與溫度。和氧化鋁離子濃度與溫度。C3A + 6H2O 3CaO Al2O3 6H2O4C4AF + 7H2O 3CaO Al2O3 6H2O + CaO Fe2O3 H2O 3. 鋁酸三鈣的水化鋁酸三鈣的水化 4. 鐵鐵鋁酸四鈣的水化鋁酸四鈣的水化433CaO Al2O3+ 3(CaSO4 2H2O) + 2426H2O 3CaO Al2O3 3CaSO4 3032H2O 水泥拌水后，首先是水泥拌水

11、后，首先是C3AC3A，以后，以后C4AFC4AF與與C3SC3S分別與水很快反分別與水很快反應(yīng)，應(yīng)，C3SC3S水化時(shí)析出水化時(shí)析出CH,CH,同時(shí)，摻加的石膏也迅速溶解于水。同時(shí)，摻加的石膏也迅速溶解于水。3CaO3CaO Al2O3Al2O3 3 3CaSO4CaSO4 30 303232H2OH2O簡寫為簡寫為AftAft，稱為三（高）硫型，稱為三（高）硫型水化硫鋁酸鈣，因其成分及結(jié)構(gòu)與天然的鈣礬石相似，所以水化硫鋁酸鈣，因其成分及結(jié)構(gòu)與天然的鈣礬石相似，所以又稱為又稱為鈣礬石鈣礬石，針狀晶體。，針狀晶體。5.2 硅酸鹽水泥的水化硅酸鹽水泥的水化44（1）凝結(jié)：）凝結(jié)：水泥加水拌和后，

12、成為可塑的漿體，逐漸變水泥加水拌和后，成為可塑的漿體，逐漸變稠，失去塑性，但尚不具有強(qiáng)度的過程。稠，失去塑性，但尚不具有強(qiáng)度的過程。（2）硬化：）硬化：隨后產(chǎn)生明顯的強(qiáng)度，并逐漸發(fā)展而成為堅(jiān)隨后產(chǎn)生明顯的強(qiáng)度，并逐漸發(fā)展而成為堅(jiān)硬的人造石。硬的人造石。5.3 硅酸鹽水泥的硬化硅酸鹽水泥的硬化 1. 概念概念45水泥與水拌和，水水泥與水拌和，水泥顆粒以分散狀態(tài)泥顆粒以分散狀態(tài)存在于水中（瞬間存在于水中（瞬間過程）過程） 2. 過程過程水泥水泥水水46水化初期，反應(yīng)比較迅速水化初期，反應(yīng)比較迅速，由于各種水化物溶解度，由于各種水化物溶解度很小，很快在水泥顆粒周很小，很快在水泥顆粒周圍達(dá)到過飽和，析

13、出以圍達(dá)到過飽和，析出以C-S-H為主體的半滲透膜層為主體的半滲透膜層，包裹在水泥顆粒表面。，包裹在水泥顆粒表面。水泥水泥水水水化硅酸鈣水化硅酸鈣47半滲透膜層的形成降低了半滲透膜層的形成降低了各種離子從外向內(nèi)和離子各種離子從外向內(nèi)和離子從內(nèi)向外擴(kuò)散的速度，水從內(nèi)向外擴(kuò)散的速度，水化反應(yīng)變慢，水份滲入膜化反應(yīng)變慢，水份滲入膜層以內(nèi)進(jìn)行的水化反應(yīng)使層以內(nèi)進(jìn)行的水化反應(yīng)使膜層向外增厚。膜層向外增厚。48膜層內(nèi)部由于結(jié)晶壓力的膜層內(nèi)部由于結(jié)晶壓力的產(chǎn)生導(dǎo)致膜層向外突出并產(chǎn)生導(dǎo)致膜層向外突出并在其弱點(diǎn)上發(fā)生破裂，使在其弱點(diǎn)上發(fā)生破裂，使水泥與水迅速而廣泛的接水泥與水迅速而廣泛的接觸，反應(yīng)進(jìn)入加速期。觸

14、，反應(yīng)進(jìn)入加速期。49生成較多的凝膠和生成較多的凝膠和CH等等相互接觸連生，構(gòu)成貫相互接觸連生，構(gòu)成貫穿于整個(gè)漿體的網(wǎng)狀結(jié)穿于整個(gè)漿體的網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，不斷充實(shí)，使?jié){體構(gòu)，不斷充實(shí)，使?jié){體具有一定強(qiáng)度。具有一定強(qiáng)度。50未水化水泥顆粒未水化水泥顆粒水化產(chǎn)物層厚度和致密度水化產(chǎn)物層厚度和致密度不斷增加，水泥漿體趨于不斷增加，水泥漿體趨于硬化，水泥顆粒內(nèi)部的水硬化，水泥顆粒內(nèi)部的水化愈加困難，進(jìn)入擴(kuò)散控化愈加困難，進(jìn)入擴(kuò)散控制期。制期。51（a a）分散在水中未水化的水泥顆粒）分散在水中未水化的水泥顆粒（b b）在水泥顆粒表面形成水化物膜層）在水泥顆粒表面形成水化物膜層（c c）膜層長大并互相連接）膜層

15、長大并互相連接（凝結(jié)）（凝結(jié)）（d d）水化物進(jìn)一步發(fā)展，填充毛細(xì)孔）水化物進(jìn)一步發(fā)展，填充毛細(xì)孔( (硬化硬化) )11水泥顆粒水泥顆粒 22水分水分 33凝膠凝膠 44晶體晶體 55水泥顆粒的未水化內(nèi)核水泥顆粒的未水化內(nèi)核66毛細(xì)孔毛細(xì)孔52（1 1）是由表及里進(jìn)行的。）是由表及里進(jìn)行的。（2 2）水分和溫度是硅酸鹽水泥凝結(jié)硬化的必要條件。）水分和溫度是硅酸鹽水泥凝結(jié)硬化的必要條件。（3 3）水泥的水化、凝結(jié)硬化是一個(gè)連續(xù)的過程，水化是水泥）水泥的水化、凝結(jié)硬化是一個(gè)連續(xù)的過程，水化是水泥產(chǎn)生凝結(jié)硬化的必要條件，而凝結(jié)硬化是水泥水化的必然產(chǎn)生凝結(jié)硬化的必要條件，而凝結(jié)硬化是水泥水化的必然結(jié)

16、果。結(jié)果。（4 4）硬化后的）硬化后的水泥石水泥石包含有凝膠體、結(jié)晶體、未水化的水泥包含有凝膠體、結(jié)晶體、未水化的水泥內(nèi)核、水和孔隙。內(nèi)核、水和孔隙。（5 5）影響水泥凝結(jié)速率和硬化強(qiáng)度的因素很多，除了熟料礦）影響水泥凝結(jié)速率和硬化強(qiáng)度的因素很多，除了熟料礦物本身結(jié)構(gòu)，它們相對含量及水泥磨粉細(xì)度等這些內(nèi)因外物本身結(jié)構(gòu)，它們相對含量及水泥磨粉細(xì)度等這些內(nèi)因外，還與外界條件如溫度、加水量以及摻有不同量的不同種，還與外界條件如溫度、加水量以及摻有不同量的不同種類的外加劑等外因密切相關(guān)類的外加劑等外因密切相關(guān)。53膠體膠體晶體晶體水化硅酸鈣凝膠水化硅酸鈣凝膠 70%70%水化鐵酸鈣水化鐵酸鈣Ca(OH)2 Ca(OH)2 六方片狀晶體六方片狀晶體水化鋁酸鈣水化鋁酸鈣 六方晶體六方晶體鈣釩石鈣釩石 針狀晶體針狀晶體 3. 凝結(jié)硬化產(chǎn)物凝結(jié)硬化產(chǎn)物54水化反應(yīng)產(chǎn)物電鏡照片(1)水泥漿掃描電鏡照片（水泥漿掃描電鏡照片（7d齡期齡期）C-S-H鈣礬石鈣礬石掃描電鏡是用極細(xì)的電子束在樣品表面掃描，將產(chǎn)生的掃描電鏡是用極細(xì)的電子束在樣品表面掃描，將產(chǎn)生的二次電子用特制的探測器收集，形成電信號運(yùn)送到顯像二次電子用特制的探測器收集，形成電信號運(yùn)送到顯像管，在熒光屏上顯示物體。管，在熒光屏上顯示物體。55水化反應(yīng)產(chǎn)物電鏡照片(2)CH Crystal C