水泥的工业生产方法

水泥的工业生产是以石灰石和粘土为主要原料，经破碎、配料、磨细制成生料，然后喂入水泥窑中煅烧成熟料，再将熟料加适量石膏(有时还掺加混合材料或外加剂)磨细而成。

一、水泥的生产方法

水泥生产随生料制备方法不同，可分为干法(包括半干法)与湿法(包括半湿法)两种。

⒈干法生产。将原料同时烘干并粉磨，或先烘干经粉磨成生料粉后喂入干法窑内煅烧成熟料的方法。但也有将生料粉加入适量水制成生料球，送入立波尔窑内煅烧成熟料的方法，称之为半干法，仍属干法生产之一种。

新型干法水泥生产线指采用窑外分解新工艺生产的水泥。其生产以悬浮预热器和窑外分解技术为核心，采用新型原料、燃料均化和节能粉磨技术及装备，全线采用计算机集散控制，实现水泥生产过程自动化和高效、优质、低耗、环保。

新型干法水泥生产技术是20世纪50年代发展起来，中国第一套悬浮预热和预分解窑1976年投产。

该技术优点：传热迅速，热效率高，单位容积较湿法水泥产量大，热耗低(如带有预热器的干法窑熟料热耗为3140-3768焦/千克)，缺点是生料成分不易均匀，车间扬尘大，电耗较高。

⒉湿法生产。将原料加水粉磨成生料浆后，喂入湿法窑煅烧成熟料的方法。也有将湿法制备的生料浆脱水后，制成生料块入窑煅烧成熟料的方法，称为半湿法，仍属湿法生产之一种。

湿法生产具有操作简单，生料成分容易控制，产品质量好，料浆输送方便，车间扬尘少等优点，缺点是热耗高(熟料热耗通常为5234-6490焦/千克)。

二、水泥的生产主要设备

⒈ 立窑:

窑筒体立置不转动的称为立窑。分普通立窑和机械化立窑。

普通立窑是人工加料和人工卸料或机械加料，人工卸料；

机械立窑是机械加料和机械卸料。

机械立窑是连续操作的，它的产、质量及劳动生产率都比普通立窑高，国外大多数立窑已被回转窑所取代。

⒉回转窑:

窑筒体卧置(略带斜度，约为3%)，并能作回转运动的称为回转窑。分煅烧生料粉的干法窑和煅烧料浆(含水量通常为35%左右)的湿法窑。

⑴干法窑

干法窑又可分为中空式窑、余热锅炉窑、悬浮预热器窑和悬浮分解炉窑。70年代前后，发展了一种可大幅度提高回转窑产量的煅烧工艺──窑外分解技术。其特点是采用了预分解窑，它以悬浮预热器窑为基础，在预热器与窑之间增设了分解炉。在分解炉中加入占总燃料用量50-60%的燃料，使燃料燃烧过程与生料的预热和碳酸盐分解过程，从窑内传热效率较低的地带移到分解炉中进行，生料在悬浮状态或沸腾状态下与热气流进行热交换，从而提高传热效率，使生料在入窑前的碳酸钙分解率达80%以上，达到减轻窑的热负荷，延长窑衬使用寿命和窑的运转周期，在保持窑的发热能力的情况下，大幅度提高产量的目的。

⑵湿法窑

用于湿法生产中的水泥窑称湿法窑。湿法生产是将生料制成含水为32%-40%的料浆。由于制备成具有流动性的泥浆，所以各原料之间混合好，生料成分均匀，使烧成的熟料质量高，这是湿法生产的主要优点。

湿法窑可分为湿法长窑和带料浆蒸发机的湿法短窑，长窑使用广泛，短窑已很少采用。为了降低湿法长窑热耗，窑内装设有各种型式的热交换器，如链条、料浆过滤预热器、金属或陶瓷热交换器。

三、水泥的生产过程

一般可分生料制备、熟料煅烧和水泥制成等三个工序，整个生产过程可概括为"两磨一烧"。

⒈生料粉磨

分干法和湿法两种。干法一般采用闭路操作系统，即原料经磨机磨细后，进入选粉机分选，粗粉回流入磨再行粉磨的操作，并且多数采用物料在磨机内同时烘干并粉磨的工艺，所用设备有管磨、中卸磨及辊式磨等。

湿法通常采用管磨、棒球磨等一次通过磨机不再回流的开路系统，但也有采用带分级机或弧形筛的闭路系统的。

⒉熟料煅烧

煅烧熟料的设备主要有立窑和回转窑两类，立窑适用于生产规模较小的工厂，大、中型厂宜采用回转窑。

⒊水泥粉磨

水泥熟料的细磨通常采用圈流粉磨工艺(即闭路操作系统)。为了防止生产中的粉尘飞扬，水泥厂均装有吸尘设备。电吸尘器、袋式吸尘器和旋风吸尘器等是水泥厂常用的吸尘设备。

由于在原料预均化、生料粉的均化输送和吸尘等方面采用了新技术和新设备，尤其是窑外分解技术的出现，一种干法生产新工艺随之产生。采用这种新工艺使干法生产的熟料质量不亚于湿法生产，电耗也有所降低，已成为各国水泥工业发展的趋势。

⒋生产过程

原料和燃料进厂后，经破碎、配料、磨细制成生料，由化验室采样分析检验，同时按质量进行搭配均化，存放于原料堆棚。粘土、煤、硫铁矿粉由烘干机烘干水分至工艺指标值，通过提升机提升到相应原料贮库中。石灰石、萤石、石膏经过两级破碎后，由提升机送入各自贮库。

化验室根据石灰石、粘土、无烟煤、萤石、硫铁矿粉的质量情况，计算工艺配方，通过生料微机配料系统进行全黑生料的配料，由生料磨机进行粉磨，每小时采样化验一次生料的氧化钙、三氧化二铁和细度的百分含量，及时进行调整，使各项数据符合工艺配方要求。磨出的黑生料经过斗式提升机提入生料库，化验室依据出磨生料质量情况，通过多库搭配和机械倒库方法进行生料的均化，生料经两个均化库进行搭配，将料喂入水泥回转窑中煅烧成熟料，在回转窑内燃烧产生热量，热量通过气体传导或者辐射对物料进行加热，同时随着窑体按照设计的斜度和转速不停转动，原料也在窑内周期性的翻滚前进，从而把原料由进料端输送到出料端。

根据熟料质量情况由提升机放入相应的熟料库，同时根据生产经营要求及建材市场情况，化验室将熟料、石膏、矿渣通过熟料微机配料系统进行水泥配比，由水泥磨机分别进行粉磨，每小时采样一次进行分析检验。磨出的水泥经斗式提升机提入3个水泥库，化验室依据出磨水泥质量情况，经提升机送入2个水泥均化库，再经两个水泥均化库搭配，由微机控制包装机进行水泥的包装，包装出来的袋装水泥存放于成品仓库，再经化验采样检验合格后签发水泥出厂通知单。

四、水泥生产的反应

⒈ 化学反应

水泥生产过程中发生的化学反应方程式

CaCO3=高温=CaO+CO2
SiO2+CaO=高温=CaSiO3

SiO2+Na2CO3=高温=

Na2SiO3+CO2

⒉化学成分

硅酸盐水泥的主要化学成分：氧化钙CaO，二氧化硅SiO2，三氧化二铁Fe2O3，三氧化二铝Al2O3。

硅酸盐水泥的主要矿物:硅酸三钙(3CaO·SiO2，简式C3S)，硅酸二钙(2CaO·SiO2，简式C2S)，铝酸三钙(3CaO·Al2O3，简式C3A)，铁铝酸四钙(4CaO·Al2O3·Fe2O3，简式C4AF)。

⒊水泥的凝结和硬化:

⑴3CaO·SiO2+H2O→

CaO·SiO2·YH2O(凝胶)

+Ca(OH)2;

⑵2CaO·SiO2+H2O→

CaO·SiO2·YH2O(凝胶)

+Ca(OH)2;

⑶3CaO·Al2O3+6H2O

→3CaO·Al2O3·6H2O

(水化铝酸钙，不稳定);

3CaO·Al2O3+3CaSO4

·2H2O+26H2O→3CaO·

Al2O3·3CaSO4·32H2O

(钙矾石，三硫型水化铝酸钙);

3CaO·Al2O3·3CaSO4·

32H2O+2[3CaO·Al2O3]

+4 H2O→3[3CaO·Al2O3·

CaSO4·12H2O]

(单硫型水化铝酸钙);

⑷4CaO·Al2O3·Fe2O3

+7H2O→3CaO·Al2O3·

6H2O+CaO·Fe2O3·H2O。

水泥速凝是指水泥的一种不正常的早期固化或过早变硬现象。高温使得石膏中结晶水脱水，变成浆状体，从而失去调节凝结时间的能力。当水泥拌水后，半水石膏迅速与水反应为二水石膏，形成针状结晶网状结构，从而引起浆体固化。另外，某些含碱较高的水泥，硫酸钾与二水石膏生成钾石膏迅速长大，也会造成假凝。假凝与快凝不同，前者放热量甚微，且经剧烈搅拌后浆体可恢复塑性，并达到正常凝结，对强度无不利影响。

⒋水泥发泡

水泥发泡按生产方式不同可分为物理发泡和化学发泡。

⑴物理发泡将发泡剂通过机械设备制备成泡沫，再将泡沫加入到由水泥基胶凝材料、集料、掺合料、外加剂和水制成的料浆中，经混合搅拌、浇注成型、养护而成的保温板材(简称发泡水泥保温板)。

⑵化学发泡将发泡剂加入由水泥基胶凝材料、集料、掺合料、外加剂和水制成的料浆中，经混合搅拌、浇注，使其在模具中通过化学反应而使浆体内部产生封闭气孔，经养护、切割而成的保温板材。

五、水泥的选用

市场上水泥的品种很多，有硅酸盐水泥、普通硅酸盐水泥、复合硅酸盐水泥、矿渣硅酸盐水泥等等，

⒈装饰水泥品种

装饰水泥常用于装饰建筑物的表层，施工简单，造型方便，容易维修，价格便宜。品种有如下几种:

(1)白色硅酸盐水泥：以硅酸钙为主要成分，加少量铁质熟料及适量石膏磨细而成。

(2)彩色硅酸盐水泥：以白色硅酸盐水泥熟料和优质白色石膏，掺入颜料、外加剂共同磨细而成。常用的彩色掺加颜料有氧化铁(红、黄、褐、黑)，二氧化锰(褐、黑)，氧化铬(绿)，钴蓝(蓝)，群青蓝(靛蓝)，孔雀蓝(海蓝)、炭黑(黑)等。

装饰水泥与硅酸盐水泥相似，施工及养护相同，但比较容易污染，器械工具必须干净。

⒉运用与选购

在家庭装修中，地砖、墙砖粘贴以及砌筑等都要用到水泥砂浆，它不仅可以增强面材与基层的吸附能力，而且还能保护内部结构，同时可以作为建筑毛面的找平层，所以在装修工程中，水泥砂浆是必不可少的材料。家庭装修常用的是普通硅酸盐水泥或复合硅酸盐水泥。

许多人认为，水泥占整个砂浆的比例越大，其粘接性就越强，因此往往在水泥使用的多少上与装修公司产生分歧。其实不然，以粘贴瓷砖为例，如果水泥标号过大，当水泥砂浆凝结时，水泥大量吸收水分，这时面层的瓷砖水分被过分吸收就容易拉裂，缩短使用寿命。水泥砂浆一般应按水泥∶砂=1∶2(体积比)的比例来搅拌。

六、水泥的使用注意事项

水泥出厂质量合格证应有生产厂家质量部门的盖章；其试验报告应有试验编号，并有明确的结论，签字盖章齐全；生产厂家的水泥28天强度补报单不能缺少；使用单位必须认真查看水泥的有效期，并须认真查看试验报告中各项实测数值是否符合规范中规定的标准数值；对于存在质量问题的水泥，根据试验报告的数据可降级使用，但必须经过有关技术负责人签字批准，且应注明使用工程的名称、使用的部位。如果是连续施工的工程，其相邻两次水泥试验的时间也不得超过其有效期。

与水泥出厂合格证和试验报告有关的施工资料还有施工组织设计、设计变更、洽商记录、技术交底、施工日志、混凝土及砂浆配合比申请通知单、混凝土及砂浆试件试压报告、试验编号等，因此水泥的合格证、试验报告不仅应与实际所用的工程、部位的水泥相符，还应与以上施工资料对应一致。

(1)忌受潮结硬

受潮结硬的水泥会降低甚至丧失原有强度，所以规范规定，出厂超过3个月的水泥应复查试验，按试验结果使用。对已受潮成团或结硬的水泥，须过筛后使用，筛出的团块搓细或碾细后一般用于次要工程的砌筑砂浆或抹灰砂浆。对一触或一捏即粉的水泥团块，可适当降低强度等级使用。

(2)忌曝晒速干

混凝土或抹灰如操作后便遭曝晒，随着水分的迅速蒸发，其强度会有所降低，甚至完全丧失。因此，施工前必须严格清扫并充分湿润基层；施工后应严加覆盖，并按规范规定浇水养护。

(3)忌负温受冻

混凝土或砂浆拌成后，如果受冻，其水泥不能进行水化，兼之水分结冰膨胀，则混凝土或砂浆就会遭到由表及里逐渐加深的粉酥破坏，因此应严格遵照《建筑工程冬期施工规程》(JGJ104-97)进行施工。

(4)忌高温酷热

凝固后的砂浆层或混凝土构件，如经常处于高温酷热条件下，会有强度损失，这是由于高温条件下，水泥石中的氢氧化钙会分解；另外，某些骨料在高温条件下也会分解或体积膨胀。

对于长期处于较高温度的场合，可以使用耐火砖对普通砂浆或混凝土进行隔离防护。遇到更高的温度，应采用特制的耐热混凝土浇筑，也可在混凝土中掺入一定数量的磨细耐热材料。

(5)忌基层脏软

水泥能与坚硬、洁净的基层牢固地粘结或握裹在一起，但其粘结握裹强度与基层面部的光洁程度有关。在光滑的基层上施工，必须预先凿毛砸麻刷净，方能使水泥与基层牢固粘结。

基层上的尘垢、油腻、酸碱等物质，都会起隔离作用，必须认真清除洗净，之后先刷一道素水泥浆，再抹砂浆或浇筑混凝土。

水泥在凝固过程中要产生收缩，且在干湿、冷热变化过程中，它与松散、软弱基层的体积变化极不适应，必然发生空鼓或出现裂缝，从而难以牢固粘结。因此，木材、炉渣垫层和灰土垫层等都不能与砂浆或混凝土牢固粘结。

(6)忌骨料不纯

作为混凝土或水泥砂浆骨料的砂石，如果有尘土、粘土或其他有机杂质，都会影响水泥与砂、石之间的粘结握裹强度，因而最终会降低抗压强度。所以，如果杂质含量超过标准规定，必须经过清洗后方可使用。

(7)忌水多灰稠

人们常常忽视用水量对混凝土强度的影响，施工中为便于浇捣，有时不认真执行配合比，而把混凝土拌得很稀。由于水化所需要的水分仅为水泥重量的20%左右，多余的水分蒸发后便会在混凝土中留下很多孔隙，这些孔隙会使混凝土强度降低。因此在保障浇筑密实的前提下，应最大限度地减少拌合用水。

许多人认为抹灰所用的水泥，其用量越多抹灰层就越坚固。其实，水泥用量越多，砂浆越稠，抹灰层体积的收缩量就越大，从而产生的裂缝就越多。一般情况下，抹灰时应先用1:(3-5)的粗砂浆抹找平层，再用1:(1.5-2.5)的水泥砂浆抹很薄的面层，切忌使用过多的水泥。

(8)忌受酸腐蚀

酸性物质与水泥中的氢氧化钙会发生中和反应，生成物体积松散、膨胀，遇水后极易水解粉化。致使混凝土或抹灰层逐渐被腐蚀解体，所以水泥忌受酸腐蚀。

在接触酸性物质的场合或容器中，应使用耐酸砂浆和耐酸混凝土。矿渣水泥、火山灰水泥和粉煤灰水泥均有较好耐酸性能，应优先选用这三种水泥配制耐酸砂浆和混凝土。严格要求耐酸腐蚀的工程不允许使用普通水泥。