水泥開題報(bào)告

河南城建學(xué)院報(bào)告題目：復(fù)合水泥的研制與應(yīng)用學(xué)生姓名：李亞輝年級：013408117專業(yè)：無機(jī)非金屬材料工程申報(bào)學(xué)位：學(xué)士學(xué)位院系：土木與材料工程系指導(dǎo)教師：王繼娜完成日期：2011年11月10日2011年11月10日一、選題的意義、背景及國內(nèi)外研究狀況1.1工業(yè)廢渣介紹及建材產(chǎn)業(yè)處理現(xiàn)狀1997年全國縣級以上工業(yè)、企業(yè)固體廢棄物產(chǎn)生量及排放量分別為65749萬噸和1549萬噸;工業(yè)固體廢棄物累計(jì)儲存量已高達(dá)65.83億噸。從行業(yè)分析，產(chǎn)生固體廢棄物最多的行業(yè)是采掘、黑色冶金、化學(xué)工業(yè)、有色金屬冶煉及電力等行業(yè)。工業(yè)廢渣主要有粉煤灰、爐渣、鋼渣、赤泥、有色金屬渣、工業(yè)粉塵、化工廢渣、工業(yè)及建筑垃圾(含少量生活垃圾)，其中大部分為粉煤灰、爐渣和化工廢渣。理論和實(shí)踐證明，建材產(chǎn)業(yè)有條件利用煤炭、冶金、電力等行業(yè)產(chǎn)生的煤研石、礦渣、粉煤灰等廢渣、廢料作為功能性調(diào)節(jié)材料，緩解這些行業(yè)對環(huán)境的污染，走循環(huán)經(jīng)濟(jì)之路，實(shí)現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展。在廢渣利用上，我國水泥工業(yè)的成績是非常顯著的。自上世紀(jì)60年代開始，就已開始利用工業(yè)廢渣，70-80年代工業(yè)廢渣的種類和數(shù)量在不斷增加，除礦渣外，粉煤灰、煤研石、電石渣、鋼渣、磷渣、銅渣、赤泥、糖渣、排煙脫硫石膏等相繼進(jìn)入水泥生產(chǎn)領(lǐng)域，不但用作水泥混合材，還用作水泥生產(chǎn)配料。90年代開始處理城市垃圾、下水道污泥及一些有毒有害物質(zhì)，在這些方面，上海金山水泥廠、北京水泥廠等企業(yè)開創(chuàng)了先河并做出了不凡的業(yè)績，取得了可觀的社會效益和企業(yè)經(jīng)濟(jì)效益。水泥工業(yè)利用工業(yè)廢渣的研究進(jìn)展水泥工業(yè)的利廢潛力主要表現(xiàn)在三個(gè)方面。首先是利用各種工業(yè)廢渣廢料作為混合材，例如高爐礦渣、粉煤灰、火山灰、廢礦石(石英砂的廢料、尾礦、鉛渣等)、煤研石、研土、燒頁巖等，摻入水泥熟料中，混合粉磨成相應(yīng)品種的水泥。這種方式是最簡便最普通的可以直接增加水泥產(chǎn)量的一種使用方式。其次是利用各種廢料作為水泥熟料原料，例如赤泥，電石渣、冶煉尾礦等，經(jīng)過必要的處理，減少或除去廢料中對水泥生產(chǎn)工藝過程和水泥性能產(chǎn)生不良影響的有害成份，充分利用其中的硅、鋁、鐵、鈣等有用成份，替代部分天然原料，調(diào)配制成合格的水泥生料。這樣可達(dá)到既能利用廢料，又節(jié)約資源，還可相應(yīng)的節(jié)約燃料的用量，這就是人們通常所說的二次原料。第三是利用各種具有可燃組分的廢料，包括工業(yè)和生活垃圾以及動物脂肪，作為鍛燒水泥熟料所需的燃料，通常稱為替代燃料或二次燃料。這樣既能合理利用資源，又減輕全社會的環(huán)保負(fù)擔(dān)。再次，在新型干法水泥生產(chǎn)過程中能夠徹底、有效、安全地處理過期農(nóng)藥、化學(xué)試劑、化學(xué)藥品、過期建材舊廢品，以及醫(yī)院、高校、科研院所的試劑藥品，既降低處理費(fèi)用，又能長期的安全有效的達(dá)到處理目的。還有一些廢物，兼含可燃原料和水泥原料的成分，因而同時(shí)用作替代燃料和替代原料，例如煤研石、油頁巖、污泥等。世界各國也都在水泥工業(yè)生產(chǎn)中加大研究和處理廢料的工作力度，由于各種情況的不同，而且處理廢料的水平和能力方面也不盡相同，有好有差。在歐洲各國，特別是德國、法國的水泥生產(chǎn)，在處理廢料方面起步比較早，步伐較快，技術(shù)也比較成熟，達(dá)到國際領(lǐng)先水平。在亞洲，日本在水泥生產(chǎn)中的廢料處理及工業(yè)垃圾替代燃料方面有非常值得的學(xué)習(xí)和借鑒的地方。日本地少人多，對綜合利用，循環(huán)經(jīng)濟(jì)十分重視，成效也較為顯著。日本總體上和法國同處于一流水平。我國在工業(yè)廢料處理和利用方面主要有兩大特點(diǎn):①用作混合材的工業(yè)廢料數(shù)量特別大，占到水泥利用廢料量的80%，用作二次燃料的卻特別少，用作二次原料的數(shù)量也不高，二者結(jié)構(gòu)比較不甚合理。②水泥工業(yè)在我國工業(yè)廢料處理方面起步較早，但在深入研究、綜合提高、使這個(gè)放錯(cuò)了地方的資源真正發(fā)揮其更大的作用方面，也是近幾年才剛剛起步研究和開發(fā)。因此，我國水泥工業(yè)在利廢方面，還有許多艱巨的工作需要踏踏實(shí)實(shí)地去做，同時(shí)還應(yīng)借鑒其他國家的經(jīng)驗(yàn)。我國工程院原院士，著名水泥基混合材料專家吳中偉先生就提出了高性能混凝土的要求，高性能混凝土是一種新興的高技術(shù)混凝土，是在大幅度提高普通混凝土性能的基礎(chǔ)上，用現(xiàn)代混凝土技術(shù)制作的混凝土。以耐久性作為設(shè)計(jì)的主要指標(biāo)，針對不同的用途要求，高性能混凝土對下列性能有重點(diǎn)地給于保證:耐久性、工作性、適用性、強(qiáng)度、體積安定性、經(jīng)濟(jì)性。為此，高性能混凝土在配置上的特點(diǎn)是低水膠比，選用優(yōu)質(zhì)原材料，除水泥、水、基料外，必須摻加足夠數(shù)量的礦物細(xì)粉料和高效外加劑。而粉煤灰就是礦物細(xì)摻料中最普遍、最常用的一種。粉煤灰的質(zhì)量與燃料品種、燃燒溫度、鍋爐種類等因素有關(guān)，其主要成分總量常達(dá)到70%以上。由于粉煤灰在高溫下瞬間燃燒，急速冷卻，所以粉煤灰中玻璃體礦物常占到相當(dāng)比例，這是粉煤灰具有較高火山灰活性的重要原因之一。據(jù)我國35個(gè)電廠粉煤灰礦物組成的統(tǒng)計(jì)資料顯示，其玻璃態(tài)占38.5%，玻璃態(tài)A1203占12.4%其余還有低鐵玻璃體等。粉煤灰是高性能混凝土最常用的礦物摻合料。我國早在1990年就頒布了《粉煤灰混凝土應(yīng)用技術(shù)規(guī)范》(GBJ146-1990)，該規(guī)范規(guī)定:粉煤灰混凝土設(shè)計(jì)強(qiáng)度等級的齡期，地上工程值為28d，地石工程宜為28d或60d，地下工程宜為60d或90d大體積混凝土工程宜為90d或180d。粉煤灰除作為礦物摻合料外，在水泥生產(chǎn)過程中，根據(jù)不同品種、不同性能、不同用途可不同程度地作為水泥生產(chǎn)的混合材摻合料。面對如此重多的材料資源我們可以知道進(jìn)行復(fù)合水泥的研究具有重大的經(jīng)濟(jì)意義和環(huán)境效益。1.2本課題研究的背景長期以來，我國經(jīng)濟(jì)發(fā)展的模式是資源消耗型模式，這導(dǎo)致產(chǎn)生大量的廢棄物。據(jù)統(tǒng)計(jì)，我國每年排放的工業(yè)廢棄物達(dá)6億多噸，其主要出路是:綜合利用、儲存、處置，剩余的則排放至自然環(huán)境。表1-1和表1-2分別為1999年我國工業(yè)固體廢棄物的種類以及處置、儲存、利用和排放情況的統(tǒng)計(jì)。從表中可見，我國工業(yè)對環(huán)境的污染較大，而且存在持續(xù)污染的趨勢，因此大力發(fā)展利用各種工業(yè)固體廢棄物的生態(tài)水泥技術(shù)勢在必行。國家“5-863計(jì)劃”的戰(zhàn)略目標(biāo)之一是解決21世紀(jì)中國16億人口高質(zhì)量居住所需的建筑材料問題，同時(shí)又大幅度地減少建筑材料的環(huán)境資源負(fù)擔(dān)，研究與開發(fā)生態(tài)建筑材料及其生產(chǎn)技術(shù);開發(fā)應(yīng)用建筑示范工程，并帶動建材行業(yè)和建筑行業(yè)的技術(shù)革命與產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。水泥是建筑材料的最大分支。生態(tài)水泥(Eco-cement)就是利用各種固體廢棄物，包括工業(yè)廢料、廢渣以及生活垃圾作為原料、燃料制造的水泥。這種水泥能降低廢棄物處理的負(fù)荷，節(jié)省資源、能源，達(dá)到與環(huán)境共生的目標(biāo)，是21世紀(jì)水泥工業(yè)生產(chǎn)技術(shù)發(fā)展的方向。生產(chǎn)復(fù)合水泥就是其中的一個(gè)例子。此外，各種天然的，尤其是人工的工業(yè)廢渣已成為水泥工業(yè)和混凝土行業(yè)不可缺少的資源。對工業(yè)廢渣價(jià)值觀的轉(zhuǎn)變經(jīng)歷了半個(gè)世紀(jì)，其既有水泥工業(yè)本身的需要，也有外來因素的促進(jìn)，如環(huán)境要求，促使水泥界的科技人員對工業(yè)廢渣的利用進(jìn)行系統(tǒng)而深入的研究，從而能更有效的利用它們。1.3我國復(fù)合水泥的研究現(xiàn)狀在水泥生產(chǎn)時(shí)加入混合材，不僅可節(jié)約熟料及相關(guān)的資源與能源，提高了水泥產(chǎn)量，降低了水泥成本，大量利用工業(yè)廢渣可減少環(huán)境的污染;同時(shí)混合材也可改善水泥的某些性能，如降低水化熱、提高耐久性能等。我國通用水泥標(biāo)準(zhǔn)中允許摻混合材已有近40年的歷史，目前摻混合材的硅酸鹽水泥在國外也越來越多。例如在歐共體國家中，摻加混合材水泥的產(chǎn)量己占其總產(chǎn)量的一半。王幼云等人的大量試驗(yàn)證明，采用兩種或兩種以上混合材，復(fù)摻較單摻時(shí)能明顯改善水泥的性能。當(dāng)然這不是各類混合材料簡單的混合，而是有意識地取長補(bǔ)短，產(chǎn)生單一混合材料所沒有的優(yōu)良效果。為將這些成果用于水泥生產(chǎn)，我國制定了GB12958-1999《復(fù)合硅酸鹽水泥》國家標(biāo)準(zhǔn)，使我國由原先的五大通用水泥增加至六種，該標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定:凡由硅酸鹽水泥熟料、兩種或兩種以上規(guī)定的混合材、適量石膏磨細(xì)制成的水硬性膠凝材料，稱為復(fù)合硅酸鹽水泥(簡稱復(fù)合水泥)。混合材總摻量按重量百分比應(yīng)大于15%，不超過50%，并允許水泥中用不超過8%的窯灰代替部分混合材。該標(biāo)準(zhǔn)實(shí)施五年多來，我國水泥工業(yè)界已逐漸認(rèn)識到復(fù)合水泥的優(yōu)越性，在該水泥的研究、生產(chǎn)方面有了較大的發(fā)展，獲得了良好的經(jīng)濟(jì)效益與社會效益。二、研究內(nèi)容1、研究目標(biāo)、主要研究內(nèi)容及擬解決的關(guān)鍵技術(shù)2.1.1復(fù)合水泥的定義凡由硅酸鹽水泥熟料、兩種或兩種以上規(guī)定的混合材料、適量石膏磨細(xì)制成的水硬性膠凝材料，稱為復(fù)合硅酸鹽水泥(簡稱復(fù)合水泥)，代號PC。水泥中混合材料總摻加量按質(zhì)量百分比計(jì)應(yīng)不超過50%水泥中允許用不超過來8%的窯灰代替部分混合材料:摻礦渣時(shí)混合材料摻量不得與礦渣硅酸鹽水泥重復(fù)。2.1.2復(fù)合水泥的性能特點(diǎn)（1）對于秦嶺水泥而言，復(fù)合水泥和普通硅酸鹽水泥都采用了相同品質(zhì)的熟料，但是在摻入混合材的品種和數(shù)量上有所不同，而開發(fā)復(fù)合水泥而言，對熟料質(zhì)量性能要求更高，成份要求更穩(wěn)定，生產(chǎn)控制要求更嚴(yán)格，對混合材的選擇，搭配都有更高的要求，必須具有嚴(yán)格的質(zhì)量控制系統(tǒng)和保證體系才能生產(chǎn)出優(yōu)質(zhì)的復(fù)合水泥。（2）復(fù)合水泥中摻入的混合材主要有粉煤灰、煤研石、礦渣，優(yōu)質(zhì)粉煤灰由富鈣的玻璃珠組成，在水泥混凝土中的作用包括滾珠效應(yīng)、填充效應(yīng)和表面水化效應(yīng);而礦渣具有最高的潛在膠凝性能，礦渣在水泥中潛在水化活性的發(fā)揮基于堿激發(fā)和硫酸鹽激發(fā)的機(jī)理，可以改善水泥混凝土中的亞微結(jié)構(gòu)，顯著提高了水泥基材料混合性能及激發(fā)作用。（3）對于普通水泥而言，摻有粉煤灰的水泥的強(qiáng)度總是低于摻有等量礦渣的水泥的強(qiáng)度。實(shí)驗(yàn)研究證明，當(dāng)摻有粉煤灰時(shí)，各齡期強(qiáng)度總是高于含CaA;S的礦物硅酸鹽水泥摻加礦渣時(shí)的強(qiáng)度。（4）復(fù)合水泥己有相應(yīng)的國家標(biāo)準(zhǔn)確保水泥產(chǎn)品的質(zhì)量，生產(chǎn)優(yōu)質(zhì)產(chǎn)品則是水泥生產(chǎn)企業(yè)的宗旨，因熟料成分相應(yīng)減少，復(fù)合水泥的早期強(qiáng)度與普通硅酸鹽水泥基本持平，其余性能均無區(qū)別，在個(gè)別特性方面優(yōu)于普通硅酸鹽水泥。生產(chǎn)復(fù)合水泥，可以節(jié)省40%的燃料，在最佳摻量下可得到高標(biāo)號水泥及其它技術(shù)性能優(yōu)良的水泥，而且水泥性能得到了改善，提高了水泥產(chǎn)量，降低了成本，還處理了大量廢渣。選用粉煤灰及礦渣作摻合料，高堿性、高活性物質(zhì)作激發(fā)劑，少量熟料來配制復(fù)合水泥;一方面復(fù)合水泥吃灰量大，另一方面來填補(bǔ)系列水泥的空白，可以給水泥技術(shù)革新帶來新的生命力，還可以彌補(bǔ)礦渣資源不足，滿足小水泥生產(chǎn)需求和工程多方面使用，以及給小水泥廠找出一條新的出路。復(fù)合水泥有很大的發(fā)展前途，復(fù)合水泥的“復(fù)合效應(yīng)”不僅是一種工業(yè)廢渣高值化的途徑，而且還具有顯著提高早期強(qiáng)度、整體強(qiáng)度的優(yōu)點(diǎn)，所以研究復(fù)合水泥在物理力學(xué)性能上，在宏觀和微觀上的“復(fù)合效應(yīng)”，對水泥物理化學(xué)學(xué)科的發(fā)展具有重大意義。(5)復(fù)合水泥水化熱比普通硅酸鹽水泥下降10%左右，特別有利于大體積混凝土施工，可降低混凝土內(nèi)部溫度，減少溫差應(yīng)力裂縫產(chǎn)生的機(jī)會。(6)復(fù)合水泥成本低于普通硅酸鹽水泥。在市場經(jīng)濟(jì)的時(shí)代，用戶選擇產(chǎn)品的原則是相同質(zhì)量產(chǎn)品，優(yōu)先選擇價(jià)格低的產(chǎn)品，由于復(fù)合水泥混合材摻量高，粉磨電耗下降，再加上國家對利用工業(yè)廢渣的優(yōu)惠政策使水泥廠有降低成本的空間，從而使用戶節(jié)約了材料費(fèi)用，得到更大的實(shí)惠。2.1.3我國復(fù)合水泥的品種我國出現(xiàn)了多種體系的復(fù)合水泥，不僅有傳統(tǒng)混合材生產(chǎn)的復(fù)合水泥，也有新開辟混合材的復(fù)合水泥。傳統(tǒng)的混合材為高爐礦渣、火山灰、粉煤灰、石灰石、砂巖、窯灰等;新開辟的混合材有?；F爐渣、精煉鉻鐵渣、增鈣液態(tài)渣、磷渣、欽渣等。上述混合材在使用方面己制訂了相應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)，屬于GB12958-91中“規(guī)定的混合材”，可以按照有關(guān)規(guī)定使用，以復(fù)合水泥所摻加混合材分類，有以下幾種:石灰石復(fù)合水泥據(jù)李東旭等人的研究，礦渣與石灰石雙摻后，其3d抗壓強(qiáng)度高于兩者中任一種單摻時(shí)的強(qiáng)度。總摻量為20-50%時(shí)，復(fù)合水泥的抗壓強(qiáng)度隨石灰石摻量增加而降低。當(dāng)石灰石摻量控制在10%以內(nèi)時(shí)，不會改變原礦渣水泥的性能。中國水泥廠用礦渣、石灰石、窯灰三摻，生產(chǎn)出了28d抗壓強(qiáng)度高于52.5MPa的復(fù)合水泥。濟(jì)南水泥廠以礦渣與石灰石為混合材生產(chǎn)復(fù)合水泥，石灰石摻量為12%一15%，其早期強(qiáng)度優(yōu)于礦渣水泥，初凝時(shí)間也較理想;以礦渣、石灰石、粉煤灰三摻時(shí)，粉煤灰不宜超過3%的摻加量，否則早期強(qiáng)度偏低，凝結(jié)時(shí)間也延長了。②礦渣、煤矸石復(fù)合水泥邯鄲水泥廠將礦渣、煤研石作為混合材生產(chǎn)復(fù)合水泥，并用窯灰部分代替礦渣，復(fù)合水泥性能全部達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)中425號復(fù)合水泥的各項(xiàng)技術(shù)要求。該廠的混合材摻量為礦渣25-27，煤矸石8.5%-v12.5，窯灰5，水泥28d抗壓強(qiáng)度可達(dá)到51MPa以上。煤矸石中的基本組分是含水硅酸鹽的粘土礦物、高嶺石或多水高嶺石，其中碳質(zhì)頁巖約占40%，經(jīng)自燃后活性氧化硅、活性氧化鋁總量占69-85%，活性較高。陜西省耀縣水泥廠特種水泥分廠用15%礦渣、15%煤矸石(沒有自燃)雙摻，生產(chǎn)出的復(fù)合水泥性能也較好，28d抗壓強(qiáng)度可達(dá)到50MPa以上。③礦渣、磷渣復(fù)合水泥磷渣是電爐升華制磷的副產(chǎn)物，經(jīng)過水淬后含有80%以上的玻璃體，具有與礦渣相接近的水化活性。青島水泥廠在生產(chǎn)復(fù)合水泥時(shí)發(fā)現(xiàn)，磷渣摻量達(dá)到25%的情況下，其水泥性能與礦渣水泥性能相似，在不改變生產(chǎn)工藝的情況下，完全可以生產(chǎn)32.5R水泥，其它各項(xiàng)指標(biāo)均符合標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定。磷渣超過25%后，水泥凝結(jié)時(shí)間延長，3d,7d強(qiáng)度隨磷渣摻量增加而顯著下降，28d強(qiáng)度則下降幅度較小，如采用激發(fā)劑則可改善此種情況。④礦渣、沸石復(fù)合水泥沸石是我國常用的一種天然火山灰質(zhì)混合材，湖北省黃石市第二水泥廠用礦渣25、沸石10%雙摻，可生產(chǎn)出425號復(fù)合水泥，但沸石摻量不益過多。例如，蘆令超等人進(jìn)行了雙摻試驗(yàn)研究，發(fā)現(xiàn)加入大量沸石會導(dǎo)致復(fù)合水泥早期、后期強(qiáng)度下降幅度較大的現(xiàn)象。使用復(fù)合激發(fā)劑后，可減小強(qiáng)度降低的幅度。李東旭等人的研究表明，不用激發(fā)劑時(shí)，固定礦渣、沸石總摻量為40，強(qiáng)度隨沸石摻加量的增加而下降。當(dāng)加入激發(fā)劑時(shí)，3d,7d強(qiáng)度有所提高。不論有無激發(fā)劑加入，復(fù)合水泥中以沸石摻量10%時(shí)強(qiáng)度最好。⑤其它含礦渣的復(fù)合水泥金成昌等人用礦渣、鋼渣、粉煤灰、煤渣作混合材，總摻量達(dá)到45%以上，激發(fā)劑4.5，制造出的復(fù)合水泥28d抗壓強(qiáng)度可達(dá)到48MPa以上。山東建材學(xué)院水泥研究所張德成等人研究用礦渣，電廠爐渣也可生產(chǎn)出符合標(biāo)準(zhǔn)的425號復(fù)合水泥，此項(xiàng)技術(shù)已在泰安某水泥廠得到生產(chǎn)應(yīng)用，并取得了可觀的經(jīng)濟(jì)效益。其它的例如礦渣、碎磚雙摻，礦渣、頁巖、石灰石三摻，也取得了很好的效果。2、擬采取的研究方法、技術(shù)路線、實(shí)施方案及可行性分析2.1試驗(yàn)室研究生產(chǎn)實(shí)施方案過去我國有少數(shù)水泥廠可生產(chǎn)復(fù)合硅酸鹽水泥，其混合材摻量小，產(chǎn)品質(zhì)量差。如何提高混合材摻量，并保證產(chǎn)品強(qiáng)度在較高等級，是研制復(fù)合硅酸鹽水泥的關(guān)鍵。通過實(shí)驗(yàn)室試驗(yàn)主要優(yōu)化混合材品種，增加混合材摻量，最大限度節(jié)約水泥熟料，使水泥強(qiáng)度達(dá)到較高等級。通過在現(xiàn)有濕法線取熟料樣品、與預(yù)先準(zhǔn)備好的五種混合材:爐底渣、爐渣、煤研石、礦山石灰石、韓城礦渣等進(jìn)行搭配，通過小磨進(jìn)行試驗(yàn)。磨制出的樣品按照國家標(biāo)準(zhǔn)對細(xì)度、比表面積、凝結(jié)時(shí)間、安定性和強(qiáng)度等指標(biāo)進(jìn)行檢驗(yàn)。各項(xiàng)目檢驗(yàn)所采用標(biāo)準(zhǔn)介紹如下:(1)氧化鎂、三氧化硫和堿含量:按GB/T176進(jìn)行。(2)細(xì)度:按GBlT1345進(jìn)行。(3)凝結(jié)時(shí)間和安定性:按GB/T1346進(jìn)行。(4)壓蒸安定性:按GB/T750進(jìn)行。(5)強(qiáng)度:按GB1T17671進(jìn)行。2.2工業(yè)性試驗(yàn)研究生產(chǎn)實(shí)施方案①出磨水泥質(zhì)量控制指標(biāo)②生產(chǎn)過程的要求:1)嚴(yán)格做好現(xiàn)場物料清理，并按搭配比例進(jìn)行。2)作好磨