水泥生产的本质是什么？一般包括哪些流程？每个过程控制的本质是什么？

粉末水硬性无机胶凝材料。泥浆加水搅拌后，在空气中或水中都能硬化，能牢固地将砂、石等材料粘结在一起。水泥是一种重要的建筑材料。水泥制成的砂浆或混凝土经久耐用，广泛应用于土木建筑、水利、国防等工程。

“水泥”这个词是从拉丁语caementum发展而来的，意思是碎石和片状的。水泥的历史可以追溯到古罗马人在建筑工程中使用的石灰和火山灰的混合物。1796年，英国人j·帕克(J. Parker)用泥灰岩烧制了一种棕色水泥，这种水泥被称为罗马水泥或天然水泥。1824年，英国J. asp丁烧石灰石和粘土制成水泥。硬化后颜色与英国波特兰用于建筑的石头相似，被命名为波特兰水泥，并获得专利。20世纪初，随着人民生活水平的提高，对建设项目的要求日益提高。在不断改进硅酸盐水泥的同时，成功开发了高铝水泥、特种水泥等一批适用于特殊建筑工程的水泥，水泥品种发展到100多种。

水泥的生产工艺以石灰石和粘土为主要原料，经破碎、混合、粉磨制成生料，送入水泥窑煅烧成熟料，再加入适量石膏(有时是混合料或添加剂)进行粉磨。

2.水泥分类

2.1水泥分为:

(1)普通水泥:一般土木工程中常用的水泥。通用水泥主要是指GB 175-1999、GB 1344-1999和GB 12958-1999中规定的六类水泥，即硅酸盐水泥、普通硅酸盐水泥、矿渣硅酸盐水泥和火山灰。

(2)特种水泥:特殊用途的水泥。例如:G级油井水泥和道路硅酸盐水泥。

(3)特色水泥:一种性能突出的水泥。如:快硬硅酸盐水泥、低热矿渣硅酸盐水泥和膨胀硫铝酸盐水泥。

2.2水泥分为:

(1)硅酸盐水泥，国外俗称硅酸盐水泥；

(2)铝酸盐水泥；

(3)硫铝酸盐水泥；

(4)铝酸铁水泥；

(5)氟铝酸盐水泥；

(6)以火山灰或潜在水硬性材料等活性物质为主要成分的水泥。

2.3主要技术特征分为:

(1)快硬:可分为快硬和快硬；

(2)水化热:分为中热和低热；

(3)耐硫酸盐性:分为中度耐硫酸盐性和高度耐硫酸盐性两类；

(4)膨胀性:可分为膨胀性和自应力性两类；

(5)耐高温性:铝酸盐水泥的耐高温性根据水泥中氧化铝的含量分等级。

2.4水泥命名的原则:

水泥的命名是根据水泥的主要水硬性矿物、混合材料、用途和主要特性按不同类别进行命名，力求简洁准确。当名称太长时，允许使用缩写。

一般水泥是以水泥的主要水硬性矿物的名称与混合材的名称或其他适当的名称来命名的。

特种水泥因其特殊用途而得名，可以贴上不同型号的标签。

特色水泥以水泥的主要水硬性矿物命名，可按不同型号或混合材料命名。

以火山灰或潜在水硬性材料等活性物质为主要成分的水泥，以活性物质命名，也可用特征名称命名，如过硫酸盐水泥、石灰火山灰水泥等。

2.5水泥类型的定义(1)水泥:一种粉状水硬性胶结材料，与水混合形成塑性浆体，能胶结砂、石等材料，在空气和水中能硬化。

(2)硅酸盐水泥:由硅酸盐水泥熟料、0%~5%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，分为P.I和P.II两种，国外俗称硅酸盐水泥。

(3)普通硅酸盐水泥:由硅酸盐水泥熟料、6%~15%混合材和适量石膏制成的水硬性胶凝材料，称为普通硅酸盐水泥(简称普通水泥)，代号:P.O..

(4)矿渣硅酸盐水泥:由硅酸盐水泥熟料、粒化高炉矿渣和适量石膏磨细而成的水硬性胶凝材料，称为矿渣硅酸盐水泥，代号:P.S..

(5)火山灰硅酸盐水泥:由硅酸盐水泥熟料、火山灰混合材料和适量石膏制成的水硬性胶凝材料。它叫做火山灰硅酸盐水泥，代号:p.p。

(6)粉煤灰硅酸盐水泥:一种由硅酸盐水泥熟料、粉煤灰和适量石膏制成的水硬性胶凝材料，称为粉煤灰硅酸盐水泥，代号:P.F..

(7)复合硅酸盐水泥:由硅酸盐水泥熟料、两种或两种以上规定的混合材料和适量石膏制成的水硬性胶凝材料，称为复合硅酸盐水泥(简称复合水泥)，代号P.C..

(8)中热硅酸盐水泥:一种具有中等水化热的水硬性胶凝材料，由适当成分的硅酸盐水泥熟料粉磨后，加入适量石膏制成。

(9)低热矿渣硅酸盐水泥:一种低水化热的水硬性胶凝材料，由适当成分的硅酸盐水泥熟料粉磨后，加入适量石膏制成。

(10)快硬硅酸盐水泥:硅酸盐水泥熟料中加入适量石膏，磨细制成早期强度高的水泥，标注3天抗压强度。

(11)抗硫酸盐硅酸盐水泥:由硅酸盐水泥熟料和适量石膏制成的抗硫酸盐侵蚀性能良好的水泥。

(12)白色硅酸盐水泥:由氧化铁含量很少的硅酸盐水泥熟料，加入适量石膏，经粉磨制成的白色水泥。

(13)道路硅酸盐水泥:由熟练道路硅酸盐水泥、0%~10%活性混合材料和适量石膏制成的水硬性胶凝材料，称为道路硅酸盐水泥。

(14)砌筑水泥:主要用于砌筑砂浆的低标号水泥是由活性混合材，加入适量的硅酸盐水泥熟料和石膏，经粉磨制成。

(15)油井水泥:由适当的矿物、适量的石膏和混合材料等组成的硅酸盐水泥熟料制成的水泥。适用于在一定井温下的油气井固井工程。

(16)过硫酸盐水泥:以粒化高炉矿渣为主要组分材料，加入适量石膏、硅酸盐水泥熟料或石灰制成的水泥。

3.水泥生产技术

3.1生产方法

硅酸盐水泥的生产工艺在水泥生产中具有代表性。以石灰石和粘土为主要原料，经破碎、混合、粉磨制成生料，然后送入水泥窑煅烧成熟料，再将熟料与适量石膏(有时是混合料或添加剂)粉磨。

水泥生产根据原料制备方法的不同，可分为干法(含半干法)和湿法(含半湿法)。

①干生产。将原料同时干燥和研磨的方法，或将其干燥和研磨成生料粉，然后送入干窑煅烧成熟料的方法。但也有一种方法是在生料粉中加入适量的水制成生料球，送入立珀窑煅烧成熟料，这种方法称为半干法，至今仍是干法生产方法之一。

②湿法生产。将原料用水磨成生料浆，送入湿式窑煅烧成熟料的方法。还有一种方法是将湿法制备的生料浆脱水，制成生料块，入窑煅烧，称为半湿法，仍属于湿法生产的一种。

干法生产的主要优点是热耗低(如带预热器的干法窑熟料热耗为3140 ~ 3768焦/kg)，缺点是生料成分不均匀，车间粉尘大，电耗高。湿法生产具有操作简单、原料成分容易控制、产品质量好、料浆输送方便、车间粉尘少等优点，但缺点是热耗高(熟料热耗通常为5234 ~ 6490焦/kg)。

3.2生产流程

水泥的生产一般可分为三个过程:生料粉磨、煅烧和粉磨。

(1)生料研磨

有两种:干法和湿法。干法一般采用闭路操作系统，即原料经过磨机细磨，然后进入分级机进行分离，粗粉回流到磨机中进行研磨，大多采用物料在磨机中同时干燥和研磨的工艺。使用的设备包括管磨机、中间卸料磨机和辊磨机。湿法通常采用管式磨机、棒球磨机等开路系统，一次通过磨机不回流，但也有带分级机或弧形筛的闭路系统。

(2)煅烧

煅烧熟料的设备主要有两种:立窑和回转窑。立窑适用于小型工厂，回转窑适用于大中型工厂。

(1)立窑:

不垂直旋转的窑筒称为立窑。分为普通立窑和机械化立窑。普通立窑是手动进料手动卸料或者机械进料手动卸料；机械立窑是机械进料，机械卸料。机械立窑连续运转，其产量、质量和劳动生产率均高于普通立窑。近年来，国外立窑大部分已被回转窑取代，但在我国当前的水泥工业中，立窑仍占据重要地位。根据建材技术政策要求，小型水泥厂采用机械化立窑逐步取代普通立窑。

②回转窑:

圆筒是水平的(稍微倾斜)并能做旋转运动的窑叫回转窑。可分为煅烧生料粉的干窑和煅烧料浆的湿窑(含水量通常在35%左右)。

A.加热干燥室

干法窑可分为空心窑、余热锅炉窑、悬浮预热器窑和悬浮分解窑。20世纪70年代左右，发展了一种煅烧技术——窑外分解技术，可以大幅度提高回转窑产量。其特征在于采用预分解窑，在悬挂预热器窑的基础上，在预热器和窑之间增加预分解炉。在分解炉中加入占燃料总消耗量50-60%的燃料，使燃料燃烧过程和原料的预热及碳酸盐分解过程从窑内传热效率低的区域移到分解炉中，原料在悬浮状态或沸腾状态下与热空气进行热交换，提高了传热效率， 使原料入窑前碳酸钙分解率达到80%以上，降低了窑的热负荷，延长了窑衬的使用寿命和窑的运转周期，保持了传热效率。

B.湿窑

湿法生产用的水泥窑称为湿窑，湿法生产是将原料制成含水量为32%~40%的料浆。由于制备了具有流动性的料浆，原料混合均匀，原料成分均匀，烧结熟料质量高，这是湿法生产的主要优势。

湿式窑可分为长湿式窑和短湿式窑，带有料浆蒸发器。长窑应用广泛，短窑目前很少使用。为了降低湿式长窑的热耗，窑内安装了各种类型的换热器，如链条式、料浆过滤预热器、金属或陶瓷换热器等。

(3)研磨

水泥熟料的细磨通常采用环流粉磨工艺(即闭路操作系统)。为了防止生产中粉尘飞扬，水泥厂都配备了除尘设备。水泥厂常用的除尘器有电除尘器、袋式除尘器和旋风除尘器。

近年来，由于在原料预均化、生料粉均化和收尘方面采用了新的技术和设备，特别是窑外分解技术的出现，出现了一种新的干法生产工艺。采用这种新工艺，干法生产的熟料质量不亚于湿法，电耗也有所降低，已成为各国水泥工业的发展趋势。

3.3生产工艺流程示例

原材料和燃料进厂后，由实验室取样分析化验，同时按质均化，存放在原料棚内。粘土、煤和硫铁矿粉由干燥机干燥至工艺指标值，并由提升机提升至相应的原料库。石灰石、萤石和石膏经过两级破碎后，由提升机送入各自的仓库。实验室根据石灰石、粘土、无烟煤、萤石、硫铁矿粉的质量，计算出工艺配方。生料通过微机配料系统与黑色生料混合，并由生料磨研磨。每小时取样检测一次氧化钙、氧化铁的百分含量和生料细度，并及时调整，使各项数据符合工艺配方要求。研磨后的黑色生料由斗式提升机提升至生料仓。实验室根据研磨后的生料质量，通过多仓配比和机械倾倒对生料进行均质，然后由升降机提升到两个生料均质仓。生料由两个均化仓配合，提升至造球仓。安装在立窑窑面上的预加水造球控制装置用于生料和水的配比，生料通过造球托盘造球。生料球由立窑分配器分配到窑内不同位置进行煅烧，煅烧后的熟料通过出料管和秤机送入熟料破碎机进行破碎，实验室每小时取样进行化学和物理分析。根据熟料质量，由提升机放入相应的熟料库。同时，根据生产经营要求和建材市场情况，实验室通过熟料微机配料系统将熟料、石膏、矿渣与水泥混合，水泥磨分别磨细425号和525号普通硅酸盐水泥，每小时取样一次进行分析检验。磨碎的水泥由斗式提升机提升到三个水泥仓库。根据磨细水泥的质量，实验室采用多库搭配和机械倾倒的方式对水泥进行均化。由提升机送至两个水泥均化仓，再与两个水泥均化仓匹配。包装机由微电脑控制对水泥进行包装，包装好的袋装水泥存放在成品仓库。试验和抽样检验合格后，签发水泥出厂通知单。

4.绩效指标

4.1水泥主要技术指标

(1)比重和容重:普通水泥比重为3: 1，容重通常为1300 kg/m3。

(2)细度:指水泥颗粒的粗细。颗粒越细，硬化越快，早期强度越高。

(3)凝结时间:水泥与水混合后开始凝结所需的时间称为初凝时间。从加水搅拌到凝结完成的时间称为最终凝结时间。硅酸盐水泥的初凝时间不早于45分钟，终凝时间不晚于12小时。

(4)强度:水泥的强度应符合国家标准。

(5)体积稳定性:指水泥在硬化过程中体积变化均匀的表现。水泥中杂质多，会产生不均匀变形。

(6)水化热:水泥与水的相互作用会产生放热反应。在水泥硬化过程中，不断释放的热量称为水化热。

4.2水泥标准的修订

与旧标准相比，我国水泥新标准主要有两处变化:一是采用GB/T 17671-1999水泥砂浆强度试验方法(ISO法)代替现行的GB 177-85水泥砂浆强度试验方法；二是根据ISO强度对我国六项通用水泥标准进行了修订。

(1)GB/T 17671—1999水泥砂浆强度试验方法标准制定(ISO法)

GB/T 17671—1999是我国采用国际标准ISO 679—1989制定的，于1999年2月8日颁布，于1999年5月8日生效。

GB/T 17671-1999和GB 177-85属于检测水泥砂浆强度的“软练法”，即塑料砂，采用4X4X160m棱柱试件，先检测试件的抗折强度，再将两个半试件折断。两者的核心区别在于砂浆的成分不同。ISO法采用适中的水灰比和适中的灰砂比，尤其是级配标准砂，因此ISO法得到的强度值比GB-177法更接近水泥在混凝土中的使用效果。

(2)六大水泥标准修订的主要内容

A.水泥砂浆强度的检验方法变更为GB/t 17671—1999。

六大水泥产品标准中采用GB/T 17671-1999作为水泥砂浆的强度检验方法，不再使用GB 177-85。因此，GB/T 17671—1999的方法上升为强制方法，而GB 177—85的方法则下降为推荐方法。

B.将水泥标号改为强度等级。

六大老水泥标准都标有Kgf/cm2，如32.5、42.5、42.5R、52.5、52.5R等。

水泥六大新标准执行以Mpa表示的强度等级，如32.5、32.5R、42.5、42.5R、52.5、52.5R等。，因此强度等级的值与水泥的28天抗压强度指数的最低值相同。

新标准还规划了我国水泥的强度等级。硅酸盐水泥分为三级六型，42.5、42.5R、52.5、52.5R、62.5R，其他五种水泥也分为三级六型，分别为32.5、32.5R、42.5、42.5R、52.5、52.5r。

C.力量年龄和各年龄力量指数的设置

六项新水泥标准规定的水泥强度龄期为3天和28天，每个龄期都有抗折抗压强度指标的要求。