第二章水泥第一節(jié)

第二章水硬性膠凝材料---水泥掌握：常用水泥的技術(shù)性質(zhì)和應(yīng)用

熟悉：水泥的凝結(jié)硬化過程、運(yùn)輸、保管了解：其他品種水泥的性質(zhì)和應(yīng)用本章教學(xué)目標(biāo)第一節(jié)水泥的概述第二節(jié)水泥的性質(zhì)第三節(jié)水泥的主要特性及選用第四節(jié)水泥的質(zhì)量鑒別水泥的定義和分類水泥是一種細(xì)磨成粉末狀，加入適量水后成為可塑性的漿體，既能在空氣中硬化，又能在水中硬化，并能將砂、石等材料牢固地膠結(jié)成具有一定強(qiáng)度的整體的水硬性膠凝材料。按用途和性能分類用于一般土木建筑工程中的水泥，如硅酸鹽水泥、礦渣硅酸鹽水泥等具有專門用途水泥，如中、低熱水泥，道路水泥等具有某種性能比較突出的水泥，如快硬硅酸鹽水泥、抗硫酸鹽水泥等按其化學(xué)成分類雖然水泥品種繁多，分類方法各異，但我國水泥產(chǎn)量的90%左右屬以硅酸鹽為主要水硬性礦物的硅酸鹽水泥。我國水泥工業(yè)現(xiàn)狀近年來我國水泥工業(yè)發(fā)展很快，無論是品種、產(chǎn)量、質(zhì)量都有很大的突破，尤其是產(chǎn)量居世界前列。但同時(shí)也存在著嚴(yán)重的不足，主要表現(xiàn)為：能耗大、污染嚴(yán)重。我們來看一組統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)：如何降低水泥能耗、減少污染物的排放量，將是今后應(yīng)該研究的主要內(nèi)容，綠色產(chǎn)業(yè)化是水泥工業(yè)的發(fā)展方向。2.1.1水泥的生產(chǎn)工藝生產(chǎn)原料

主要是石灰質(zhì)原料和粘土質(zhì)原料兩類。石灰質(zhì)原料：如石灰石、白堊等，主要提供CaO粘土質(zhì)原料：如粘土、粘土質(zhì)頁巖等，主要提供SiO2、

Al2O3、Fe2O3

有時(shí)兩種原料化學(xué)組成不能滿足要求，還要加入少量校正原料(如鐵礦粉等)調(diào)整。2.1水泥的概述生產(chǎn)工藝概述硅酸鹽水泥的生產(chǎn)工藝可概括為三個(gè)階段：生料制備：以石灰石、粘土和鐵礦粉為主要原料（有時(shí)需加入校正原料），將其按一定比例配合、磨細(xì)，制得具有適當(dāng)化學(xué)成分、質(zhì)量均勻的生料。熟料煅燒：將生料在水泥窯內(nèi)經(jīng)1450℃高溫煅燒至部分熔融，得到以硅酸鈣為主要成分的硅酸鹽水泥熟料。水泥粉磨：將熟料加適量石膏和0～5％的石灰石或?；郀t礦渣共同磨細(xì)得到硅酸鹽水泥。

水泥的生產(chǎn)工藝流程：（硅酸鹽）水泥生產(chǎn)工藝過程可概括為“兩磨一燒”。

熟料生料水泥石膏石灰質(zhì)原料-石灰石粘土質(zhì)原料-粘土校正原料--鐵礦粉磨細(xì)按比例配合1350℃－1450℃煅燒磨細(xì)水泥生產(chǎn)流程圖（教材內(nèi)容）：P14生產(chǎn)水泥的原料有石灰質(zhì)原料、粘土質(zhì)原料和鐵質(zhì)原料水泥的生產(chǎn)工藝過程可概括為4個(gè)字，即“兩磨一燒”。在磨細(xì)熟料時(shí)摻入適量（3%左右）石膏以延緩水泥的凝結(jié)時(shí)間。（二）硅酸鹽水泥熟料的礦物組成

生料SiO2CaO結(jié)合反應(yīng)1450℃1000℃左右分解反應(yīng)Al2O3Fe2O32CaO·SiO2

硅酸二鈣3CaO·SiO2

硅酸三鈣3CaO·Al2O3

鋁酸三鈣4CaO·Al2O3·Fe2O3鐵鋁酸四鈣硅酸鹽水泥熟料的礦物組成

硅酸鹽水泥熟料礦物的特性礦物組成對水泥性能的影響以上是單個(gè)礦物組成的性能，水泥是幾種熟料礦物的混合物，改變熟料礦物成分間的比例，水泥的性質(zhì)即發(fā)生相應(yīng)的變化。硅酸三鈣↑——高強(qiáng)水泥鋁酸三鈣、硅酸三鈣↓硅酸二鈣↑鐵鋁酸四鈣↑——抗折強(qiáng)度↑——道路水泥

—水化熱↓——大壩水泥2.1.2水泥包裝水泥包裝是料狀材料，有袋裝和散裝。袋裝水泥每袋凈含量50kg，且不得少于標(biāo)志質(zhì)量的99%。水泥包裝袋上標(biāo)識(shí)有：水泥品種名稱、代號(hào)、強(qiáng)度等級(jí)、出廠日期、凈含量、生產(chǎn)單位和廠址、執(zhí)行標(biāo)準(zhǔn)號(hào)、生產(chǎn)許可證編號(hào)、出廠編號(hào)、包裝日期、包裝年月日。2.1.3常用的通用硅酸鹽水泥名稱、代號(hào)、標(biāo)識(shí)硅酸鹽水泥代號(hào)P.I、P.II紅色普通硅酸鹽水泥代號(hào)P.O紅色礦渣硅酸鹽水泥代號(hào)P.S

藍(lán)色粉煤灰硅酸水泥代號(hào)P.F黑色或藍(lán)色火山灰硅酸鹽水泥

代號(hào)P.P

黑色或藍(lán)色復(fù)合硅酸鹽水泥代號(hào)P.C黑色或藍(lán)色閱讀理解：各種水泥的定義通用水泥：以硅酸鹽水泥熟料和適量的石膏、及規(guī)定的混合材料制成的水硬性膠凝材料。硅酸鹽水泥：（現(xiàn)行國家標(biāo)準(zhǔn)GB175-1999）

由硅酸鹽水泥熟料、0～5％的石灰石或?；郀t礦渣和適量石膏磨細(xì)制成的水硬性膠凝材料稱為硅酸鹽水泥（國外統(tǒng)稱為波特蘭水泥）。

由硅酸鹽水泥熟料、6%~15%混合材料和適量石膏磨細(xì)制成的水硬性膠凝材料,稱為普通硅酸鹽水泥（簡稱普通水泥）,代號(hào)：P.O。在應(yīng)用范圍方面，普通水泥與硅酸鹽水泥基本相同，甚至在一些不能用硅酸鹽水泥的地方也可采用普通水泥，使得普通水泥成為建筑待業(yè)應(yīng)用面最廣、使用量最大的水泥品種。

普通硅酸鹽水泥(P.o)。

礦渣硅酸鹽水泥：由硅酸鹽水泥熟料、粒化高爐礦渣和適量石膏磨細(xì)制成的水硬性膠凝材料,稱為礦渣硅酸鹽水泥，代號(hào)：P.S。

火山灰質(zhì)硅酸鹽水泥：由硅酸鹽水泥熟料、火山灰質(zhì)混合材料和適量石膏磨細(xì)制成的水硬性膠凝材料。稱為火山灰質(zhì)硅酸鹽水泥，代號(hào)：P.P。

粉煤灰硅酸鹽水泥：由硅酸鹽水泥熟料、粉煤灰和適量石膏磨細(xì)制成的水硬性膠凝材料，稱為粉煤灰硅酸鹽水泥，代號(hào)：P.F。

復(fù)合硅酸鹽水泥：由硅酸鹽水泥熟料、兩種或兩種以上的混合材料和適量石膏磨細(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(hào)P.C。混合材料：在硅酸鹽水泥中摻入的一些天然或人工合成的礦物材料、工業(yè)廢料（礦渣、火山灰、粉煤灰），稱為混合材料。摻混合料的目的：改善水泥某些性能，調(diào)整水泥強(qiáng)度，增加水泥品種，擴(kuò)大水泥的使用范圍；同時(shí)也是為了綜合利用工業(yè)廢料，節(jié)約能源，降低水泥生產(chǎn)成本等。2.1.4水泥的水化和凝結(jié)硬化水化是水泥產(chǎn)生凝結(jié)硬化的前提，而凝結(jié)硬化是水泥水化的結(jié)果。

2.1.4硅酸鹽水泥的水化和凝結(jié)硬化

水泥加水拌和后，水泥顆粒立即分散于水中并與水發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，生成各種水化物。

硅酸三鈣 水化硅酸鈣氫氧化鈣

硅酸二鈣 水化硅酸鈣氫氧化鈣

鋁酸三鈣水化鋁酸鈣

水化鐵酸鈣鐵鋁酸四鈣水化鋁酸鈣水泥中的石膏也很快與水化鋁酸鈣反應(yīng)生成難溶的水化硫鋁酸鈣，也稱為鈣礬石晶體：水化硫鋁酸鈣（鈣礬石）經(jīng)過上述水化反應(yīng)后，主要水化產(chǎn)物為：水化硅酸鈣(50%)、氫氧化鈣(25%)、水化鋁酸鈣、水化鐵酸鈣及水化硫鋁酸鈣等。

凝結(jié)硬化隨著時(shí)間的推延，水泥漿逐漸失去塑性，形成具有一定強(qiáng)度的石狀體，這個(gè)過程叫水泥的凝結(jié)硬化。水泥的凝結(jié)硬化大致可劃分為以下三個(gè)階段：潛伏期（誘導(dǎo)期）：水泥礦物的水化反應(yīng)凝結(jié)期：1h初凝；6－8h終凝硬化期：固體水泥加水拌合后的水化反應(yīng)，一方面使水泥漿中起潤滑作用的自由水分逐漸減少；另一方面，水化產(chǎn)物在溶液中很快達(dá)飽和或過飽和狀態(tài)而不斷析出，水泥顆粒表面的新生物厚度逐漸增大，使水泥漿中固體顆粒間的間距逐漸減小，越來越多的顆粒相互連接形成了骨架結(jié)構(gòu)。此時(shí)，水泥漿便開始慢慢失去可塑性，表現(xiàn)為水泥的初凝。

初凝后，水泥顆粒繼續(xù)水化反應(yīng)，到開始具有一定強(qiáng)度時(shí)稱為終凝。由初凝到終凝的過程稱為水泥的凝結(jié)

隨著水化產(chǎn)物的不斷增加，水泥顆粒之間的毛細(xì)孔不斷被填實(shí)，加之水化產(chǎn)物中的氫氧化鈣晶體、水化鋁酸鈣晶體不斷貫穿于水化硅酸鈣等凝膠體之中，逐漸形成了具有一定強(qiáng)度的水泥石，從而進(jìn)入了硬化階段。水化產(chǎn)物的進(jìn)一步增加，水分的不斷喪失，使水泥石的強(qiáng)度不斷發(fā)展。水泥的硬化期可以延續(xù)至很長時(shí)間，但28天基本表現(xiàn)出大部分強(qiáng)度。實(shí)際上，水泥的水化過程很慢，較粗水泥顆粒的內(nèi)部很難完全水化。因此，硬化后的水泥石是由晶體、膠體、未完全水化顆粒