【文章內(nèi)容簡介】 得了專利權(quán)。這種水泥同英國倫敦附近 波特蘭(Portland)小城盛產(chǎn)的石材顏色相近。 1870年以后，水泥作為一種新型工業(yè)在世界許多國家和地區(qū)得以發(fā)展和應用。 ? 我國的水泥工業(yè)解放前十分落后， 1876年只是在河北唐山成立了 啟新洋灰公司 ，以后又相繼建立了大連、上海、廣州等水泥廠。歷史上最高年產(chǎn)量 (1942年 )只有 229萬 t。 我國水泥工業(yè)真正的發(fā)展是在解放以后。 50年代，我國按照前蘇聯(lián)模式，在部分高校中設立了水泥專科和中等專業(yè)學校，注重培養(yǎng)水泥方向的專業(yè)技術(shù)人才，與此同時，國家成立了建材研究機構(gòu)，一部分專業(yè)人員潛心研究水泥技術(shù)，并建成了一批水泥廠。經(jīng)過 50年的發(fā)展，我國水泥工業(yè)在世界上舉足輕重， 1998年我國水泥產(chǎn)量已達 5． 36億t，連續(xù)多年居世界第一。在提高水泥產(chǎn)量的同時，水泥質(zhì)量也不斷提高。產(chǎn)品的標準不斷更新，并逐步向國際化接軌。 90年代以來已開始在水泥行業(yè)廣泛使用了產(chǎn)品質(zhì)量國際認證體系。 我國水泥的發(fā)展 水泥 ： 水泥是 與水混合后，經(jīng)過物理化學反應過程能由可塑性漿體變成堅硬的石狀體，并能將散粒狀材料膠結(jié)成為整體的 一種粉末狀 水硬性膠凝材料 。 屬水硬性凝膠材料，不僅能在空氣中硬化，還能在水中硬化、保持并發(fā)展其強度。 ?分類： 按組成： 硅酸鹽水泥、 鋁酸鹽水泥和硫鋁酸鹽水泥； 按性能和用途：通用水泥、專用水泥和特性水泥。 硅酸鹽水泥的定義 凡以適當成分的生料燒至部分熔融，所得以硅酸鈣為主的 水泥熟料 ，摻入 0～5％的石灰石或?；郀t礦渣、 適量石膏磨細 制成的水硬性膠凝材料，稱為 硅酸鹽水泥 (也稱波特蘭水泥， Portland cement)。 硅酸鹽水泥的生產(chǎn)及礦物組成 ? 當硅酸鹽水泥中不摻混合材料時，稱為Ⅰ 型硅酸鹽水泥，代號 PⅠ 。 ? 在硅酸鹽水泥熟料粉磨時摻加不超過水泥質(zhì)量 5%的石灰石或粒化高爐礦渣混合材料的，稱為 Ⅱ 型硅酸鹽水泥，代號 P Ⅱ 。 ? （ 1） 硅酸鹽水泥的生產(chǎn) 原料： ① 石灰質(zhì)原料：主要提供Ｃ aＯ； ② 黏土質(zhì)原料：主要提供 SiO Ａ l２ O３ 以及Ｆ e２ O３ 。 ③ 校正原料 鐵質(zhì)校正原料：主要補充 Ｆ e２ O３ 硅質(zhì)校正原料：主要補充 SiO2 硅酸鹽水泥生產(chǎn)工藝 : 1) 將原料按一定比例配料并磨細成符合成分要求的生料： 2) 將生料煅燒使之部分熔融形成熟料； 3) 將熟料與適量的石膏共同磨細成為硅酸鹽類水泥。 硅酸鹽水泥的生產(chǎn)工藝概括起來就是“二磨一燒”，如下圖所示： 校正原料 圖 水泥生產(chǎn)工藝流程示意圖 ?生產(chǎn)過程 水泥回轉(zhuǎn)窯 ? (2) 硅酸鹽水泥熟料礦物組成 ① 硅酸三鈣 —— 其礦物組成為 3CaOSiO2(簡稱C3S) ，含量約 3760%； ② 硅酸二鈣 —— 其礦物組成為 2CaOSiO2(簡稱C2S) ，含量約 1537%。 ③ 鋁酸三鈣 —— 其礦物組成為 3CaOAl2O3(簡稱 C3A)，含量 7%～ 15%。 ④ 鐵鋁酸四鈣 —— 其礦物組成為4CaOAl2O3Fe2O3(簡稱 C4AF)，含量 10%～18%。 ⑤其它礦物組成 —— 硅酸鹽水泥熟料中還含有少量的 游離氧化鈣 和 游離氧化鎂 及少量的堿 (氧化鈉和氧化鉀 )。其總含量一般不超過水泥量的 10% 。 硅酸鹽水泥的 水化 及 凝結(jié)硬化 ?（ 1）硅酸鹽水泥的水化 硅酸鹽水泥熟料與水發(fā)生的水解或水化作用統(tǒng)稱為水化。 22222 )(3032363 OHCaHS iOC a OOHS iOC a O ??????22222 )(3234)2(2 OHCaOHS iOC a OOHS iOC a O ??????OHOAlC a OOHOAlC a O 232232 6363 ?????OHOFeC a OOHOAlC a OOHOFeOAlC a O 23223223232 6374 ?????????水化硅酸鈣 ， CSH凝膠； 六方晶體 硅酸三鈣 水化硅酸鈣 ， CSH凝膠； 六方晶體 硅酸二鈣 水化鋁酸三鈣 ， 立方晶體 鋁酸三鈣 水化鋁酸三鈣 ， 立方晶體； 鐵鋁酸四鈣 水化鐵酸鈣 ， 膠體 CFH OHC aS OOAlC aOOHOHC aS OOHOAlC aO2432224232313319)2(363?????????加入石膏時（主要為調(diào)節(jié)凝結(jié)時間）： 高硫型水化硫鋁酸鈣 ， 針狀晶體 ， 鈣礬石 在石膏消耗完后，部分鈣礬石轉(zhuǎn)化為單硫型水化硫鋁酸鈣 OHC a S OOAlC a O 2432 123 ??? 凝膠體 晶體 硅酸鹽水泥的主要水化產(chǎn)物 : 水化硅酸鈣 (CSH凝膠 70% ) 水化鐵酸鈣 氫氧化鈣 (Ca(OH)2 20%) 水化鋁酸鈣 水化硫鋁酸鈣 (7%) 電鏡下的水泥水化產(chǎn)物圖 CH Crystal 氫氧化鈣晶體 CSH 水化硅酸鈣凝膠 水化 硫鋁酸鈣 圖 各熟料礦物的強度增長 硅酸鹽水泥主要礦物組成與特性 礦物組成 硅酸三鈣 C3S 硅酸二鈣 C2S 鋁酸三鈣 C3A 鐵鋁酸四鈣 C4AF 水化速度 快 慢 最快 快 水化熱 多 少 最多 中 對強度的作用 高 早低后高 低 低 提問： （ 1） 由上表可知硅酸鹽水泥應有什么特點 ？ （ 2） 如果制備高強水泥 、 快硬高強水泥或低熱水泥 ， 在熟料礦物組成上應分別進行怎樣的調(diào)節(jié) ？ 硅酸鹽水泥各礦物組成性能比較 ? (2) 硅酸鹽水泥的凝結(jié)硬化 ?水泥的凝結(jié)： 水泥加水拌合后，成為可塑性的水泥漿，水泥漿逐漸變稠失去塑性，但尚不具有強度的過程，成為水泥的“凝結(jié)”。 初凝： 水泥顆粒表面水化物膜層增厚，包有凝膠體的水泥顆粒逐漸接近，以致相互接觸凝結(jié)成多孔的空間網(wǎng)絡，形成凝聚結(jié)構(gòu)， 水泥漿開始失去塑性，這種結(jié)構(gòu)在振動作用下開始破壞 。 終凝： 固態(tài)水化物不斷增多，顆粒間的接觸點數(shù)目不斷增加，結(jié)晶體和凝膠體互相貫穿形成的凝聚 — 結(jié)晶網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)不斷增強，結(jié)構(gòu)逐漸緊密。 水泥漿體完全失去可塑性 。 ?水泥的硬化： 水泥漿凝結(jié)之后，產(chǎn)生明顯的強度并逐漸發(fā)展成為堅硬的人造石 —— 水泥石，這一過程成為水泥的“硬化”。 水泥進入硬化期后，水化速度逐漸減慢，水化物隨時間的增長而逐漸增加，擴展到毛細孔，結(jié)構(gòu)更趨致密，強度相應提高。 凝結(jié)和硬化實際上是一個連續(xù)的復雜的物理化學變化過程。 硬化后的水泥石是由凝膠體、結(jié)晶體、未水化的水泥顆粒、水、凝膠孔、毛細孔所組成。其結(jié)構(gòu)如圖所示。 A－－未水化水泥顆粒 B－－凝膠體粒子 C－－結(jié)晶體粒子 D－－毛細孔（毛細孔水） E－－凝膠孔 ?（ 3）影響水泥凝結(jié)硬化的因素 影響凝結(jié)硬化的因素 有：水泥的熟料礦物組成及細度，用水量，養(yǎng)護時間，環(huán)境溫度和濕度以及石膏的摻量。 ?①水泥的熟料礦物組成及細度 水泥熟料中各種礦物的凝結(jié)硬化特點不同，當水泥中各種礦物的相對含量不同時，水泥的凝結(jié)硬化特點就不同。 水泥磨得愈細，水泥顆粒平均粒徑小，比表面積大，水化時與水的接觸面大，水化速度快，凝結(jié)硬化快，早期強度就高。 ? ②用水量 當水泥漿中加水較多時，水泥的初期水化反應得以充分進行；但是水泥顆粒間原來被水隔開的距離較遠，顆粒間相互連接形成骨架結(jié)構(gòu)所需的凝結(jié)時間長，所以水泥漿凝結(jié)較慢 ,且空隙多，水泥石的強度降低。 ? ③ 養(yǎng)護時間 水泥加水拌合后的前 4周水化速度較快，強度發(fā)展也較快。 4周之后，只要維持適當?shù)臏囟扰c濕度，水泥漿隨著時間的延長水化物增多，內(nèi)部結(jié)構(gòu)就逐漸致密，一般來說，強度不斷增長，在幾個月、幾年、甚至幾十年后還會繼續(xù)增長。 ? ④環(huán)境溫度和濕度 只有處于適當溫度下，水泥的水化、凝結(jié)和硬化才能進行。通常，溫度較高時，水泥的水化、凝結(jié)和硬化速度就較快。當環(huán)境溫度低于 0℃ 時水泥水化趨于停止，就難以凝結(jié)硬化。 水泥水化是水泥與水之間的反應，必須在水泥顆粒表面保持有足夠的水分，水泥的水化、凝結(jié)硬化才能充分進行，生成的水化物進一步填充毛細孔，促進強度發(fā)展。 保持環(huán)境的溫度和濕度，使水泥石強度不斷增長的措施，稱為 水泥的養(yǎng)護 。 ⑤ 石膏的摻量 在熟料磨細時，摻有適量（ 3%左右的）會起到良好的緩凝效果。 但是石膏摻量過多時，可能危害水泥石的安定性。 ? １ .技術(shù)性質(zhì) 按照我國現(xiàn)行國家標準 《 通用硅酸鹽水泥 》 （ ＧＢ 175一 2022） 規(guī)定 ， 對硅酸鹽水泥有 9項技術(shù)要求 。 ?不溶物、燒失量 ?氧化鎂、三氧化硫含量 ?細度 ?凝結(jié)時間 ?體積安定性 ?強度 ?堿含量等 ? ① 細度 水泥顆粒粒徑一般在 7～ 200μm，顆粒細，則水化較快且完全，強度較高，但在空氣中的硬化收縮性大，成本也較高。顆粒過粗不利于水泥活性的發(fā)揮，又影響其保水成漿的性能。 水泥顆粒＜ 40μm時，具有較高的活性； 水泥顆粒＞ 100μm時，活性很小。 國家規(guī)定用篩析法和比表面積法測定水泥的細度。 ＧＢ 175一 2022規(guī)定， 硅酸鹽水泥比表面積不小于 300m2/kg，否則為不合格品。 負壓篩析儀 負壓篩 .rm 標準稠度水泥凈漿 為使水泥凝結(jié)時間和安定性的測定結(jié)果具有可比性，在此兩項測定時必須采用 標準稠度的水泥凈漿 。 我國國標規(guī)定，水泥凈漿稠度是采用標準維卡儀測定的，以試桿沉入凈漿距底板６mm177。 1mm時的稠度為“標準稠度”，此時的用水量為標準稠度用水量。 ?水泥稠度凝結(jié)時間測定儀 ? ② 凝結(jié)時間 ?初凝： 水泥加水拌合時起至標準稠度凈漿開始失去可塑性所需的時間； 終凝： 水泥加水拌和時起至標準稠度凈漿完全失去可塑性并開始產(chǎn)生強度所需的時間。 ?為使水泥混凝土和砂漿有充分的時間進行攪拌、運輸、澆搗和砌筑，水泥初凝時間不能過短。當施工完成，則要求盡快硬化，具有強度，故終凝時間不能太長。 ?標準規(guī)定：硅酸鹽水泥 初凝時間不得早于45min，終凝時間不得遲于 （ 390min），否則為不合格品。 ?③ 安定性 ? 體積安定性：水泥漿體硬化以后，體積變化均勻，硬化的漿體能保持一定的形狀，不變形、不開裂、不潰散的性質(zhì)。 ? 體積安定性不良：水泥硬化后，產(chǎn)生不均勻的體積變化。會使構(gòu)件產(chǎn)生膨脹性裂縫，降低建筑物質(zhì)量，甚至引起嚴重事故。 ? 引起水泥安定性不良的原因有三個： 熟料中游離 CaO過多： 其中部分過燒的 CaO在水泥凝結(jié)硬化后 ， 會緩慢與水生成 Ca(OH)2。該反應體積膨脹 97%， 使水泥石發(fā)生不均勻體積變化 。 熟料中游離 MgO過多： 水泥中的氧化鎂在水泥凝結(jié)硬化后 ， 會與水生成 Mg(OH)2。 該反應比過燒的 CaO與水的反應更加緩慢 ， 且體積膨脹 ，會在水泥硬化幾個月后導致水泥石開裂 。 石膏摻量過多： 水泥硬化后 ， 石膏在有水存在的情況下 ， 還會繼續(xù)與固態(tài)的水化鋁酸鈣反應生成高硫型水化硫鋁酸鈣 （ 鈣礬石 ） ， 體積約增大 ， 引起水泥石開裂 。 ? 體積安定性檢驗方法