水泥2345.ppt

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1、2019/6/4,材料学院 无机材料系 潘志华,1,无机非金属材料工学 水泥部分,潘志华 博士 教授 材料科学与工程学院 无机材料系 TEL: 7269,Copyright 1996-98 Dale Carnegie & Associates, Inc.,2019/6/4,材料学院 无机材料系 潘志华,2,本部分主要内容 第一周（4小时）,水泥和其他无机胶凝材料 硅酸盐水泥（Portland cement） 硅酸盐水泥国家标准 硅酸盐水泥熟料,2019/6/4,材料学院 无机材料系 潘志华,3,第二周（4小时）,熟料的率值（modulus of clinker） 熟料矿物组成的计算 硅酸盐水泥

2、生料的配合 熟料组成设计 水泥生料配比计算,2019/6/4,材料学院 无机材料系 潘志华,4,第三周（4小时）,硅酸盐水泥熟料的煅烧 干燥与脱水 碳酸盐分解 固相反应 熟料的绕结 熟料的冷却 其它组分的作用,2019/6/4,材料学院 无机材料系 潘志华,5,第四周（4小时）,硅酸盐水泥的水化和硬化 熟料矿物的水化 硅酸盐水泥的水化 水化速率与凝结时间的调节 水泥石的组成与结构,2019/6/4,材料学院 无机材料系 潘志华,6,第五周（2小时）,掺混合材的硅酸盐水泥 高铝水泥,2019/6/4,材料学院 无机材料系 潘志华,7,一、胶凝材料的定义和分类,1、胶凝材料的定义： 在物理的、化学

3、的、或物理化学的作用下，能从流动状的浆体转变成坚硬的固体的、还能胶结其他材料、并能产生一定的机械强度的物质，称为胶凝材料，有时也称之为胶结材。 要点： 从流动状（非固体状）转变成固体的过程必须受到外界的作用，这种作用可以是物理的、也可以是化学的还可以是其他的，如电学的、光学的等。称这种由非固态向固态的转变过程为硬化过程。,2019/6/4,材料学院 无机材料系 潘志华,8,胶凝材料的定义（续）,在体系中加水、给体系加热、用光照射、甚至用射线辐射等，这些都是属于物理作用。如向体系中加入少量化学物质便属于化学作用。 形成的固体物质本身必须是具有一定的机械强度的，从而具有抵抗外力作用的能力。 除了本

4、身具有机械强度外，在硬化过程中还必须能胶结其他材料。,2019/6/4,材料学院 无机材料系 潘志华,9,胶凝材料的定义（续）,一般地，胶凝材料必须同时具备上述三个特征。 另外，严格地说，胶凝材料与胶结材料是有区别的。前者就是上述定义的物质，而后者则主要强调材料的胶结性能，并且它们的用途并不完全一样。在工程技术上我们多用胶凝材料一词，胶结材料一词则用得很少。,2019/6/4,材料学院 无机材料系 潘志华,10,2、胶凝材料的分类,胶凝材料种类繁多，习惯上按其化学属性和硬化条件分类如下： 化学属性 无机：各种水泥，石灰，石膏 水硬性：各种水泥 非水硬性：石灰，石膏，粘土等 有机：沥青，各种树脂

5、：聚氯乙烯树脂，聚苯乙烯树脂，聚酯树脂，,2019/6/4,材料学院 无机材料系 潘志华,11,胶凝材料的分类（续）,呋喃树脂，酚醛树脂等 硬化条件 水硬性（水作用下硬化）：各种水泥 非水硬性（非水作用下硬化）： 热硬性：各种树脂，聚合物 气硬性：石灰，石膏，玻璃胶等 光硬性：光敏性树脂,2019/6/4,材料学院 无机材料系 潘志华,12,三、水泥的定义和分类,1、水泥的定义： 水泥：与适量的水调和后既能在空气中硬化又能在水中硬化，并能胶结其他块状或粉状物料，最终形成具有抵抗外力能力凝固体的无机粉状水硬性胶凝材料。 几个要点如下：,2019/6/4,材料学院 无机材料系 潘志华,13,要点：

6、, 水泥是一种水硬性胶凝材料。其硬化的必要条件是水的参与，与其他气硬性胶凝材料相区别。水泥在硬化过程中不但自身能硬化，而且能胶结其他物质，如砂子、碎石、钢筋、各种纤维。 水泥是无机材料。与其他有机树脂类胶凝材料相区别。 水泥是粉状材料。与液体胶凝材料相区别。如液体水玻璃。,2019/6/4,材料学院 无机材料系 潘志华,14,2、水泥的分类：,水泥的种类繁多，据称迄今为止全世界使用中的水泥种类已达100多种。通常将水泥按其用途、性能或组成来分类： 如按用途和性能分为： 通用类：硅酸盐水泥，也称五大类水泥（硅酸盐水泥、普通硅酸盐水泥、矿渣硅酸盐水泥、火山灰水泥、粉煤灰水泥） 专用类：油井水泥、大

7、坝水泥、道路水泥、锚喷水泥 特性类：快硬水泥、白色水泥、膨胀水泥、低热水泥、抗硫酸盐水泥、 耐酸水泥等,2019/6/4,材料学院 无机材料系 潘志华,15,按组成分为：硅酸盐水泥 铝酸盐水泥 硫铝酸盐水泥 氟铝酸盐水泥 铁铝酸盐水泥 少熟料或无熟料水泥,2019/6/4,材料学院 无机材料系 潘志华,16,四、水泥在国民经济中的地位和作用,三大建材：水泥、木材、钢材 水泥与其他建材相比具以下优点： 低能耗：为钢材的1/51/6，铝合金的1/25，比红砖低35% 耐久：木材会腐烂，钢材会生锈，有机材料会老化 易成型：可在常温下浇铸成各种形状。尤其是高铝水泥铸造耐火材料，高流动性水泥铸造大型平板

8、 多品种、多特性：选择余地大，适应于各种环境条件和性能的要求 可复合：钢筋、钢纤维、玻璃纤维、聚合物复合等,2019/6/4,材料学院 无机材料系 潘志华,17,五、水泥工业的发展概况,1、第一次产业革命时期： （1824年）硅酸盐水泥问世，用间歇式的土立窑烧制熟料。 2、1877年：水泥的回转窑烧制技术获得专利。出现单筒冷却机、立式磨、单仓钢球磨 3、19世纪末20世纪初：机立窑（1910年）、立波尔窑（1928年）相继诞生。 4、20世纪50年代初：悬浮预热器窑出现，1950年全世界水泥年产量达1.33亿吨。,2019/6/4,材料学院 无机材料系 潘志华,18,水泥工业的发展概况（续）,

9、5、60年代初：以电子计算机为代表的新技术在水泥工业中开始得到应用。 6、70年代初：（1971年）日本在引进西德悬浮预热器技术的基础上开发出窑外分解技术，使水泥产量翻翻增长。 7、70年代中后期：带悬浮预热器的窑外分解窑在全世界范围内的推广应用。生产过程采用计算机集中或分散控制。1980年世界水泥产量达8.7亿吨。据预测，本世纪末全世界水泥产量将达1660亿吨。,2019/6/4,材料学院 无机材料系 潘志华,19,水泥工业的整个发展过程可用下列框图表示：,土立窑 机立窑、回转窑 立波尔窑 悬浮预热器窑 预分解窑（预热器窑外分解炉） 预分解窑计算机自动控制,2019/6/4,材料学院 无机材

10、料系 潘志华,20,中国水泥工业的发展,1、1889年中国第一个水泥厂建于河北唐山，名为启新洋灰公司（今启新水泥厂前身）。随后陆续建立大连、上海、广州、中国（南京）等水泥厂。1952年到1980年28年间水泥总产为5100万吨。1981年一年年产量就达9700万吨。 2、50年代中期：湿法回转窑和立波尔窑成套设备试制。 3、50年代后期到60年代：预热器窑试验。 4、70年代：预分解窑开发。,2019/6/4,材料学院 无机材料系 潘志华,21,中国水泥工业的发展（续）,5、70年代末：（78年起）陆续引进日产20004000吨熟料的预分解生产线。自行设计制造日产700吨和2000吨的预分解生

11、产线。80年代末新型干法生产线占大中型水泥厂生产能力的1/4。90、91、92、93年水泥年产量分别为2.02、2.05、2.40、2.97亿吨。96年水泥年产量超过4亿吨。20002002年6.0、6.6、7.3吨，2004年已经超过8亿吨。目前单条水泥生产线规模为日产6000吨。 6、水泥品种多达60余种，能满足国民经济建设需要。 7、基础理论研究也取得较好成绩某些方面处于世界前沿。,2019/6/4,材料学院 无机材料系 潘志华,22,主要存在问题：,1、人均产量远远低于世界先进水平。 2、水泥厂设备存旧、技术落后。 3、小水泥占80%。 4、大水泥中湿法占一半以上。 5、环境污染严重、

12、水泥质量不够稳定。,2019/6/4,材料学院 无机材料系 潘志华,23,今后世界水泥工业的中心课题：,能源、 资源、 环境保护,循环经济 可持续发展,2019/6/4,材料学院 无机材料系 潘志华,24,1、硅酸盐水泥及其相关品种,硅酸盐水泥指由硅酸盐水泥熟料、05%的石灰石或粒化高炉矿渣和适量的石膏经磨细制成的水硬性胶凝材料。 其中，硅酸盐水泥熟料指的是由适当成分的生料经高温煅烧至部分熔融、再冷却得到的以硅酸钙为主要矿物的烧结料。 我国所称的硅酸盐水泥与国外的Portland cement相当，所以有时候也称之为波特兰水泥。 在硅酸盐水泥中掺加少量的混合材便成为普通硅酸盐水泥熟料。混合材的

13、掺量为6-15%，其中非活性混合材掺量不超过10%，活性混合材掺量不超过15%。,2019/6/4,材料学院 无机材料系 潘志华,25,硅酸盐特性水泥,若掺加较多的混合材时，则称之为某混合材水泥。如，矿渣硅酸盐水泥熟料，粉煤灰硅酸盐水泥，火山灰硅酸盐水泥。 通过改变水泥熟料的矿物组成、石膏掺量、水泥细度、或掺入少量外加剂，则可以调节水泥的性能。相应地制造出的水泥称为硅酸盐某特性水泥，如硅酸盐白色水泥，硅酸盐抗硫酸盐水泥，硅酸盐低热水泥，硅酸盐早强水泥，或专用水泥，如硅酸盐油井水泥，硅酸盐道路水泥，硅酸盐大坝水泥等。,2019/6/4,材料学院 无机材料系 潘志华,26,硅酸盐水泥和普通硅酸盐水

14、泥的标准,水泥的定义（GB17592 ） 凡由硅酸盐水泥熟料、05%石灰石或粒化高炉矿渣、适量石膏经磨细制成的水硬性胶凝材料，称为硅酸盐水泥。 硅酸盐水泥细分为两种。一种为不掺任何混合材的纯硅酸盐水泥，称之为型硅酸盐水泥，简记为PI。 另一种为掺加不超过水泥重量5%的石灰石或粒化高炉矿渣的硅酸盐水泥，称之为型硅酸盐水泥，简记为PII。,2019/6/4,材料学院 无机材料系 潘志华,27,普通硅酸盐水泥,凡由硅酸盐水泥熟料、615%混合材和适量石膏经磨细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，简记为PO。 标准规定：掺活性混合材时混合材最大掺量可达15%，并且允许用不超过水泥重

15、量5%的窑灰或不超过水泥重量10%的其他非活性混合材来替代。 单掺非活性混合材时最大掺量不得超过水泥重量的10%。,2019/6/4,材料学院 无机材料系 潘志华,28,水泥组分材料：,硅酸盐水泥熟料：凡以适当成分的生料烧至部分熔融，冷却后所得的以硅酸钙为主要成分的烧结物，简称熟料。 石膏：石膏分为天然石膏和工业副产石膏两种。 天然石膏，其品质必须满足国家标准GB5483-85所规定的技术指标要求 工业副产石膏，即工业生产中排出的以CaSO4为主要成分的副产品或废渣，必须经过试验，确认对水泥性能无害方可使用。,2019/6/4,材料学院 无机材料系 潘志华,29,活性混合材和非活性混合材,活性

16、混合材：经国家标准方法检验后确证其活性指标满足国家标准规定的技术指标要求的、天然的或人工的混合材料。如符合GB203规定的粒化高炉矿渣，符合GB2847规定的火山灰，及符合GB1596规定的粉煤灰。 非活性混合材：经国家标准方法检验后确证其活性指标低于国家标准规定的技术指标要求的、天然的或人工的混合材料。如活性指标低于相应国家标准规定的粒化高炉矿渣、火山灰、粉煤灰、以及石灰石、砂岩、页岩等。（石灰石作为混合材时Al2O3不得超过2.5%）,2019/6/4,材料学院 无机材料系 潘志华,30,窑灰和助磨剂,窑灰：从水泥回转窑窑尾废气中收集下来的粉尘称为窑灰。用作水泥厂混合材的窑灰必须满足ZBQ

17、1200184规定。,2019/6/4,材料学院 无机材料系 潘志华,31,2、水泥的等级,水泥依据其抗压强度和抗折强度的高低划分为不同的质量等级。水泥强度的测定和强度等级的划分均须遵照相关的国家标准规定的方法进行。 我国国家标准规定，硅酸盐水泥根据水泥砂浆3天和28天抗折和抗压强度的高低划分为个等级，即： 42.5R，52.5，52.5R，62.5，62.5R，72.5R 普通硅酸盐水泥分为七个等级，即： 32.5，42.5，42.5R，52.5，52.5R，62.5，62.5R,2019/6/4,材料学院 无机材料系 潘志华,32,硅酸盐水泥和普通水泥各规定龄期的抗压和抗折强度指标,201

18、9/6/4,材料学院 无机材料系 潘志华,33,3、技术指标, 不溶物： 型硅酸盐水泥不溶物不得超过0.75% 型硅酸盐水泥不溶物不得超过1.50% 氧化镁：水泥中氧化镁的含量不得超过5.0%，如果水泥经压蒸安定性试验合格，则氧化镁含量允许放宽到6.0%。 三氧化硫：水泥中三氧化硫含量不得超过3.5%,2019/6/4,材料学院 无机材料系 潘志华,34,3、技术指标（续）, 烧失量： P型硅酸盐水泥烧失量不得超过3.0% P型硅酸盐水泥烧失量不得超过3.50% PO普通硅酸盐水泥烧失量不得超过5.0% 细度： 硅酸盐水泥比表面积必须大于300m2/kg 普通硅酸盐水泥0.080mm方孔筛筛余

19、不得超过10%,2019/6/4,材料学院 无机材料系 潘志华,35,3、技术指标（续）, 凝结时间： 硅酸盐水泥初凝不得早于40min，终凝不得迟于6.5hr 普通水泥初凝不得早于40min，终凝不得迟于10hr 安定性：用沸煮法检验必须合格，也可以用雷氏法检验 强度指标：各不同龄期的抗压和抗折强度必须满足上表所列要求。 碱含量：水泥中碱含量以Na2O+0.658K2O计算值表示。若使用活性骨料，用户要求提供低碱水泥时，水泥中碱含量不得大于0.6%，或由供需双方商定。,2019/6/4,材料学院 无机材料系 潘志华,36,4、试验方法, 氧化镁、烧失量、三氧化硫、碱和不溶物：按GB176方法

20、进行。 细度按：GB1345方法进行 比表面积：按GB8074方法进行 凝结时间和安定性：按GB1346方法进行 压蒸安定性：按GB750方法进行,2019/6/4,材料学院 无机材料系 潘志华,37,废品与不合格品,废品：凡氧化镁、三氧化硫、初凝时间、安定性中任何一项不符合国家标准规定指标，即为废品。 不合格品：凡细度、终凝时间、不溶物和烧失量中的任何一项不符合国家标准规定指标，或混合材掺量超过最大限量，或强度低于商品标号规定的指标时，称为不合格品。水泥包装标志水泥品种、标号、工厂名称和出厂编号不全的也属于不合格品。,2019/6/4,材料学院 无机材料系 潘志华,38,对水泥几个主要性能的

21、说明：,1、水泥的凝结时间：水泥的凝结时间是指水泥拌水以后渐渐失去流动性，至转变成具有一定抵抗外力作用能力的状态所经历的时间。水泥凝结时间的快慢与施工密切相关。 影响水泥凝结的因素主要有：熟料组成，石膏掺量，水泥细度，环境温度和水泥温度 2、安定性：水泥凝结硬化过程中体积的不变性和体积变化的相对均匀性。体积变化超过一定程度判断为体积安定性不良。体积安定性与建筑物的长期使用性能密切相关。 影响水泥安定性的因素主要有：f-C，f-MgO，SO3 ，由上述三种因素引起的安定性的检验方法各不相同。 3、强度：水泥强度的测定种类有抗压和抗折两种，水泥强度表现为较高的抗压强度和较低的抗折强度。这在很大程度上决定了水泥的使用范围。硅酸盐水泥的标号强度为其砂浆28天抗压强度。但是，实际水泥出厂标号的确定必须考虑水泥质量的波动情况和额外的保险系数。,2019/6/4,材料学院 无机材料系 潘志华,39,二、世界各国水泥标准简介,美国标准ASTM（American Society for Testing of Materials）将波特兰水泥分为五个大类，即、 日本标准（JIS）：硅酸盐水泥不分等级 苏联标准（）：波特兰水泥可以掺不超过15%的混合材，也可以不掺任何混合材，每一品种也分为若干强度等级,2019/6/4,材料学院 无机材料系 潘志华,40,End,