水泥材料课件

水泥材料,广义上说，水泥泛指一切能够硬化的无机胶凝材料；而狭义的水泥则专指现代水泥，即具有水硬性的胶凝材料。对水泥的分类通常有两种方法：一是按用途及性能分类，二是按其主要水硬性物质名称分类。,水泥,按水泥用途分为：通用水泥、专用水泥、特性水泥三大类。通用水泥：是指适用于大多数工业、民用建筑工程的硅酸盐系列品种水泥。主要有硅酸盐水泥，普通硅酸盐水泥、矿渣硅酸盐水泥、火山灰质硅酸盐水泥、粉煤灰硅酸盐水泥以及复合硅酸盐水泥。专用水泥:是指有专门用途的水泥，如油井水泥、中热硅酸盐水泥和粉煤灰硅酸盐水泥等。特性水泥：是指某种性能较突出的一类水泥。如快硬水泥系列、膨胀水泥系列、抗硫酸盐硅酸盐水泥等。专用特种水泥包括：快硬高强水泥、膨胀水泥、自应力水泥、水工水泥、油井水泥、装饰水泥、砌筑水泥、低碱水泥、道路水泥等种类。,按其主要水硬性物质名称分为:硅酸盐水泥系列、硫铝酸盐水泥系列、铝酸盐水泥系列、铁铝酸盐水泥系列、氟铝酸盐水泥系列、其他系列六大类。,水泥发展史,大约在公元前30002000年间，古埃及人开始采用煅烧石膏作建筑胶凝材料，埃及古金字塔的建造中使用了煅烧石膏。,西方最初采用黏土作胶凝材料。古埃及人采用尼罗河的泥浆砌筑未经煅烧的土砖。为增加强度和减少收缩，在泥浆中还掺入砂子和草。用这种泥土建造的建筑物不耐水，经不住雨淋和河水冲刷，但在干燥地区可保存许多年。,古代水泥发展,古希腊人与古埃及人不同，在建筑中所用胶凝材料是将石灰石经煅烧后而制得的石灰。罗马人使用石灰的反复是将石灰加水消解，与砂子混合成砂浆，然后用此砂浆砌筑建筑物。采用石灰砂浆的古罗马建筑，其中有些非常坚固，甚至保留到现在。古罗马人对石灰使用工艺进行改进，在石灰中不仅掺砂子，还掺磨细的火山灰，在没有火山灰的地区，则掺入与火山灰具有同样效果的磨细碎砖。这种砂浆在强度和耐水性方面较“石灰砂子”的二组分砂浆都有很大改善，用其砌筑的普通建筑和水中建筑都较耐久。有人将“石灰火山灰砂子”三组分砂浆称为“罗马砂浆”。,古代法国和英国都曾普遍采用这种三组分砂浆，用它砌筑各种建筑。在欧洲建筑史上，“罗马砂浆”的应用延续了很长时间。不过，在公元第911世纪，该砂浆技术几乎失传。在这漫长的岁月中，砂浆采用的石灰是煅烧不良的石灰石块，碎石也不磨细，质量很差。到公元第1214世纪这段时期，石灰煅烧质量逐渐好转，碎砖和火山灰也已磨细，“罗马砂浆”质量恢复到原来的水平。,中国古代的建筑胶凝材料白灰面早在公元前50003000年的新石器时代的仰韶文化时期，就有人用“白灰面”涂抹山洞、地穴的地面和四壁，使其变得光滑和坚硬。“白灰面”因呈白色粉末状而得名，它由天然姜石磨细而成。姜石是一种二氧化硅较高的石灰石块，常夹在黄土中，是黄土中的钙质结核。“白灰面”是至今被发现的中国古代最早的建树胶凝材料。,黄泥浆公元前16世纪的商代，地穴建筑迅速向木结构建筑发展此时除继续用“白灰面”抹地以外，开始采用黄泥浆砌筑土坯墙。在公元前403221年的战国时代，出现用草拌黄泥浆筑墙，还用它在土墙上衬砌墙面砖。,在中国建筑史上，“白灰面”很早就被淘汰，而黄泥浆和草拌黄泥浆作为胶凝材料则一直沿用到近代社会。,石灰公元前7世纪的周朝出现了石灰，周朝的石灰是用大蛤的外壳烧制而成。蛤壳主要成分是碳酸钙，它将煅烧到碳酸气全部逸出即成石灰。蜃灰就是用蛤壳烧制而成的石灰材料，在周朝就已发现他具有良好的吸湿防潮性能和胶凝性能。自周朝开始到明代仍未失传，在中国历史上流传了很长的时间。,到秦汉时代，除木结构建筑外，砖石结构建筑占重要地位。,长城的许多地段是用石灰砌筑而成的,三合土在公元5世纪的中国南北朝时代，出现一种名叫“三合土”的建筑材料，它由石灰、黏土和细砂所组成。到明代，有石灰、陶粉和碎石组成的“三合土”。在清代，除石灰、黏土和细砂组成的“三合土”外，还有石灰、炉渣和砂子组成的“三合土”。清代宫式石桥做法一书中对“三合土”的配备作了说明：“灰土即石灰与黄土之混合，或谓三合土”；“灰土按四六掺合，石灰四成，黄土六成”。以现代人眼光看，“三合土”也就是以石灰与黄土或其他火山灰质材料作为胶凝材料，以细砂、碎石后炉渣作为填料的混凝土。“三合土”与罗马的三组分砂浆，即“罗马砂浆”有许多类似之处。,石灰掺有机物的胶凝材料中国古代建筑胶凝材料发展中一个鲜明的特点是采用石灰掺有机物的胶凝材料，如“石灰糯米”，“石灰桐油”，“石灰血料”，“石灰白芨”，以及“石灰糯米明矾”等。另外，在使用“三合土”时，掺入糯米和血料等有机物。,水硬性石灰：用含黏土、石灰石制成的石灰被成为水硬性石灰18世纪中叶史密顿在建造灯塔的过程中，研究了“石灰火山灰砂子”三组分砂浆中不同石灰石对砂浆性能的影响，发现含有黏土的石灰石，经煅烧和细磨处理后，加水制成的砂浆能慢慢硬化，在海水中的强度较“罗马砂浆”高很多，能耐海水的冲刷。,近代水泥的发展,罗马水泥1796年，英国人派克（J.Parker）将称为SepaTria的黏土质石灰岩，磨细后制成料球，在高于烧石灰的温度下煅烧，然后进行磨细制成水泥。派克称这种水泥为“罗马水泥”（RomanCement），并取得了该水泥的专利权。,差不多在“罗马水泥”生产的同时期，法国人采用Boulogne地区的化学成分接近现代水泥成分的泥灰岩也制造出水泥。这种与现代水泥化学成分接近的天然泥灰岩称为水泥灰岩，用此灰岩制成的水泥则称为天然水泥。美国人用Rosendale和Louisville地区的水泥灰岩也制成了天然水泥。在19世纪80年代及以后的很长一段时间里，天然水泥在美国得到广泛应用，在建筑业中曾占很重要的地位。,英国水泥英国人福斯特（J.Foster）是一位致力于水泥的研究者。他将两份重量白垩和一份重量黏土混合后加水湿磨成泥浆，送入料槽进行沉淀，置沉淀物于大气中干燥，然后放入石灰窑中煅烧，温度以料子中碳酸气完全挥发为准，烧成产品呈浅黄色，冷却后细磨成水泥。福斯特称该水泥为“英国水泥”（BritishCement）。,波特兰水（硅酸盐水泥）把石灰石捣成细粉，配合一定量的黏土，掺水后以人工或机械搅和均匀成泥浆。置泥浆于盘上，加热干燥。将干料打击成块，然后装入石灰窑煅烧，烧至石灰石内碳酸气完全逸出。煅烧后的烧块在将其冷却和打碎磨细，制成水泥。使用水泥时加入少量水分，拌和成适当稠度的砂浆，可应用于各种不同的工作场合。”该水泥水化硬化后的颜色类似英国波特兰地区建筑用石料的颜色，所以被称为“波特兰水泥”。,1845年，强生在实验中一次偶然的机会发现，煅烧到含有一定数量玻璃体的水泥烧块，经磨细后具有非常好的水硬性。另外还发现，在烧成物中含有石灰会使水泥硬化后开裂。根据这些意外的发现，强生确定了水泥制造的两个基本条件：第一是烧窑的温度必须高到足以使烧块含一定量玻璃体并呈黑绿色；第二是原料比例必须正确而固定，烧成物内部不能含过量石灰，水泥硬化后不能开裂。这些条件确保了“波特兰水泥”质量，解决了阿斯谱丁无法解决的质量不稳定问题。从此，现代水泥生产的基本参数已被发现。,水泥的发明是一个渐进的过程。水泥生产技术随着社会生产力发展，也有一个不断进步、成熟和完善的过程。今天，人们把水泥的生产过程形象的概括为“二磨一烧”，即按一定比例配合的原料，先经粉磨制成生料，再在窑内烧成熟料，最后通过粉磨制成水泥。在这个过程中，窑是核心设备，所以人们在研究水泥技术发展史的时候，往往以窑为代表。回顾这过去的近二百年，水泥生产先后经历了仓窑、立窑、干法回转窑、湿法回转窑和新型干法回转窑等发展阶段，最终形成现代的预分解窑新型干法。,仓窑1824年阿斯普丁获得波特兰水泥专利时所用的煅烧设备叫瓶窑（BottleKiln），其形状像瓶子，因此而得名。,立窑1884年在德国，狄兹赫（Dietzsch）发明立窑，并取得专利权。丹麦人史柯佛（Schoefer）对立窑进,行了多次改进。1913年前后，德国人在立窑上开始采用移动式炉篦子（MovableGrate）使熟料自动卸出，同时进一步改善通风。,干法回转窑,湿法回转窑1912年前后，丹麦史密斯（F.L.Smith）水泥机械公司用白垩土和其他辅助原料制成水泥生料浆，在回转窑上用它取代干生料粉进行煅烧试验，取得成功，从而开创出湿法回转窑生产水泥的新方法。,回转窑,在水泥发展过程中，硅酸盐系列水泥（即波兰特水泥）从产量和用途来看，在基本建设工程中占有重要地位，但是，由于硅酸盐水泥固有的性能和特点，决定了它不能满足一些特殊工程的需要，也不能满足现代建设工程和施工新技术的需要，当今世界各国都在研究和发展专用水泥及特种水泥。水泥已从单一的含硅酸盐矿物的品种发展到各种化学成分、矿物组成、性能与应用范围不同的品种。,到目前为止，面世的特种水泥和专用水泥有100多种，经常生产的有30余种，约占水泥总产量的25%，如道路水泥，大坝水泥，快硬水泥，水工用水泥，油井水泥，膨胀水泥与自应力水泥，耐高温水泥，装饰水泥等。,道路水泥凡由道路硅酸盐水泥塑料，010%活性混合材料和适量石膏磨细制成的水硬性胶凝材,料，称其为道路硅酸水泥（简称道路水泥），水泥粉磨时允许加入不损害水泥性能的助磨剂，其加入量不得超过水泥质量的1%。,道路水泥的性能主要有以下特点：耐磨性好。强度高。干缩性小。水化热低，耐久性好道路水泥最适宜于各类混凝土路面工程，适用于对耐磨、抗干缩等性能要求较高的其他工程。,油井水泥凡由水硬性硅酸钙为主要成分的水泥熟料，加入适量的石膏，磨细制成的产品称为油井水泥。油井水泥专用于油井、气井的固井工程，又称为堵塞水泥。在勘探和开采石油或天然气时，要把钢套下入井内，在注入水泥浆，将套管与周围地层胶凝封固，进行固井作业，封隔地层内的油、气、水层，防止互相串拢，以便在井层内形成一条从油层流向地面，隔绝良好的油流通道。,砌筑水泥凡由活性混合材料加入适量的硅酸盐熟料和石膏，经磨细制成的水硬性胶凝材料，总称为砌筑水泥。砌筑水泥适用于工业与民用建筑的砌筑砂浆，内墙抹面砂浆及基础垫层等；允许用于出产砌块及瓦等。一般不用,于配制混凝土，但通过试验，允许用于低标号混凝土，但不得用于钢筋混凝土等城中结构。,装饰水泥装饰水泥包括白色水泥和彩色水泥，主要用于建筑工程。可配制成彩色灰浆或制造各种彩色和白色混凝土。与天然的装饰材料相比，具有使用方便，易于调节色彩和价格低廉等优点。,白色水泥凡以适当成分的生料烧至部分熔融，所得以硅酸钙为主要成分，氧化铁含量少的熟料，加入适量的石膏，磨细制成的水硬性胶凝材料称为白色硅酸盐水泥（简称白色水泥）。,彩色水泥彩色水泥的制造方法有两种，一种是将色剂以干式混合的方式混入白色水泥或硅酸盐水泥之中，或在粉磨白色水泥和硅酸盐水泥石掺入着色剂。另一种方法是在水泥生料中掺入适量着色物质，煅烧成彩色熟料，然后磨成彩色硅酸盐水泥。,装饰水泥的应用装饰水泥主要应用于建筑装饰装修工程，亦可配制彩色灰浆或制造各种彩色和白色混凝土。,大坝水泥凡由硅酸盐大坝熟料、粒化高炉矿渣或火山灰质混合材，适量石膏、磨细制成的水硬性胶凝材料，称为大坝水泥（也称为中热硅酸盐水泥和低热矿渣硅酸盐水泥）。允许用不超过混合材料总掺量1/3的粉煤灰代替部分梨花高炉矿渣。但代替数量最多不得超过水泥重量15%。大坝水泥根据混合材料种类或掺量不同，又可分为普通硅酸盐大坝水泥（混合材掺量不超过15%）和矿渣硅酸盐大坝水泥（混合材掺量为20%60%）。,防辐射水泥随着原子科学的迅速发展，以及放射性同位素在国民经济各部门的广泛应用，人身防护问题日益突出，对于原子核反应堆辐射最有效的保护是轻原子核物质和重原子核物质的配合。防护包括三个方面：慢化快中子；俘获已慢化的或最初的慢中子；吸收所有种类的y射线和X射线，慢化中子物质的能力与其本身的质量数成反比。因而，氢原子时很好的中子减速物质；而吸收y射线和X射线的能力是随着原子量的增大而增大的。我国已研制成功的防辐射水泥，主要是防y射线和X射线的钡、锶水泥和防中子的硼水泥。,未来水泥的展望未来10年，国际水泥工业的发展趋势是以节能、降耗、环保、改善水泥质量和提高劳动生产率为中心，实现清洁生产和高效率集约化生产，走可持续发展的道路。研究的重点主要是围绕水泥工业节能降耗、减少了有害气体(CO：、SO：等)排放以及低品位原燃料、工业废弃物的资源化利用等方面,关于生态水泥的发展随着科学技术的发展和人们环保意识的增强，水泥工业的可持续发展越来越得到重视自20世纪70年代开始，美国、法国、德国、日本等工业发达国家就已研究和推进废弃物替代天然资源的工作，并在二次能源的资源化利用方面