硅酸盐水泥---论文

河南大学土木建筑学院课题：硅酸盐水泥硅酸盐水泥胶凝材料是指在物理、化学作用下，从具有可塑性的浆体逐渐变成坚固石状体的过程，能将其他物料胶结为整体并具有一定机械强度的物质。因其具有原料丰富、生产成本低、耐久性好、适应性强、耐火性好等众多优点而广泛应用于工业、民用建筑、水利工程等建设之中，成为在国民经济及人民生活中不可缺少的重要材料。胶凝材料一般可分为有机和无机两类。有机胶凝材料是指各种树脂和沥青等；无机胶凝材料又可分为水硬性和非水硬性。水硬性胶凝材料在拌水后技能在空气中硬化一，又能在水中硬化并具有强度，通常称为水泥，如硅酸盐水泥、铝酸盐水泥、硫酸盐水泥等；非水硬性胶凝材料是指不能在水中硬化，但能在空气中或其他条件下硬化，如石灰、石膏、镁质胶凝材料等等。在众多的胶凝材料中，水泥占有尤为突出的，它是基本建设的主要原料之一，广泛应用于工业、农业、国防、交通、城市建设、水利及海洋开发等工程建设。水泥工业的发展对保证国家建设和提高生活水平具有十分重要的意义。水泥按其主要矿物组成可分为硅酸盐水泥、铝酸盐水泥、铁铝酸盐水泥、氟铝酸盐水泥、少熟料或无熟料水泥。水泥的主要技术特征是：水硬性（分为快硬和特快硬两类）；水化热（分为中热和低热两类）；抗硫酸盐性（分中抗硫酸盐腐蚀和高抗硫酸盐腐蚀）；膨胀性（分为膨胀和自应力）；耐高温性（铝酸盐水泥的耐高温性以水泥中氧化铝含量分级）。在水泥诸多品种中，硅酸盐水泥是应用最广泛和研究最多的。在此从硅酸盐水泥的分类、生产、技术要求、性能及应用等方面对硅酸盐水泥进行简单的研究分析。所谓硅酸盐水泥是指从黏土和石灰石为原料，经高温煅烧得到以硅酸盐钙为主要成分的熟料，加入0—5％的混合材料和适量石膏磨细制成的水硬性胶凝材料，国际上统称为波特兰水泥。硅酸盐水泥的分类硅酸盐水泥包括纯熟料硅酸盐水泥和掺混合材料硅酸盐水泥两类，我国按其混合材料的掺加情况，共分为如下五类：纯熟料硅酸盐水泥、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。纯熟料硅酸盐水泥在硅酸盐水泥熟料中加入适量石膏，磨细而成的水泥，分425、525、625、725四个标号。其早期强度比其他几种硅酸盐水泥高5～10％,抗冻性和耐磨性较好，适用于配制高标号混凝土，用于较为重要的土木建筑工程。普通硅酸盐水泥简称普通水泥。由硅酸盐水泥熟料掺加少量混合材料和适量石膏磨细而成。混合材料的加入量根据其具有的活性大小而定。普通水泥分为275、325、425、525、625和725六个标号,广泛用于制做各种砂浆和混凝土。矿渣硅酸盐水泥简称矿渣水泥。由硅酸盐水泥熟料和粒化高炉矿渣，加入适量石膏磨细而成。矿渣水泥是中国目前产量最大的水泥品种,分为275、325、425、525和625五个标号。与普通硅酸盐水泥相比，矿渣水泥的颜色较浅，比重较小，水化热较低，耐蚀性和耐热性较好，但泌水性较大，抗冻性较差，早期强度较低,后期强度增进率较高,因此需要较长的养护期。矿渣水泥可用于地面、地下、水中各种混凝土工程，也可用于高温车间的建筑，但不宜用于需要早期强度高和受冻融循环、干湿交替的工程。火山灰质硅酸盐水泥简称火山灰水泥。由硅酸盐水泥熟料和火山灰质混合材料（如火山灰、凝灰岩、浮石、沸石、硅藻土、粉煤灰、烧粘土、烧页岩、煤矸石等），加入适量石膏，磨细而成。火山灰水泥分为275、325、425、525和625五个标号。火山灰水泥与普通水泥相比,其比重小，水化热低，耐蚀性好，需水性（使水泥浆体达到一定流动度时所需要的水量）和干缩性较大，抗冻性较差，早期强度低，但后期强度发展较快，环境条件对火山灰水泥的水化和强度发展影响显著，潮湿环境有利于水泥强度发展。火山灰水泥一般适用于地下、水中及潮湿环境的混凝土工程，不宜用于干燥环境、受冻融循环和干湿交替以及需要早期强度高的工程。粉煤灰硅酸盐水泥简称粉煤灰水泥。由硅酸盐水泥熟料和粉煤灰，加入适量石膏磨细而成。是火山灰质硅酸盐水泥的主要品种。粉煤灰水泥分为275、325、425、525和625五个标号。它除具有火山灰质硅酸盐水泥的特性(如早期强度虽低,但后期强度增进率较大，水化热较低等)外,还具有需水性及干缩性较小，和易性、抗裂性和抗硫酸盐侵蚀性好等性能。适用于大体积水工建筑，也可用于一般工业和民用建筑。此外，硅酸盐水泥还可分为：复合硅酸盐水泥，中热硅酸盐水泥，低热矿渣硅酸盐水泥，快硬硅酸盐水泥，抗硫酸盐硅酸盐水泥，白色硅酸盐水泥，道路硅酸盐水泥，砌筑水泥，油井水泥，石膏矿渣水泥。复合硅酸盐水泥：有硅酸盐水泥熟料、两种或两种以上规定的混合材料和适量石膏磨细制成的水硬性胶凝材料，简称复合水泥，代号P·C中热硅酸盐水泥：以适当的成分硅酸盐水泥熟料、加入适量的石膏磨细制成的具有低水化热的水硬性胶凝材料。快硬硅酸盐水泥：由硅酸盐水泥熟料加入适量石膏，磨细制成早强度高的以3天抗压强度表示标号的水泥。抗硫酸盐硅酸盐水泥：由硅酸盐熟料，加入适量石膏磨细制成的抗硫酸盐腐蚀性能良好的水泥。白色硅酸盐水泥：由氧化铁含量少的硅酸盐水泥熟料加入适量的石膏，磨细制成的白色水泥。道路硅酸盐水泥：由道路硅酸盐水泥熟料，0﹪-10﹪活性混合材料和适量的石膏磨细制成的水硬性胶凝材料，简称道路水泥。砌筑水泥：由活性混合材料，加入适量硅酸盐水泥熟料和石膏，磨细制成主要用于砌筑砂浆的低标号水泥。油井水泥：有适当矿物组成的硅酸盐水泥熟料、适量石膏和混合材料等磨细制成的适用于一定井温条件下油、气井固井工程用的水泥。石膏矿渣水泥：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磨细制成的水泥。硅酸盐水泥的生产硅酸盐水泥分两种类型：不掺混合材料的称I型硅酸盐水泥，其代号为P·I；在硅酸盐水泥熟料粉磨时加不超过5%的石灰石或粒化高炉矿渣混合材的称II型硅酸盐水泥，其代号为P·II。可分为42.5、42.5R、52.5、52.5R、62.5、62.5R等6个强度等级。硅酸盐水泥是以石灰质原料（如石灰石等）与粘土质原料（如粘土、页岩等）为主，有时加入少量铁矿粉等，按一定比例配合，磨成生料粉（干法生产）或生料浆（湿法生产），经均化后送入回转窑或立窑中煅烧至部分熔融，得以硅酸钙为主要成分的水泥熟料，再与适当的石膏共同磨细，即可得到P·I型硅酸盐水泥。一般生产过程通常概括为“二磨一烧”，可分为三个步骤：1、是生料制备：即将石灰质原料、粘土质原料与少量校正原料经破碎后按一定比例配合、磨细并调配为成份合适、量质均匀的生料，其主要工序是生料粉磨。2、是熟料煅烧：即将生料放在水泥窑内煅烧至部分熔融以得到以硅酸钙为主要成分的硅酸盐水泥熟料。3、是水泥粉磨：即将熟料加入适量石膏、混合材或添加剂共同磨细为水泥，其主要工序是水泥粉磨。其生产工艺流程示意图如下：矿物主要成分是：硅酸三钙（3Cao·SiO2，简写为C3S）；硅酸二钙（2Cao·SiO2，简写为C2S）；铝酸三钙（3Cao·Al2O3，简写为C3A），铁铝酸四钙（4Cao·Al2O3·Fe2O3，简写为C4AF）。硅酸盐水泥的生产方法按照生料制备方法不同可分为三种：1、湿法：即将原料加水进行粉磨和混合成生料浆后喂入窑内煅烧。2、干法：即原料烘干与粉磨同时进行或先烘干后粉磨成生料粉，然后喂入窑内煅烧，如窑外分解窑。3、半干法。即将干法制得的生料粉调配均匀加适量的水，制成料球再入窑煅烧。如立窑、立波尔窑。按生产设备不同可分为以下三类：1、立窑生产特点：投资小，见效快；可就地取材、就地生产、就地使用；能源消耗较低；生产规模小；自动化程度低。2、湿法回转窑生产特点：熟料质量较好且均匀；粉尘飞扬少；熟料单位热耗高。3、新型干法回转窑生产特点：熟料质量好；熟料单位热耗低；生产效率高；单机生产能力大；环境污染小；自动化水平高。硅酸盐水泥的技术要求1不溶物：指经盐酸处理后的残渣，再以氢氧化钠溶液处理，经盐酸中和过滤后所得的残渣经高温灼烧所剩的物质。不溶物含量高对水泥质量有不良影响。I型硅酸盐水泥中不溶物不得超过0.75﹪；II型硅酸盐水泥中不溶物不得超过1.50﹪。2氧化镁：水泥中氧化镁的含量不宜超过5.0﹪，如果水泥经压蒸安定性试验合格，则水中氧化镁的含量允许放宽到6.0﹪，因氧化镁水化生成氢氧化镁，体积膨胀而其水化速度慢，须以压蒸法的方法加快其水化，方可判断其安定性。3三氧化硫：水泥中三氧化硫的含量不得超过3.5﹪，过量的三氧化硫会与铝酸三钙形成较多的钙矾石，体积膨胀，危害安定性。4烧失量：I型硅酸盐水泥中烧失量不得超过3.0﹪，II型硅酸盐水泥中烧失量不得超过3.5﹪，烧失量是用来限制石膏和混合材中杂质的，以保证水泥质量。5细度：硅酸盐水泥比表面积大于3002m/kg，水泥颗粒过粗既不利于水泥活性的发挥，又影响了其保水成浆的性能。6凝结时间：初凝不得早于45min，终凝时间不得迟于6h30min。水泥浆体的凝结时间对于建筑工程施工具有十分重要的意义，可以分为初凝和终凝。初凝表示浆体失去流动性和部分塑性开始凝结；终凝表示浆体逐渐硬化，完全失去可塑性，并具有一定的机械强度，能抵抗一定的外来压力。初凝时间是从加水搅拌到水泥初凝；到终凝所经历的时间是终凝时间。初凝时间对水泥使用具有更重要的实际意义，如过初凝时间太短，来不及施工浆体就变硬，因此要有足够的时间来满足施工过程的进行。当施工完成后则要求尽快硬化，具有强度，故终凝时间不能太长。7安定性：安定性是指水泥在凝结硬化过程中体积变化的均匀性，当水泥浆体硬化过程发生了不均匀的体积变化，会导致水泥石膨胀开裂、翘曲，即安定性不良，安定性不良的水泥会降低建筑质量，甚至导致严重的事故。常用沸煮法或雷氏法检验必须合格。引起水泥安定性不良的原因有三个：①熟料中游离氧化镁过多。水泥中的氧化镁在水泥凝结硬化后，会与水生成Mg(OH)2，该反应会在水泥硬化后几个月后导致水泥石开裂。②石膏参量过多；③熟料中游离氧化钙过多。8碱：国标《硅酸盐水泥、普通硅酸盐水泥》规定：凡氧化镁、三氧化硫、初凝时间、安定性中任一项不符合本规定的均为废品。凡细度、终凝时间中的任一项不符合本标准规定或混合材料掺加量超过最大限量和强度低于商品强度等级的指标时为不合格品。9标号及强度：按规定龄期的抗压强度和抗折强度主要取决于水泥熟料矿物的比例和水泥细度。根据3天和28天的抗折强度和抗压强度将硅酸盐水泥分为425、525、625、725等四个标号。硅酸盐水泥的性能及应用硅酸盐水泥的性能主要是物理性能和建筑性能。其中物理性能包括密度、容积密度、细度等。建筑性能包括凝结时间、泌水性、强度、体积变化、水化热、耐久性等。凝结时间凝结速度凝结速度的快慢决定了水泥的凝结时间。凡是影响水化的因素基本上也同样影响水泥的凝结速度，如熟料矿物的组成、水泥细度、水灰比、温度和外加剂等。在工程上常用掺加石膏的方法来控制凝结速度。强度水泥的强度是评价水泥质量的重要指标，是划分强度等级的依据，在工程上具有极其重要的意义。通常按龄期将28天以前的强度成为早期强度，28天以后的强度称为后期强度。水泥的强度在具体施工中的影响因素很多，主要有：熟料矿物的组成、水泥细度、水灰比、养护温度、石膏掺量以及外加剂等。耐久性硅酸盐水泥硬化后，在通常的适用条件下有较好的耐久性，有些100年以前建造的水泥混凝土建筑至今仍无丝毫损坏的迹象。部分长龄期实验的结果表明，30—50年后的抗压强度比28天时会提高30﹪左右，有的达到一倍以上，但是也有不少失败的工程实践指出，早在3-5年就会有早期损坏甚至彻底破坏的危险。耐久性的影响因素虽然很多，但抗渗性、抗冻性以及对环境介质的抗蚀性是衡量硅酸盐水泥耐久性的三个重要方面。另外在某些特定场合碱集料反应也可能是工程过早失效的一个重要因素。分述个水泥的成分、特性及应用1硅酸盐水泥P·I、P·I成分：水泥熟料及少量石膏（I型），水泥熟料、5﹪以下混合材料、适量石膏（II型）主要特征是早期强度高、水化热高、耐冻性好、耐热性差、耐腐蚀性差、干缩性小。适用范围：制造地上地下及水中的混凝土、钢筋混凝土及预应力混凝土结构，包括受循环冻融的结构及早期强度要求较高的工程；可用于配