建筑工程概论第五讲

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1、第四节水泥1、水泥的起源与发明：水泥是一种水硬性胶凝材料。水泥起源于胶凝材料，是在胶凝材料的发展过程中逐渐演进和发明的。2、分类：气硬性胶凝材料：水硬性胶凝材料：拌水后既能在空气中硬化又能在水中硬化拌水后只能在空气中硬化不能在水中硬化有机胶凝材料：无机胶凝材料：如：沥青、各种树脂如：石灰、石膏如：水泥水泥的发明19世纪初（1810~1824年），用人工配合粘土与石灰石经煅烧、磨细以制造水硬性胶凝材料已经开始组织生产。1824年，英国人阿斯普丁将粘土与石灰石配合烧制成块（熟料），再经磨细而成水硬性胶凝材料，加水拌和后能硬化制成人工石，并具有较高强度，其外观与当时

2、建筑上常用的英国波特兰岛上出产的岩石相似，故称之为“波特兰水泥”（PortlandCement)，并于1824年10月21日首先获得该产品的专利权。水泥的定义和分类水泥是一种细磨成粉末状，加入适量水后成为可塑性的浆体，既能在空气中硬化，又能在水中硬化，并能将砂、石等材料牢固地胶结成具有一定强度的水硬性胶凝材料。按用途和性能分类用于一般土木建筑工程中的水泥，如硅酸盐水泥、矿渣硅酸盐水泥等具有专门用途水泥，如中、低热水泥，道路水泥等具有某种性能比较突出的水泥，如快硬硅酸盐水泥、抗硫酸盐水泥等按其化学成分类虽然水泥品种繁多，分类方法各异，但我国水泥产量的90%左右属

3、以硅酸盐为主要水硬性矿物的硅酸盐水泥。一、硅酸盐水泥现行国家标准GB175-1999定义：凡由硅酸盐水泥熟料、0～5％的石灰石或粒化高炉矿渣、适量石膏磨细制成的水硬性胶凝材料称为硅酸盐水泥（国外统称为波特兰水泥）。（一）硅酸盐水泥的生产工艺生产原料主要是石灰质原料和粘土质原料两类。石灰质原料：如石灰石、白垩等，主要提供CaO粘土质原料：如粘土、粘土质页岩等，主要提供SiO2、Al2O3、Fe2O3有时两种原料化学组成不能满足要求，还要加入少量校正原料(如铁矿粉等)调整。生产工艺概述硅酸盐水泥的生产工艺可概括为三个阶段：生料制备：以石灰石、粘土和铁矿粉为主要原料

4、（有时需加入校正原料），将其按一定比例配合、磨细，制得具有适当化学成分、质量均匀的生料。熟料煅烧：将生料在水泥窑内经1450℃高温煅烧至部分熔融，得到以硅酸钙为主要成分的硅酸盐水泥熟料。水泥粉磨：将熟料加适量石膏和0～5％的石灰石或粒化高炉矿渣共同磨细得到硅酸盐水泥。补充：中国的水泥工业概况第一个水泥厂———唐山细棉土厂（后改组为启新洋灰公司，现为启新水泥厂）1889年建于河北省唐山，并于1892年建成投产。之后，又相继建成了大连、上海、中国、广州等水泥厂。据英文“Cement”的音译据其和水后成泥状物的特性水泥的名称：细棉土士敏土水门汀洋灰水泥硅酸盐水泥的生

5、产工艺石灰质原料CaO黏土质原料SiO2、Al2O3、Fe2O3校正原料生料熟料石膏石灰石或粒化矿渣按比例混合磨细煅烧1450℃水泥磨细“两磨一烧”（二）硅酸盐水泥熟料的矿物组成生料SiO2CaO化合反应800～1450℃800℃左右分解反应Al2O3Fe2O32CaO·SiO23CaO·SiO23CaO·Al2O34CaO·Al2O3·Fe2O3（三）硅酸盐水泥的水化和凝结硬化水化水泥加水拌和后，水泥颗粒立即分散于水中并与水发生化学反应，生成各种水化物。硅酸三钙水化硅酸钙氢氧化钙硅酸二钙水化硅酸钙氢氧化钙铝酸三钙水化铝酸钙铁铝酸四钙水化铝酸钙水化铁酸钙水泥中

6、的石膏也很快与水化铝酸钙反应生成难溶的水化硫铝酸钙，也称为钙矾石晶体：水化硫铝酸钙（钙矾石）经过上述水化反应后，主要水化产物为：水化硅酸钙(50%)、氢氧化钙(25%)、水化铝酸钙、水化铁酸钙及水化硫铝酸钙等。凝结硬化随着时间的推延，水泥浆逐渐失去塑性，形成具有一定强度的石状体，这个过程叫水泥的凝结硬化。硅酸盐水泥的水化与凝结硬化可简述如下：水泥＋水→具有流动性、可塑性浆体→失去可塑性——凝结随后水泥浆体开始产生强度，→坚硬的水泥石——硬化水化水泥加水拌合后的水化反应，一方面使水泥浆中起润滑作用的自由水分逐渐减少；另一方面，水化产物在溶液中很快达饱和或过饱和状

7、态而不断析出，水泥颗粒表面的新生物厚度逐渐增大，使水泥浆中固体颗粒间的间距逐渐减小，越来越多的颗粒相互连接形成了骨架结构。此时，水泥浆便开始慢慢失去可塑性，表现为水泥的初凝。随着水化产物的不断增加，水泥颗粒之间的毛细孔不断被填实，加之水化产物中的氢氧化钙晶体、水化铝酸钙晶体不断贯穿于水化硅酸钙等凝胶体之中，逐渐形成了具有一定强度的水泥石，从而进入了硬化阶段。水化产物的进一步增加，水分的不断丧失，使水泥石的强度不断发展。水泥的硬化期可以延续至很长时间，但28天基本表现出大部分强度。（四）水泥的技术性质细度细度指水泥颗粒的粗细程度。一般情况下，水泥颗粒越细，其总表

8、面积越大，与水反应时接触的面积也越大，