材料科学基础论文

硅酸盐水泥的结构性能与制备工艺

一、应用概况

1.1硅酸盐水泥的性能要求

水泥的作用：水泥是人类生活和社会生产中不可缺少的一种建筑材料。近半个世纪以来，随着水泥品种的不断增加，水泥的用途也更加广泛。尤其是改革开放以后，国家已明确指出建筑业是国民经济的基础产业之一，而水泥又是建筑业发展离不开的主要原材料。交通运输业是促进和带动国民经济发展的先行基础产业，而交通基础设施建设也需要大量的水泥，如修公路、修铁路、建港口、建机场、铺设石油管道，哪一项工作都离不开水泥。再就是水利、水电建设工程，尤其是像长江三峡、黄河小浪底这样大型的水利枢纽工程，都需要大量的水泥。广大的农村基本建设，如农民盖房、农田水利，农村道路等，每年都需要大量的水泥，可见，水泥的用途十分广泛。除此之外，煤矿、油井等开采也需要大量的特种水泥。

水泥的性能要求：A、凝结硬化快，早期强度及后期强度高，适用于有早强要求的混凝土、冬季施工混凝土，地上、地下重要结构的高强混凝土和预应力混凝土工程。

B、抗冻性好，适用于严寒地区水位升降范围内遭受反复冻融循环的混凝土工程。

C、水化热大，不宜用于大体积混凝土工程，但可用于低温季节或冬期施工。

D、耐腐蚀性差，不宜用于经常与流动淡水或硫酸盐等腐蚀介质接触的工程，也不宜用于经常与海水、矿物水等腐蚀介质接触的工程。

E、耐热性差，不宜用于有耐热要求的混凝土工程。

F、抗碳化性能好，适用于空气中CO2浓度较高的环境，如铸造车间等。

G、干缩小，可用于干燥环境下的混凝土工程。

H、耐磨性好，可用于路面与地面工程。

图1-1 水泥实物图

1.2 硅酸盐水泥的的结构与性能

硅酸盐水泥的化学成分包括：硅酸三钙，硅酸二钙，铝酸三钙等。硅酸盐水泥熟料，5%以下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，统称为硅酸盐水泥。硅酸盐水泥的主要矿物组成是：硅酸三钙、硅酸二钙、铝酸三钙、铁铝酸四钙。硅酸三钙决定着硅酸盐水泥四个星期内的强度；硅酸二钙四星期后才发挥强度作用，约一年左右达到硅酸三钙四个星期的发挥强度；铝酸三钙强度发挥较快，但强度低，其对硅酸盐水泥在1至3天或稍长时间内的强度起到一定的作用；铁铝酸四钙的强度发挥也较快，但强度低，对硅酸盐水泥的强度贡献小。

每种水泥都有不同的等级，叫水泥的强度等级。这个等级主要是按28天抗压强度值来划分的。

硅酸盐水泥有6个强度等级：42.5 42.5R 52.5 52.5R 62.5 62.5R；

普通硅酸盐水泥的强度等级分为4个：42.5 42.5R 52.5 52.5R ；

矿渣硅酸盐水泥、火山灰硅酸盐水泥、粉煤灰硅酸盐水泥、复合硅酸盐水泥的强度等级分为6个：32.532.5R 42.5 42.5R 52.5 52.5R 。

普通硅酸盐水泥各强度等级各龄期的强度值（GB175-2007)MPa

表1-1 普通硅酸盐水泥各强度等级各龄期的强度值（GB175-2007)MPa

1.3 应用优缺点

矿渣硅酸盐水泥：

优点:凝结时间稳定，初凝一般在2:30～4:00小时；终凝一般在4:30～6:30小时,强度稳定，水化热低，耐水性和抗碳酸盐性能与硅酸盐水泥相近，在淡水

和硫酸盐水泥中的稳定性优于硅酸盐水泥，耐热性较好，与钢筋的粘结力也很好。

缺点：抗大气性及抗冻性不及硅酸盐水泥；和易性较差，泌水量大，所以不宜于冬天露天施工使用，因此在施工中要采取相应措施：加强保潮养护，严格控制加水量，低温施工时采用保温养护等。

普通硅酸盐水泥：

优点：早期强度高，凝结时间早于矿渣硅酸盐水泥，抗大气性及抗冻性优于矿渣水泥，泌水量小，因此冬季使用较矿渣水泥好。由于凝结时间快、早期强度发挥好，适用于高层建筑及大体积砼工程、重要工程等。

普通硅酸盐水泥和复合硅酸盐水泥区别主要是:

a、PO水泥强度等级最低是42.5,而PC水泥最大的等级为32.5;

b、PO水泥混合材掺量为5~20%,而PC水泥混合材至少两种,掺量为20~50%。

运输、贮存当中应注意的事项：由于水泥是水硬性胶凝材料，因此在运输和贮存中要注意防淋、防潮、要妥。

二、生产工艺介绍

1.1 硅酸盐水泥的生产工艺流程图

1.2 生产工艺的选取对于性能和应用的重要性

水泥有凝结时间所以在配料过程中要注意，水泥要有非常好的强度因此需要高温煅烧来提高强度，水泥粉磨是水泥制造的最后工序，也是耗电最多的工序。其主要功能在于将水泥熟料（及胶凝剂、性能调节材料等）粉磨至适宜的粒度（以细度、比表面积等表示），形成一定的颗粒级配，增大其水化面积，加速水化速度，满足水泥浆体凝结、硬化要求。

预分解技术它是在预热器和回转窑之间增设分解炉和利用窑尾上升烟道，设燃料喷入装置，使燃料燃烧的放热过程与生料的碳酸盐分解的吸热过程，在分解炉内以悬浮态或流化态下迅速进行，使入窑生料的分解率提高到90%以上。将原来在回转窑内进行的碳酸盐分解任务，移到分解炉内进行；燃料大部分从分解炉内加入，少部分由窑头加入，减轻了窑内煅烧带的热负荷，延长了衬料寿命，有利于生产大型化；由于燃料与生料混合均匀，燃料燃烧热及时传递给物料，使燃烧、换热及碳酸盐分解过程得到优化。因而具有优质、高效、低耗等一系列优良性能及特点。

三、展望

以后对水泥材料的的耐久型做提高，耐久性是指通过合理设计、结构和尺寸定型、材料选取和施工工艺等工程创造出来的一种特性。混凝土构筑物，若能在原定的环境应力作用下，仅用很少的维护便能保持所要求的使用性能便可称得上是耐久的。在新修订的欧盟和德国混凝土标准中首次明确写明，一般混凝土的中等寿命或使用年限为50年，这一数据只作为混凝土构筑物结构和施工设计基础，与保证值无关。然而，今天确实有越来越多的工程能够提出70年、100年甚至150年的使用年限保证。若想获得耐久的混凝土就必须对混凝土所处环境及其侵蚀作用清楚了解，再根据工程要求的使用年限对混凝土的结构、尺寸、组分与配比、最低强度、水灰比、水泥品种、最低水泥用量和外加剂等作出合理设计。