水泥工艺学第1、2章

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1、无机材料工艺学,课程内容,1、水泥工艺学 2、玻璃工艺学 3、陶瓷工艺学,绪 言,主要讲解这三种普通硅酸盐材料的生产工艺原理、流程和方法特点，为大家将来从事科研、产品开发或生产管理提供一定的理论基础。,材料回顾,1、有关“材料”的定义： 材料科学与工程 材料学 无机非金属材料 结构材料、功能材料、建筑材料、环境材料、生态材料,2、材料分类： 金属材料； 无机非金属材料： 矿物岩石材料； 水泥、玻璃； 陶瓷、耐火材料； 高分子材料； 复合材料；,3、材料工艺 定义：我们将任何一种材料从原料成品的整个过程称为材料工艺过程。 它包括原料制备工艺、成型工艺、溶制（窑炉工艺），制品工艺等。,4、无机非金

2、属材料工艺： 将原料选择粉碎配方设计混合高温（成型）制品后期处理的整个过程称为工艺过程，研究工艺过程中的各种物理化学变化、机械加工方法、生产各种的控制等以确保产品质量的过程称为工艺学。,书名为普通硅酸盐工艺学。“普通”二字说明该课所讲是我们日常所见到的，生活中常用到的水泥、玻璃、陶瓷的工艺学。区别于特种水泥、特种玻璃、特种陶瓷工艺学。,不同无机非金属材料其各自的工艺过程不尽相同，但有着许多的共性和相似性，下面就硅酸盐水泥、平板玻璃、普通陶瓷、常用耐火材料的制备工艺过程分别加以阐述。,第一篇 水泥工艺学,第一章 引 言,一、胶凝材料的定义和分类,1、定义： 在物理化学的作用下，能从浆体变成坚硬的

3、石状体，并能胶结其它物料而具有一定机械强度的物质，统称为胶凝材料。,2、分类,水泥：起源于胶凝材料。,胶凝材料分类：,沥青、树脂、橡胶,拌水后只能在空气中硬化,拌水后既能在空气中硬化 又能在水中硬化,二、凝胶材料发展史,公元前20003000年如中国（长城石灰）、埃及（金子塔煅烧石膏）、罗马（庞贝圣庙石灰）使用石膏胶凝材料，十八世纪后期发展水硬性石灰，十九世纪初(18791825)，Portland 水泥即硅胶盐水泥制成。英国（ J. Aspdin）1824年首获Portland cement 专利。19071909，制成快硬性高铝水泥，近年又发展了硫铝酸盐水泥、氟铝酸盐水泥等。（要学会用材料

4、的眼光看世界，你会有意想不到的收获）。,胶凝材料发展史,泥巴墙 不抗水 强度低,胶凝材料发展史,石块、砖用石灰粘结,人们发现石灰岩在火中煅烧脱水、在雨中胶结产生胶凝性，因而可用来调制砌筑砂浆。,在石灰中掺加某些火山灰沉积物，不仅强度提高，而且还具有一定的抗水性。,胶凝材料发展史,石灰被人们用了数千年，一直到史密顿遇上了“倒霉事”为止，发现了天然水泥。,胶凝材料发展史,天然水泥的发现,1756年，英国海峡群岛上的一座灯塔，突然失火烧毁了。这真要命，要知道这可是英吉利海峡南端最重要的灯塔，没有了它，要影响无数船只的航行。英国政府命令工程师史密顿（J.Smetetonf）用最快的速度重建这座灯塔。

5、史密顿立即通知将石灰石运往灯塔所在的小岛，以便烧成石灰后将岛上产的石头黏合起来重砌灯塔。 两星期后，石灰石运到了，史密顿兴冲冲地赶到卸料码头。当他见到这些越山跨海送来的石灰石时，不由失声惊叫起来：“真倒霉，这石头怎么是带有黑色的？它混有太多的土质，用这种次品原料建造高标准的灯塔，不是开玩笑吗？”可是，时间已不允许他再调运优质石灰石了，史密顿只好将就着用这些劣质原料进行烧制。,天然水泥的发现,不料，史密顿却因祸得福。用这批石灰石烧出来的石灰，性能居然好得出奇，将石块黏结得从来没有过的结实。当监工官员将这出人意料的结果通知史密顿时，他惊喜得跳了起来。随即他又冷静下来，“这石灰中有名堂，要查一查。”

6、史密顿马上对这些石灰进行了检验，结果发现这些石灰的确不纯，其中竟含有多达约20的黏土。 “看来，正是这些被视为杂质的黏土起了好的作用。”史密顿后来就有意识地把黏土同石灰石适当地配合加以煅烧，这种石灰性能果然理想。,天然水泥的发现,史密顿的做法很快传遍欧洲各国，引起了许多人的兴趣，人们仿效此法去煅烧也都获得了成功。1820年前后，俄国建筑师契利耶夫在莫斯科地区从事建筑施工时，就用这种方法烧石灰，造了好些建筑物，其中最著名的是用它来修复克里姆林宫的墙垣。,水泥的发明,胶凝材料发展史,水泥的发明,天然水泥被发现后。 “能不能使它的性能更好一些呢？”一位名叫阿斯普丁（J.Aspdin）的英国工匠企图对

7、史密顿的发明进行改进。他联想到古罗马人为增强石灰的黏结力，曾在石灰中加入火山灰的做法，因而产生了新的想法：火山灰是岩石高温熔烧后的产物，那么，把陶器、砖瓦的屑片磨成细粉，是不是也跟火山灰差不多呢？ 阿斯普丁试了一下，效果果然不错。后来他又由此想到，煤高温燃烧后的煤渣、炼铁高炉里流出的经高温冶炼的矿渣可能也有类似的功能，经试验也证实了他的想法是对的。,水泥的发明,1824年，阿斯普丁在反复试验的基础上，总结出石灰、黏土、矿渣等各种原料之间的比例以及生产这种混合料的方法。阿斯普丁为他的这项发明申请了专利，用这项专利生产出来的便是今天被我们称为“水泥”的建筑材料。由于阿斯普丁的水泥在硬结后的颜色和强

8、度，都和当时英国波特兰岛上所产的石材差不多，所以人们就称它为“波特兰水泥”。,水泥的发明,“波特兰水泥”最早的一次大规模应用，是建造了穿越泰晤士河河底的隧道。尔后，它在世界各地迅速推广开来，法国和德国分别在1840年和1855年建设了水泥制造厂。现在，水泥已成为现代人类生活中不可缺少的物资了。,水泥的发明,中国最早的水泥厂是外资企业澳门的青洲英坭厂，建于1886年。唐山细绵土厂（后改组为启新洋灰公司，现为启新水泥厂）是中国最早的民族水泥企业，创建于1889年，比澳门的青洲英坭厂晚了3年，是中国人开办的第一个水泥厂。,胶凝材料发展史,三、水泥的定义和分类,1、定义： 加入水后成塑性浆体，能在空气

9、和水中硬化，并能胶结砂、石等材料的细粉状水硬性胶凝材料称为水泥。,水泥的定义和分类,2、分类,按用途和性能分类,一般土木建筑工程上使用水泥。 以水泥的主要水硬性矿物名称冠以混合材料名称或其他适当名称命名。 2008年6月1日实施的新标准，通称六大(通用)水泥。,硅酸盐水泥、普通硅酸盐水泥、矿渣硅酸盐水泥、粉煤灰硅酸盐水泥、火山灰质硅酸盐水泥、复合硅酸盐水泥。 P8七大品种,(1),水泥的定义和分类,2、分类,按用途和性能分类,有专门用途的水泥。 以专门用途命名，并可冠以不同型号。如A级油井水泥(可泵性好、凝结硬化快及早期强度高的特点，高压井效果好)、G级油井水泥(基本油井水泥，能与多种外加剂配

10、合，能适应较大的井深和温度变化范围 )、彩色水泥、道路硅酸盐水泥等。,有某种特殊性能的水泥。 以水泥的主要水硬性矿物名称冠以水泥的主要特性命名。如快硬硅酸盐水泥、低热矿渣硅酸盐水泥等。,(1),一般土木建筑工程上使用水泥。,水泥的定义和分类,2、分类,按用途和性能分类,有专门用途的水泥。,有某种特殊性能的水泥。,(1),一般土木建筑工程上使用水泥。,目前我国特种水泥已发展到6大体系，7个大类，共70多个品种。我国水泥品种开发和研制已跨入世界先进行列。,水泥的定义和分类,2、分类,按水泥主要水硬性物质所属体系分类,(2),以火山灰性或潜在水硬性材料以及其他活性材料为主要组分的水泥。,水泥的定义和

11、分类,国外性能各异的特种水泥 1.弹力水泥 英国牛津大学研制成功的这种水泥，系在生产流程中减少水泥的含水量，并加入一种聚合物，使其强度比普通水泥高10倍，而且具有柔韧性。使用这种水泥时，可像面团一样随意拉长、卷叠、挤压，或者注入预先做好的模具内，制成各种水泥制品，而且可大大节约原材料。用这种水泥的净浆可制备弹簧、棒、管、盘和唱片等,水泥的定义和分类,国外性能各异的特种水泥 2.变色水泥 国外在白色水泥中加入二氧化钴，制成一种能随空气含水量多少而变色的水泥。由于它可预报天气、湿度的变化，故又称为气象水泥。,水泥的定义和分类,国外性能各异的特种水泥 3.木质水泥 由瑞典研制。是在水泥中加入粒径为3

12、00微米的聚合物制成。使用中除有普通水泥的特点外，其制品还能像木材一样锯切、钉割和开螺孔，并具有良好的隔音和防火性能。,水泥的定义和分类,国外性能各异的特种水泥 4.夜光水泥 国外研究出一种夜光水泥。多用于在公路上标划车道、人行道线和各种路面标志等，可贮存白天的日光及来往车辆的灯光，夜晚时闪闪发光，构成“夜光公路”，给城市夜色增添光彩，方便夜行车辆。,水泥的定义和分类,国外性能各异的特种水泥 5.贮热水泥 这是一种多孔泡沫水泥，具有重量特轻、比重小于水、强度很高等特点。在高层建筑中使用它无需打桩，利于加快建设进度，并可在白天贮存太阳光的热量，晚上再慢慢地放出热量，因而是一种建造太阳能房屋的材料

13、。,水泥的定义和分类,国外性能各异的特种水泥 6.自愈水泥 自愈水泥内掺一些粘性流体并山一些多孔的纤维包裹，一旦水泥裂缝，纤维外包装也破裂，将混合物放出，填补裂缝。该水泥还包含一种防护性药剂，因为用来回固的钢筋会由于盐分和污水的腐蚀而生锈。用这种纤维将钢筋包起来，可防止砼中的钢筋腐蚀。这种水泥可应用于重点工程，因具只产生微小裂缝，可避免更大的灾害性断裂，在应用中可提高建筑物的安全系数。,水泥的定义和分类,国外性能各异的特种水泥 7.自找平水泥 这种水泥是将共聚物乳液、水泥和水混介而成，共聚物是在存在非离子或阳离子表而活性剂的条件下，由烯类不饱和单体与酸加成物共聚合而成。将上述共聚物乳液167份

14、、水泥100份和水100份混均后即成聚合物水泥。这种水泥自行流动性好、凝固快，涂层具有柔软性等优点。可用喷涂方法喷涂在混凝土楼板上，涂层能自找平，形成平整的地面涂层。,四、水泥在国民经济中的作用,四大基础工程材料： 水泥、钢材、木材、塑料 现虽有许多新的胶凝材料出现，尚无任何一种材料可以取代水泥作为基础工程材料的地位。,水泥在国民经济中的作用,五、水泥工艺发展概况及方向,1、规模扩大； 2、窑炉改变； 3、粉末工艺改进； 4、能源、资源、环境,第二章 硅酸盐水泥国家标准 及其生产,硅酸盐水泥的通常含义：以硅酸钙为主要成分的熟料制得的水泥的总称。 国外，硅酸盐水泥统称为波特兰水泥。 按水泥中混合

15、材料的种类和含量，又可将硅酸盐水泥分为这样几类：,六大品种水泥,1、硅酸盐水泥类，石灰石或粒化高炉矿渣、适量石膏，掺量为：0-5% 2、普通硅酸盐水泥类，混合材料掺量为：6-15% 3、矿渣硅酸盐水泥类，粒化高炉矿渣掺量为：20-70% 4、粉煤灰硅酸盐水泥类，粉煤灰掺量为：20-40% 5、火山灰质硅酸盐水泥类，火山灰质混合材料掺量为：20-50% 6、复合硅酸盐水泥类，混合材料掺量为：15-50%,一、定义 1、 硅酸盐水泥：由硅酸盐水泥熟料、0%5%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，分P.I和P.II,即国外通称的波特兰水泥。 P为不掺混合料 （型）

16、 P为掺混合料5% （型）,第一节 硅酸盐水泥国家标准,2、普通硅酸盐水泥：由硅酸盐水泥熟料、6%15%混合材料，适量石膏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）,代号：P.O。 3、矿渣硅酸盐水泥：由硅酸盐水泥熟料、粒化高炉矿渣和适量石膏磨细制成的水硬性胶凝材料, 称为 矿渣硅酸盐水泥，代号：P.S。,4、粉煤灰硅酸盐水泥：由硅酸盐水泥熟料、粉煤灰和适量石膏磨细制成的水硬性胶凝材料，称为粉煤灰硅酸盐水泥，代号：P.F。 5、火山灰质硅酸盐水泥：由硅酸盐水泥熟料、火山灰质混合材料和适量石膏磨细制成的水硬性胶凝材料。称为火山灰质硅酸盐水泥，代号：P.P。 6、复合硅酸盐水泥：由硅酸盐水泥熟料、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，称为复合硅酸盐水泥（简称复合水泥），代号P.C,1、硅酸盐水泥熟料：凡适当成分的生料烧至部分熔融，所得以硅酸钙为主要成分的产物称为硅酸盐水泥熟料（简称熟料）。 2、石膏：包括天然石膏和工业副产石膏、质