水泥的相关知识1．水泥的分类 凡细磨材料，加入适当水后，成为塑性浆体，既能在空气中硬化，又能在水中硬化，能把砂、石材料牢固地胶结在一起的水硬性胶凝材料，统称水泥 水泥是极其重要的建筑材料和工程材料，它和钢材、木材一起是基本建设的三大材料广泛应用于工业、农业、国防、城市建设、水利以及海洋开发等工程建设领域，常用来拌制混凝土、砂浆及水泥制品 水泥的种类繁多按其主要水硬性物质分为硅酸盐系水泥、铝酸盐系水泥、硫铝酸盐系水泥、氟铝酸盐系水泥和以火山灰或潜在水硬性材料及其他活性材料为主要组分的水泥；按期途和性能又可分为：通用水泥、专用水泥、特性水泥等3类通用水泥指产量较大、适用领域较广、用于一般土木建筑工程的水泥，其中包括硅酸盐水泥、普通水泥、矿渣水泥、火山灰水泥、粉煤灰水泥以及复合水泥，即所谓六大水泥；专用水泥是指具有专门用途的水泥，如油井水泥、大坝水泥、砌筑水泥等；而特性水泥是具有某种突出性能的水泥，如快硬水泥、抗硫酸盐水泥、膨胀水泥等2．水泥发展简史 远在古代，人们就开始使用黏土(有时还掺入稻草、壳皮等植物纤维)来抹砌简易建筑物但未经煅烧的黏土不耐水且强度很低，所以这种建筑物很不耐久。
在公元初，罗马人就开始用掺火山灰(硅铝化合物)而具有水硬性的石灰砂浆来兴修建筑物古罗马的“庞贝”城、罗马圣庙，法国南部里姆斯附近的加德桥以及我国很早就使用的“三合土”建筑物等用的都是石灰火山材料1796年出现了罗马水泥在此基础上，又进而用含适量(w=20-25%)黏土的石灰石(天然水泥岩)经煅烧磨细，制得天然水泥19世纪初期(1810-1825年)已经将石灰石或白垩和黏土的细粉按一定比例配合，在类似石灰窑的炉内，经高温烧结成块(熟料)，再经粉磨制成水硬性胶凝材料，称为波特兰水泥(我国称为硅酸盐水泥)其首批大规模使用的例子是1825-1843年兴建的泰晤土河隧道这就是水硬性胶凝材料的初创时期硅酸盐水泥出现后近百年来，各国科学家应用物理、化学和物理化学的方法研究了熟料矿物组成和水泥硬化机理，提出用熟料率值控制水泥生产的方法，同时在水泥生产方法和设备方面也进行了不断改进和革新1826年建立了第一台间隙立窑1885年和1886年相继出现了第一台回转窑和多仓磨机，以后又创造出更多的新型煅烧、粉磨设备，使硅酸盐水泥的生产技术和产品质量不断提高20世纪初，现代工业的发展促进了水泥生产工艺过程、原理和熟料成分与性质的研究，并在此基础上，发明了各种不同用途的硅酸盐水泥，如快硬高强水泥、膨胀水泥、大坝水泥、油井水泥等。
1907~1909年还发明了以低碱性铝酸盐为主要成分的高铝水泥这一时期是各种不同用途水泥的发展时期今天，随着工业、农业、交通、国防的现代化和科学技术的发展，又出现了铝酸盐水泥、硫铝酸盐水泥、氟铝酸盐水泥等新品种以满足日益增长的各种工程建设的要求常见的水泥品种： (1)硅酸盐水泥 硅酸盐水泥又称纯熟料水泥，国外称波特兰水泥它是由硅酸盐水泥熟料、适量石膏磨细制成的水硬性胶凝材料 生产硅酸盐系水泥的原料主要是石灰质原料和黏土质原料石灰质原料(石灰、白垩等)主要提供CaO，黏土质原料(黏土、黏土质页岩、黄土等)主要提供SiO2、A12O3及Fe2O3有时还要加入少量校正原料(硅藻土、黄铁矿渣等)来调整这2种原料化学成分的不足 在水泥生产过程中，为调节水泥的凝结时间还要加入二水石膏、半水石膏、硬石膏以及它们的混合物或工业副产石膏等缓凝剂为改善水泥性能、调节水泥标号，生产中往往还要加入一些矿物材料，称为混合材料水泥的生产工艺主要包括生料制备、煅烧、熟料磨细、储存或包装出厂 将原料按适当比例配合，磨细混均，制成干料粉、料球或料浆，即为生料制备生料的方法有干法、湿法和半干法在立窑或回转窑中对生料煅烧，烧成温度在1 300~1 450℃之间，此时将发生一系列物理化学变化。
烧成的物料在窑内从1 300℃冷却1 000℃左右，然后离窑冷却，所得到的颗粒状物料就是硅酸水泥熟料熟料中加入w=2~6%的石膏，将其共同磨细就得到硅酸盐水泥将熟料、石膏和其他混合材料共同磨细，可生产出掺混材料不同的硅酸盐水泥，如普通水泥、矿渣水泥、火山灰水泥、粉煤灰水泥等 硅酸盐水泥的主要矿物成分是：硅酸三钙(3CaO·SiO2，简写为C3S)、硅酸二(2CaO·SiO2，简写为C2S)、铝酸三钙(2CaO·Al2O3，简写为C3A)、铁铝酸四钙(4CaO·A12O3·Fe2O3，简写为C4AF)，还有游离氧化钙和氧化镁，是有害成分 硅酸盐水泥熟料是多种矿物组分组成的，各组分的比例不同，水泥的性质就发生相应变化如提高3CaO·SiO2的质量分数，可制得高强水泥；提高3CaO·SiO2和3CaO·Al2O3的质量分数可制得快硬水泥；降低3CaO·SiO2和3CaO·Al2O3的质量分数，提高2CaO·SiO2的质量分数，可制得中、低热水泥；提高4CaO·A12O3·Fe2O3的质量分数，降低3CaO·Al2O3的质量分数，可制得道路水泥 水泥加水拌和后，立即发生水化反应成为可塑性水泥浆。
随着水化的不断进行，水泥浆逐步变稠失去塑性，但尚不具有强度的过程称为水泥的凝结随着水化的进一步进行，水泥浆将产生明显的强度并发展为坚硬的人造石——水泥石的过程称为硬化水泥的水化是复杂的化学反应，凝结、硬化实质上是一个连续、复杂的物理化学变化过程，是水化反应的外观表现，其凝结硬化阶段是人为划分的 衡量水泥的性质和质量的指标有：密度、容重、细度、需水性、凝结时间、安定性、强度及标号、型号、水化热等衡量水泥获得一定稠度所需水量多少的性质称为需水性凝结时间是指水泥从和水开始到失去流动性，即从可塑状态发展到固体状态所需的时间，又分为初凝时间和终凝时间初凝时间是水泥从水泥和水到水泥浆开始失去塑性的时间；终凝时间是指水泥和水到水泥浆完全失去塑性的时间安定性是水泥浆体在硬化后体积变化的稳定性若水泥硬化后体积变化不稳定，产生不均匀的变化，即所谓安定性不良，会使混凝土产生膨胀性裂纹，降低工程质量强度是选用水泥的重要技术指标水泥的硬化是逐渐增长的，因此，水泥标号是以不同龄期的抗压和抗折强度来划分的我国规定，需测定硅酸盐水泥水化3d、7d、28d的抗压和抗折强度，根据28 d的抗压强度确定水泥标号例如28d抗压强度为42.5MPa的水泥标号为425。
硅酸盐水泥硬度高，适用于重要结构的高强度混凝土和预应力混凝土工程，也适用于制造强度要求高、养护时间尽量短的水泥制品 硅酸盐水泥凝结硬化快、耐冻性好，适于早期强度高、凝结快、冬季施工及严寒地区遭受反复冻融的工程由于硅酸盐水泥水化时生成较多的氢氧化钙，因此耐水及其他腐蚀介质的能力差，不适于经常与流动的淡水接触及有水压作用的工程，也不宜用于受海水、矿物水作用的工程中耐热性差，故硅酸盐水泥不适用于有耐热要求的工程，更不能作耐热混凝土 硅酸盐水泥放热量大，故不宜于制作大体积混凝土如堤坝主体、大型基础及桥墩等构筑物 (2)掺混合材料的硅酸盐水泥 水泥中加入不同比例的各种混合材料，可以制成多种水泥如普通硅酸盐水泥、矿渣硅酸盐水泥、火山灰质硅酸盐水泥 ①普通硅酸盐水泥(普通水泥，代号P·O)它是掺加混合材料较少的硅酸盐水泥，采用和硅酸盐水泥相同的熟料、少量混合材料和适量石膏共同磨细制成混合材料的加入量，以水泥成品质量分数计，如果掺活性混合材料，不得超过15％；如果掺填充性混合材料，则总量不得超过15％，其中填充性混合材料不超过10％这种水泥由于混合材料加入量较少，混合材料对水泥影响不大，水泥性质仍接近硅酸盐水泥，用途也与其基本相同。
②矿渣硅酸盐水泥(矿渣水泥，代号P·S)采用粒化高炉矿渣作混合材料，加入量为水泥质量的20%~70%，其中可以用火山灰质混合材料代替1/3的矿渣(但最多不超过水泥的15%)，这样制成的胶凝材料称为矿渣水泥矿渣水泥具有早期强度低、后期强度高、水化热低、耐热性好、耐蚀性强、安定性较好等优异特性，但也存在保水性较差、泌水性较大、硬化后的干缩也较大等缺陷利用耐蚀性及耐水性好的特点，矿渣水泥适用于地下、水中及海水中的工程，以及经常有较高水压的工程由于耐热性好，还可用在受热工程，配制耐热混凝土矿渣水泥水化热较低，适于大体积混凝土使用但不适用于冬季施工 ③火山灰及粉煤灰硅酸盐水泥(火山灰水泥、粉煤灰水泥，代号分别为P·P和P·F)火山灰水泥和粉煤灰水泥按我国标准划分是2种品种，但从水泥科学角度看，它们都属于火山灰质的硅酸盐水泥这2种水泥的性质大致类似，也有区别，此处合为一类水泥火山灰水泥中火山灰的质量分数为20%~50%，粉煤灰水泥中粉煤灰的质量分数为20%~40%，其中都可以用高炉粒化矿渣来代替l/3的火山灰质混合材料这类水泥早期强度低，后期强度增长加快，28d之后，强度可以超过同标号硅酸盐水泥；水化热低；耐腐蚀性强；耐热性差；抗冻性差。
可用于制作大体积混凝土构件，还可用于淡水、硫酸盐侵蚀的工程，但效果不如矿渣水泥不适于冬季施工和早期强度要求较高的工程、受高热作用的工程以及反复冻融的工程 (3)专用水泥 这里主要介绍以下3种专用水泥 ①砌筑水泥凡由活性混合材料或具有水硬性的工业废料为主要原料，加入少量硅酸盐水泥熟料和石膏，经磨细制成的水硬性胶凝材料均称为砌筑水泥砌筑水泥对于我国大量的砖混结构有着特殊的意义，它适用于工业与民用建筑的砌筑砂浆和内墙抹面砂浆；不得用于混凝土结构工程；作其他用途时，必须通过试验 ②道路水泥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和较多量的铁铝酸盐的硅酸盐水泥熟料称为道路硅酸盐水泥熟料道路硅酸盐水泥(道路水泥)就是由道路硅酸盐水泥熟料、0~10%活性混合材料和适量石膏磨细制成的水硬性胶凝材料道路工程对水泥的要求是：耐磨性好、收缩小、抗冻性好、弹性模量低、应变性较高、抗冲击性能好，以及抗折强度高等 ③大坝硅酸盐水泥(大坝水泥)这种水泥又可称为低热水泥，是水化热较低的一种硅酸盐水泥，适用于浸蚀环境中的大体积混凝土工程实际生产中主要依靠减小熟料3CaO·Al2O3及3CaO·SiO2的质量分数来降低水泥水化热及提高耐蚀力，但为保证水泥的强度，3CaO·SiO2也不宜过少。
在大坝水泥熟料的基础上，加入适量矿渣等混合材料，可以进一步降低水化热并提高耐蚀力因此，我国实际生产的大坝水泥有3种：硅酸盐大坝水泥、普通大坝水泥和矿渣大坝水泥前2种大坝水泥熟料中3CaO·SiO2的质量分数应低于6%，矿渣大坝水泥所用熟料中3CaO·SiO2的质量分数允许放宽至8%性质也有一定区别，硅酸盐大坝水泥和普通大坝水泥抗冻性、耐磨性较好，早期强度较高，但水化热仍较大，抗蚀性较差，矿渣大坝水泥正好具有与上述相反的特性硅酸盐大坝水泥和普通大坝水泥适用于大坝溢流面的面层和水位变动频繁处，要求有较高耐磨性及抗冻性的工程，矿渣大坝水泥则适用于大坝或大体积混凝土内部及水下工程 (4)特性水泥 这里主要介绍以下几种 ①快硬硅酸盐水泥这种水泥指早期强度增进较快的水泥，也称早强水泥这种水泥的，制造方法和硅酸盐水泥的基本相同，主要依靠调节矿物组成及控制生产措施，使得水泥的性质符合要求熟料中硬化最快的矿物成分是3CaO·Al2O3和3CaO·SiO2，为加快硬化，可适当增加石膏的掺量(可达 8％)和提高水泥的细度快硬水泥的凝结速度略快于一般水泥的凝结速度，以3d的抗压强度来划定标号，有325、375、425三个标号。
快硬水泥的其他性质特点是：水化放热大，抗蚀力较差，易吸潮变质一般贮存期不应超过1个月主要用于配制早强、高强混凝土，紧急抢修工程，低温施工工。