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在自然界中很难找到一种能xx满足制造水泥要求的单一矿物原料,但选用来源丰富、价格便宜的几种原料,经合理搭配,使之达到生产的要求,却是可行的。用于生产硅酸盐水泥的原料有石灰质原料(石灰岩、白垩、贝壳、珊瑚礁、大理石、泥灰岩等)、粘土质原料(黄土、黄土亚状粘土、页岩等)及辅助材料。根据辅助原料所起的作用不同,辅助原料又可以分为校正原料、矿化剂原料和缓凝剂原料三类。
校正原料如铁质校正原料(硫铁矿渣、铁矿石),用来补足生料中三氧化二铁的不足。矿化剂原料主要是氟化物,如萤石及氟硅酸盐(比如氟硅酸钠Na3SiF6)。缓凝剂原料主要是xx石膏或陶瓷厂中的废石膏模。
在物理、化学的作用下,能从浆体变成坚强的石状体,并能胶结其他物料而具有一定机械强度的物质,统称为凝胶材料。沥青和各种数值具有机效凝结材料。凝胶材料按照其硬化条件,分为水硬化和非水硬化。水硬性凝胶材料在拌水后技能在空气中硬化,又能在水中硬化,故称水泥(如硅酸盐水泥、铝酸盐水泥。)非水硬性凝胶剂材料只能在空气中硬化而不能在水中硬化,故又称气硬性材料。
水泥熟料由以下组成:
硅酸三钙 C3S 20%
硅酸二钙 C2S
铝酸三钙 C4A
铁项固溶体 C4AF
(1) 水泥:加水拌和成塑性浆体,能胶结砂、石等材料既能在空气中硬化又能在水中硬化的粉末状水硬性胶凝材料。
(2) 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。
(3) 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。
(4) 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。
(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) 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。
(7) 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。
(8) 中热硅酸盐水泥:以适当成分的硅酸盐水泥熟料、加入适量石膏磨细制成的具有中等水化热的水硬性胶凝材料。
(9) 低热矿渣硅酸盐水泥:以适当成分的硅酸盐水泥熟料、加入适量石膏磨细制成的具有低水化热的水硬性胶凝材料。
(10)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。
(11) 抗硫酸盐硅酸盐水泥:由硅酸盐水泥熟料,加入适量石膏磨细制成的抗硫酸盐腐蚀性能良好的水泥。
(12) 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石膏,磨细制成的白色水泥。
(13) 道路硅酸盐水泥:由道路硅酸盐水泥熟练,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,称为道路硅酸盐水泥,(简称道路水泥)。
(14) 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。
(15) 油井水泥:由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。
(16) 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。
按化学系分类水泥:
(1)硅酸盐水泥,即国外通称的波特兰水泥;
(2)铝酸盐水泥;
(3)硫铝酸盐水泥;
(4)铁铝酸盐水泥;
(5)氟铝酸盐水泥;
(6) 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。
硅酸盐水泥熟料主要有CaO、SiO2、Fe2O3、Al2O3四种氧化物组成,在熟料中占95%,另5%为其他氧化物,如MgO、SO3等。
水泥熟料经高温煅烧后,CaO、SiO2、Fe2O3、Al2O3四种氧化物不是以单独的氧化物存在,而是以两种或两种以上的氧化物反应生成的多种矿物集合体。
硅酸盐水泥熟料中主要形成四种矿物:硅酸三钙,3 CaO·SiO2,简写C3S,占50~60%,称阿利特(Alite)或A矿;硅酸二钙,2 CaO·SiO2,简写C2S,占20~25%,称贝利特(Belite)或B矿;铝酸三钙,3CaO·Al2O3,简写C3A,占5~10%;铁相固溶体,通常以铁铝酸四钙表示,4CaO·Al2O3·Fe2O3,简写C4AF,占10~15%,称才利特(Celite)或C矿。
主要技术特性:
(1) 快硬性:分为快硬和特快硬两类;
(2) 水化热:分为中热和低热两类;
(3) 抗硫酸盐性:分中抗硫酸盐腐蚀和高抗硫酸盐腐蚀两类;
(4) 膨胀性:分为膨胀和自应力两类;
(5) 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。
主要技术指标:
(1)比重与容重:普通水泥比重为3:1,容重通常采用1300公斤/立方米。
(2)细度:指水泥颗粒的粗细程度。颗粒越细,硬化得越快,早期强度也越高。
(3)凝结时间:水泥加水搅拌到开始凝结所需的时间称初凝时间。从加水搅拌到凝结完成所需的时间称终凝时间。硅酸盐水泥初凝时间不早于45分钟,终凝时间不迟于6.5小时。实际上初凝时间在1~3h,而终凝为4~6小时。水泥凝结时间的测定由专门凝结时间测定仪进行
(4)强度:水泥强度应符合国家标准。
(5)体积安定性:指水泥在硬化过程中体积变化的均匀性能。水泥中含杂质较多,会产生不均匀变形。
(6)水化热:水泥与水作用会产生放热反应,在水泥硬化过程中,不断放出的热量称为水化热。
(7)标准稠度:指水泥净浆对标准试杆的沉入具有一定阻力时的稠度。
(8) 水灰比:水灰比大,就是说加得水多,则水泥颗粒与水接触面积大,因此水化速率快。
绝大多数无极电介质都有促进水泥水化的作用。使用历史最早的是氯化钙,主要是增加钙离子浓度,加快氢氧化钙的结晶,缩短诱导期。
水泥凝结标致着水泥浆失去流动性而具有一定塑性强度。硬化则表示水泥浆固化后所建立的结构具有一定的机械强度。
水化机理!
凝结机理!
硬化机理!
C-S-H,C3A·CS`·H12、C4(A,F)H13、单硫型水化硫铝酸钙AFm,三硫型水化硫铝酸钙AFt(钙矾石)等