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材料学院 无机材料系 潘志华 无机非金属材料工学水泥部分 潘志华 博士 教授 材料科学与工程学院 无机材料系 TEL: 7269 本部分主要内容第一周（4小时） 水泥和其他无机胶凝材料 硅酸盐水泥（Portland cement） 硅酸盐水泥国家标准 硅酸盐水泥熟料 第二周（4小时） 熟料的率值（modulus of clinker） 熟料矿物组成的计算 硅酸盐水泥生料的配合 熟料组成设计 水泥生料配比计算 第三周（4小时） 硅酸盐水泥熟料的煅烧 干燥与脱水 碳酸盐分解 固相反应 熟料的绕结 熟料的冷却 其它组分的作用 第四周（4小时） 硅酸盐水泥的水化和硬化 熟料矿物的水化 硅酸盐水泥的水化 水化速率与凝结时间的调节 水泥石的组成与结构 第五周（2小时） 掺混合材的硅酸盐水泥 高铝水泥 一、胶凝材料的定义和分类 1、胶凝材料的定义： 在物理的、化学的、或物理化学的作用下，能从流动状的浆体转变成坚硬的固体的、还能胶结其他材料、并能产生一定的机械强度的物质，称为胶凝材料，有时也称之为胶结材。 要点： ① 从流动状（非固体状）转变成固体的过程必须受到外界的作用，这种作用可以是物理的、也可以是化学的还可以是其他的，如电学的、光学的等。称这种由非固态向固态的转变过程为硬化过程。 胶凝材料的定义（续） 在体系中加水、给体系加热、用光照射、甚至用射线辐射等，这些都是属于物理作用。如向体系中加入少量化学物质便属于化学作用。 ② 形成的固体物质本身必须是具有一定的机械强度的，从而具有抵抗外力作用的能力。 ③ 除了本身具有机械强度外，在硬化过程中还必须能胶结其他材料。 胶凝材料的定义（续） 一般地，胶凝材料必须同时具备上述三个特征。 另外，严格地说，胶凝材料与胶结材料是有区别的。前者就是上述定义的物质，而后者则主要强调材料的胶结性能，并且它们的用途并不完全一样。在工程技术上我们多用胶凝材料一词，胶结材料一词则用得很少。 2、胶凝材料的分类 胶凝材料种类繁多，习惯上按其化学属性和硬化条件分类如下： 化学属性 无机：各种水泥，石灰，石膏 水硬性：各种水泥 非水硬性：石灰，石膏，粘土等 有机：沥青，各种树脂：聚氯乙烯树脂，聚苯乙烯树脂，聚酯树脂， 胶凝材料的分类（续） 呋喃树脂，酚醛树脂等 硬化条件 水硬性（水作用下硬化）：各种水泥 非水硬性（非水作用下硬化）： 热硬性：各种树脂，聚合物 气硬性：石灰，石膏，玻璃胶等 光硬性：光敏性树脂 三、水泥的定义和分类 1、水泥的定义： 水泥：与适量的水调和后既能在空气中硬化又能在水中硬化，并能胶结其他块状或粉状物料，最终形成具有抵抗外力能力凝固体的无机粉状水硬性胶凝材料。 几个要点如下： 要点： ① 水泥是一种水硬性胶凝材料。其硬化的必要条件是水的参与，与其他气硬性胶凝材料相区别。水泥在硬化过程中不但自身能硬化，而且能胶结其他物质，如砂子、碎石、钢筋、各种纤维。 ② 水泥是无机材料。与其他有机树脂类胶凝材料相区别。 ③ 水泥是粉状材料。与液体胶凝材料相区别。如液体水玻璃。 2、水泥的分类： 水泥的种类繁多，据称迄今为止全世界使用中的水泥种类已达100多种。通常将水泥按其用途、性能或组成来分类： ①如按用途和性能分为： 通用类：硅酸盐水泥，也称五大类水泥（硅酸盐水泥、普通硅酸盐水泥、矿渣硅酸盐水泥、火山灰水泥、粉煤灰水泥） 专用类：油井水泥、大坝水泥、道路水泥、锚喷水泥 特性类：快硬水泥、白色水泥、膨胀水泥、低热水泥、抗硫酸盐水泥、 耐酸水泥等 ②按组成分为：硅酸盐水泥 铝酸盐水泥 硫铝酸盐水泥 氟铝酸盐水泥 铁铝酸盐水泥 少熟料或无熟料水泥 四、水泥在国民经济中的地位和作用 三大建材：水泥、木材、钢材 水泥与其他建材相比具以下优点： ①低能耗：为钢材的1/5?1/6，铝合金的1/25，比红砖低35% ②耐久：木材会腐烂，钢材会生锈，有机材料会老化 ③易成型：可在常温下浇铸成各种形状。尤其是高铝水泥铸造耐火材料，高流动性水泥铸造大型平板 ④多品种、多特性：选择余地大，适应于各种环境条件和性能的要求 ⑤可复合：钢筋、钢纤维、玻璃纤维、聚合物复合等 五、水泥工业的发展概况 1、第一次产业革命时期： （1824年）硅酸盐水泥问世，用间歇式的土立窑烧制熟料。 2、1877年：水泥的回转窑烧制技术获得专利。出现单筒冷却机、立式磨、单仓钢球磨 3、19世纪末20世纪初：机立窑（1910年）、立波尔窑（1928年）相继诞生。 4、20世纪50年代初：悬浮预热器窑出现，1950年全世界水泥年产量达1.33亿吨。 水泥工业的发展概况（续） 5、60年代初：以电子计算机为代表的新技术在水泥工业中开始得到应用。 6、70年代初：（1971年）日本在引进西德悬浮预热器技术的基础上开发出窑外分解技