混凝土技术丛书--水泥品种与性能

前言
水泥是建筑工业三大基本材料之一，使用广，用量大，素有“建筑工业的粮食”之称。生产水泥虽需较多能源，但水泥与砂、石等集料所制成的混凝土则是一种低能耗型建筑材料。例如，在相同荷载的条件下，混凝土柱的耗能量仅为钢柱的1/5～1/6，砖柱的1/4。根据预测，在未来的几十年内，水泥依旧是主要建筑材料。水泥具有较好的可塑性，与砂、石等拌合后的混合物具有较好的和易性，可浇注成各种形状及尺寸的构件，以满足设计上的不同要求；水泥的适应性较强，适用于海上、地下、深水、严寒、干热、腐蚀、辐射等各种条件下；水泥还可与各种有机、无机材料制成各种用途的水泥基复合材料；水泥耐久性较好，维修工作量小，不易生锈、耐腐朽。目前，水泥已广泛用于建筑、水利、道路、国防等工程中。近年来，宇航、信息及其他新兴工业中对各种具有特种性能的水泥基复合材料的需求也越来越大。因此，水泥工业在整个国民经济中起着十分重要的作用。在目前甚至未来相当长的时期内，水泥仍将是人类社会主要的建筑材料。按性能和用途，可分为通用水泥、专用水泥和特性水泥三大类。通用水泥为用于大量土木建筑工程一般用途的水泥，如硅酸盐水泥、普通硅酸盐水泥、矿渣硅酸盐水泥、火山灰质硅酸盐水泥和粉煤灰硅酸盐水泥等。专用水泥则指有专门用途的水泥，如油井水泥、中热硅酸盐水泥、低热矿渣硅酸盐水泥、砌筑水泥等。特性水泥指某种性能较突出的一类水泥，如快硬水泥系列、膨胀水泥系列、抗硫酸盐硅酸盐水泥等。按照水泥熟料的矿物组成又可分为硅酸盐水泥、铝酸盐水泥、硫铝酸盐水泥、氟铝酸盐水泥、铁铝酸盐水泥和无熟料水泥等。

改革开放以来，我国水泥工业取得了令人瞩目的成绩。水泥科学研究工作得到了很大的发展，在水泥熟料煅烧、粉磨、熟料形成、水泥熟料新矿物、水化硬化、废渣综合利用、外加剂、节能技术等有关的基础理论以及测试方法的研究和应用取得了长足的进步，已形成了硅酸盐水泥、普通硅酸盐水泥、矿渣硅酸盐水泥、火山灰质硅酸盐水泥、粉煤灰硅酸盐水泥以及复合硅酸盐水泥六大通用硅酸盐水泥体系，广泛应用于工业和民用建筑工程建设。此外，在特种水泥的研究和开发方面成绩卓越，已由建国初期仅有的3～4个品种发展到现在的60多个品种，从仅能生产用于建筑工程的一般水泥，发展到生产石油、水电、冶金、化工、海港和国防部门等工程所需的特种水泥。我国水泥工业还相当重视工业废渣和资源的综合利用，如早在20世纪50年代就已推广使用矿渣硅酸盐水泥，目前我国水泥工业已成为消纳其他工业废弃物的主要行业，年利用工业废渣达4亿吨。同时，我国水泥工业不断发展新技术、新工艺，例如在20世纪50年代就已开始悬浮预热器的研究，20世纪70年代开发和建成了我国第一条悬浮分解窑，尤其是20世纪90年代以来，新型干法水泥生产进入了大型化、集约化快速发展时期，产业结构正在发生巨大变化和提升，已形成技术先进、成熟可靠的700～6000t/d新型干法生产线的国产化技术和装备系列，技术已达到国际先进水平。目前我国水泥产量已达10亿吨，其中新型干法水泥已发展到3亿多吨，是世界第一水泥生产和消耗大国，也是世界上新型干法生产线最多和产能最大的国家。

此外，在水泥发展过程中，通用硅酸盐系列水泥从产量和用途来看，在基本建设工程中占有重要地位，但由于通用硅酸盐水泥固有的性能和特点，决定了它不能满足一些特殊工程的需要。特种水泥是指具有某些特殊性能的水泥，或者说，凡不属于通用硅酸盐系列的水泥可通称为特种水泥。对于某些特殊工程,必须采用特种水泥来满足工程的质量要求或施工工艺新要求。例如,油井的固井必须采用油井水泥，大坝施工必须采用中热或低热水泥，有硫酸盐侵蚀的工程必须采用抗硫酸盐水泥，抢修抢建就必须采用快硬早强水泥，装饰工程必须采用白水泥或彩色水泥等。因此，特种水泥在工程建设中也是必不可少的。当今世界各国都在研究和发展特种水泥新品种，水泥已从单一的含硅酸盐矿物的品种发展到各种化学成分、矿物组成、性能与应用范围不同的品种。我国特种水泥的发展经过50多年几代人的努力，经历了仿造、自主研究开发、创新提升三个阶段，已研制成功6大体系8大类共60余种特种水泥。目前，我国在特种水泥的理论研究、品种数量及应用水平上已进入世界先进行列。

本书主编单位中国建筑材料科学研究院是我国水泥、混凝土与房建材料行业历史最长、规模最大的研究机构，主要从事水泥、混凝土、特种工程材料等新品种、新工艺、新装备、新技术的研究开发，现已开发成功水泥煅烧预分解、利用回转窑煅烧矾土水泥、水泥添加晶种煅烧等先进工艺技术，研制成功60余种新品种水泥，包括国际首创的硫铝酸盐水泥、铁铝酸盐水泥，上述成果广泛应用于水利、石油、冶金、机械、航天、海洋等开发领域。

本书结合编者多年实践经验，比较系统地介绍了硅酸盐系列通用水泥和特种水泥的基本理论知识，包括最新水泥标准、水泥生产质量要求、生产过程质量控制、水泥的性能及技术特点、水化硬化机理和应用等方面的知识，较为全面地反映了硅酸盐系列通用水泥和特种水泥研究和应用的新理论和生产新技术，为科研工作者开展相关研究工作提供参考和借鉴，同时对于广大工程技术人员了解和掌握这些知识，指导水泥的生产和应用亦大有帮助。

本书可供水泥及其制品、建筑工程、环境保护、化学建材等部门的科研、生产、工程技术人员参考，也可作为相关专业领域的各类大、中专院校师生的教学参考书。

本书在编写出版过程中，得到了有关领导、专家和同行的悉心指导和热情帮助，在此一并致以真诚的谢意。编者也恳切欢迎各种评论和意见，以便使未来的版本得到逐步提高和改善。

编者2006年1月于北京

本书系《混凝土技术丛书》的一个分册，比较全面、系统地介绍了硅酸盐系列通用水泥和特种水泥的基本理论知识，包括最新水泥标准、水泥生产质量要求、生产过程质量控制、水泥的性能及技术特点、水化硬化机理和应用等方面的知识。本书也较为全面地反映了硅酸盐系列通用水泥和特种水泥研究及应用的新理论与生产新技术，为科研工作者开展相关研究工作提供参考和借鉴，同时对于广大工程技术人员了解和掌握这些知识，指导水泥的生产和应用亦大有帮助。

本书可供水泥及其制品、建筑工程、建筑材料、环境保护等部门的科研、生产技术人员参考，也可作为相关专业领域的各类大、中专院校师生的教学参考书。

目录
第一章概论1
第一节水泥研究发展现状1
第二节水泥品种的分类4
第二章 硅酸盐系列通用水泥5

第一节概述5

第二节硅酸盐水泥8

一、定义8

二、技术指标9

三、原材料的准备14

四、生料的制备18

五、熟料的煅烧18

六、熟料的矿物组成及特性22

七、水化反应与特性24

八、物理力学性能30

九、国家标准37

十、应用与存放38

第三节普通硅酸盐水泥40

第四节矿渣硅酸盐水泥43

一、矿渣的化学组成和矿物组成43

二、矿渣水泥的水化、硬化47

三、矿渣水泥的性能特点48

四、国家标准50

五、矿渣硅酸盐水泥的应用51

第五节火山灰质硅酸盐水泥52

一、火山灰质混合材料及其化学成分52

二、火山灰质混合材料活性的评定54

三、火山灰水泥的水化、硬化56

四、火山灰水泥的性能特点57

五、国家标准58

六、火山灰质硅酸盐水泥的应用58

第六节粉煤灰硅酸盐水泥60

一、粉煤灰的化学组成和矿物结构60

二、粉煤灰水泥的水化与硬化62

三、粉煤灰水泥的性能特点63

四、国家标准65

五、粉煤灰硅酸盐水泥的应用66

第七节复合硅酸盐水泥66

一、混合材料的种类与掺量67

二、复合水泥的品种及应注意的问题68

三、复合水泥的性能69

四、国家标准70

五、复合硅酸盐水泥的应用71

第八节石灰石硅酸盐水泥72

一、石灰石的掺量与质量要求72

二、石灰石硅酸盐水泥的水化及性能73

三、国家标准73

四、石灰石硅酸盐水泥的应用74

第三章特种及新品种水泥75

第一节概述75

第二节快硬高强水泥79

一、快硬硅酸盐水泥80

二、无收缩快硬硅酸盐水泥83

三、快凝快硬硅酸盐水泥85

四、铝酸盐水泥89

五、快硬高强铝酸盐水泥100

六、快凝快硬氟铝酸盐水泥102

七、快硬硫铝酸盐水泥109

八、快硬铁铝酸盐水泥115

九、快凝快硬型砂水泥117

第三节膨胀水泥119

一、硅酸盐膨胀水泥122

二、明矾石膨胀水泥123

三、铝酸盐膨胀水泥124

四、硫铝酸盐膨胀水泥126

五、铁铝酸盐膨胀水泥127

第四节自应力水泥129

一、自应力硅酸盐水泥129

二、明矾石自应力水泥131

三、自应力铝酸盐水泥133

四、自应力硫铝酸盐水泥135

五、自应力铁铝酸盐水泥136

第五节水工水泥137

一、中热硅酸盐水泥141

二、低热硅酸盐水泥143

三、低热矿渣硅酸盐水泥145

四、低热粉煤灰硅酸盐水泥146

五、低热微膨胀水泥147

六、抗硫酸盐硅酸盐水泥149

第六节油井水泥151

一、API通用油井水泥151

二、特种油井水泥158

第七节装饰水泥161

一、白色水泥162

二、彩色水泥164

三、无熟料装饰水泥167

第八节其他特种水泥168

一、砌筑水泥168

二、低碱度水泥170

三、道路硅酸盐水泥172

参考文献177