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水泥
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水泥：粉状水硬性无机胶凝材料。加水搅拌后成浆体，能在空气中硬化或者在水中硬化，并能把砂、石等材料牢固地胶结在一起。

早期石灰与火山灰的混合物与现代的石灰火山灰水泥 很相似，用它胶结碎石制成的混凝土，硬化后不但强度较高，而且还能抵抗淡水或含盐水的侵蚀。长期以来，它作为一种重要的胶凝材料，广泛应用于土木建筑、水利、国防等工程。

中文名： 水泥

外文名： cement一词由拉丁文caementum发展而来

材   料 ：粉状水硬性无机胶凝材料

形   状 ：细磨成粉末状  

水泥历史

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1756年，英国工程师J.斯米顿在研究某些石灰在水中硬化的特性时发现：要获得水硬性石灰，必须采用含有粘土的石灰石来烧制；用于水下建筑的砌筑砂浆，最理想的成分是由水硬性石灰和火山灰配成。这个重要的发现为近代水泥的研制和发展奠定了理论基础。

1796年，英国人J.帕克用泥灰岩烧制出了一种水泥，外观呈棕色，很像古罗马时代的石灰和火山灰混合物，命名为罗马水泥。因为它是采用天然泥灰岩作原料，不经配料直接烧制而成的，故又名天然水泥。具有良好的水硬性和快凝特性，特别适用于与水接触的工程。

1813年，法国的土木技师毕加发现了石灰和粘土按三比一混合制成的水泥性能最好。

1824年，英国建筑工人约瑟夫·阿斯谱丁（Joseph Aspdin）发明了水泥并取得了波特兰水泥的专利权。他用石灰石和粘土为原料，按一定比例配合后，在类似于烧石灰的立窑内煅烧成熟料，再经磨细制成水泥。因水泥硬化后的颜色与英格兰岛上波特兰地方用于建筑的石头相似，被命名为波特兰水泥。它具有优良的建筑性能，在水泥史上具有划时代意义。

1871年，日本开始建造水泥厂。

1877年，英国的克兰普顿发明了回转炉，并于1885年经兰萨姆改革成更好的回转炉。

1889年，中国河北唐山开平煤矿附近，设立了用立窑生产的唐山“细绵土”厂。1906年在该厂的基础上建立了启新洋灰公司，年产水泥4万吨。

1893年，日本远藤秀行和内海三贞二人发明了不怕海水的硅酸盐水泥。

1907年，法国比埃利用铝矿石的铁矾土代替粘土，混合石灰岩烧制成了水泥。由于这种水泥含有大量的氧化铝，所以叫做“矾土水泥”。

20世纪，人们在不断改进波特兰水泥性能的同时，研制成功了一批适用于特殊建筑工程的水泥，如高铝水泥，特种水泥等。全世界的水泥品种已发展到100多种，2007年水泥年产量约20亿吨。中国在1952年制订了第一个全国统一标准，确定水泥生产以多品种多标号为原则，并将波特兰水泥按其所含的主要矿物组成改称为矽酸盐水泥，后又改称为硅酸盐水泥至今。

主要成分

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水泥的主要成分有：碳酸钙（caco3） 二氧化矽（sio2） 三氧化二铝（al2o3）三氧化二铁（fe2o3）依照特定的物理和化学标准规格所调制，必须谨慎监控原料配制过程。特殊水泥有：飞灰水泥 、卜兰特水泥、火山灰水泥 、矽灰水泥 、输气水泥 、高铝水泥 、膨胀水泥 、高炉水泥、苦土水泥 、油井水泥…等。其中高炉水泥依需求不同添加如「减水剂、缓凝剂及早强剂」

水泥生料由石灰石、粘土和钢渣（铁粉）组成。石灰石的主要成份是氧化钙（ CaO ）和氧化镁( MgO )，粘土的主要成分是二氧化硅( SiO2 )和三氧化二铝( Al2O3 )，钢渣的主要成份是三氧化二铁( Fe2O3 )。

水泥熟料的成份：

主要化学成分是氧化钙、氧化硅、氧化铝、氧化铁等，它的主要矿物成份是硅酸三钙、硅酸二钙、铝酸三钙和铁铝酸四钙等。

分类

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按用途及性能分为

1、通用水泥: 一般土木建筑工程通常采用的水泥。通用水泥主要是指:GB175-2007规定的六大类水泥，即硅酸盐水泥、普通硅酸盐水泥、矿渣硅酸盐水泥、火山灰质硅酸盐水泥、粉煤灰硅酸盐水泥和复合硅酸盐。

2、专用水泥:专门用途的水泥。如:G级油井水泥，道路硅酸盐水泥。

3、特性水泥:某种性能比较突出的水泥。如快硬硅酸盐水泥、低热矿渣硅酸盐水泥、膨胀硫铝酸盐水泥、磷铝酸盐水泥和磷酸盐水泥。

按其主要水硬性物质名称分

1、硅酸盐水泥，即国外通称的波特兰水泥;水泥原态

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、磷酸盐水泥

7、 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。

按主要技术特性分

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1、快硬性(水硬性):分为快硬和特快硬两类;

2、水化热:分为中热和低热两类;

3、抗硫酸性性: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。

特点和用途

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1、硅酸盐水泥,代号P.I，代号P.II

特点：凝结硬化快、抗冻性好、早期强度高、水化热大。

缺点：耐海水浸蚀和耐化学腐蚀性差。

适用于：重要结构的高强度混凝土和预应力混凝土；冬季施工及严寒地区遭受反复冰冻工程；

不适用于：经常受压力水作用的工程；受海水、矿物水作用的工程；大体积混凝土；

2、普通水泥,代号P.O

特点：早期强度高、水化热大、抗冻性好。

缺点：耐热性差、耐腐蚀与抗渗性较差。

适用于：一般土建工程及受冰冻作用的工程；早期强度要求高的工程；

不适用于：大体积混凝土工程；受化学及海水浸蚀的工程；受水压作用的工程；

3、矿渣硅酸盐水泥,代号P.S

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特点：抗浸蚀、耐水性好、耐热性好、水化热低、蒸汽养护强度发展较快、后期强度较大。

缺点：早期强度低、凝结慢、抗冻性较差、干缩性大，有泌水现象。

适用于：地下、水下（含海水）工程及受高压水作用的工程；大体积混凝土；蒸汽养护工程；有抗浸蚀、耐高温要求的工程；

不适用于：早期强度要求高的工程；严寒地区处在水位升降范围内的工程；

4、火山灰质水泥,代号P.代号P

特点：抗侵蚀能力强、抗渗性好、水化热低、后期强度较大。

缺点：耐热性较差、抗冻性差、吸水性强、干缩性较大。

适用于：地上、地下及水中的大体积混凝土工程；蒸汽养护的混凝土构件；有抗浸蚀要求的一般工程；

不适用于：期强度要求高的工程；受冻工程；干燥环境中的工程；有耐磨性要求的工程；

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5、粉煤灰水泥,代号P.F

特点：抗渗性较好、干缩性小、水化热低、抗侵蚀能力较好。

缺点：抗碳化能力差

适用于：地上、地下及水中的大体积混凝土工程；蒸汽养护的混凝土构件；有抗浸蚀要求的一般工程；

不适用于：有碳化要求的工程；

6、复合硅酸盐水泥,代号P.C

特点：后期强度增长较快、水化热较低、耐蚀性较好。

缺点：凝结硬化慢、早期强度低、抗冻性差。

适用于：在高湿环境中或长期处于水中的混凝土工程；厚大体积的混凝土工程；受浸蚀介质作用的混凝土工程；

不适用于：求快硬早强的混凝土工程；严寒地区处在水位升降范围内的混凝土工程。

生产工艺

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水泥是由石灰质（如石灰石、由圣、泥灰质石灰石等）和粘土质（如粘土、泥灰质粘土等）原料，按适当比例配成生料，在高温下（1300-1450℃）燃烧至部分熔融，所得以硅酸钙为主要成分的熟料，加入适量的石膏，磨成细粉面制成的水硬性胶结材料。在熟料磨细时，允许均匀掺入不超过水泥成品重量15％的活性混合材料（如火山灰、粒状高炉矿渣等）或掺入不超过水泥成品重量10％的填充性混合材料（如石英砂、石灰岩等）。

一般来讲，水泥行业生产的是硅酸盐水泥，硅酸盐水泥是 一种细致的、通常为灰色的粉末，它由钙 ( 来自石灰石 )、 硅酸盐、铝酸盐 ( 黏土 ) 以及铁酸盐组成。在一个硅酸盐 水泥工厂中，水泥生产有以下几个主要阶段：

1、生料的准备

石灰石是水泥生产的主要原材料，大多数工厂都位于石灰石采石场附近，以尽量降低运输成本。 通过爆破或者使用截装机来进行原料 ( 石灰石、页岩、 硅土和黄铁矿 ) 的提取。 原料被送至破碎机，在那里经过破碎或锤击变成碎块。压碎的石灰石和其它原料通常覆盖储存，以防受外界环 境的影响，同时也可最大程度地减小灰尘。 在大多数情况下，采石场和水泥厂会需要分离的或单独 的电源设备。

2、生料磨

在生料磨车间，原料被磨得更细，以保证高质量的混合。在此阶段使用了立磨和球磨，前者利用滚筒外泄的压力 将通过的材料碾碎，后者则依靠钢球对材料进行研磨。生料最终被运输到均化堆场进行储藏和进一步的材料混合。

3、熟料生产

熟料球形结块的直径必须在 0.32-5.0cm 范围之内，它们 是在原料之间的化学反应中产生的。 高温处理系统包括三个步骤：烘干或预热、煅烧 ( 一次 热处理，在其过程中生成氧化钙 ) 以及焙烧 ( 烧结 )。

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4、储存及熟料磨

熟料从熟料料仓中取出并送到给料仓，在进入熟料磨之 前与石膏和添加剂进行配比混合。在熟料粉磨过程中，熟料与其它原料被一同磨成细粉， 多达 5% 的石膏或附加的硬石膏被添加进来，以控制水 泥的凝固时间，同时加入的还有其它化合物，例如用来 调节流动性或者含气量的化合物。很多工厂使用滚式破 碎机来获取可减小到预定尺寸的熟料和石膏，这些材料 随后被送入球磨 ( 旋转式、垂直钢筒，内含钢合金滚珠 ) 进行余下的粉磨加工。

粉磨过程在封闭系统中进行，该系统配备了一个空气分离机，用来按大小将水泥颗粒分开，没有完全磨细的材 料被重新送过该系统。 这道高能耗的工序需要自动化和最优化的控制，以保证目前的质量要求。

5、储藏和发运

成品水泥被储藏在巨大的混凝土料仓内。 可以将水泥散装到卡车或者车皮中发运给客户，也可以 装袋，用标准货车发送。现代化的发运系统提供了全部的物流支持，并且使发运 过程对操作者透明。

水泥标号

水泥的标号是水泥“强度”的指标。水泥的强度是表示单位面积受力的大小，是指水泥加水拌和后，经凝结、硬化后的坚实程度(水泥的强度与组成水泥的矿物成分、颗粒细度、硬化时的温度、湿度、以及水泥中加水的比例等因素有关)。水泥的强度是确定水泥标号的指标，也是选用水泥的主要依据。

1、硅酸盐水泥的强度等级分为42.5、42.5R、52.5、52.5R、62.5、62.5R六个等级。

2、普通硅酸盐水泥的强度等级分为42.5、42.5R、52.5、52.5R四个等级。

3、矿渣硅酸盐水泥、火山灰质硅酸盐水泥、粉煤灰硅酸盐水泥、复合硅酸盐水泥的强度等级分为32.5、32.5R、42.5、42.5R、52.5、52.5R六个等级。

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