水泥窑的发展
1825年-1877年
土立窑
1826年人类用间歇式的
土立窑煅烧水泥熟料
1877年
-1905年 1885年用回转窑烧制水 1905年发明湿法回转窑 1910年立窑实现了机械
泥熟料获得专利权
1905年-1910年 1910年-1928年
化连续生产，1923年立波尔窑出现
1950-1971年：1950年悬浮预热器，1971
金属材料
材料的分类
高分子材料
无机非金属材料
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什么是无机非金属材料？
无机非金属材料(Inorganic nonmetallic materials)是以 某些元素的氧化物、碳化物、氮化物、卤素化合物、硼化
物以及硅酸盐、铝酸盐、磷酸盐、硼酸盐等物质组成的材
料。是除有机高分子材料和金属材料以外的所有材料的统 称。

原料一般不是为获得产品，而是生产材料，往往伴随 化学变化。 材料的特点往往是为获得产品，一般从材料到产品的 转变过程不发生化学变化。

材料与物质(Materials and Matter)

材料可由一种或多种物质组成。 同一物质由于制备方法或加工方法不同可以得到用途 各异、类型不同的材料。 河南科技大学高温材料研究院
水泥熟料外观与当时建筑上 常用的英国波特兰岛上的岩 石相似，故称之“波特兰水 泥”（Portland Cement）
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水泥的定义及分类
水泥——指加水拌和成塑性浆体后，能胶结砂、石等适当材 料既能在空气中硬化又 能在水中硬化的粉状水硬性胶凝材 料。 简言之，水泥是一种水硬性胶凝材料。
硅酸盐水泥的制成工艺
管球磨粉磨
立式磨系统 挤压粉磨
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水泥用途举例
建筑：房屋 桥梁 道路 大坝 涵洞
石油： 固井
地矿：固矿井 医药：假牙 人造骨骼
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BGR型水泥壳电阻器
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玻璃生产简介
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晶 态
质点在三维空 间作有规则的 排列， 即远程有序
熟料中C2S通常固溶有少量氧化物如Al2O3、Fe2O3、MgO、R2O等形成固
溶体，称贝利特（Belite），简称B矿。在反光显微镜下呈圆粒状，常具有 黑白交叉双晶条纹。
水化反应比C3S慢的多，28d只水化20%左右，凝结硬
化慢；早期强度低，但28d后强度仍能较快增长，一年 后其强度可赶超阿利特；水化热小；抗水性好。
强度 等级 42.5 42.5R 52.5 52.5R 62.5 62.5R 抗压强度(MPa) 抗折强度(MPa)
3d
17.0 22.0 23.0 27.0 28.0 32.0
28d
42.5 42.5 52.5 52.5 62.5 62.5
3d
3.5 4.0 4.0 5.0 5.0 5.5
28d
6.5 6.5 7.0 7.0 8.0 8.0
按其用途和性能分
通用水泥：土木工程常用 专用水泥：具有专门用途 特性水泥：某种性能较突
按水泥的组成分
硅酸盐水泥系列 铝酸盐水泥系列 氟铝酸盐水泥系列 硫铝酸盐水泥系列 铁铝酸盐水泥系列 其它：如无熟料、少熟料
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硅酸盐水泥的定义、代号及强度等级
定义：凡由硅酸盐水泥熟料、0~5%石灰石或粒化高炉矿渣、
迈尔《新百科全书》中材料的含义：材料是从原材料中 取得的，为生产半成品、工件、部件和成品的初始物料， 如金属、石块、木料、皮革、塑料、纸、天然纤维和化 学纤维等等。 具有特定性质，能用于制造结构、构件、机器、以及各 种产品的物质。 河南科技大学高温材料研究院


原料（Raw Materials）与材料
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铝酸三钙
水化迅速，凝结较快，如不加石膏等缓凝剂，易使
水泥急凝；早期强度较高，但绝对值不高，其强度
3d之内大部分发挥出来，以后几乎不增长，甚至倒
缩；水化热高；干缩变形大，脆性大，耐磨性差， 抗硫酸盐性能差。
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铁铝酸四钙
铁铝酸四钙代表的是一系列连续的铁相固溶体。通
耐化学侵蚀 干缩性
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特种水泥的分类
特种水泥是特性水泥和专用水泥的统称，也即指通用水 泥以外的水泥。
快硬水泥 抗硫酸盐水泥 水工水泥 油井水泥 装饰水泥 膨胀和自应力水泥 其他。
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快硬硅酸盐水泥
凡是以硅酸盐水泥熟料和适量石膏磨细制成的，以3d抗
分类
无机胶凝材料
气硬性胶凝材料（石灰、石膏）
水硬性胶凝料（水泥 ） 河南科技大学高温材料研究院
胶凝材料发展简史
天然粘土时期：新石器时代（4000-10000年前）
石膏-石灰时期：公元前2000-3000年
泥巴墙
石灰-火山灰时期：公元初
天然水泥时期 ：18世纪后期
现代水泥时期：19世纪初开始 河南科技大学高温材料研究院
水泥的发明和发展
1824年，英国人阿斯普丁将粘土与石灰石配合烧制成 块（熟料），再经磨细而成水硬性胶凝材料，加水拌和后能 硬化制成人工石，并具有较高强度，其外观与当时建筑上常 用的英国波特兰岛上出产的岩石相似，故称之为“波特兰水 泥”（Portland Cement），并于1824年10月21日首先获得 该产品的专利权。
制成的具有抵抗硫酸根离子侵蚀的水硬性胶凝材料，称为抗硫 酸盐硅酸盐水泥，简称抗硫酸盐水泥。 C3A＜5% 主要用于受硫酸盐侵蚀的海港、水利、地下、隧道、引水、 道路和桥梁基础等工程。
白色硅酸盐水泥
由白色硅酸盐水泥熟料加入适量石膏，磨细制成的水 硬性胶凝材料，称为白色硅酸盐水泥(简称白水泥)。 控制Fe2O3含量：0.35-0.4%。 白度是白水泥的一个重要指标。 (GB 2015—91)
固体
质点在三维空间排 列没有规律性，即 远程无序，不排除 局部区域可能存在 规则排列，即近程 有序
非晶态
气体
强度 I
熔体 玻璃
晶体
sinθ λ
不同聚集状态物质的X射线衍射强度随 入射角度变化的分布曲线 河南科技大学高温材料研究院
常固溶有少量的MgO、SiO2 等氧化物，又称才利特
（Celite）或C矿。
在反光镜下其反射能力强，呈亮白色，并填充在A
矿与B矿之间，也称白色中间相。
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水泥熟料的主要矿物组成与特性
矿物组成 与水反应速度 水化热 对强度 的作用 早期 后期 硅酸三 钙C3S 中 中 良 良 中 中 硅酸二 钙C2S 慢 低 差 优 良 小 铝酸三 钙C3A 快 高 良 中 差 大 铁铝酸四 钙C4AF 中 中 良 中 优 小
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欧洲
水泥窑用耐火材料简介1.窑口 Nhomakorabea高铝砖2.烧成带：镁铝尖晶石砖 上过渡带：镁铝尖晶石砖
安全带：镁铝尖晶石砖
3.预热带：高铝砖 河南科技大学高温材料研究院
1.热面：熟料液相渗透， 2.白色区域：表明还原（气氛）工况 3.冷面：严重的硫碱及氯化物渗透
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适量石膏磨细制成的水硬性胶凝材料；即国外波特兰水泥。
分类及代号：Ⅰ型：不掺加混合材料。P.Ⅰ Ⅱ型：掺＜5%的石灰石或粒化高炉矿渣。 P. Ⅱ
熟 料
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普通硅酸盐水泥的定义、代号及强度等级
定义：凡由硅酸盐水泥熟料、6~15%混合材料、适量石 膏磨细制成的水硬性胶凝材料，简称普通水泥。 代号：P.O
产品等级 优等品 一等品 合格品 白度等级 特级 一级 二级 白度(%) 86 84 80 强度等级 62.5 52.5 52.5 42.5 52.5 42.5
二级
三级
80
75
32.5
42.5 32.5
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硅酸盐水泥的生产工艺流程
石灰石 粘 土 校正
混合磨细
生料
窑中煅烧
两磨一烧
中国古长城 埃及金字塔
公元7世纪开始建、3世纪秦王连、
明朝完工距今2700年历史，西起
甘肃嘉峪关东至辽宁省
距今4500年历史，埃及国王 建造陵墓
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胶凝材料的定义及分类
定义
胶凝材料——在物理、化学作用下，能从浆体变成坚 硬的石状体，并能胶结其他物料而具有一定机械强度 的物质。 有机胶凝材料（如：沥青、各种树脂 ）
在反光显微镜下为黑色多角形颗粒。
水化较快，早期强度高且后期强度增进率较
大；其28d强度可达到一年强度的70%～80%。 水化热较高；抗水性较差。 河南科技大学高温材料研究院
硅酸二钙
γ-C2S：2.97g/cm3，β-C2S：3.28g/cm3，β→γ转
变时，体积膨胀10%，→熟料崩溃，生产中称之 为粉化。γ-C2S几乎无水硬性。
水泥
冷却加石膏磨细
熟料
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石灰石
水泥生产用原料
石灰质原料：石灰石、泥灰岩 粘土质原料：粘土、黄土 校正原料：
铁质：低品位铁矿石、尾矿 硅质：硅藻土、砂岩 铝质：炉渣、煤矸石、铝矾土
铝钙渣 砂岩 铁矿石
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原料的破碎、烘干、均化及粉磨
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硅酸三钙
纯C3S只在2065℃-1250℃温度范围内稳定，
在2065℃以上不一致熔融为CaO 与液相；在 1250℃以下分解为C2S和CaO。
熟料中C3S不纯，总是与少量的其他氧化物如Al2O3、Fe2O3、