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水泥

為其他使用，看見 水泥(消歧).

在詞的最一般的感覺， a 水泥 是黏合劑，獨立地設置并且硬化的物質，并且可能一起束縛其他材料。 命名「水泥」去回到使用規定「電視劇caementitium」描述石工類似混凝土和由壓碎岩被做與煅石灰作為黏合劑的Romans。 增加到煅石灰獲得一種水力黏合劑的火山的灰和被磨成粉的磚添加劑以後指牙骨質、cimentum、cäment和水泥。 用於建築的水泥被描繪 水力 或 非水力.

對水泥的最重要的用途是生產 灰漿 并且 具體 -形成在正常環境效果面前是耐久的一種強的建築材料的自然或人為聚集體接合。

內容

水力對 非水力水泥

水凝水泥是以後在被結合設置并且硬化與的材料 水由於 化學反應 與混合的水和那，在硬化以後，保留力量和穩定甚而在水之下。 這力量和穩定的關鍵要求是含水物在直接反應形成了用水根本上是不能溶解的在水中。 多數建築水泥今天是水力的，并且多數這些根據 波特蘭水泥被做主要由 石灰石確定 黏土 礦物，和 石膏 在擊退的一個高溫度過程中 二氧化碳 并且化工結合主要成份入新的化合物。 非水力水泥包括這樣材料像(非水力)石灰和石膏膏藥，必須保持乾燥為了獲取力量和氯氧化物用水泥塗，有液體組分。 石灰砂漿，例如， 「由變乾和慢獲取力量仅設置了」只非常由二氧化碳的吸收從大氣通過改革碳酸鈣 碳酸化.

設置和硬化水凝水泥由water-containing化合物的形成造成，由於反應在水泥組分和水之間，形成。 反應和反應產品指水合作用和含水物或者含水物階段，分別。 由於反應的直接開始，最初是輕微的，但增加以時間的僵住可以被觀察。 僵住到達某一水平的點指設置開始。 進一步實變稱設置，在之後階段硬化開始。 材料的耐壓強度平穩地然後增長，在從幾天範圍在「超迅速硬化」水泥情況下到幾年在普通的水泥情況下的期間。

歷史

初期用途

最早期的建築水泥是一樣老像建築，[1] 并且是非水力的。 無論哪裡使用了原始泥磚，他們與黏土泥漿一起薄層供了住宿。 基於泥的材料為回報也使用了在木材牆壁上或 籬笆條和塗抹 結構。 石灰 為穩定的泥地板第一次大概使用了，一個添加劑在這些回報，和。 」包括泥、母牛糞和石灰的「塗抹導致一堅韌和塗上，由於凝固，由石灰，蛋白質在母牛糞。 這個簡單系統是共同的在歐洲直到相當最近時期。 與被射擊的磚出現和他們的用途在更大的結構，各種各樣的文化開始試驗根據瀝清(在美索不達米亞)，石膏(在埃及)和石灰的高力量灰漿(在世界的許多地區)。

它是不定的它首先被發現了水合的非水力石灰和a的地方組合 pozzolan 生產一個水力混合物，但Romans大規模地首先使用由這樣混合物做的混凝土。 他們使用了兩自然pozzolans (trass 或 輕石)和人為pozzolans (地面磚或瓦器)在這些混凝土。 由這些混凝土做的結構的許多優秀例子仍然站立，著名地巨大的整體圓頂 萬神殿 在羅馬。 對結構混凝土的用途在中世紀歐洲消失了，雖然微弱的pozzolanic混凝土繼續使用作為核心填裝石牆和專欄。

現代水泥

現代水凝水泥開始從開始被開發工業革命(大約1700)，駕駛由三主要需要：

  • 水力 回報 為精整磚瓦房在濕氣候
  • 水凝灰漿為港口的磚石結構運作等，與海水聯繫。
  • 強的混凝土的發展。

在英國特殊，質量好的建築石料變得昂貴在迅速增長的期間，并且它成為了普遍做法修建聲望大廈從新的工業磚和完成他們與a 灰泥 仿效石頭。 水硬石灰為此傾向了，但需要對於快速的集合時間鼓勵了新的水泥的發展。 最著名的在這些之中是Parker的「羅馬水泥."[2] 這被開發了 詹姆斯Parker 在18世紀80年代1796年和最後給予專利。 它是，實際上，沒什麼像Romans用於的所有材料，但是燒」做的「自然水泥septaria -在某些黏土儲蓄被找到，并且包含黏土礦物和碳酸鈣的根瘤。 被燒的根瘤被研了對一粒美好的粉末。 這個產品，被做成灰漿與沙子，集合在5-15分鐘之內。 「羅馬水泥的」成功帶領其他製造者通過燒黏土和白堊人為混合物開發敵手產品。

約翰Smeaton 當他計劃三的建築，做了對水泥的發展的重要貢獻 Eddystone燈塔 (1755-9)在英吉利海峽。 他在十二個小時期間需要將設置的一水凝灰漿并且開發一些力量在連續大浪之間。 他進行了對可利用的水硬石灰的詳盡的市場研究，參觀他們的生產站點，并且注意到， 「hydraulicity」石灰直接地與它被做石灰石的黏土內容有關。 Smeaton是a 土木工程師 由行業，和沒有進一步接受了想法。 明顯未察覺對Smeaton的工作，同一項原則被辨認了 路易斯Vicat 在19世紀的第一個十年。 Vicat構想結合白堊方法，并且黏土到一個親密的混合物裡，和，燒此， 1817年生產了「人為水泥」。 詹姆斯霜,[3] 工作在英國，被生產什麼他在同一時間附近稱「英國的水泥」以相似的方式，但沒有得到一個專利直到1822年。 1824年， 約瑟夫Aspdin 給予了專利相似的材料，他稱波特蘭水泥，因為由它做的回報在顏色相似於有名望 波特蘭石頭.

所有上述產品不可能與石灰或pozzolan混凝土競爭由於快速設置(給不足的時刻為安置)和低早力量(要求許多星期延遲，在可能取消模板)之前。 水硬石灰、「自然」水泥和「人為」水泥全部依靠他們 belite 內容為力量發展。 Belite慢慢地開發力量。 由於他們被燒了在溫度在1250年°C以下，他們包含了沒有 鋁鐵岩負責對早力量在現代水泥。 一貫地包含鋁鐵岩的第一水泥是約瑟夫・ Aspdin的兒子做的那 威廉 在早1840s。 這是什麼我們今天稱「現代」波特蘭水泥。 由於威廉Aspdin圍攏他的產品奧秘的空氣，其他(即。 Vicat和 I C約翰遜)在這個發明要求優先次序，但最近分析[4] 他的具體和未加工的水泥表示，威廉Aspdin的產品被做在 Northfleet, 肯特 是真實的基於鋁鐵岩的水泥。 然而， Aspdin的方法是「概測法」 ： Vicat負責對建立這些水泥的化工依據，并且約翰遜在窯建立了銲接混合的重要性。

威廉Aspdin的創新為「人為水泥」製造商是反直觀，因為他們在混合(一個問題要求更多石灰為他的父親)，因為他們要求一個更高的窯溫度(並且更多燃料)和，因為發生的粉煤渣是非常堅硬的和迅速地磨損了是時間的唯一的可利用的研的技術的磨石。 因此製造費用合理地慢慢地是可觀地更高，但產品集和被開發的力量迅速，因而開放一個市場用於混凝土。 對混凝土的用途在建築從1850年迅速地增長向前，并且很快是統治用途為水泥。 因而波特蘭水泥開始了它的主要角色。

現代水泥的類型

波特蘭水泥

主要文章： 波特蘭水泥

水泥通過加熱石灰石在窯做以其他材料的少量(例如黏土)對1450°C。 發生的堅硬物質，稱`粉煤渣』，然後研與小量的石膏入粉末做`普通的波特蘭水泥』，水泥的通常使用的類型(經常指OPC)。

波特蘭水泥是一種基本的成份 具體, 灰漿 并且多數非專長 水泥. 最共同的用途為波特蘭水泥在混凝土的生產。 混凝土是一合成材料包括 聚集體 (石渣和沙子)，水泥和水。 作為建築材料，混凝土在幾乎渴望的所有形狀可以被熔鑄，并且一次硬化，可能成為一個結構(承重)元素。 波特蘭水泥也許是灰色的或 白色.

為波特蘭水泥製造的細節，看主要文章。 第一發明波特蘭水泥的人是從Wakefield，西約克。

波特蘭水泥混合

這些經常是可利用的當相互地面混合物從水泥製造商，但相似的公式化經常從地面組分也被混合在具體拌和樓。[5]

波特蘭Blastfurnace水泥 包含70% 地面顆粒化了鼓風爐爐渣與休息波特蘭粉煤渣和少許石膏。 所有構成導致高強度極限，但是，當增加爐渣內容，減少早力量，而硫酸鹽抵抗增加，并且放熱減少。 使用作為經濟選擇對波特蘭硫酸鹽抵抗和低熱水泥。[6]

波特蘭Flyash水泥 包含30% 飛煙. flyash pozzolanic，因此強度極限被維護。 由於flyash加法允許更低的具體水含量，早力量可能也被維護。 那裡質量好的便宜的flyash是可利用的，這可以是經濟選擇對普通的波特蘭水泥。[7]

波特蘭Pozzolan水泥 包括飛煙水泥，因為飛煙pozzolan，而且包括由其他自然或人為pozzolans做的水泥。 在國家，火山的灰是可利用的(即。 意大利、智利、墨西哥，菲律賓)這些水泥經常是最共同的形式在使用中。

波特蘭硅土發煙水泥. 加法 硅土發煙 能產生格外高強度，并且包含5-20%硅土發煙的水泥偶爾地被生產。 然而，硅土發煙更加通常增加到波特蘭水泥在混凝土攪拌機。[8]

石工水泥 為準備砌使用 灰漿 并且 灰泥和不能用於混凝土。 他們通常是包含也許包括石灰石、水合的石灰、空氣entrainers、阻滯劑、waterproofers和著色代理的波特蘭粉煤渣和一定數量的其他成份的複雜私有的公式化。 他們被公式化產生允許迅速和一致的石工工作的可使用的灰漿。 石工水泥的微妙的變異在美國是塑料水泥和灰泥水泥。 這些被設計對產物受控制債券與石工塊。

膨脹的水泥 除波特蘭粉煤渣之外，包含，膨脹的粉煤渣(通常sulfoaluminate粉煤渣)和被設計抵銷烘乾通常遇到與水凝水泥的收縮的作用。 這允許大地板平板(60 m正方形)準備，不用伸縮接合。

白色被混和的水泥 可以使用白色粉煤渣和白色補充材料被做例如高純度 metakaolin.

色的水泥 為裝飾目的使用。 在有些標準，生產「色的波特蘭水泥的」顏料的加法允許。 在其他標準(即。 ASTM)，顏料沒有提供波特蘭水泥組成部分，并且色的水泥被賣作為「被混和的水凝水泥」。

非常精巧被研的水泥 由極端精巧被研水泥的混合物被做與沙子或與爐渣或其他pozzolan類型礦物。 這樣水泥可能有物理特性和正常水泥一樣，但與50%較少水泥特別由於那裡增加的表面為化學反應。 以密集研他們比普通的波特蘭水泥可以使用50%較少能量製造。 EMC水泥

非波特蘭水凝水泥

Pozzolan石灰水泥。 地面混合物 pozzolan 并且石灰是Romans使用的水泥，并且将被發現在羅馬結構仍然站立(即。 萬神殿在羅馬)。 他們慢慢地開發力量，但他們的強度極限可以非常高。 導致力量的水合作用產品根本上是相同像波特蘭水泥生產的那些。

爐渣石灰水泥。 地面顆粒化了鼓風爐爐渣 不是水力的獨自，但「被碱的加法最經濟上激活」，使用石灰。 他們於pozzolan石灰水泥是相似的在他們的物產。 仅被顆粒化的爐渣(即。 水熄滅的，玻璃狀爐渣)是有效的作為水泥組分。

Supersulfated水泥。 這些包含大約80%地面被顆粒化的鼓風爐爐渣、15%石膏或者硬石膏和小的波特蘭粉煤渣或者石灰作為活化計。 他們由形成導致力量 鈣礬石以力量成長相似與慢波特蘭水泥。 他們陳列對進取的代理的好抵抗，包括硫酸鹽。

鈣鋁酸鹽類水泥 是主要由石灰石和鋁土礦做的水凝水泥。 有效成分是monocalcium鋁酸鹽類CaAl2O4 (加州 水泥化學家記法)和Mayenite加州12Al14O33 (C12A7 在CCN)。 力量由水合作用形成對鈣鋁酸鹽類含水物。 他們很好適應用於加工困難的(高溫抗性)混凝土，即。 為熔爐襯裡。

鈣sulfoaluminate水泥 由包括的粉煤渣被做 ye』 elimite (加州4(AlO2)6如此4 或C4A3\酒吧\ mathrm {S} 在 水泥化學家的記法)作為一個主要階段。 他們用於膨脹的水泥，在超離頻的早期的力量水泥和在「低能源」水泥。 水合作用生產鈣礬石，并且專業有形資產(例如擴展或迅速反應)由鈣的可及性的調整獲得并且硫化離子。 他們的用途作為一個低能源選擇對波特蘭水泥在中國作早期工作在，幾每年百萬噸導致[9][10]. 能量需要是低由於為反應需要的更低的窯溫度和(必須endothermically除去碳酸)的更低的相當數量石灰石在混合。 另外，更低的石灰石內容和更低的燃料消費導致CO2 放射在一半附近那伴生與波特蘭粉煤渣。 然而，如此2 放射通常顯著更高。

「自然」水泥 對應於前波特蘭時代的某些水泥，生產通過燒 泥質石灰石 在適度溫度。 黏土組分的水平在石灰石(大約30-35%)是這樣很多belite (低及早力量，高後力量礦物在波特蘭水泥)被形成，不用過份數額自由石灰的形成。 和與所有自然材料，這樣水泥有非常易變的物產。

Geopolymer 水泥 由水溶碱性金屬的硅酸鹽和aluminosilicate礦物粉末混合物被做例如飛煙和metakaolin。

環境和社會衝擊

水泥製造導致環境影響在過程的所有階段。 這些包括空中汙染放射以塵土、氣體、噪聲和振動的形式，當操作機械時和在炸開期間 獵物和對鄉下的損傷從挖掘。 減少水泥粉塵排放在挖掘期間和製造的設備用途廣泛，并且設陷井和分離廢氣的設備進入增加的用途。 環境保護也包括獵物的重新結合入鄉下，在他們通過退回他們到自然或再耕種他們關閉了之後。

氣候

水泥製造直接地通過二氧化碳的生產貢獻溫室氣體兩個，當 碳酸鈣 激昂，生產 石灰 并且 二氧化碳 [2]並且間接地通過對能量的用途，特別如果能量是sourced從 礦物燃料. 水泥工業生產5%全球性人造CO2 放射，其中50%是從化學過程和40%從灼燒的燃料。[11] 相當數量CO2 由水泥工業散發幾乎900公斤CO2 為水泥被生產的每1000公斤。 [12]

燃料和原材料

水泥植物消耗燃料3,000到6,500 MJ每根據原材料和過程粉煤渣被生產的，噸半新。 多數水泥窯今天使用煤炭和石油焦炭作為主要燃料和較小程度天然氣和燃料油。 如果他們符合嚴密的規格，選擇的廢物和副產物以恢復性的卡值可以使用作為燃料在水泥窯，替換常規礦物燃料的部分，像煤炭。 選擇的包含有用的礦物例如鈣、硅土、鋁土和鐵的廢物和副產物可以使用作為原材料在窯，替換原材料例如黏土，頁岩和石灰石。 由於一些材料有有用的礦物含量和恢復性的卡值，供選擇的燃料和原材料之間的分別總不是清楚的。 例如，汙泥有一個低，但重大卡值，并且燒給包含礦物的灰有用在粉煤渣矩陣。[13]

地方衝擊

生產水泥有重大正面和負面地影響在一個地方水平。 在正面邊，水泥工業特別在遠程位置在發展中國家也許創造就業和商機為地方人民，有少量其他機會為經濟發展。 負面地影響包括干擾到風景、塵土和噪聲和中斷到地方生物多樣性從挖掘石灰石(原料為水泥)。

水泥事務

在2002水凝水泥的世界生產是1,800百萬公噸。 名列前茅三個生產商是中國與704，印度與100和美國以91百萬公噸為聯合的共計一半大約世界共計由世界的三最人口眾多的狀態。[14]

「在過去的18年，中國在世界上比其他國家一貫地生產了更多水泥。 1994年[...]中國的銳化了以11百萬噸運輸的水泥出口和在平穩的衰落自那以後。 2002年仅5.18百萬噸被出口了在中國外面。 因為泰國請求一樣少許像$20同一質量，提供在$34每噸，中國水泥是定價在市場外面。「[15]

2008年「為水泥要求在中國由減慢，但健康成長期望年年推進5.4%和超出1十億公噸，駕駛在基建支出。 在中國消耗的水泥將共計到44%全球性需求，并且中國保持水泥世界的最大的全國消費者將在大邊際旁邊。「[16]

2006年它估計中國製造了1.235十億公噸水泥，是44%世界共計水泥生產。[17]

參見

外部鏈接

深層讀取

  • Neville，上午。 (1996). 混凝土物產。 第四個和最後的編輯標準. Pearson，學徒霍爾。 
  • 泰勒， H.F.W。 (1990). 水泥化學. 學術出版社， 475。 

參考

  1. ^ P. C. Hewlett (愛德)水泥和混凝土Lea的化學： 第4愛德阿諾德1998年， 國際標準書號0-340-56589-6第1章
  2. ^ J Francis， 水泥工業1796-1914 ： 歷史大衛&查爾斯1977年， 國際標準書號0-7153-7386-2Ch 2
  3. ^ Francis 操作。 cit.Ch 5
  4. ^ Hewlett 操作。 cit.Ch 1
  5. ^ Kosmatka， S.H.; Panarese， W.C。 (1988). 具體混合物設計和控制 . Skokie， IL，美國： 波特蘭水泥協會，頁。 17， 42， 70， 184。 國際標準書號0-89312-087-1. 
  6. ^ 美國. 聯邦高速公路管理. 地面顆粒化了Blast-Furnace爐渣. 檢索 2007-01-24.
  7. ^ 美國. 聯邦高速公路管理. 飛煙. 檢索 2007-01-24.
  8. ^ 美國. 聯邦高速公路管理. 硅土發煙. 檢索 2007-01-24.
  9. ^ G C再見， 波特蘭水泥 第2愛德，托馬斯・ Telford 1999年， 國際標準書號07277-2766-4頁206-8
  10. ^ L張， M Su， Y Wang， 對sulfo-和ferroaluminate水泥的用途的發展在中國 在 副詞。 Cem。 Res. 11 No1，頁15-21
  11. ^ 水泥能持續力主動性： 進展報告, 全球企業委員會為可持續發展出版2002-06-01
  12. ^ Mahasenan， Natesan; 史蒂夫・史密斯，肯尼斯Humphreys， Y。 Kaya (2003)。 "水泥工業和全球性氣候變化： 當前和潛在的未來水泥工業二氧化碳排放", 溫室氣體控制技術-第6次國際會議. 牛津： Pergamon， 995-1000。 國際標準書號9780080442761. 檢索 2008-04-09. 
  13. ^ 指南為對燃料和原材料的選擇和使用在水泥製造過程中, 全球企業委員會為可持續發展出版2005-06-01
  14. ^ [1][死的鏈接]
  15. ^ http://www.atimes.com/atimes/China/FA07Ad02.html 亞洲時間 1月7日, 2004
  16. ^ http://cementamericas.com/mag/cement_chinas_cement_demand/ 2004年11月1日
  17. ^ 現在中國沒有。 1在二氧化碳排放; 美國在第二個位置： 更多信息, NEAA出版2007-06-19，訪問2007-07-20
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