《土木工程材料》教案第三章

• 三硫型水化硫铝酸钙（即钙矾石）是难溶于水的稳定的针 状结晶体，它在生成结晶体时体积大大膨胀。因此，水泥 中加入石膏数量不可过多，防止水泥凝结硬化过程中硫铝 酸钙超过限制，产生体积变化不均匀。尤其是形成水泥构 件后，还继续水化，其危害更大。
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（２）硅酸盐水泥的凝结和硬化 硅酸盐水泥的凝结硬化大致可划分为以下四个阶段：
第Ⅰ阶段为初始反应期（诱导前期） 第Ⅱ阶段为潜伏期 （诱导期） 第Ⅲ阶段为凝结期 （凝结期） 第Ⅳ阶段为硬化期 （硬化期）
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水 泥 水 化 放 热 曲 线
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3.1.3影响常用水泥性能的主要因素
１）水泥组成成分的影响 ２）水泥细度的影响 ３）温度与湿度的影响 ４）水泥强度与龄期的关系 5）拌和用水量的影响 6）贮存条件的影响
➢ 因此，硅酸盐水泥生产工艺概括起来为“两磨一 烧”。
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3.1.2常用水泥的特性
１．硅酸盐水泥的主要矿物组成
硅酸盐水泥的主要矿物组成是：
• 硅酸三钙 ３ＣａＯ·ＳｉＯ２， 简式为Ｃ３Ｓ，
• 硅酸二钙 ２ＣａＯ·ＳｉＯ２， 简式为Ｃ２Ｓ，
• 铝酸三钙 ３ＣａＯ·Ａ１２Ｏ３， 简式为Ｃ３Ａ，
•1）硅酸三钙 •２）硅酸二钙
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•３）铝酸三钙 •４）铁铝酸四钙
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• 为了调节水泥的凝结硬化速度，在磨细水泥时，掺人适量 石膏，水化铝酸钙与石膏反应生成三硫型水化硫铝酸钙， 亦称钙矾石。当石育消耗完毕后，水泥中尚未水化的铝酸 三钙与钙矾石反应生成单硫型的水化硫铝酸钙。反应式如 下：
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源自文库
硅酸盐水泥主要矿物组成与特性
矿物组成 与水反应速度
硅酸三 钙
C3S 中
硅酸二 钙
C2S 慢
铝酸三 钙
C3A 快
铁铝酸 四钙
C4AF 中
水化热
中
低
高
中
对强度 早期 良
差
良
良
的作用
后期 良
优
中
中
耐化学侵蚀
中
良
差
优
干缩性
中
小
大
小
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３．矿物组成对水泥性能的影响
以上是单个矿物组成的性能，水泥是几种熟 料矿物的混合物，改变熟料矿物成分间的比例， 水泥的性质即发生相应的变化。例如提高硅酸三 钙的含量，可以制得高强水泥；又如降低铝酸三 钙和硅酸三钙含量，提高硅酸二钙含量，可制得 水化热低的水泥，如大坝用水泥；提高铁铝酸四 钙含量，可获得抗折强度较高的水泥，如道路水 泥。
• 铁铝酸四钙４ＣａＯ·Ａｌ２Ｏ３，·Ｆｅ２Ｏ３，
•
简式为Ｃ４ＡＦ，
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2．硅酸盐水泥各矿物组成性能比较
硅酸盐水泥熟料中这四种矿物组成的特性是：
１）反应速度
Ｃ３Ａ最快，Ｃ３Ｓ较快，Ｃ４ＡＦ也较快，Ｃ２Ｓ最慢； ２）释热量
Ｃ３Ａ最大，Ｃ３Ｓ较大，Ｃ４ＡＦ居中，Ｃ２Ｓ最小； ３）强度
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4．硅酸盐水泥的凝结和硬化
（１）硅酸盐水泥的水化 水泥颗粒与水接触，水泥熟料矿物即与水发生水化
反应，生成水化产物并放出一定热量
水泥的水化主要是四种矿物成分的水化：
１）硅酸三钙 ２）硅酸二钙 ３）铝酸三钙 ４）铁铝酸四钙
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《土木工程材料》教案 第三章
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2020/11/6
《土木工程材料》教案第三章
第三章 水 泥
• 3.1 常用水泥 • 3.2 其它品种水泥
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主要内容：常用（硅酸盐）水泥的生产工艺 常用（硅酸盐）水泥的特性 影响常用水泥性能的因素
重点内容：硅酸盐水泥矿物成分特点 硅酸盐水泥的凝结和硬化
• 3.1常用水泥
凡由硅酸盐水泥熟料，０～５％石灰石或粒 化高炉矿渣，适量石膏磨细制成的水硬性胶凝 材料，称为硅酸盐水泥（即国外通称的波特兰 水泥）。
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•硅酸盐水泥分两种类型，不掺加混合材料的称Ⅰ型 硅酸盐水泥，代号Ｐ·Ⅰ；在硅酸盐水泥熟料粉磨 时掺加不超过质量５％石灰石或粒化高炉矿渣混合 材料的称Ⅱ型硅酸盐水泥，代号Ｐ·Ⅱ。
Ｃ３Ｓ最高， Ｃ２Ｓ早期低，但后期增长率较大。 故Ｃ３Ｓ和Ｃ２Ｓ为水泥强度主要来源。Ｃ３Ａ强度不高， Ｃ４ＡＦ含量对抗折强度有利；
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４）耐化学侵蚀性
Ｃ４ＡＦ最优，其次为Ｃ２Ｓ、Ｃ３Ｓ，Ｃ３Ａ最差； ５）干缩性 Ｃ４ＡＦ和Ｃ２Ｓ最小，Ｃ３Ｓ居中，Ｃ３Ａ最
大。
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•普通硅酸盐水泥Ｐ·Ｏ •矿渣硅酸盐水泥Ｐ·Ｓ •火山灰质硅酸盐水泥Ｐ·Ｐ •粉煤灰硅酸盐水泥Ｐ·Ｆ •复合硅酸盐水泥Ｐ·Ｃ
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•3.1.1常用水泥的生产
１.硅酸盐水泥生产原料
原料：
１）石灰质原料
主要提供ＣａＯ，
２）粘土质原料 3）校正原料
主要提供Ａｌ２Ｏ３ 以及Ｆｅ２Ｏ３。
补充两种原料中所缺少的铁。
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• ２.硅酸盐水泥生产工艺概述
➢ 1)把几种原材料按适当比例配合在磨机中磨成生 料；
➢ 2)将制备好的生料入窑进行煅烧，至１４５０℃ 左右生成以硅酸钙为主要成分的硅酸盐水泥“熟 料”；
➢ 3)为调节水泥的凝结速度，在烧成的熟料中加入 质量３％左右的石膏共同磨细，即为硅酸盐水泥。
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3. 水 泥
•水泥是一种水硬性胶凝材料，也是建筑工程中用量 最大的建筑材料之一。
• 在道路与桥梁工程中通常应用的水泥有：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五大品种水泥。
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难 点：硅酸盐水泥的凝结和硬化 要 求：掌握硅酸盐水泥的矿物成分特点
掌握硅酸盐水泥凝结和硬化 参考资料：《土木工程材料》陈志源
《道路建筑材料》严家伋 《道路建筑材料》孙 凌 《公路工程水泥和水泥混凝土试验规程》 《道路建筑材料》集中训练试验补充教材 《硅酸盐水泥、普通硅酸盐水泥》技术标准 GB175-1999