第3章水泥

一. 硅酸盐水泥的生产 生产硅酸盐水泥的原料： 生产硅酸盐水泥的原料：
生产水泥的基本工序可以概括为： 两磨一烧” “两磨一烧”：
二.硅酸盐水泥熟料的矿物组成 （ｌ）硅酸三钙 硅酸三钙的化学成分为 其简写为Ｃ ３ＣaＯ·ＳiＯ2，其简写为Ｃ3S。它是硅酸 盐水泥熟料中最主要的矿物成分， 盐水泥熟料中最主要的矿物成分 ， 约占 水泥熟料总量的３６ ３６％ ６０％ 水泥熟料总量的 ３６ ％ ～ ６０ ％ 。 硅酸 三钙遇水后能够很快与水产生水化反应， 三钙遇水后能够很快与水产生水化反应 ， 并产生较多的水化热。 并产生较多的水化热 。 它对促进水泥的 凝结硬化， 特别是对水泥３ 凝结硬化 ， 特别是对水泥 ３ ～ ７ 天内的 早期强度以及后期强度都起主要作用。
名称 分子式 简写 含量 凝结硬化速 度 28d水化放 28d水化放 热量 强度
硅酸三钙
硅酸二钙
铝酸三钙 ３ CaO· CaO·Al2O 3 C3Ａ C3Ａ 7～15％ 15％ 最快 最多 低
铁铝酸四钙 ４ CaO· CaO·Al2O 3·Fe2O3 Ｃ4AF 10％～18％ 10％～18％ 快 中 低
（４）铁铝酸四钙 铁铝酸四钙的化学成分为: 铁铝酸四钙的化学成分为: CaO· 其简写为Ｃ AF， ４CaO·Al2O3·Fe2O3，其简写为Ｃ4AF，约占水 泥熟料总量的10％～18％。铁铝酸四钙遇 10％～18％。 泥熟料总量的10％～18％。铁铝酸四钙遇 水时水化反应也很快，水化热较低， 水时水化反应也很快，水化热较低，水化 产物的强度不高， 产物的强度不高，对水泥石的抗压强度贡 献不大，主要对抗折强度贡献较大。 献不大，主要对抗折强度贡献较大。
2(3CaO ⋅ SiO2 ) + 6 H 2O = 3CaO ⋅ SiO2 ⋅ 3H 2O + 3Ca (OH ) 2
硅酸三钙 水 硅酸二钙 铝酸三钙
水化硅酸钙 水 水
氢氧化钙 氢氧化钙
2(2CaO ⋅ SiO2 ) + 4 H 2O = 3CaO ⋅ 2SiO2 ⋅ 3H 2O + 3Ca (OH ) 2
（２）硅酸二钙 硅酸二钙的化学成分为2 硅酸二钙的化学成分为2ＣaＯ·ＳiＯ2， 其简写为C 约占水泥熟料总量的15 15％ 其简写为C2S，约占水泥熟料总量的15％～ 37％ 硅酸二钙遇水后反应较慢， 37 ％ 。 硅酸二钙遇水后反应较慢 ， 水化热 也较低。 它不影响水泥的凝结， 也较低 。 它不影响水泥的凝结 ， 对水泥的 后期强度起主要作用。 后期强度起主要作用。
（２）水泥浆的水灰比 水泥浆的水灰比是指水泥浆中水与水泥的质 量之比。当水泥浆中加水较多时，水灰比较大， 量之比。当水泥浆中加水较多时，水灰比较大， 此时水泥的初期水化反应得以充分进行； 此时水泥的初期水化反应得以充分进行；但是水 泥颗粒间原来被水隔开的距离较远， 泥颗粒间原来被水隔开的距离较远，颗粒间相互 连接形成骨架结构所需的凝结时间长， 连接形成骨架结构所需的凝结时间长，所以水泥 浆凝结较慢。 浆凝结较慢。 水泥浆的水灰比较大时， 水泥浆的水灰比较大时，多余的水分蒸发后 形成的孔隙较多, 造成水泥石的强度较低， 形成的孔隙较多, 造成水泥石的强度较低，因此 水泥浆的水灰比过大时， 水泥浆的水灰比过大时，会明显降低水泥石的强 度。
（３）铝酸三钙 铝酸三钙的化学成分是３ CaO· 铝酸三钙的化学成分是 ３ CaO·Al2O3 ， 其简写为C 约占水泥熟料总量的7 其简写为C3Ａ，约占水泥熟料总量的7～ 15％ 铝酸三钙遇水后反应极快， 15 ％ 。 铝酸三钙遇水后反应极快 ， 产生的 热量大而且很集中。 热量大而且很集中。 铝酸三钙对水泥的凝 结起主导作用，但其水化产物强度较低， 结起主导作用， 但其水化产物强度较低， 主要对水泥的早期强度有所贡献。 主要对水泥的早期强度有所贡献。
定义： 定义： 水泥——指加水拌和成塑性浆体后 能胶结砂、 指加水拌和成塑性浆体后， 水泥——指加水拌和成塑性浆体后，能胶结砂、 石等适当材料并能在空气和水中硬化的粉状水硬 性胶凝材料。 性胶凝材料。 分类： 分类： 通用水泥： 通用水泥： 硅酸盐水泥、普通硅酸盐水泥、 硅酸盐水泥、普通硅酸盐水泥、矿渣硅酸盐水 火山灰质硅酸盐水泥、粉煤灰硅酸盐水泥、 泥、火山灰质硅酸盐水泥、粉煤灰硅酸盐水泥、 复合水泥 专用水泥： 专用水泥： 道路硅酸盐水泥 特性水泥： 特性水泥： 铝酸盐水泥、膨胀水泥、快硬水泥、 铝酸盐水泥、膨胀水泥、快硬水泥、低热水泥
4. 硅酸盐水泥的凝结和硬化 水泥加水拌合——在水泥颗粒表面形 水泥加水拌合——在水泥颗粒表面形 成水化物膜层—— 膜层长达并相互连接 成水化物膜层 ——膜层长达并相互连接 凝结）——水化物进一步发展 水化物进一步发展， （凝结）——水化物进一步发展，填充毛 细孔（硬化） 细孔（硬化）
适量石膏的作用： 适量石膏的作用： 由于铝酸三钙水化极快， 由于铝酸三钙水化极快，会使水泥很快 凝结，为使工程使用时有足够的操作时间， 凝结，为使工程使用时有足够的操作时间， 水泥中加入了适量的石膏。水泥加入石膏后， 水泥中加入了适量的石膏。水泥加入石膏后， 一旦铝酸三钙开始水化， 一旦铝酸三钙开始水化，石膏会与水化铝酸 三钙反应生成针状的钙矾石。 三钙反应生成针状的钙矾石。钙矾石很难溶 解于水， 解于水，可以形成一层保护膜覆盖在水泥颗 粒的表面，从而阻碍了铝酸三钙的水化， 粒的表面，从而阻碍了铝酸三钙的水化，阻 止了水泥颗粒表面水化产物的向外扩散， 止了水泥颗粒表面水化产物的向外扩散，降 低了水泥的水化速度， 低了水泥的水化速度，使水泥的初凝时间得 以延缓。 以延缓。
凝结硬化的定义： 凝结硬化的定义： 随着水泥水化的不断进行， 随着水泥水化的不断进行 ， 水泥 浆结构内部孔隙不断被新生水化物填 充和加固的过程，称为水泥的“凝 结”。 随后产生明显的强度并逐渐变成 坚硬的人造石—— 水泥石 水泥石， 坚硬的人造石 ——水泥石， 这一过程 称为水泥的“硬化” 称为水泥的“硬化”。
（4）水泥的细度 在矿物组成相同的条件下， 在矿物组成相同的条件下，水泥磨 得愈细， 水泥颗粒平均粒径小， 得愈细 ， 水泥颗粒平均粒径小 ， 比表 面积大， 水化时与水的接触面大， 面积大 ， 水化时与水的接触面大 ， 水 化速度快， 化速度快 ， 相应地水泥凝结硬化速度 就快，早期强度就高。 就快，早期强度就高。
第一节 硅酸盐水泥 凡由硅酸盐水泥熟料、 凡由硅酸盐水泥熟料、０～５％石灰 石或粒化高炉矿渣、 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。 的水硬性胶凝材料，称为硅酸盐水泥。 硅酸盐水泥在国际上分为两种类型： 硅酸盐水泥在国际上分为两种类型： 不掺混合材的称I型硅酸盐水泥， 不掺混合材的称I型硅酸盐水泥，其代号 为 P. I ； 在硅酸盐水泥熟料粉磨时掺入 不超过水泥质量5 不超过水泥质量 5% 的石灰石或粒化高炉 矿渣混合材料的称II 型硅酸盐水泥， II型硅酸盐水泥 矿渣混合材料的称 II 型硅酸盐水泥 ， 其 代号为Ｐ II。 代号为Ｐ．II。
水化硅酸钙 水化铝酸三钙
3CaO ⋅ Al2O3 + 6 H 2O = 3CaO ⋅ Al2O3 ⋅ 6 H 2O
4CaO⋅ Al2O3 ⋅ Fe2O3 + 7H2O = 3CaO⋅ Al2O3 ⋅ 6H2O + CaO⋅ Fe2O3 ⋅ H2O
铁铝酸四钙
水 水化铝酸三钙
水化铁酸钙
பைடு நூலகம் 水泥中的石膏也很快与水化铝酸钙反应 生成难溶的水化硫铝酸钙针状结晶体， 生成难溶的水化硫铝酸钙针状结晶体 ， 也 称为钙矾石晶体：
（3）石膏掺量 石膏起缓凝作用的机理可解释为： 石膏起缓凝作用的机理可解释为 ： 水 泥水化时， 泥水化时，石膏能很快与铝酸三钙作用生 成水化硫铝酸钙（钙矾石） 成水化硫铝酸钙 （钙矾石 ），钙矾石很难 溶解于水， 溶解于水， 它沉淀在水泥颗粒表面上形成 保护膜，从而阻碍了铝酸三钙的水化反应， 保护膜，从而阻碍了铝酸三钙的水化反应， 控制了水泥的水化反应速度， 控制了水泥的水化反应速度，延缓了凝结 时间。 时间。
水泥水化产物和水泥石成分： 水泥水化产物和水泥石成分： 水化产物主要有：水化硅酸钙(50% 水化产物主要有：水化硅酸钙(50%)、 氢氧化钙(25% 水化铝酸钙、 氢氧化钙 (25%) 、 水化铝酸钙 、 水化铁 酸钙及水化硫铝酸钙等新生矿物。 酸钙及水化硫铝酸钙等新生矿物。 硬化后的水泥石中主要有：晶体、 硬化后的水泥石中主要有：晶体、 胶体、未完全水化颗粒、 胶体、未完全水化颗粒、游离水及气孔 等。
（6）龄期（时间） 龄期（时间） 水泥的凝结硬化是随时间延长而渐 进的过程， 只要温度、 湿度适宜， 进的过程 ， 只要温度 、 湿度适宜 ， 水泥 强度的增长可持续若干年。 强度的增长可持续若干年。
6. 硅酸盐水泥的技术要求 （１）．细度 水泥颗粒粒径一般在7 水泥颗粒粒径一般在7～200 μm范围内。 μm范围内 范围内。 国家标准GB175-1999规定 GB175 规定， 国家标准GB175-1999规定，水泥的 细度可用比表面积或0 mm方孔筛的 细度可用比表面积或 0.08 mm 方孔筛的 筛余量（ 筛余量 （ 未通过部分占试样总量的百 分率） 来表示。 分率 ） 来表示 。 其筛余量不得超过规 定的限值。 定的限值 。 比表面积是指单位质量的 水泥粉末所具有的表面积的总和 /kg） 一般常为317 317～ （ cm2/g 或 m2/kg ） 。 一般常为 317 ～ 350m /kg。 350m2/kg。
３Ｃa ３ＣaＯ·Ｓi 2ＣaＯ·Ｓi Ｏ2 Ｏ2 Ｃ3S ３６％～６ ０％ 快 多 高 C2S 15％～37 15％～37 ％ 慢 少 早期低， 后期高
3.硅酸盐水泥的水化 硅酸盐水泥遇水后， 硅酸盐水泥遇水后 ， 水泥中的各种矿物成分 会很快发生水化反应，生成各种水化物。 会很快发生水化反应，生成各种水化物。
3(CaSO4 ⋅ 2 H 2O ) + 3CaO ⋅ Al2O3 ⋅ 6 H 2O + 19 H 2O = 3CaO ⋅ Al 2O3 ⋅ 3CaSO4 ⋅ 31H 2O