第4章 硅酸盐水泥--03-02-PDF

无机胶凝材料
3CaOAl2O36H2O + CaSO42H2O + H2O → 3CaOAl2O33CaSO4 32H2O
➢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（称为钙矾石）。 ➢该晶体难溶，包裹在水泥熟料的表面上，形成保护膜，阻碍水 分进入水泥颗粒内部，从而阻碍了铝酸三钙的水化，降低了水泥 的水化速度，使水泥的凝结时间得以延缓。 ➢所以，石膏在水泥中起调节凝结时间的作用。
——C-S-H
很强 强度结。物
➢ 结构特点： 构 结晶性很差，呈折叠层状结构；
➢ 组成特点：
组成可变，钙/硅(C/S)比=1.5 ~2.0 ，结构水不等。
➢ 形貌：
的
结晶性差的纤维胶～网状，胶体尺寸颗粒的聚集体。
通C用体-硅S酸-H盐水的泥 分子结构
C-S-H 凝胶结构模型
A=结合键—次价键 B=C-S-H片 C=分散的层 O=物理吸附水 X=层间水
工
3.1.2.1 硅酸盐水泥的水化……………………19
程
3.1.2.2 硅酸盐水泥的凝结硬化过程…………34
材
3.1.2.3 影响水泥凝结硬化的主要因素………55
料
小结 …………………………………………………67
通用硅酸盐水泥
引言
化学 成分
水泥
性能 用途
无机胶凝材料
硅酸盐水泥 铝酸盐水泥、硫铝酸盐水泥 通用水泥 专用水泥 特性水泥
水泥的专利技术 • 1871年，美国宾夕法尼亚，发明世界上第一台回转窑，使水
泥生产大规模化
通用硅酸盐水泥
3.1硅酸盐水泥
生产
定义
硅酸盐 水泥
无机胶凝材料
腐蚀与防 止

第五章水泥目前生产和使用的水泥品种有200种之多。

但在建筑工程中主要使用的是硅酸盐系列的水泥。

硅酸盐系列的六大品种水泥是：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、复合硅酸盐水泥。

其它硅酸盐系列的有：快硬硅酸盐水泥、白色硅酸盐水泥、抗硫酸盐硅酸盐水泥、低热及中热硅酸盐水泥等。

其它系列及品种有：铝酸盐类水泥，如高铝水泥；硫铝酸盐类水泥，如快硬硫铝酸盐水泥、I型低碱硫铝酸盐水泥等。

但使用量最大的为硅酸盐类水泥。

而在硅酸盐类水泥中，从组成上可看出：其它水泥均是在硅酸盐水泥的基础上或改变了矿物组成及含量、或掺入了一定量的混合材料，因而要掌握硅酸盐水泥类水泥的性能，首先必须掌握硅酸盐水泥。

第一部分硅酸盐水泥一、硅酸盐水泥的组成与生产定义：凡由硅酸盐水泥熟料、0%-5%的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。

未掺混合材料的称为I型硅酸盐水泥，代号P﹒I；掺不超过5%的混合材料称为Ⅱ型硅酸盐水泥，代号P﹒Ⅱ。

硅酸盐水泥熟料是以适当比例的粘土（提供SiO2、Al2O3、Fe2O3），石灰石（提供CaO），铁矿粉、铝粉及硅粉（分别提供Fe2O3、Al2O3及SiO2以保证其矿物成分按一定的比例组成）等原料经磨细制得生料，将生料成球后在窑内煅烧（1450℃左右）而得，其矿物组成主要是四种：硅酸三钙3CaO·SiO2，简写C3S，含量45%～60%；硅酸二钙2CaO·SiO2，简写C2S，含量15%～30%；铝酸三钙3CaO·Al2O3，简写C3A，含量6%～12%；铁铝酸四钙4CaO·Al2O3·Fe2O3，简写C4AF，含量6%～8%。

可见：硅酸盐（硅酸三钙、硅酸二钙）的含量占总量的75%左右。

故称为硅酸盐水泥。

在硅酸盐水泥的生产过程中，有二个因素会对水泥的性能产生影响：一是原材料的比例要适当；二是煅烧的温度和时间，因为主要矿物成分的C3S是在最后阶段形成，需在较高温度下持续一定的时间由C2S吸收CaO而成。

(2) 硅酸盐水泥的生产概述
生产硅酸盐水泥的原料主要有：石灰质原料（如石灰石、 白垩等，主要提供氧化钙）和黏土质原料（如黏土、页岩等， 主要提供氧化硅及氧化铝与氧化铁），还有少量辅助原料， 如铁矿石。煅烧所得的熟料还要加入作缓凝剂用的石膏磨制 水泥。 硅酸盐水泥的生产工艺概括起来就是“二磨一烧” ：
2CaO·SiO2+nH2O=xCaO·SiO2·yH2O+(2-x)Ca(OH)2
所形成的水化硅酸钙在C/S和形貌方面与C3S水化生成的 都无大区别，故也称为C-S-H凝胶。但CH生成量比C3S的少， 结晶却粗大些。
③铝酸三钙的水化 铝酸三钙的水化迅速，放热快，其水化产物组成和结 构受液相CaO浓度和温度的影响很大，先生成介稳状态的 水化铝酸钙，最终转化为水石榴石（C3AH6）。 在有石膏的情况下，C3A水化的最终产物与起石膏掺 入量有关。最初形成的三硫型水化硫铝酸钙，简称钙矾石， 常用AFt表示。若石膏在C3A完全水化前耗尽，则钙矾石 与C3A作用转化为单硫型水化硫铝酸钙(AFm)。
抗折强度（MPa）
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
⑼碱 水泥中碱含量按Na2O＋0.653K2O计算值来表示。若使 用活性骨料，用户要求提供低碱水泥时，水泥中碱含量不 得大于0.60%或由供需双方商定。 国家标准GB 175-1999《硅酸盐水泥、普通硅酸盐水泥》 还规定：
水泥生产工艺流程示意图
⑶硅酸盐水泥熟料矿物组成
①硅酸三钙(简称C3S) ——其矿物组成为3CaO· SiO2，含量约 50%左右。 ②硅酸二钙(简称C2S) ——其矿物组成为2CaO· SiO2，含量约 20%左右。 ③铝酸三钙(简称C3A) ——其矿物组成为3CaO· Al2O3，含量 7%～15%。 ④铁铝酸四钙(简称C4AF) ——其矿物组成为 4CaO· Al2O3· Fe2O3，含量10%～18%。

其他性质
碱含量
以Na2O+0.658K2O计算值表示，以防止碱-骨料反 应的发生。 低碱水泥含碱量≯0.6%，或由供需双方商定。 水化热 大部分的水化热在水化反应的初期释放出来， 它的数量决定于水泥的化学成分和细度、矿物 掺合料。 C3S，C3A越高，颗粒越细，水化热越大，对冬季 施工有利，但对大体积混凝土工程有害。
A.按原强度等级使用 C.重新鉴定强度等级 B.降级使用 D.判为不合格品
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实验
测试时以试针下沉0.5mm为准。
工程意义
终凝时间不宜过迟，以便施工完毕后更快硬化，
达到一定的强度，以利于下一步施工工艺的进 行。
3、体积安定性 定义
指水泥硬化过程中体积变化小且均匀的性能。
体积安定性不良
水泥硬化后产生不均匀的体积变化（裂纹后弯 曲）。使建筑质量下降，甚至引起严重的建筑事 故。
硬化：
失去可塑性的浆体随着时间的增长产生明 显的强度，并逐渐发展成为坚硬的水泥石 的过程。 水泥的凝结与硬化过程由以下四个过程组 成。
凝结硬化过程
初始反应期 潜伏期 初始的溶解和水化，约持续5-10分 钟。 流动性可塑性好,凝胶体膜层围绕 水泥颗粒成长，1h 凝胶膜破裂、长大并连接、水泥颗 粒进一步水化，6h。多孔的空间网 络—凝聚结构，失去可塑性 凝胶体填充毛细管，6h-若干年硬 化石状体密实空间网
体积安定性不良的原因 过量游离的CaO 过量游离的MgO 过量石膏
体积安定性不良的原因
水泥中的游离氧化钙或氧化镁都是过烧的 它们的水速度慢，在水泥硬化后才开始水 化，使已经硬化的水泥石膨胀开裂。 当石膏掺量过多时，在水泥硬化后，它还 能继续与水化铝酸钙反应，生成高硫型水 化硫铝酸钙，体积增大1.5倍，引起水泥石 开裂。此时，水化硫铝酸钙被称为“水泥 杆菌”。