模块三水硬性胶凝材料

2、能了解硅酸盐水泥的生产过程及矿物组成，理解硅酸
盐水泥凝结与硬化机理；
3、能熟记硅酸盐水泥的主要技术性质、质量要求及如何
合理选用。
技能目标：
1、能根据工程实际情况，正确合理的使用水泥
2、能根据相关规范、标准抽取水泥试样，进行相关检测，
并对检测数据进行处理，出具相关的检验报告。
简介
四种矿物性能比较
2、硅酸盐水泥的凝结、硬化
（1）水泥的凝结硬化过程
水泥加水拌和后，成为可塑性浆体， 随后，水泥浆逐渐变稠而失去塑性，但尚 不具有强度的过程，称为水泥的凝结。 凝结过后，水泥浆产生明显的强度 并逐渐发展成为坚硬的固体，这一过程称 为水泥的硬化。
机理：
1、初始反应期： 水泥+水→水化产物，由于水化产物溶解度小， 且其生成速度大于扩散速度，迅速形成水化产物 的饱和溶液，在水泥颗粒的表面或周围析出 2、潜伏期： 水化不断进行，使包裹在水泥颗粒表面的水化物 增多，形成以C-S-H为主的渗透膜层，阻碍了水 化，使水化速度减慢，进入潜伏期
当硅酸盐水泥中不掺混合材料时，称为Ⅰ型硅酸 盐水泥，代号P.Ⅰ。
当硅酸盐水泥中混合材料掺量不超过5%时，称为 Ⅱ型硅酸盐水泥，代号P.Ⅱ。
硅酸盐水泥是以石灰质原料(如石灰石 等)与粘土质原料(如粘土、页岩等)为主， 有时加入少量铁矿粉等，按一定比例配合， 磨细成生料粉(干法生产)或生料浆(湿法生 产)，经均化后送入回转窑或立窑中煅烧至 部分熔融，得到以硅酸钙为主要成分的水 泥熟料，再与适量石膏共同磨细，即可得 到P·Ⅰ型硅酸盐水泥。
4、火山灰质硅酸盐水泥
简称火山灰水泥(P·P)，是由硅酸盐 水泥熟料和火山灰质混合材料、适量石膏 磨细制成的水硬性胶凝材料。其中火山灰 质混合材料掺量按质量百分比计为20%~50%。
5、粉煤灰硅酸盐水泥
简称粉煤灰水泥(P·F)，是由硅酸盐 水泥熟料、粉煤灰、适量石膏磨细制成的 水硬性胶凝材料。其中粉煤灰掺量按质量 百分比计为20%~40%。
2、硅酸盐水泥熟料
凡以适当成分的生料烧至部分熔融， 所得以硅酸钙为主要成分的产物称为硅 酸盐水泥熟料。
水泥熟料的矿物组成
矿物组成主要是：
（1）硅酸三钙(3CaO·SiO2，简写为C3S，占 37%~60%)
（2）硅酸二钙(2CaO·SiO2，简写成C2S，占 15%~37%)
（3）铝酸三钙(3CaO·Al2O3，简写成C3A， 占7%~15%)
活性混合材料的矿物成分主要是活性二氧化 硅和活性三氧化二铝，它们与水泥熟料的水化产 物——氢氧化钙发生反应，生成水化硅酸钙和水 化铝酸钙，称为二次水化反应。
Ca(OH) 2是易受腐蚀的成分。活性氧化硅 与活性氧化铝与Ca(OH) 2作用后，减少了水泥 水化产物氢氧化钙的含量，相应提高了水泥石的 抗腐蚀性能。
硅酸盐水泥的生产
石灰石
原
材
粘土
料
校正原料
铁质校正原料 铁粉
硅质校正原料 砂岩、粉砂岩
水泥生产的步骤可用四个字概括：两磨一烧。
水泥生料在窑内的煅烧过程，虽方法各异，但 都要经历干燥、预热、分解、熟料烧成及冷却等几 个阶段。其中，熟料烧成是水泥生产的关键。按烧 成工艺，水泥生产可分为回转窑和立窑两种。
任务一、了解水泥的定义及分类
一、通用硅酸盐水泥的定义
通用硅酸盐水泥是以硅酸盐水泥熟料和适量石膏及规定的
混合材料制成的水硬性胶凝材料
凡在硅酸盐水泥熟料中，掺入一定量的混合 材料和适量石膏共同磨细制成的水硬性胶凝材料， 均属掺混合材料的硅酸盐水泥。
按所掺混合材料的品种和数量可分为普通硅 酸盐水泥、矿渣硅酸盐水泥、火山灰质硅酸盐水 泥及粉煤灰硅酸盐水泥。
颜色 包装袋两侧印刷字体为红色 包装袋两侧印刷字体为红色 包装袋两侧印刷字体为绿色 包装袋两侧印刷字体为黑色或蓝色 包装袋两侧印刷字体为黑色或蓝色 包装袋两侧印刷字体为黑色或蓝色
任务二、掌握通用硅酸盐水泥的技术性质
（一）通用硅酸盐水泥的凝结硬化
硅酸盐水泥加水后，其水泥熟料矿物与水作用生成一系
三、铝酸三钙
1、水化快，凝结快； 2、早强较高，但绝对值不高。3d发挥出大部分强 度，以 后不增长，甚至倒缩。 3、水化热高，干缩变形大，脆性大，耐磨性差， 抗硫酸盐性能差。
三、铝酸三钙
1、水化快，凝结快； 2、早强较高，但绝对值不高。3d发挥出大部分强度，以 后不增长，甚至倒缩。 3、水化热高，干缩变形大，脆性大，耐磨性差，抗硫酸 盐性能差。
硅酸盐水泥熟料的矿物组成及化学成分
矿物组成
化学组成
硅酸三钙
3CaO·SiO2
硅酸二钙
2CaO·SiO2
铝酸三钙 铁铝酸四钙
3CaO·Al2O3
4CaO·Al2O3·Fe2 O3
常用缩写 C3S C2S C3A C4AF
大 致 含 量（%） 35～65 10～40 0～15 5～15
1、硅酸盐水泥的水化
表3-2 各种熟料矿物成分的水化特性
矿物组成
与水反应速度
水化热
对强度的作 早期
用
后期
耐化学侵蚀性
干缩性
硅酸三钙 （C3S）
快 多 高 高 中 中
硅酸二钙 （C2S）
慢 少 低 高 良 小
铝酸三钙 （C3A）
最快 最多
低 低
差 大
铁铝酸四钙 （C4AF）
快
中 低 低 优 小
各组分比例不同，水泥技术性质发生相应变化，可根据工程需要，改变组分可 制备不同性能的水泥。
1、混合材料
混合材 料
活性混合材料 非活性混合材料
混合材料
在水泥生产中加入的人工或天然的矿物 材料。具有：提高产量，降低成本，扩大使 用范围，减少水化热，改善性能等作用
(一)非活性混合材料 常温下不与CH或水泥发生水化反应。如： 石灰石粉、石英砂粉、粘土、慢冷矿渣等 (二)活性混合材料 常温下能与CH或水泥发生水化反应。主 要有：粒化高炉矿渣、火山灰质混合材料 （火山灰、粉煤灰等）
非活性混合材料
这类材料又称填充材料，它与水泥矿 物成分或水化产物不起化学反应。掺入水泥 中主要起调节水泥强度等级、增加水泥产量、 降低水化热等作用。
常用的有磨细石英砂、石灰石粉、粘 土及磨细的块状高炉矿渣与炉灰等。
为什么要掺混合材料呢？
1、改善水泥的某些性能 2、调整水泥的强度 3、增加水泥的品种 4、扩大水泥的使用范围 5、综合利用工业废料 6、节约能源 7、降低水泥成本
3、矿渣硅酸盐水泥简称矿渣水泥 （P·S)，
是由硅酸盐水泥熟料和粒化高炉矿渣、 适量石膏磨细制成的水硬性胶凝材料，矿 渣水泥分为A、B型两种。其中A型粒化高炉 矿渣掺量按质量百分比计为20%~50%，代号 P.S.A；B型矿渣掺量50%~70%，代号P.S.B。
4、火山灰质硅酸盐水泥
简称火山灰水泥(P·P)，是由硅酸盐水 泥熟料和火山灰质混合材料、适量石膏磨 细制成的水硬性胶凝材料。其中火山灰质 混合材料掺量按质量百分比计为20%~50%。
三、水泥的包装及标志
水泥是粉状材料，
分为袋装和散装两 种。袋装水泥每袋 净含量50Kg，且不 得少于标志质量的 99％。
水泥包装袋上印刷字体的颜色及代号
名称 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
代号
P.Ⅰ或PⅡ P.O P.S P.P P.F P.C
活性混合材料
粒化高炉矿渣 将炼铁高炉中的熔融矿渣经水淬等方 式急速冷却而形成的松软颗粒，称为粒化高 炉矿渣，又称水淬高炉矿渣，其主要的化学 成分是CaO、SiO2和Al2O3，占90%以上。 火山灰质混合材料
凡是天然的或人工的以活性氧化硅和 活性三氧化二铝为主要成分，具有火山灰活 性的矿物质材料，都称为火山灰质混合材料。
教师引导，学生探索
单元概述： 本模块主要学习通用硅酸盐水泥的性能、保管及应用。 任务： 一、了解水泥的定义及分类 二、掌握通用硅酸盐水泥的技术性质 三、掌握水泥的选（应）用及保管
知识目标：
1、能知道水泥的腐蚀种类及防止措施，能记住通用硅酸
盐水泥的技术性质、代号，水泥的选用原则；
土木工程材料
§ 3.2 硅酸盐水 泥
土木工程材料
§ 3.2 硅酸盐水 泥
土木工程材料
§ 3.2 硅酸盐水 泥
掺混合材料的硅酸盐水泥
2、普通硅酸盐水泥 简称普通水泥(P·O)，是由硅酸盐水泥熟 料、6%~20%混合材料、适量石膏磨细制成 的水硬性胶凝材料。掺活性混合材料时， 最大掺量不得超过20%。 普通水泥分为42.5、42.5R、52.5、 52.5R等4个强度等级。
模块三 水硬性胶凝材料
水泥
创设情境，激发兴趣
请问同学们，这一袋一袋的是什么？
水硬性胶凝材料
水泥呈粉末状，与
水混合后，经物理、 化学反应过程能由 可塑性浆体变成坚 硬的石状体，并能 将散粒材料胶结成 整体，所以水泥是 一种良好的矿物胶 凝材料。水泥是建 筑的基础材料，使 用范围广、用量大， 素有建筑业的“粮 食”之称。
（4）铁铝酸四钙(4CaO·Al2O3·Fe2O3，简写 为C4AF，占10%~18%)。
二、通用硅酸盐水泥的分类
硅酸盐水泥
通
普通硅酸盐水泥（普通水泥）
用
水
矿渣硅酸盐水泥（矿渣水泥）
泥
火山灰硅酸盐水泥
粉煤灰硅酸盐水泥
复合硅酸盐水泥（复合水泥）
1、硅酸盐水泥
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(波特兰水泥)。
水泥属于水硬性胶凝材料，是基本 建设中最重要的材料。广泛用于工业和 民用建筑、道路、桥梁、铁路、水利和 国防等工程。我国的水泥产量已达6亿t， 品种达百余种
大约2000年前，希腊和古罗马人在建筑 工程中使用了一种石灰和火山灰的混合物，这 是最早应用的水泥。
1824年，英国人阿斯普丁用石灰石和粘 土烧成一种水硬性的胶凝材料，硬化之后的颜 色、外观和当时英国用于建筑的波特兰石头相 似，故称为波特兰水泥。但阿斯普丁所得产物 因烧成温度低而质量不够好。今天的波特兰水 泥的是1850年英国人I.C.约翰逊制造的。
矿渣水泥、火山灰水泥、粉煤灰水泥 分为32.5、32.5R、42.5、42.5R、52.5、 52.5R等6个强度等级。
6、复合硅酸盐水泥（P.C）
简称复合水泥，是由硅酸盐水泥熟料、 两种或两种以上规定的混合材料、适量石 膏磨细制成的水硬性胶凝材料。
复合水泥的细度、凝结时间和体积安 定性要求与普通水泥相同，按规定龄期的 抗压强度和抗折强度分为32.5、32.5R、 42.5、42.5R、52.5、52.5R等6个强度等级。
3、凝结期： 由于水进入渗透膜层和水化物向外扩散的速 度不同，而形成了渗透压力，当渗透压力达 到一定程度，膜层破裂，水化继续，如此反 复进行。水↓，可塑性↓，表现为凝结 4、硬化期：
Hale Waihona Puke 四、铁铝酸四钙1、水化速度：早期介于C3A、C3S间，后期的 发展不如C3S；
2、早期强度似C3A，后期能增长，似C2S 3、水化热较C3A低，抗冲击性能和抗硫酸盐性
能较好。
28d内绝对强度：C3S＞C4AF＞C3A＞C2S
水 化 速 度：C3A＞ C4AF＞ C3S＞C2S
水化
热： C3A＞ C3S＞ C4AF＞ C2S
列新的化合物，并放出一定的热量称为水化。生成的新的 化合物称为水化产物，主要有水化硅酸钙、水化铁酸钙凝 胶体，氢氧化钙、水化铝酸钙和水化硫铝酸钙晶体。
四种熟料矿物单独与水作用表现出的特性各有不同，主
要表现在对水泥强度、凝结时硬化速度和水化热的影响上。
任务二、掌握通用硅酸盐水泥的技术性质 （一）通用硅酸盐水泥的凝结硬化
矿物水化特性
一、硅酸三钙（高的达60%）
1.水化较快，水化反应主要在28d内进行，约经 一年后水化过程基本完成。 2.早期强度高，强度的绝对值和强度的增进率大， 居四种矿物之首，28d强度达一年强度的70%~80%； 3.水化热较高；抗水性较差。
二、硅酸二钙 1.水化反应慢，28d水化~20%，凝结硬化慢； 2.早期强度低， 28d后强度较快增长，一年 后赶超A矿。 3.水化热小；抗水性好；

火山灰质混合材料
凡是天然的或人工的以活性氧化硅和 活性三氧化二铝为主要成分，具有火山灰 活性的矿物质材料，都称为火山灰质混合 材料。
粉煤灰
粉煤灰是发电厂燃煤锅炉排出的烟道灰， 其颗粒直径一般为0.001~0.05mm，呈玻璃 态实心或空心的球状颗粒，表面比较致密。 粉煤灰的成分主要是活性氧化硅和活性三 氧化二铝。