第4章 水硬性胶凝材料
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水泥是一种粉末状材料，加水后拌合均匀形成的浆体， 不仅能够在干燥环境中凝结硬化，而且能更好地在水 中硬化，保持或发展其强度，形成具有堆聚结构的人 造石材。
水泥适用范围
不仅适合用于干燥环境中的工程部位，而且也适合用 于潮湿环境及水中的工程部位。
建筑材料 第4章
水泥具有以下优点，因此，在土木工程领域得到 广泛的应用。
氟铝酸盐水泥
以火山灰或潜在水硬性 材料以及其他活性材料 为主要组分的水泥
建筑材料 第4章
水泥在土木工程中的重要作用
水泥是当今产量与用量最大的土木工程材料！ 水泥及其砂浆、混凝土与纤维水泥等水泥基 材料普遍用于各种土木工程和钢筋混凝土结
构！
水泥的性能和正确选用对土木工程的功能与 质量至关重要！
建筑材料 第4章
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。 • 硅酸三钙↑——高强水泥
• 铝酸三钙、硅酸三钙↓
—水化热↓——大坝水泥
硅酸二钙
↑
• 铁铝酸四钙↑——抗折强度↑——道路水泥
建筑材料 第4章
水硬性 与钢筋 粘结性好 水泥的优点
多样性
低成本 可塑性
耐久性
工艺简单
建筑材料 第4章
水泥的分类
水泥按化学成分可分为硅酸盐水泥、铝酸盐水泥 和硫酸盐水泥。 硅酸盐水泥 一般工程
快硬、早强。主要用于紧急 抢修工程、早强工程、冬季 施工、抗蚀、抗冻等工程。
铝酸盐水泥
硫酸盐水泥
早强、膨胀。适用于抢修工 程、锚固和地下工程等。
三、硅酸盐水泥的水化、凝结和硬化
水化 水化机理 石膏调节凝结时间的原理 水化产物 凝结与硬化 何为凝结、硬化？ 凝结硬化过程 影响因素
建筑材料 第4章
三、硅酸盐水泥的水化、凝结和硬化
水 化 机 理
水泥颗粒与水接触时，其表面的熟料矿物立 即与水发生水解或水化作用，生成新的水化 产物并放出一定热量的过程。 硅酸三钙水化生成水化硅酸钙凝胶和氢氧化 钙晶体。 该水化反应的速度快，形成早期强度并生成 早期水化热。 3CaO· 2+H2O SiO CaO· 2SiO2· 2O+Ca(OH)2 3H
水泥熟料矿物
铁铝酸四钙
游离氧化钙和氧化镁
f－CaO和f－MgO 化学式及简写
碱类及杂质
建筑材料 第4章
硅酸盐水泥熟料的组成
60
化学组成：
主要成分：CaO(=C)，SiO2(=S)， Al2O3(=A)， Fe2O3(=F) 50 少量杂质：MgO、K2O、Na2O、SO3、P2O5等。
共同磨细，即可得到P· Ⅰ型硅酸盐水泥。
建筑材料 第4章
一、硅酸盐水泥是怎样制造的？ 原 料： 水泥生料可以是： 硅质：粘土，(SiO2、Al2O3)， 占1/3 与水混合成浆体—湿法工艺 钙质：石灰石、白垩等，(CaO)，占2/3 加少量水制成料球—半干法工艺 加稍多水制成湿球—半湿法工艺 调节原料：铁矿与砂，调节与补充Fe2O3 与SiO2 干粉混合物—干法工艺 制造工艺： 原料经粉磨混合后得到水泥生料 生料经窑内煅烧得到水泥熟料
1. 失去自由水
Βιβλιοθήκη Baidu
2. 粘土分解
3. 石灰岩分解
4. 初化合物形成
7. C3S初形成
5. C2S初形成
6. 熔胶形成
建筑材料 第4章
二、熟料的矿物组成及其特性
熟料的矿物组成
硅酸三钙 硅酸二钙 铝酸三钙
3CaO•SiO2，C3S
2CaO•SiO2，C2S 3CaO•Al2O3，C3A
4CaO•Al2O3•Fe2O3，C4AF
建筑材料 第4章
一、硅酸盐水泥的原材料和生产工艺
硅酸盐水泥是由硅酸盐水泥熟料、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(即国外通称的Portland Cement)。 硅酸盐水泥分两种类型：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 料粉磨时掺加不超过水泥质量5%的石灰石或粒 化高炉矿渣混合材的称Ⅱ型硅酸盐水泥，其代号 为P· Ⅱ。
建筑材料 第4章
尽管水泥的品种很多，但是，工程中90% 以上使用的是硅酸盐水泥。所以，在学习这 一章的内容时，以硅酸盐水泥的内容为基础， 主要学习硅酸盐水泥的组成、技术性质及应 用等知识。在此基础上，再学习其它掺混合 材料的硅酸盐水泥等内容。
建筑材料 第4章
第一节 硅酸盐水泥
第一节 硅酸盐水泥
建筑材料 第4章
建筑材料 第4章
第4章 水硬性胶凝材料
甘肃农业大学工学院 土木工程系
建筑材料 第4章
学习目标
掌握硅酸盐水泥熟料的矿物组成及 其特性，掌握硅酸盐水泥的组成材料、 凝结硬化过程、技术性质、质量鉴定 方法及其应用。了解其他水泥的特性 及其应用。
建筑材料 第4章
硅酸盐水泥兴起于19世纪。
它已经成为现在最为重要的一种建筑材料。
建筑材料 第4章
三、硅酸盐水泥的水化、凝结和硬化
水 化 机 理
铝酸三钙水化生成水化铝酸钙晶体。 该水化反应速度极快，并且释放出大量的热量。 如果不控制铝酸三钙的反应速度，将产生闪凝现象，水泥 将无法正常使用。 通常通过在水泥中掺有适量石膏，可以避免上述问题的发生。 3CaO· 2O3+H2O Al 3CaO· 2O3· 2O Al 6H
它的化学成成分复杂，但主要的胶结成分是水化硅酸钙。 普通硅酸盐水泥强度高、能抗硫酸盐腐蚀、水化热，也可 用于制备砂浆。 为了建筑需要，水泥可做成白色、黑色或其他各种颜色。
建筑材料 第4章
水泥的概念、特点和适用范围
什么是水泥(cement)？
水泥是以水化活性矿物为主要成分的水硬性胶凝材料。
水泥的特点
建筑材料 第4章
一、硅酸盐水泥的原材料和生产工艺
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
粉 磨
混合材
硅酸盐水泥熟料制造工艺流程
建筑材料 第4章
水泥制造厂全貌 回 转 窑 尾
1450~1500C
水泥生料煅烧回转窑 水泥的制造工艺全貌
建筑材料 第4章
水泥煅烧过程
排气 原料入口
1
2
3
4
5
6
7
气体温度 450oC 进料温度 50oC
800oC 600oC
1200oC 1000oC
1350oC 1550oC 1350oC 1450oC
矿物组成： 40
硅酸盐水泥熟料主要含有四种矿物：
30
矿物名称
硅酸三钙
20
英文名称
Alite Belite Aluminate
缩写
C3S C2S C3A
低 分子式 高
Ca3SiO5 Ca2SiO4 Ca3Al2O6
含矿 物 式 量(mass%)
3CaO· 2 SiO 37~60 2CaO· 2 SiO 15~37 3CaO· 2O3 Al 7~15
二、熟料的矿物组成及其特性
1.熟料矿物组成对早期强度及水化热的影响
观察与讨论
以下是A、B两种硅酸盐水泥熟料矿物组成百分比含量，请分析A、B两种硅酸盐水泥的 早期强度及水化热的差别。
讨论：硅酸盐水泥熟料矿物各具特性。
C3S在最初四个星期内强度发展迅速，它实际上决定着硅酸盐水泥四个星期以内的强度； C3S的水化热较多，其含量也最多，故它放出的热量最多；但其耐腐蚀性较差。 C2S的硬化速度慢，在大约4个星期后才发挥其强度作用，约一年左右达到C3S四个星 期的发挥程度；而其水化热少；耐腐蚀性好。 C3A硬化速度最快，但强度低，其对硅酸盐水泥在1～3 d或稍长的时间内的强度起到一 定作用；C3A的水化热多；耐腐蚀性最差。 C4AF的硬化速度也较快，但强度低，其对硅酸盐水泥的强度贡献小；其水化热和耐腐 蚀性均属中等。 A水泥的C3S及C3A含量高，而C3S及C3A的早期强度及水化热都较高，故A硅酸盐水泥 的早期强度与水化热高于B水泥。
讨论： 由于该工程所使用的水泥C3A和C3S含量高，导致该水泥的水化热高，且 在浇注混凝土中，混凝土的整体温度高，以后混凝土温度随环境温度下降， 产生冷缩，造成贯穿型的纵向裂缝。 首先，对大体积的混凝土工程宜选用低水化热，即C3A和C3S的含量较低 的水泥。其次，水泥用量及水灰比也需适当控制。
建筑材料 第4章
水泥熟料＋石膏(或再＋混合材）一起经粉磨混合 后得到水泥
“两磨一烧”
建筑材料 第4章
硅质 (粘土)
原料采掘 水泥制造的“两磨一烧”工艺流程
原料磨细 原料混合
1450℃
钙质
(石灰石) 调节 原料
粉磨
反应物＋产物＋ 中间产物 产 物
生料
预热器 ＋ 回转窑
煅烧 熟料 石膏
水泥
熟料冷却 石膏 熟料储存
硅酸二钙 10 铝酸三钙
铁铝酸四钙
0
Ferrite C3S C2S
C4AF Ca2(Al,Fe)2O5 C3A C4AF
4CaO· 2O3· 2O3 Al Fe
10~18
建筑材料 第4章
水泥颗粒的结构
水泥颗粒宏观形貌
水泥熟料颗粒细观形貌
水泥熟料矿物微观结构
建筑材料 第4章
二、熟料的矿物组成及其特性
按主要水硬性物质分
水泥种类
硅酸盐水泥 铝酸盐水泥 硫铝酸盐水泥 铁铝酸盐水泥
主要水硬性物质
硅酸钙 铝酸钙 无水硫铝酸钙 硅酸二钙
主
要
品
种
绝大多数通用水泥、专用水泥和特 性水泥 高铝水泥、自应力铝酸盐水泥、快 硬高强铝酸盐水泥等。 有自应力硫铝酸盐水泥、低碱度硫 铝酸盐水泥、快硬硫铝酸盐水泥等
铁相、无水硫铝 有自应力铁铝酸盐水泥、膨胀铁铝 酸钙、硅酸二钙 酸盐水泥、快硬铁铝酸盐水泥等 氟铝酸钙、硅酸 氟铝酸盐水泥等 二钙 活性二氧化硅 活性氧化铝 石灰火山灰水泥、石膏矿渣水泥、 低热钢渣矿渣水泥等
建筑材料 第4章
水泥的分类
按性能和用途分类
硅酸盐水泥 普通硅酸盐水泥 矿渣硅酸盐水水泥
通用水泥
粉煤灰硅酸盐水泥
火山灰质硅酸盐水泥 复合硅酸盐水泥 石灰石硅酸盐水泥
水 泥
专用水泥
如砌筑水泥、油井水泥、 道路水泥、大坝水泥等 如白色硅酸盐水泥、快凝 快硬硅酸盐水泥等
特性水泥
建筑材料 第4章
水泥的分类
水泥熟料矿物的主要特性
矿物名称 含量范围（质量％） 水化反应速度 强 度 硅酸三钙 37～60 快 高 较高 硅酸二钙 15～37 慢 早期低， 后期高 低 铝酸三钙 7～15 最快 低 最高 铁铝酸四钙 10～18 快 低（含量多时对抗 折强度有利） 中
水 化 热
耐腐蚀性
较差
好
最差
中
熟料矿物磨细加水，均能单独与水发生化学反应， 其特点见上表。
建筑材料 第4章
三、硅酸盐水泥的水化、凝结和硬化
水 化 机 理
硅酸二钙水化生成水化硅酸钙凝胶和氢氧 化钙晶体。 该水化反应的速度慢，对后期龄期混凝土 强度的发展起关键作用。水化热释放缓慢。 产物中氢氧化钙的含量减少时，可以生成 更多的水化产物。 2CaO· 2+H2O SiO 3CaO· 2SiO2· 2O+Ca(OH)2 3H
学 习 目 的
学习
硅酸盐水泥的矿物组成，及其与其他水泥的差别； 水泥的生产过程及其对性质的影响。
掌握
水泥凝结硬化机理和凝结硬化过程的影响因素； 应用这些基本理论，说明水泥和混凝土的性质，指 导合理选择与使用水泥，改善水泥基材料的性能。
熟悉
水泥各种性质的含义和工程意义； 水泥性质的影响因素及其规律； 水泥性质的检验方法和评定标准。
建筑材料 第4章
二、熟料的矿物组成及其特性
2.挡墙开裂与水泥的选用
观察与讨论
现象：某大体积的混凝土工程，浇注两周后拆模，发现挡墙有多道贯穿型的纵向 裂缝。该工程使用某立窑水泥厂生产42.5Ⅱ型硅酸盐水泥，其熟料矿物组成如下： C3S 61％； C2S 14％； C3A 14％； C4AF 11％。
水泥加入石膏后，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。钙矾石很难溶解于水，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，阻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，使水泥的初凝时间得以延缓。
建筑材料 第4章
一、硅酸盐水泥的原材料和生产工艺
硅酸盐水泥的原材料
生产硅酸盐水泥熟料的原材料 •石灰质原料 天然石灰石。也可采用与天然石灰石化学成分相 似的材料如白垩、石灰等。
•粘土质原料 主要为粘土，其主要化学成分为SiO2，其次为 Al2O3和少量Fe2O3。
•铁矿粉 采用赤铁矿，化学成分为Fe2O3。 石膏主要为天然石膏矿、无水硫酸钙等 。 混合材料 包括活性混合材料（粒化高炉矿渣、粉煤灰、火山灰质 混合材料等）和非活性混合材料（石灰石粉、磨细石英砂等）。
水泥的分类按性能和用途分类通用水泥通用水泥专用水泥特性水泥硅酸盐水泥硅酸盐水泥普通硅酸盐水泥普通硅酸盐水泥矿渣硅酸盐水水泥矿渣硅酸盐水水泥粉煤灰硅酸盐水泥粉煤灰硅酸盐水泥火山灰质硅酸盐水泥火山灰质硅酸盐水泥复合硅酸盐水泥复合硅酸盐水泥石灰石硅酸盐水泥石灰石硅酸盐水泥如砌筑水泥油井水泥道路水泥大坝水泥等如砌筑水泥油井水泥道路水泥大坝水泥等如白色硅酸盐水泥快凝快硬硅酸盐水泥等如白色硅酸盐水泥快凝快硬硅酸盐水泥等水泥的分类按主要水硬性物质分水泥种类主要水硬性物质硅酸盐水泥硅酸钙绝大多数通用水泥专用水泥和特性水泥铝酸盐水泥铝酸钙高铝水泥自应力铝酸盐水泥快硬高强铝酸盐水泥等
水泥适用范围
不仅适合用于干燥环境中的工程部位，而且也适合用 于潮湿环境及水中的工程部位。
建筑材料 第4章
水泥具有以下优点，因此，在土木工程领域得到 广泛的应用。
氟铝酸盐水泥
以火山灰或潜在水硬性 材料以及其他活性材料 为主要组分的水泥
建筑材料 第4章
水泥在土木工程中的重要作用
水泥是当今产量与用量最大的土木工程材料！ 水泥及其砂浆、混凝土与纤维水泥等水泥基 材料普遍用于各种土木工程和钢筋混凝土结
构！
水泥的性能和正确选用对土木工程的功能与 质量至关重要！
建筑材料 第4章
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。 • 硅酸三钙↑——高强水泥
• 铝酸三钙、硅酸三钙↓
—水化热↓——大坝水泥
硅酸二钙
↑
• 铁铝酸四钙↑——抗折强度↑——道路水泥
建筑材料 第4章
水硬性 与钢筋 粘结性好 水泥的优点
多样性
低成本 可塑性
耐久性
工艺简单
建筑材料 第4章
水泥的分类
水泥按化学成分可分为硅酸盐水泥、铝酸盐水泥 和硫酸盐水泥。 硅酸盐水泥 一般工程
快硬、早强。主要用于紧急 抢修工程、早强工程、冬季 施工、抗蚀、抗冻等工程。
铝酸盐水泥
硫酸盐水泥
早强、膨胀。适用于抢修工 程、锚固和地下工程等。
三、硅酸盐水泥的水化、凝结和硬化
水化 水化机理 石膏调节凝结时间的原理 水化产物 凝结与硬化 何为凝结、硬化？ 凝结硬化过程 影响因素
建筑材料 第4章
三、硅酸盐水泥的水化、凝结和硬化
水 化 机 理
水泥颗粒与水接触时，其表面的熟料矿物立 即与水发生水解或水化作用，生成新的水化 产物并放出一定热量的过程。 硅酸三钙水化生成水化硅酸钙凝胶和氢氧化 钙晶体。 该水化反应的速度快，形成早期强度并生成 早期水化热。 3CaO· 2+H2O SiO CaO· 2SiO2· 2O+Ca(OH)2 3H
水泥熟料矿物
铁铝酸四钙
游离氧化钙和氧化镁
f－CaO和f－MgO 化学式及简写
碱类及杂质
建筑材料 第4章
硅酸盐水泥熟料的组成
60
化学组成：
主要成分：CaO(=C)，SiO2(=S)， Al2O3(=A)， Fe2O3(=F) 50 少量杂质：MgO、K2O、Na2O、SO3、P2O5等。
共同磨细，即可得到P· Ⅰ型硅酸盐水泥。
建筑材料 第4章
一、硅酸盐水泥是怎样制造的？ 原 料： 水泥生料可以是： 硅质：粘土，(SiO2、Al2O3)， 占1/3 与水混合成浆体—湿法工艺 钙质：石灰石、白垩等，(CaO)，占2/3 加少量水制成料球—半干法工艺 加稍多水制成湿球—半湿法工艺 调节原料：铁矿与砂，调节与补充Fe2O3 与SiO2 干粉混合物—干法工艺 制造工艺： 原料经粉磨混合后得到水泥生料 生料经窑内煅烧得到水泥熟料
1. 失去自由水
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2. 粘土分解
3. 石灰岩分解
4. 初化合物形成
7. C3S初形成
5. C2S初形成
6. 熔胶形成
建筑材料 第4章
二、熟料的矿物组成及其特性
熟料的矿物组成
硅酸三钙 硅酸二钙 铝酸三钙
3CaO•SiO2，C3S
2CaO•SiO2，C2S 3CaO•Al2O3，C3A
4CaO•Al2O3•Fe2O3，C4AF
建筑材料 第4章
一、硅酸盐水泥的原材料和生产工艺
硅酸盐水泥是由硅酸盐水泥熟料、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(即国外通称的Portland Cement)。 硅酸盐水泥分两种类型：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 料粉磨时掺加不超过水泥质量5%的石灰石或粒 化高炉矿渣混合材的称Ⅱ型硅酸盐水泥，其代号 为P· Ⅱ。
建筑材料 第4章
尽管水泥的品种很多，但是，工程中90% 以上使用的是硅酸盐水泥。所以，在学习这 一章的内容时，以硅酸盐水泥的内容为基础， 主要学习硅酸盐水泥的组成、技术性质及应 用等知识。在此基础上，再学习其它掺混合 材料的硅酸盐水泥等内容。
建筑材料 第4章
第一节 硅酸盐水泥
第一节 硅酸盐水泥
建筑材料 第4章
建筑材料 第4章
第4章 水硬性胶凝材料
甘肃农业大学工学院 土木工程系
建筑材料 第4章
学习目标
掌握硅酸盐水泥熟料的矿物组成及 其特性，掌握硅酸盐水泥的组成材料、 凝结硬化过程、技术性质、质量鉴定 方法及其应用。了解其他水泥的特性 及其应用。
建筑材料 第4章
硅酸盐水泥兴起于19世纪。
它已经成为现在最为重要的一种建筑材料。
建筑材料 第4章
三、硅酸盐水泥的水化、凝结和硬化
水 化 机 理
铝酸三钙水化生成水化铝酸钙晶体。 该水化反应速度极快，并且释放出大量的热量。 如果不控制铝酸三钙的反应速度，将产生闪凝现象，水泥 将无法正常使用。 通常通过在水泥中掺有适量石膏，可以避免上述问题的发生。 3CaO· 2O3+H2O Al 3CaO· 2O3· 2O Al 6H
它的化学成成分复杂，但主要的胶结成分是水化硅酸钙。 普通硅酸盐水泥强度高、能抗硫酸盐腐蚀、水化热，也可 用于制备砂浆。 为了建筑需要，水泥可做成白色、黑色或其他各种颜色。
建筑材料 第4章
水泥的概念、特点和适用范围
什么是水泥(cement)？
水泥是以水化活性矿物为主要成分的水硬性胶凝材料。
水泥的特点
建筑材料 第4章
一、硅酸盐水泥的原材料和生产工艺
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
粉 磨
混合材
硅酸盐水泥熟料制造工艺流程
建筑材料 第4章
水泥制造厂全貌 回 转 窑 尾
1450~1500C
水泥生料煅烧回转窑 水泥的制造工艺全貌
建筑材料 第4章
水泥煅烧过程
排气 原料入口
1
2
3
4
5
6
7
气体温度 450oC 进料温度 50oC
800oC 600oC
1200oC 1000oC
1350oC 1550oC 1350oC 1450oC
矿物组成： 40
硅酸盐水泥熟料主要含有四种矿物：
30
矿物名称
硅酸三钙
20
英文名称
Alite Belite Aluminate
缩写
C3S C2S C3A
低 分子式 高
Ca3SiO5 Ca2SiO4 Ca3Al2O6
含矿 物 式 量(mass%)
3CaO· 2 SiO 37~60 2CaO· 2 SiO 15~37 3CaO· 2O3 Al 7~15
二、熟料的矿物组成及其特性
1.熟料矿物组成对早期强度及水化热的影响
观察与讨论
以下是A、B两种硅酸盐水泥熟料矿物组成百分比含量，请分析A、B两种硅酸盐水泥的 早期强度及水化热的差别。
讨论：硅酸盐水泥熟料矿物各具特性。
C3S在最初四个星期内强度发展迅速，它实际上决定着硅酸盐水泥四个星期以内的强度； C3S的水化热较多，其含量也最多，故它放出的热量最多；但其耐腐蚀性较差。 C2S的硬化速度慢，在大约4个星期后才发挥其强度作用，约一年左右达到C3S四个星 期的发挥程度；而其水化热少；耐腐蚀性好。 C3A硬化速度最快，但强度低，其对硅酸盐水泥在1～3 d或稍长的时间内的强度起到一 定作用；C3A的水化热多；耐腐蚀性最差。 C4AF的硬化速度也较快，但强度低，其对硅酸盐水泥的强度贡献小；其水化热和耐腐 蚀性均属中等。 A水泥的C3S及C3A含量高，而C3S及C3A的早期强度及水化热都较高，故A硅酸盐水泥 的早期强度与水化热高于B水泥。
讨论： 由于该工程所使用的水泥C3A和C3S含量高，导致该水泥的水化热高，且 在浇注混凝土中，混凝土的整体温度高，以后混凝土温度随环境温度下降， 产生冷缩，造成贯穿型的纵向裂缝。 首先，对大体积的混凝土工程宜选用低水化热，即C3A和C3S的含量较低 的水泥。其次，水泥用量及水灰比也需适当控制。
建筑材料 第4章
水泥熟料＋石膏(或再＋混合材）一起经粉磨混合 后得到水泥
“两磨一烧”
建筑材料 第4章
硅质 (粘土)
原料采掘 水泥制造的“两磨一烧”工艺流程
原料磨细 原料混合
1450℃
钙质
(石灰石) 调节 原料
粉磨
反应物＋产物＋ 中间产物 产 物
生料
预热器 ＋ 回转窑
煅烧 熟料 石膏
水泥
熟料冷却 石膏 熟料储存
硅酸二钙 10 铝酸三钙
铁铝酸四钙
0
Ferrite C3S C2S
C4AF Ca2(Al,Fe)2O5 C3A C4AF
4CaO· 2O3· 2O3 Al Fe
10~18
建筑材料 第4章
水泥颗粒的结构
水泥颗粒宏观形貌
水泥熟料颗粒细观形貌
水泥熟料矿物微观结构
建筑材料 第4章
二、熟料的矿物组成及其特性
按主要水硬性物质分
水泥种类
硅酸盐水泥 铝酸盐水泥 硫铝酸盐水泥 铁铝酸盐水泥
主要水硬性物质
硅酸钙 铝酸钙 无水硫铝酸钙 硅酸二钙
主
要
品
种
绝大多数通用水泥、专用水泥和特 性水泥 高铝水泥、自应力铝酸盐水泥、快 硬高强铝酸盐水泥等。 有自应力硫铝酸盐水泥、低碱度硫 铝酸盐水泥、快硬硫铝酸盐水泥等
铁相、无水硫铝 有自应力铁铝酸盐水泥、膨胀铁铝 酸钙、硅酸二钙 酸盐水泥、快硬铁铝酸盐水泥等 氟铝酸钙、硅酸 氟铝酸盐水泥等 二钙 活性二氧化硅 活性氧化铝 石灰火山灰水泥、石膏矿渣水泥、 低热钢渣矿渣水泥等
建筑材料 第4章
水泥的分类
按性能和用途分类
硅酸盐水泥 普通硅酸盐水泥 矿渣硅酸盐水水泥
通用水泥
粉煤灰硅酸盐水泥
火山灰质硅酸盐水泥 复合硅酸盐水泥 石灰石硅酸盐水泥
水 泥
专用水泥
如砌筑水泥、油井水泥、 道路水泥、大坝水泥等 如白色硅酸盐水泥、快凝 快硬硅酸盐水泥等
特性水泥
建筑材料 第4章
水泥的分类
水泥熟料矿物的主要特性
矿物名称 含量范围（质量％） 水化反应速度 强 度 硅酸三钙 37～60 快 高 较高 硅酸二钙 15～37 慢 早期低， 后期高 低 铝酸三钙 7～15 最快 低 最高 铁铝酸四钙 10～18 快 低（含量多时对抗 折强度有利） 中
水 化 热
耐腐蚀性
较差
好
最差
中
熟料矿物磨细加水，均能单独与水发生化学反应， 其特点见上表。
建筑材料 第4章
三、硅酸盐水泥的水化、凝结和硬化
水 化 机 理
硅酸二钙水化生成水化硅酸钙凝胶和氢氧 化钙晶体。 该水化反应的速度慢，对后期龄期混凝土 强度的发展起关键作用。水化热释放缓慢。 产物中氢氧化钙的含量减少时，可以生成 更多的水化产物。 2CaO· 2+H2O SiO 3CaO· 2SiO2· 2O+Ca(OH)2 3H
学 习 目 的
学习
硅酸盐水泥的矿物组成，及其与其他水泥的差别； 水泥的生产过程及其对性质的影响。
掌握
水泥凝结硬化机理和凝结硬化过程的影响因素； 应用这些基本理论，说明水泥和混凝土的性质，指 导合理选择与使用水泥，改善水泥基材料的性能。
熟悉
水泥各种性质的含义和工程意义； 水泥性质的影响因素及其规律； 水泥性质的检验方法和评定标准。
建筑材料 第4章
二、熟料的矿物组成及其特性
2.挡墙开裂与水泥的选用
观察与讨论
现象：某大体积的混凝土工程，浇注两周后拆模，发现挡墙有多道贯穿型的纵向 裂缝。该工程使用某立窑水泥厂生产42.5Ⅱ型硅酸盐水泥，其熟料矿物组成如下： C3S 61％； C2S 14％； C3A 14％； C4AF 11％。
水泥加入石膏后，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。钙矾石很难溶解于水，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，阻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，使水泥的初凝时间得以延缓。
建筑材料 第4章
一、硅酸盐水泥的原材料和生产工艺
硅酸盐水泥的原材料
生产硅酸盐水泥熟料的原材料 •石灰质原料 天然石灰石。也可采用与天然石灰石化学成分相 似的材料如白垩、石灰等。
•粘土质原料 主要为粘土，其主要化学成分为SiO2，其次为 Al2O3和少量Fe2O3。
•铁矿粉 采用赤铁矿，化学成分为Fe2O3。 石膏主要为天然石膏矿、无水硫酸钙等 。 混合材料 包括活性混合材料（粒化高炉矿渣、粉煤灰、火山灰质 混合材料等）和非活性混合材料（石灰石粉、磨细石英砂等）。
水泥的分类按性能和用途分类通用水泥通用水泥专用水泥特性水泥硅酸盐水泥硅酸盐水泥普通硅酸盐水泥普通硅酸盐水泥矿渣硅酸盐水水泥矿渣硅酸盐水水泥粉煤灰硅酸盐水泥粉煤灰硅酸盐水泥火山灰质硅酸盐水泥火山灰质硅酸盐水泥复合硅酸盐水泥复合硅酸盐水泥石灰石硅酸盐水泥石灰石硅酸盐水泥如砌筑水泥油井水泥道路水泥大坝水泥等如砌筑水泥油井水泥道路水泥大坝水泥等如白色硅酸盐水泥快凝快硬硅酸盐水泥等如白色硅酸盐水泥快凝快硬硅酸盐水泥等水泥的分类按主要水硬性物质分水泥种类主要水硬性物质硅酸盐水泥硅酸钙绝大多数通用水泥专用水泥和特性水泥铝酸盐水泥铝酸钙高铝水泥自应力铝酸盐水泥快硬高强铝酸盐水泥等