土木工程材料_建材课件 4.水泥
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1100~1200 ℃ ，大量生成铝酸三钙和铁铝酸四钙，同时硅酸二钙 生成量最大；
1300~1450 ℃ ，铝酸三钙和铁铝酸四钙呈熔融状态，硅酸三钙大 量生成，这是煅烧水泥的关键！ （因为硅酸三钙水泥凝结快， 硬化后强度高）
水泥工艺流程图
原料堆场
水泥厂
水泥回转窑
水泥回转窑安装
水泥磨
在水泥生产中，萤石作为矿化剂加入。萤石能降 低炉料的烧结温度，减少燃料消耗，同时还能增 强烧结时熟料液相粘度，促进硅酸三钙的形成。 在水泥生产中，萤石加入量在一般情况下为生料 的4％～5％至0.8％～1％。水泥工业对萤石质量 要质求含不 量严 要， 求一 也般不作Ca具F2体含规量定在。40％以上即可，对杂
4. △水 泥（水硬性胶凝材料）
据2013年的统计：我国水泥产量为24.1亿吨， 2010年江苏为1.56亿吨，全国第一；我国水泥熟料 产量为11.52亿吨，安徽全国第一，为0.98亿吨。
水泥大省：江苏、山东、四川、河北、河南、浙江 和安徽。
本章主要内容：重点介绍常用六大硅酸盐水
泥的组成、特性、质量标准及适用范围，并 对其他品种水泥进行简要的概述。
硅酸盐系列水泥 (性能、用途)
通用水泥
硅酸盐水泥 普通硅酸盐水泥 矿渣硅酸盐水泥 火山灰硅酸盐水泥 粉煤灰硅酸盐水泥 复合硅酸盐水泥
专用水泥：低热、道路、砌筑水泥
特种水泥：快硬、膨胀、抗硫酸盐水泥
Βιβλιοθήκη Baidu装水泥 水泥拌和
水泥（普通）混凝土施工
4.1 ★ 硅酸盐水泥
硅酸盐水泥分为I型和II型，代号分别为P‧I、 P‧II
熟料的煅烧过程
100~200 ℃,生料被加热，自由水蒸发；
300~500 ℃ ，生料被预热；
500~800 ℃ ，CaCO3少量分解； 800 ℃左右生成铝酸一钙，铁酸二钙和硅酸二钙可能开始生成； 900~1100 ℃ ，铝酸三钙和铁铝酸四钙开始生成； 9000C时，
CaCO3大量分解；
为什么？
4.1.1 硅酸盐水泥的生产（“两磨一烧”）
原料： 石灰石、白垩
粘土、页岩 铁矿粉
（1）生料的配制
原料 配备
提供 CaO 提供 SiO2 、 Al2O3 提供Fe2O3
一次 粉磨
得到 生料
（2）硅酸盐水泥熟料的煅烧
水分 蒸发
生料 预热
生料 分解
熟料 煅烧
（3）成品水泥的生产
水泥 熟料
适量 + 膏石 +
萤石
晶种的定义：在结晶法中，通过加入不溶的 添加物即晶种，形成晶核，加快或促进与之 晶型或立体构型相同的对映异构体结晶的生 长。从液相中出现固相属新相的产生过程， 是比较困难的（毕竟是从无到有），加入晶 种相当于人为引入固相, 可加快反应的进行。
通常可加入磨细的水泥熟料或钢渣（颗粒的 粒径在5~20μm，水泥的颗粒小于80μm）作 为晶种。高温煅烧、结晶细小的晶体做晶种 好，但要注意掺量。水泥熟料晶体在晶种上 不断长大，加快沉积，故加快了熟料烧成的 速度。
混合 材料
矿渣
石灰石
二次 粉磨
熟料 冷却
成品 水泥
页岩（Shale）是一种沉积岩，主要是由粘土 沉积形成的岩石。形成于静水的环境中，由 极细的粘土、泥质，经压力和温度紧压固结、 脱水、重结晶后形成的，具有薄页状或薄片 层状的节理，称为页岩。
页岩的成分复杂，其中混杂有石英、长石的 碎屑以及其他化学物质。一般情况下，页岩 的Si02含量在45%~80%之间波动，A12O3含 量在12%-25%之间波动，Fe2O3含量在2%10%之间波动，CaO含量在0.2%-12%之间 波动，MgO含量在0.1%-5%之间波动 。
铝酸三钙的化学成分是３CaO·Al2O3，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，产生的热量大而且很集中。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，主要 对水泥的早期强度有所贡献。
铁铝酸四钙的化学成分为:4CaO·Al2O3·Fe2O3，其简写 为Ｃ4AF，约占水泥熟料总量的10％～18％。铁铝酸 四钙遇水时水化反应也很快，水化热较低，水化产 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。
页岩 含碳页岩
凝灰岩（tuff）：是一种火山碎屑岩引，其 组成的火山碎屑物质有50%以上的颗粒直 径小于2毫米，成分主要是火山灰，外貌疏 松多孔，粗糙，有层理，颜色多样，有黑 色、紫色、红色、白色、淡绿色等。
火山灰凝灰岩
流纹凝灰岩
角砾凝灰岩
萤是石工， 业又 上称 氟氟 元石素的(C主aF要2 )来，源是，矿是物世中界发上光2最0几亮种的重， 要的非金属矿物原料之一。它广泛应用于冶金、 炼铝、玻璃、陶瓷、水泥、化学工业。中国萤石 资源丰富，分布广泛，资源储量、生产量和出口 量均居世界首位。
球磨机工作原理 ：该机为卧式筒形旋转装置，外 沿齿轮传动，两仓，格子型球磨机。物料由进料 装置经入料中空轴螺旋均匀地进入磨机第一仓， 该仓内有阶梯衬板或波纹衬板，内装不同规格钢 球，筒体转动产生离心力将钢球带到一定高度后 落下，对物料产生重击和研磨作用。物料在第一 仓达到粗磨后，经单层隔仓板进入第二仓，该仓 内镶有平衬板，内有钢球，将物料进一步研磨。 粉状物通过卸料箅板排出，完成粉磨作业。
硅酸三钙的化学成分为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， 约占水泥熟料总量的３６％～６０％。硅酸三钙遇 水后能够很快与水产生水化反应，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 ３～７天内的早期强度以及后期强度都起主要作用
硅酸二钙的化学成分为2ＣaＯ·ＳiＯ2，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，水化热也较低。它不影响水泥的 凝结，对水泥的后期强度起主要作用。
水泥料仓
水泥库房
水泥熟料
4.1.2 水泥熟料的组成及特性 有哪些 矿物？
（1）水泥熟料的主要矿物组成 （硅酸盐水泥命名）
硅酸三钙 3CaO ·SiO2 硅酸二钙 2CaO ·SiO2 铝酸三钙 3CaO ·Al2O3 铁铝酸四钙 4CaO ·Al2O3 ·Fe2O3
C3S C2S C3A C4AF
1300~1450 ℃ ，铝酸三钙和铁铝酸四钙呈熔融状态，硅酸三钙大 量生成，这是煅烧水泥的关键！ （因为硅酸三钙水泥凝结快， 硬化后强度高）
水泥工艺流程图
原料堆场
水泥厂
水泥回转窑
水泥回转窑安装
水泥磨
在水泥生产中，萤石作为矿化剂加入。萤石能降 低炉料的烧结温度，减少燃料消耗，同时还能增 强烧结时熟料液相粘度，促进硅酸三钙的形成。 在水泥生产中，萤石加入量在一般情况下为生料 的4％～5％至0.8％～1％。水泥工业对萤石质量 要质求含不 量严 要， 求一 也般不作Ca具F2体含规量定在。40％以上即可，对杂
4. △水 泥（水硬性胶凝材料）
据2013年的统计：我国水泥产量为24.1亿吨， 2010年江苏为1.56亿吨，全国第一；我国水泥熟料 产量为11.52亿吨，安徽全国第一，为0.98亿吨。
水泥大省：江苏、山东、四川、河北、河南、浙江 和安徽。
本章主要内容：重点介绍常用六大硅酸盐水
泥的组成、特性、质量标准及适用范围，并 对其他品种水泥进行简要的概述。
硅酸盐系列水泥 (性能、用途)
通用水泥
硅酸盐水泥 普通硅酸盐水泥 矿渣硅酸盐水泥 火山灰硅酸盐水泥 粉煤灰硅酸盐水泥 复合硅酸盐水泥
专用水泥：低热、道路、砌筑水泥
特种水泥：快硬、膨胀、抗硫酸盐水泥
Βιβλιοθήκη Baidu装水泥 水泥拌和
水泥（普通）混凝土施工
4.1 ★ 硅酸盐水泥
硅酸盐水泥分为I型和II型，代号分别为P‧I、 P‧II
熟料的煅烧过程
100~200 ℃,生料被加热，自由水蒸发；
300~500 ℃ ，生料被预热；
500~800 ℃ ，CaCO3少量分解； 800 ℃左右生成铝酸一钙，铁酸二钙和硅酸二钙可能开始生成； 900~1100 ℃ ，铝酸三钙和铁铝酸四钙开始生成； 9000C时，
CaCO3大量分解；
为什么？
4.1.1 硅酸盐水泥的生产（“两磨一烧”）
原料： 石灰石、白垩
粘土、页岩 铁矿粉
（1）生料的配制
原料 配备
提供 CaO 提供 SiO2 、 Al2O3 提供Fe2O3
一次 粉磨
得到 生料
（2）硅酸盐水泥熟料的煅烧
水分 蒸发
生料 预热
生料 分解
熟料 煅烧
（3）成品水泥的生产
水泥 熟料
适量 + 膏石 +
萤石
晶种的定义：在结晶法中，通过加入不溶的 添加物即晶种，形成晶核，加快或促进与之 晶型或立体构型相同的对映异构体结晶的生 长。从液相中出现固相属新相的产生过程， 是比较困难的（毕竟是从无到有），加入晶 种相当于人为引入固相, 可加快反应的进行。
通常可加入磨细的水泥熟料或钢渣（颗粒的 粒径在5~20μm，水泥的颗粒小于80μm）作 为晶种。高温煅烧、结晶细小的晶体做晶种 好，但要注意掺量。水泥熟料晶体在晶种上 不断长大，加快沉积，故加快了熟料烧成的 速度。
混合 材料
矿渣
石灰石
二次 粉磨
熟料 冷却
成品 水泥
页岩（Shale）是一种沉积岩，主要是由粘土 沉积形成的岩石。形成于静水的环境中，由 极细的粘土、泥质，经压力和温度紧压固结、 脱水、重结晶后形成的，具有薄页状或薄片 层状的节理，称为页岩。
页岩的成分复杂，其中混杂有石英、长石的 碎屑以及其他化学物质。一般情况下，页岩 的Si02含量在45%~80%之间波动，A12O3含 量在12%-25%之间波动，Fe2O3含量在2%10%之间波动，CaO含量在0.2%-12%之间 波动，MgO含量在0.1%-5%之间波动 。
铝酸三钙的化学成分是３CaO·Al2O3，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，产生的热量大而且很集中。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，主要 对水泥的早期强度有所贡献。
铁铝酸四钙的化学成分为:4CaO·Al2O3·Fe2O3，其简写 为Ｃ4AF，约占水泥熟料总量的10％～18％。铁铝酸 四钙遇水时水化反应也很快，水化热较低，水化产 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。
页岩 含碳页岩
凝灰岩（tuff）：是一种火山碎屑岩引，其 组成的火山碎屑物质有50%以上的颗粒直 径小于2毫米，成分主要是火山灰，外貌疏 松多孔，粗糙，有层理，颜色多样，有黑 色、紫色、红色、白色、淡绿色等。
火山灰凝灰岩
流纹凝灰岩
角砾凝灰岩
萤是石工， 业又 上称 氟氟 元石素的(C主aF要2 )来，源是，矿是物世中界发上光2最0几亮种的重， 要的非金属矿物原料之一。它广泛应用于冶金、 炼铝、玻璃、陶瓷、水泥、化学工业。中国萤石 资源丰富，分布广泛，资源储量、生产量和出口 量均居世界首位。
球磨机工作原理 ：该机为卧式筒形旋转装置，外 沿齿轮传动，两仓，格子型球磨机。物料由进料 装置经入料中空轴螺旋均匀地进入磨机第一仓， 该仓内有阶梯衬板或波纹衬板，内装不同规格钢 球，筒体转动产生离心力将钢球带到一定高度后 落下，对物料产生重击和研磨作用。物料在第一 仓达到粗磨后，经单层隔仓板进入第二仓，该仓 内镶有平衬板，内有钢球，将物料进一步研磨。 粉状物通过卸料箅板排出，完成粉磨作业。
硅酸三钙的化学成分为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， 约占水泥熟料总量的３６％～６０％。硅酸三钙遇 水后能够很快与水产生水化反应，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 ３～７天内的早期强度以及后期强度都起主要作用
硅酸二钙的化学成分为2ＣaＯ·ＳiＯ2，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，水化热也较低。它不影响水泥的 凝结，对水泥的后期强度起主要作用。
水泥料仓
水泥库房
水泥熟料
4.1.2 水泥熟料的组成及特性 有哪些 矿物？
（1）水泥熟料的主要矿物组成 （硅酸盐水泥命名）
硅酸三钙 3CaO ·SiO2 硅酸二钙 2CaO ·SiO2 铝酸三钙 3CaO ·Al2O3 铁铝酸四钙 4CaO ·Al2O3 ·Fe2O3
C3S C2S C3A C4AF