第三章-通用硅酸盐水泥
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第三章硅酸盐水泥
硫铝➢酸C4钙AF水+ 1化3H物开C4(始A,F形)H成13 。
❖ 此后➢，C水4AF化+ 3物CŜ不·H2断+26形H成C，3(A不,F)断·3C填Ŝ3·充H32孔隙或空隙。
➢ C4AF + CŜ·H2+26H C3(A,F)·CŜ3·H12
石膏的作用
❖ 避免水泥浆的闪凝和假凝现象。 ❖ 调节水泥的凝结时间。 ❖ 导致钙钒石和单硫型硫铝酸钙水化物的形成。
❖ 制➢ 造调节工原艺料：：铁矿与加干砂稍粉，多混调水合节制物与成—补湿干充球法F—工e2O半艺3湿与法Si工O2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
➢ 水泥熟料＋石膏(或再＋混合材）一起经粉磨混合
后得到水泥
❖ 自动化生产过程
“两磨一烧”
硅质 (粘土)
水泥原制料造采的掘 “两磨一烧”工艺流程
凡由硅酸盐水泥熟料、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，称为硅酸盐水泥(即 国外通称的Portland Cement).
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
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！
主要内容
重点论述了硅酸盐系水泥的矿物组成、凝结硬化机理和 基本性质及其检测方法，以及硅酸盐水泥的应用。
❖ 什么是硅酸盐水泥？ ❖ 硅酸盐水泥是怎样制造？ ❖ 硅酸盐水泥的组成？ ❖ 水泥浆如何转变成坚硬固体？ ❖ 水泥应满足哪些技术性质？ ❖ 如何正确使用水泥？
第十次课 第三章 其他品种水泥介绍
四、其他品种水泥介绍1．道路硅酸盐水泥由道路硅酸盐水泥熟料、0-10%活性混合材料和适量石膏磨细制成的水硬性胶凝材料，称为道路硅酸盐水泥（简称道路水泥），代号为P·R。
道路硅酸盐水泥熟料是指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和较多量的铁铝酸钙的硅酸盐水泥熟料。
道路硅酸盐水泥主要用于道路路面和对耐磨、抗干缩等性能要求较高的其他工程中。
（铁铝酸钙熟料的性能）2．砌筑水泥凡由活性混合材料或具有水硬性的工业废料为主要原料，加入少量硅酸盐水泥熟料和石膏，经磨细制成的水硬性胶凝材料，称为砌筑水泥，代号为M。
水泥中混合材料掺加量按质量百分比计应大于50%，允许掺入适量的石灰石或窑灰。
砌筑水泥主要特点是强度低、硬化慢、但和易性、保水性好。
3．抗硫酸盐硅酸盐水泥凡以适当成分的生料，烧至部分熔融所得的以硅酸钙为主的特定矿物组成的熟料，加入适量石膏，磨细制成的具有一定抗硫酸盐侵蚀性能的水硬性胶凝材料，称为抗硫酸盐硅酸盐水泥（简称抗酸盐水泥）。
4．快硬高强水泥（1）快硬硅酸盐水泥凡以硅酸钙为主要成分的水泥熟料、加入适量石膏，经磨细制成的具有早期强度增进率较快的水硬性胶凝材料，称为快硬硅酸盐水泥，简称快硬水泥。
快硬水泥以3d强度确定其标号。
制造过程与硅酸盐水泥基本相同，只是适当增加了熟料中硬化快的矿物，即硅酸三钙和铝酸三钙。
快硬水泥主要用于配制早强混凝土，适用于紧急抢修工程和低温施工工程。
（2）高铝水泥高铝水泥不能用于长期承重的结构及高温高湿环境中的工程，适用于紧急军事工程，抢修工程及临时性工程。
高铝水泥又称矾土水泥，它是以铝矾土和石灰石为原料，经煅烧制得以铝酸钙为主要成分、氧化铝含量约50%的熟料，再磨细制成的水硬性胶凝材料。
其主要矿物成分为铝酸一钙。
高铝水泥的特性：快凝早强，水化热大且放热集中，抗硫酸盐性能很强，耐热性好，长期强度要降低。
（3）快硬硫铝酸盐水泥以适当成分的生料，烧成以无水硫铝酸钙和B型硅酸二钙为主要矿物成分的熟料，加入适量石膏磨细制成的水硬性胶凝材料，具有快凝，早强，不收缩的特点，可用于配制早强、抗渗和抗硫酸侵蚀的混凝土。
硅酸盐水泥的强度等级划分为
可降等级使用。
五、水泥石的腐蚀与防止
(一) 水泥石腐蚀的种类
1. 软水侵蚀(溶出型侵蚀)
当水泥石受到蒸馏水、天然的雨水、雪水以及含重碳酸 盐很少的河水、湖水等软水作用时，水泥石中的氢氧化钙不 断溶解流失，特别是处于流水或有压力的水中时，氢氧化钙 的溶解使得水泥石的密实度下降，强度和耐久性也降低；而 且由于氢氧化钙浓度的下降，还引起了水泥石中的其它水化 产物的分解。
CO2+CaCO3+H2OCa(HCO3)2
4. 强碱腐蚀
硅酸盐水泥基本是耐碱的，碱类溶液浓度不高对水泥石是 无害的。但铝酸盐含量较高的硅酸盐水泥遇到强碱 (NaOH 、 KOH) 时，强碱会与水泥进行如下反应： 3CaO· Al2O3 +6NaOH→3Na2O· Al2O3+3Ca(OH)2 铝酸钠是易溶于水的，从而造成水泥石的腐蚀。 当水泥石被NaOH浸透后又在空气中干燥，与空气中的CO2
CaSO4· 2H2O+3CaO· Al2O3+H2O→3CaO· Al2O3· 3CaSO4· 31H2O
高硫型水化硫铝酸钙晶体
当石膏消耗完后 ，部分高硫型水化硫铝酸 钙 ( 又称钙矾石 AFt) 转变为低硫型水化硫铝酸钙晶体 AFm(3CaO· Al2O3· CaSO4· 12H2O ，即 )。 C 3AS H12
强度
高
早低后高
低
低
三、硅酸盐水泥的水化、凝结与硬化
(一) 熟料矿物的水化反应
硅酸三钙
3CaO· SiO2+H2O→3CaO· 2SiO2· 3H2O+Ca(OH)2
水化硅酸钙凝胶C3S2H3
氢氧化钙晶体CH
硅酸二钙 铝酸三钙
2CaO· SiO2+H2O→3CaO·2SiO2· 3H2O+Ca(OH)2 3CaO· Al2O3+H2O→3CaO· Al2O3· 6H2O
3-无机胶凝材料(水硬性)
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，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，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。
（２）硅酸二钙 硅酸二钙的化学成分为 2ＣaＯ· ＳiＯ 2 ，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。
（３）铝酸三钙
铝酸三钙的化学成分是３CaO· 2O3 ， Al 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。
（４）体积安定性 水泥浆体硬化后体积变化的均匀性称为
水泥的体积安定性。即水泥硬化浆体能 保持一定形状，不开裂，不变形，不溃 散的性质。体积安定性不良的水泥应作 废品处理，不得应用于工程中，否则将 导致严重后果。
导致水泥安定性不良的主要原因一般是由于熟料 中的游离氧化钙、游离氧化镁或掺入石膏过多等 原因造成的，其中游离氧化钙是一种最为常见， 影响也是最严重的因素。熟料中所含游离氧化钙 或氧化镁都是过烧的，结构致密，水化很慢。加 之被熟料中其它成分所包裹，使得其在水泥已经 硬化后才进行熟化，生成六方板状的 Ca（OH） 2 晶体，这时体积膨胀９７％以上， 从而导致不均匀体积膨胀，使水泥石开裂。 当石膏掺量过多时，在水泥硬化后，残余石 膏与水化铝酸钙继续反应生成钙矾石，体积增大 约1.5倍，从而导致水泥石开裂。 国家标准规定．水泥的体积安定性用雷氏法或试 饼沸煮法检验。
第3章 硅酸盐水泥熟料的组成
由于硅酸盐水泥熟料是多矿物集合体，因此熟料 的强度主要决定于4种单矿物的强度，但并不是4种
单矿物强度简单的加和。有些矿物之间有一定的促
进作用。
4、游离氧化钙
1）产生原因：当配料不当、生料过粗或煅烧不良、 欠烧、漏生、慢冷或还原气氛时，熟料中就会出现 未被吸收的以游离状态存在的氧化钙，称为游离氧 化钙，又称游离石灰(f-CaO)。也即没有与酸性氧化 物化合而以游离状态存在的CaO。 熟料中f-CaO的产生条件不同，形态也不同，其对 水泥的质量影响也不一样。 欠烧的f-CaO、一次的f-CaO 、二次的f-CaO
第3章 硅酸盐水泥熟料的组成
水泥的质量主要决定于熟料的质量。 优质熟料应该具有适合的矿物组成和岩相结构。 熟料的化学成分不仅决定了熟料的矿物组成，同 时还与熟料的烧成工艺和资源的合理利用密切相关， 直接影响优质、高产、低消耗等经济指标。因此控 制熟料的化学成分，是水泥生产的关键环节之一。
3.1 熟料的化学成分
一、硅酸三钙 1．热力学稳定性 1250℃-2065℃。 高于2065℃：不一致熔分解 低于1250℃： 实际上在1250℃以下分解反应进行得非常缓慢， 只有在慢冷且还原气氛下才明显进行，所以C3S在 室温下可以呈介稳状态存在。
2．多晶转变
C3S有三个晶系7种变型：斜方晶系的R型；单斜
晶系的MⅠ、MⅡ、MⅢ型和三斜晶系的TⅠ、TⅡ、TⅢ
6）水化特性
①水化速度在早期介于铝酸三钙和硅酸三钙之间。
但随后的发展不如硅酸三钙。
②早期强度类似于铝酸三钙，后期还能继续增长，
类似于硅酸二钙。
③水化热较铝酸三钙低，抗冲击性能、抗硫酸盐性
能好，耐磨。
因而，大体积工程，抗硫酸盐工程可适当提高其含
第三章 水泥分析
2、水泥终凝时间是指从水泥加水至水泥浆完全失
去可塑性并开始产生强度为止所需要的时间。
3、生产水泥的最后阶段还要加入石膏，主要
是为调整水泥的凝结时间。
4、水泥在加水后的3～7d内，水化速度很快， 强度增长较快，大致到了28d，水化过程全
部结束。
5、影响水泥石强度的主要因素是水泥熟料的 矿物组成与水泥的细度，而与拌和加水量 的多少关系不大。 6、硅酸盐水泥因其耐腐蚀性好，水化热高故 适宜建造混凝土桥墩。
)。
B． 化学腐蚀 D．软水腐蚀
23、制作水泥胶砂试件，其配合比为：水泥: B．1∶2∶0.5 D． 1∶2∶0.6
24、一般情况，水泥凝结硬化后，其体积 ( )。 A．膨胀 B．不变 C．收缩 D．不一定
25、硅酸盐水泥熟料的矿物组成中，以下哪 种熟料矿物不是主要成分？ A.硅酸二钙 B.硅酸三钙
9、国家标准规定，普通硅酸盐水泥的初凝时 间为（ ） 。
A．不早于30分钟 B．不迟于30分钟 C．不早于45分钟 D．不迟于45分钟
10、硅酸盐水泥的体积安定性用 （ 必须合格。 A．蒸压法
C．回弹法
） 检验
B．沸煮法
D．筛分析法
11、掺大量混合材料的硅酸盐水泥适合于 （ ）。 A．自然养护
C．标准养护
第三章 水泥
1.了解硅酸盐水泥的矿物组成及各组分对水泥
性质的影响；理解硅酸盐水泥的性能特点及影
响性质的因素。
2.掌握硅酸盐水泥、普通硅酸盐水泥的技术性
能；了解水泥石的腐蚀及防止措施。
3.掌握常用水泥品种及其应用与储运；了解其
它品种水泥的应用。
名词解释 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
第三章-硅酸盐水泥
试饼法
雷氏夹法 检测方法：
6. 强 度
检验方法——软练胶砂法，分别测量抗压强度 和抗折强度。
试件尺寸：4040160mm 胶砂配比：
棱柱体；
水泥 : ISO标准砂 : 水= 1 : 3 : 0.5； 振动成型： 在频率为2800~3000次/min，振幅0.75mm的振实台 上成型。振动时间120s。 试件养护： 在20 C 1C，相对湿度不低于90%的雾室或养护 箱中24h，然后脱模在20C 1 C的水中养护至测试 龄期；
水泥强度发展规律
强度 早期增长快，随后逐渐减慢； （MPa） 28天，基本达到极限强度的80％以上； 在合适的温湿度条件下，强度增长可以持续 几十天 乃至几十年。
时间（d） 3d 28d
水泥石强度的影响因素
影响孔隙率的因素均影响水泥石的强度
水灰比 水灰比越大，孔隙率越大，强度越低
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§3.2.3 硅酸盐水泥的技术性质
密度与堆积密度 细度 标准稠度用水量 凝结时间 体积安定性 强度 水化热 不溶物和烧失量 碱含量
1.密度与堆积密度
密度
3.05~3.20，混凝土配合比计算时，一般取3.10。
堆积密度
1000~1600kg/m3，在工地计算水泥仓库时，一般取 1300 kg/m3 。
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A B C D
A——凝胶体（C－S－H凝胶，水化 硅酸钙凝胶）； B——晶体（氢氧化钙、水化铝酸钙、 水化硫铝酸钙）； C——孔隙（毛细孔、凝胶孔、气孔 等）； D——未水化的水泥颗粒
水泥石的结构
水化产物＋未水化熟料颗粒＋孔隙
① 水化产物组成(充分水化时) C-S-H＋Ca(OH)2＋水化(硫)铝酸钙 70% 20% 7％ ② 孔隙组成 ＝ 凝胶孔＋毛细孔＋气孔
第三章 水硬性胶凝材料——水泥
复合水泥的技术要求，现行国家标准GB12958—91作了规定。
复合水泥各龄期强度见表3-6。
表3-6 复合水泥强度(GB 12958—91)
标
号
抗压强度，MPa 3d 7d 28d
抗折强度，MPa 3d 7d 28d
325 — 18.5 32.5 — 3.5 5.5
425 — 24.5 42.5 — 4.5 6.5
安定性
用沸煮法检验，必须合格
化学成分
熟料中氧化镁含量不得超过6%，水泥中三氧 化硫含量不得超过4%
强度类别及 抗压强度
抗折强度
强度
龄期
7d
28d
7d
28d
MPa 125
5.5(56
175 (kgf/cm2)
7.6(78) 17.2(175) 1.6(16) 3.4(35)
硅酸525 230(22.6) 340(33.3)525(51.5) 42(4.1) 54(5.3)72(7.1)
盐 525R 275(27.0) —
525(51.5) 50(4.9) — 72(7.1)
水泥625625R
290(28.4) 326(32.0)
430(42.2) —
625(61.3) 625(61.3)
50(4.9) 56(5.5)
62(6.1) —
80(7.8) 80(7.8)
725R 377(37.0) —
725(71.1) 63(6.2) — 88(8.6)
二、普通硅酸盐水泥
凡由硅酸盐水泥熟料、少量混合材料、适量石膏磨细制成的水硬性胶 凝材料，称为普通硅酸盐水泥(简称普通水泥)。
水泥中混合材料掺加量按重量百分比计：
25.0(255) 41.7(425) 4.5(46) 6.3(64)
硅酸盐水泥熟料
第三章 硅酸盐水泥熟料
3
硅酸盐水泥熟料
• 硅酸盐水泥熟料，是一种由主要含有 CaO、SiO2、Al2O3、 Fe2O3的原料，按适当比例配合磨成细粉并烧至部分熔融所 得以硅酸钙为主要矿物成分的水硬性胶凝物质。 • 硅酸盐水泥熟料可用于通用硅酸盐水泥中、抗硫酸盐水泥、 中等水化热水泥中等。 • 硅酸盐水泥熟料矿物结晶非常细小30-60um，是一种多矿 物组成的、结晶细小的人造岩石。 •
C3S, C4AF,C3A,f-CaO C3S, C4AF,C3A C3S,C2S,C4AF,C3A C2S,C4AF,C3A
C3S,C2F, C4AF ,f-CaO C3S,C2F, C4AF C3S, C2S C2F, C4AF C2S C2F, C4AF
3.6.2 硅率
• 1.硅率表达式：又称硅酸率，表示熟料中SiO2的百分 含量与Al2O3和Fe2O3百分含量之比；还表示熟料中硅 酸盐矿物与溶剂矿物的比例关系。用SM（n)表示：
矿物组成：具有一定化学成分和结构特征的稳定 单质和化合物。
材料中的元素和化合物以特定的矿物形式存在并决定着材 料的许多重要性质
3.1
• 熟料的矿物组成
矿物组成
硅酸盐矿物~75%
3CaO•SiO2，C3S 2CaO•SiO2，C2S 3CaO•Al2O3，C3A
4CaO•Al2O3•Fe2O3，C4AF
• 4．氧化钛：来源于粘土，≯0.3%，矿化剂作用0.5-1.0%，形 成固溶体，稳固β- C2S，提高早期强度。过高降低强度。 • 5． P2O5： 矿化剂作用0.1-0.3%，↑1%P2O5：Ｃ3S↓9.9% • Ｃ2S↑10.9%，降低早强。
• 3.6 熟料的率值
• 硅酸盐水泥熟料中各主要氧化物含量之间比例关 系的系数称为率值。 • 控制生产的主要指标。 • 有些国家，如日本采用 HM, SM 和 IM 三个率值来 控制熟料成分，结果还比较满意。我国从日本引 进的冀东水泥厂也用此三个率值来控制生产。 • 但不少学者认为水硬率的意义不明确，因此，又 提出了不同的与石灰最大含量有关的计算公式， 常见的有 KH 和 LSF 。
3
硅酸盐水泥熟料
• 硅酸盐水泥熟料，是一种由主要含有 CaO、SiO2、Al2O3、 Fe2O3的原料，按适当比例配合磨成细粉并烧至部分熔融所 得以硅酸钙为主要矿物成分的水硬性胶凝物质。 • 硅酸盐水泥熟料可用于通用硅酸盐水泥中、抗硫酸盐水泥、 中等水化热水泥中等。 • 硅酸盐水泥熟料矿物结晶非常细小30-60um，是一种多矿 物组成的、结晶细小的人造岩石。 •
C3S, C4AF,C3A,f-CaO C3S, C4AF,C3A C3S,C2S,C4AF,C3A C2S,C4AF,C3A
C3S,C2F, C4AF ,f-CaO C3S,C2F, C4AF C3S, C2S C2F, C4AF C2S C2F, C4AF
3.6.2 硅率
• 1.硅率表达式：又称硅酸率，表示熟料中SiO2的百分 含量与Al2O3和Fe2O3百分含量之比；还表示熟料中硅 酸盐矿物与溶剂矿物的比例关系。用SM（n)表示：
矿物组成：具有一定化学成分和结构特征的稳定 单质和化合物。
材料中的元素和化合物以特定的矿物形式存在并决定着材 料的许多重要性质
3.1
• 熟料的矿物组成
矿物组成
硅酸盐矿物~75%
3CaO•SiO2，C3S 2CaO•SiO2，C2S 3CaO•Al2O3，C3A
4CaO•Al2O3•Fe2O3，C4AF
• 4．氧化钛：来源于粘土，≯0.3%，矿化剂作用0.5-1.0%，形 成固溶体，稳固β- C2S，提高早期强度。过高降低强度。 • 5． P2O5： 矿化剂作用0.1-0.3%，↑1%P2O5：Ｃ3S↓9.9% • Ｃ2S↑10.9%，降低早强。
• 3.6 熟料的率值
• 硅酸盐水泥熟料中各主要氧化物含量之间比例关 系的系数称为率值。 • 控制生产的主要指标。 • 有些国家，如日本采用 HM, SM 和 IM 三个率值来 控制熟料成分，结果还比较满意。我国从日本引 进的冀东水泥厂也用此三个率值来控制生产。 • 但不少学者认为水硬率的意义不明确，因此，又 提出了不同的与石灰最大含量有关的计算公式， 常见的有 KH 和 LSF 。
土木工程材料：第3章 水泥(cement)
铁铝酸盐系水泥等
第一节.通用硅酸盐水泥
A. 技术标准
2008年6月1日国家实施《通用硅酸盐水泥》GB175—2007新国标。 我国已逐步淘汰了立窑工艺生产水泥，目前采用更环保、高效、节能的 旋窑（回转窑）工艺。
B. 生产方式
硅酸盐水泥熟料 + 混合材料 + 石膏 C. 生产过程 两磨一烧
磨细为成品
水泥净浆搅拌机
先加水：120-150ml; 再加水泥：500g（5-10s内） 搅拌：低速120s；停：15s
高速: 120s
标准稠度用水量 测定（代用法）
释放试杆30s 时读数： 调整水量法： 26～30mm 固定水量法： P＝33.4－
0.185S
3. 凝结时间—分初凝和终凝
初凝—水泥加水拌和到水泥浆开始失去可塑性所需的时间 终凝—水泥加水拌和到水泥浆完全失去可塑性，并开始具有强度
介质的温度、流速、压力等
水泥石的腐蚀是一个极为复杂的物理化学过程 水泥石的腐蚀很少仅是单一的侵蚀作用，而是几种侵蚀同时存在，互
相影响，共同作用。
合理选择水泥品种
提高耐腐蚀的措施 提高水泥石的密实度
做保护层—石料、玻璃、陶瓷、沥青等
六. 通用硅酸盐水泥的储存、运输与保管
1.一般储存条件下,水泥的保质期为________个月. 2.即使在良好储存条件下也不能储存过久,因为水泥会吸收空气中________和
试饼法 雷 氏 法
5. 强度等级—采用水泥胶砂法测定
水泥胶砂配合比：水泥:标准砂:水= 1:3:0.5 标准试件： 4040160mm,一组3块 振动成型： 在频率2800~3000次/min，振幅0.75mm振实台上成型，
振动时间120s 试件养护： 在20 C 1C，相对湿度不低于90%的雾室或养护箱中24h，
第一节.通用硅酸盐水泥
A. 技术标准
2008年6月1日国家实施《通用硅酸盐水泥》GB175—2007新国标。 我国已逐步淘汰了立窑工艺生产水泥，目前采用更环保、高效、节能的 旋窑（回转窑）工艺。
B. 生产方式
硅酸盐水泥熟料 + 混合材料 + 石膏 C. 生产过程 两磨一烧
磨细为成品
水泥净浆搅拌机
先加水：120-150ml; 再加水泥：500g（5-10s内） 搅拌：低速120s；停：15s
高速: 120s
标准稠度用水量 测定（代用法）
释放试杆30s 时读数： 调整水量法： 26～30mm 固定水量法： P＝33.4－
0.185S
3. 凝结时间—分初凝和终凝
初凝—水泥加水拌和到水泥浆开始失去可塑性所需的时间 终凝—水泥加水拌和到水泥浆完全失去可塑性，并开始具有强度
介质的温度、流速、压力等
水泥石的腐蚀是一个极为复杂的物理化学过程 水泥石的腐蚀很少仅是单一的侵蚀作用，而是几种侵蚀同时存在，互
相影响，共同作用。
合理选择水泥品种
提高耐腐蚀的措施 提高水泥石的密实度
做保护层—石料、玻璃、陶瓷、沥青等
六. 通用硅酸盐水泥的储存、运输与保管
1.一般储存条件下,水泥的保质期为________个月. 2.即使在良好储存条件下也不能储存过久,因为水泥会吸收空气中________和
试饼法 雷 氏 法
5. 强度等级—采用水泥胶砂法测定
水泥胶砂配合比：水泥:标准砂:水= 1:3:0.5 标准试件： 4040160mm,一组3块 振动成型： 在频率2800~3000次/min，振幅0.75mm振实台上成型，
振动时间120s 试件养护： 在20 C 1C，相对湿度不低于90%的雾室或养护箱中24h，
gb175-2007通用硅酸盐水泥标准
gb175-2007通用硅酸盐水泥标准第一章引言1.1 编写目的gb175-2007通用硅酸盐水泥标准的编写旨在规范和指导通用硅酸盐水泥的生产、质量控制、使用和检验，保障硅酸盐水泥行业的健康发展。
1.2 适用范围本标准适用于通用硅酸盐水泥的生产和使用，包括硅酸盐水泥的产品分类、质量要求、试验方法以及包装、运输和储存等方面的规定。
第二章术语和定义2.1 术语定义本章列举了通用硅酸盐水泥相关的术语和定义，包括硅酸盐水泥、标准砂浆、标准时效、品种等。
第三章产品分类与等级3.1 产品分类根据硅酸盐水泥的性质和用途，将其分为普通硅酸盐水泥、反应性硅酸盐水泥和低碱硅酸盐水泥等三类。
3.2 产品等级根据硅酸盐水泥的工艺性能和质量标准，将其分为合格、优质、特种等不同等级。
第四章质量要求4.1 外观质量硅酸盐水泥应具有均匀的灰色或土黄色，并且不得出现结块、凝块和其它明显的颗粒状物质。
4.2 物理性能硅酸盐水泥的物理性能包括比表面积、水泥凝结时间、压缩强度、硫酸盐钠膨胀率等指标，应符合相应的要求。
4.3 化学性能硅酸盐水泥应符合含水量、氧化物含量、无机酸含量等化学性能要求，保证其化学稳定性和无害性。
第五章试验方法5.1 检验项目本章详细介绍了硅酸盐水泥的检验项目，包括外观、比表面积、水泥凝结时间、压缩强度、硫酸盐钠膨胀率等多个方面的试验方法。
5.2 试验设备与试验条件硅酸盐水泥试验需要使用一系列设备和试验条件，本章对其进行了规定和说明。
第六章包装、运输和储存6.1 包装要求硅酸盐水泥的包装应符合国家的相关标准，确保产品在运输和储存过程中不受损坏。
6.2 运输要求硅酸盐水泥的运输应符合相关法规和标准，确保产品的质量和安全。
6.3 储存要求硅酸盐水泥的储存应在干燥、通风、无腐蚀性气体的条件下进行，防止产品受潮和质量变化。
第七章标志、质量证明和检验规则7.1 标志、标牌和标签硅酸盐水泥的包装、运输和销售过程中需标注相应的标志、标牌和标签，确保产品的追溯性和售后服务。
混凝土原材料检测题及答案
第三章混凝土原材料检测试题硅酸盐熟料矿物中水化热最高的是（）。
A.硅酸三钙B.铝酸三钙C.铁铝酸四钙D.硅酸二钙答案：B通用硅酸盐水泥按( )的品种和掺量分为硅酸盐水泥、普通硅酸盐水泥、矿渣硅酸盐水泥、火山灰质硅酸盐水泥、粉煤灰硅酸盐水泥和复合硅酸盐水泥。
A.混合材料B.硅酸盐熟料C.原材料D.原材料的矿物成份答案：A普通硅酸盐水泥的代号为( )A.P．IB.P.ⅡC.P．OD.P.P答案：C低碱普通硅酸盐水泥的碱含量应小于（）。
A.0.60%B.0.80%C.1.0%D.1.2 %答案：A水泥试验结果评定，说法不正确的是（）。
A.氧化镁、三氧化硫不合格，即可判为不合格,其他工程也不能使用B.初凝时间不合格，即可判为不合格,其他工程也不能使用C.细度、终凝时间、胶砂强度之一不合格，即可判为不合格,其他工程也不能使用D.安定性不合格，即可判为不合格,其他工程也不能使用答案：C下列对水泥的技术要求中，（）与《客运专线高性能混凝土暂行技术条件》中的规定不符。
A.80µm方孔筛筛余≤10.0%（普通硅酸盐水泥）B.碱含量≤0.80%C.游离氧化钙含量≤1.5%D.氧化镁含量≤5.0%答案：C检测水泥标准稠度用水量时，试杆距底板的距离为（）。
A.4～6mmB.5～7mmC.6～8mmD.7～9mm答案：B搅拌水泥胶砂时的加料顺序正确的是（）。
A.水泥、水、标准砂B.水、水泥、标准砂C.水泥、标准砂、水D.标准砂、水泥、水答案：C通用水泥进行胶砂强度检验时，现行标准规定水灰比为( )。
A.0.3B.0.4C.0.5D.0.6答案：C水泥抗折强度以一组三个棱柱体抗折结果的平均值作为试验结果。
当三个强度值中有超出平均值( )时，应剔除后再取平均值作为抗折强度试验结果。
A.±10%B.±12%C.±15%D. ±20%答案：A水泥胶砂强度抗压试验结果取值方法：如六个测定值中有一个超出六个平均值的（）。
硅酸盐水泥熟料的组成
（反应慢，常温下C3S呈介稳状态） 反应慢，常温下C 呈介稳状态）
熟料中C 并不以纯的形式存在， · 熟料中C3S并不以纯的形式存在，而是形成固溶 阿利特或A 体，称阿利特或A矿
2.形态 2.形态
固溶体反光显微镜下呈黑色多角形颗粒。 固溶体反光显微镜下呈黑色多角形颗粒。
3.水化特性 3.水化特性
◇定义 当配料不当，生料过粗或煅烧不良时， 当配料不当，生料过粗或煅烧不良时，熟料中出现没 有被吸收的以游离状态存在的氧化钙， 有被吸收的以游离状态存在的氧化钙，称为游离氧化 CaO），又称游离石灰。 ），又称游离石灰 钙（f－CaO），又称游离石灰。
◇特征 游离氧化钙在偏光显微镜下为无色圆形颗粒， 游离氧化钙在偏光显微镜下为无色圆形颗粒，有 明显解理。在反光镜下用蒸溜水浸蚀后呈彩虹色。 明显解理。在反光镜下用蒸溜水浸蚀后呈彩虹色。
C a O －C M gO － M P 2O 5－ P
SiO2－S Ai2O3－A F eO 3－ F N aO － N K 2O － K TiO2－T SO3－S CO2－C H 2O － H
本章内容
熟料的矿物组成； 1. 熟料的矿物组成； 熟料的率值； 2. 熟料的率值； 3. 熟料矿物组成的换算。 熟料矿物组成的换算。
少量： 游离氧化钙f-CaO、方镁石 少量： 游离氧化钙 、 含碱矿物 玻璃体 熔剂矿物
硅酸三钙和硅酸二钙合称硅酸盐矿物 ， 硅酸三钙和硅酸二钙合称 硅酸盐矿物， 约占 硅酸盐矿物 75%左右。 75%左右。 铝酸三钙和铁铝酸四钙合称熔剂矿物 ， 铝酸三钙和铁铝酸四钙合称 熔剂矿物， 约占 熔剂矿物 22%左右。 22%左右。 硅酸盐矿物和熔剂矿物总和约占95%左右。 硅酸盐矿物和熔剂矿物总和约占95%左右。 95
熟料中C 并不以纯的形式存在， · 熟料中C3S并不以纯的形式存在，而是形成固溶 阿利特或A 体，称阿利特或A矿
2.形态 2.形态
固溶体反光显微镜下呈黑色多角形颗粒。 固溶体反光显微镜下呈黑色多角形颗粒。
3.水化特性 3.水化特性
◇定义 当配料不当，生料过粗或煅烧不良时， 当配料不当，生料过粗或煅烧不良时，熟料中出现没 有被吸收的以游离状态存在的氧化钙， 有被吸收的以游离状态存在的氧化钙，称为游离氧化 CaO），又称游离石灰。 ），又称游离石灰 钙（f－CaO），又称游离石灰。
◇特征 游离氧化钙在偏光显微镜下为无色圆形颗粒， 游离氧化钙在偏光显微镜下为无色圆形颗粒，有 明显解理。在反光镜下用蒸溜水浸蚀后呈彩虹色。 明显解理。在反光镜下用蒸溜水浸蚀后呈彩虹色。
C a O －C M gO － M P 2O 5－ P
SiO2－S Ai2O3－A F eO 3－ F N aO － N K 2O － K TiO2－T SO3－S CO2－C H 2O － H
本章内容
熟料的矿物组成； 1. 熟料的矿物组成； 熟料的率值； 2. 熟料的率值； 3. 熟料矿物组成的换算。 熟料矿物组成的换算。
少量： 游离氧化钙f-CaO、方镁石 少量： 游离氧化钙 、 含碱矿物 玻璃体 熔剂矿物
硅酸三钙和硅酸二钙合称硅酸盐矿物 ， 硅酸三钙和硅酸二钙合称 硅酸盐矿物， 约占 硅酸盐矿物 75%左右。 75%左右。 铝酸三钙和铁铝酸四钙合称熔剂矿物 ， 铝酸三钙和铁铝酸四钙合称 熔剂矿物， 约占 熔剂矿物 22%左右。 22%左右。 硅酸盐矿物和熔剂矿物总和约占95%左右。 硅酸盐矿物和熔剂矿物总和约占95%左右。 95
第三章-水泥PPT课件
== 3 C3A. CS. H12 + 3C3A. CS. H12 + 4CH + 40H 5、综合水化特征
Cement + H2O —— C3A立即反应 C3S、C4AF迅速反应
.
17
C2S反应较慢 ——————————
开始水化 几分钟后即生成
AFt, C-S-H, CH, C4AH13 6、水化产物形态
其中C3S+C2S = 75%-82%。因此称之为硅酸盐水泥 熟料。
（二）化学组成 仍为CaO、 SiO2 、 Al2O3 、 Fe2O3
.
9
（三）杂质 1、游离CaO，f - CaO 类似于过火石灰 2 、 游离MgO，f - MgO 3 、 含碱矿物与玻璃体 含Na2O、K2O。
这三种杂质均对水泥不利。
其中， C3A. CS. H12 ：低硫型水化硫铝酸钙 AFm
.
16
4、C4AF 反应与C3A类似。 C4AF +22 H + 4CH== C4AH13 + C4FH13 C4AH13 + C4FH13 + 6CSH2 + 28H == C3A. 3CS. H32 + C3A. 3CS. H32 + 2CH C3A. 3CS. H32 + C3A. 3CS. H32 + 4 C4AH13
.
4
水泥概述
1、水泥定义
凡磨细成粉末状，与水混合后，经过物理、化 学反应，能由可塑性浆体变成坚硬石状物，既能在空 气中、又能在水中硬化，保持并增长强度的水硬性胶 凝材料。 1824年，英国人Joseph Aspdin发明。
作用通式： 水泥+水 水泥浆 石状物 水泥石 硬化水泥浆
Cement + H2O —— C3A立即反应 C3S、C4AF迅速反应
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17
C2S反应较慢 ——————————
开始水化 几分钟后即生成
AFt, C-S-H, CH, C4AH13 6、水化产物形态
其中C3S+C2S = 75%-82%。因此称之为硅酸盐水泥 熟料。
（二）化学组成 仍为CaO、 SiO2 、 Al2O3 、 Fe2O3
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9
（三）杂质 1、游离CaO，f - CaO 类似于过火石灰 2 、 游离MgO，f - MgO 3 、 含碱矿物与玻璃体 含Na2O、K2O。
这三种杂质均对水泥不利。
其中， C3A. CS. H12 ：低硫型水化硫铝酸钙 AFm
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4、C4AF 反应与C3A类似。 C4AF +22 H + 4CH== C4AH13 + C4FH13 C4AH13 + C4FH13 + 6CSH2 + 28H == C3A. 3CS. H32 + C3A. 3CS. H32 + 2CH C3A. 3CS. H32 + C3A. 3CS. H32 + 4 C4AH13
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水泥概述
1、水泥定义
凡磨细成粉末状，与水混合后，经过物理、化 学反应，能由可塑性浆体变成坚硬石状物，既能在空 气中、又能在水中硬化，保持并增长强度的水硬性胶 凝材料。 1824年，英国人Joseph Aspdin发明。
作用通式： 水泥+水 水泥浆 石状物 水泥石 硬化水泥浆
第3章 无机胶凝材料 选择题
第三章无机胶凝材料习题点评（选择题）（以下1~9题为单项选择题）1. 硅酸盐水泥石耐热性差，主要是因为水泥石中含有较多的（）。
A 水化铝酸钙B 水化铁酸钙C 氢氧化钙D 水化硅酸钙答案：C 硅酸盐水泥石中的氢氧化钙含量高，且易于被高温分解，造成水泥石破坏。
2. 高铝水泥严禁用于（）。
A. 蒸养混凝土 B 冬季施工 C 紧急抢修工程 D 有严重硫酸盐腐蚀的工程答案：A 蒸汽养护会加快高铝水泥石中的水化铝酸钙产生晶型转变，强度大幅度降低。
3. 地上水塔工程宜选用（）A 火山灰水泥B 矿渣水泥C 普通水泥D 粉煤灰水泥答案：C 在地面干燥状态下普通硅酸盐水泥的抗渗性更好；如果在地下潮湿环境下，选择火山灰水泥更为合适。
4. 硅酸盐水泥熟料中对强度贡献最大的是( )。
A C3A B. C3S C. C4AF． D. 石膏答案：B 硅酸三钙是硅酸盐水泥中最主要的孰料矿物，水化后生成水化硅酸钙凝胶及氢氧化钙晶体，是水泥石强度的主要来源。
5. 为了保持石灰的质量，应使石灰储存在( )。
A. 潮湿的空气中B. 干燥的环境中C. 水中D. 蒸汽的环境中答案：C 氢氧化钙易于与碳酸气反应生成没有活性的碳酸钙，当将其封闭在水中时，可以在更长时间内保存期质量。
干燥环境保存要差于水中保存。
6. 有硫酸盐腐蚀的混凝土工程应优先选用( )水泥。
A. 硅酸盐B. 普通硅酸盐C. 矿渣硅酸盐D. 高铝答案：C 硫酸盐腐蚀水泥石的机理是水泥石中的氢氧化钙与硫酸盐反应生成石膏，石膏继续与水泥石中的水化铝酸钙反应生成三硫型的水化硫铝酸钙，因体积膨胀1.5倍而导致水泥石膨胀破坏。
矿渣水泥石中氢氧化钙含量少，高铝水泥石中不含氢氧化钙，都有很好的抗硫酸盐腐蚀能力。
但高铝水泥不适合于混凝土结构工程，所以优选C。
7. 在生产水泥时必须掺入适量石膏是为了（）。
A. 延缓水泥凝结时间B. 提高水泥产量C. 防止水泥石产生腐蚀D. 提高强度答案：A 通用硅酸盐水泥中掺入适量石膏就是为了延缓水泥凝结时间，以保证适合的混凝土浇筑施工时间。
水泥
各种熟料矿物单独与水作用时的特性
矿物组成 硅酸三钙 硅酸二钙 铝酸三钙 铁铝酸四钙 水化速度 早期强度 后期强度 水化热 体积收缩 抗硫酸盐性 快 高 高 大 中 中 慢 低 高 最小 中 最好 最快 低 低 最大 最大 最差 较快 中 低 中 最小 好
三、水泥的水化、凝结硬化 水泥的水化、
水化(Hydration) (Hydration)： （一）水化(Hydration)： 与水发生化学反应的过程 S+6H→C 凝胶体）+3CH 晶体） CH（ 2C3S+6H→C3S2H3（凝胶体）+3CH（晶体） 2C2S+4H → C3S2H3 + CH 晶体，稳定产物） C3A +6H → C3AH6 （晶体，稳定产物） 晶体，不稳定产物） C4AH13（晶体，不稳定产物） CFH（凝胶体） C4AF+7H → C3AH6 + CFH（凝胶体）
五、水泥的腐蚀与防止
（一）引起腐蚀的原因 1、水泥石本身存在引起腐蚀的组分； 水泥石本身存在引起腐蚀的组分； 2、水泥石外部存在着侵蚀性介质； 水泥石外部存在着侵蚀性介质； 3、水泥石本身不密实。 水泥石本身不密实。
（二）腐蚀的种类
软水腐蚀： 1、软水腐蚀： 碳酸腐蚀： 2、碳酸腐蚀： CO2 + H2O + Ca(OH)2= CaCO3↓+ 2H2O CaCO3 + H2O + CO2 = Ca(HCO3)2 一般酸腐蚀： 3、一般酸腐蚀：H- + OH = H2O 盐类腐蚀： 4、盐类腐蚀： MgSO4+Ca(OH)2+2H2O = CaSO4 · 2H2O+Mg(OH)2↓ 强碱及其他介质腐蚀： 5、强碱及其他介质腐蚀：
水泥工艺学第三章水泥熟料的组成详解
2、特性
C2S在熟料中的含量为20%左右；凝结慢、水化较慢、水化 热小、早期强度低、 但28天强度发展快、一年的强度可赶上甚 至超过C3S、抗水性好。
三、中间相
定义： 填充在阿利特和贝利特之间的铝酸盐、铁酸盐、组成不 定的玻璃体和含碱化合物等统称为中间相。
（一）铝酸钙
1、形成 熟料中的铝酸钙为C3A，含量在7-15%，有时还出现C12A7。 纯的C3A是等轴晶系，熟料中的是单斜晶系。
（2）一次游离氧化钙
当熟料配料不当、生料过粗或煅烧不良时， 熟料中出现的还没有和酸性氧化物化合而残留的 CaO，即游离状态存在的CaO。这种氧化钙经较高 的温度煅烧而呈“死烧状态”，结构致密、晶体 较大，一般10-20µm,且包裹在熟料矿物中，遇水 水化很慢，固相体积膨胀97.9%，在已经硬化的水 泥浆体内部造成局部膨胀应力，导致水泥安定性 不良。应控制其含量，保证水泥质量。
2、特性
C3S在熟料中的含量为50%左右；凝结时间正常、早期强度高、 水化热大、28天和一年的强度在四种矿物中最高、抗水性差。
二、硅酸二钙 1、形成
2CaO + SiO2 2CaO·SiO2
C2S有四种晶型，在1450℃ 以下会发生晶型转变。
α
α
，
β
γ
其中α 、 α ， 、β 晶型不稳定，但有活性和水硬性 ，γ 型晶型稳定，但没有活性和水硬性，体积会发生膨胀易粉化， 强度较低。 熟料中的C2S 也不是纯的，是C2S和一些氧化物形成的固溶 体，称为B矿或贝利特矿。
硅酸盐矿物， 占75%左右
熔剂矿物，
铁铝酸四钙(%左右
另外熟料中还有少量的游离氧化钙（f-CaO）、方镁 石、含碱矿物（R02）以及玻璃体等。
《土木工程材料(第3版)》教学课件第3章 水泥
反应较快，水化放热量大，生成水化硅酸钙及氢氧化钙。
3CaO．SiO2＋nH2O→ xCaO．SiO2 . yH2O ＋（3-x）Ca(OH)2
硅酸三钙
水化硅酸钙
氢氧化钙
水化硅酸钙几乎不溶于水，立即以胶体微粒析出，并逐步凝聚称为 凝胶。氢氧化钙呈六方晶体，易溶于水。
②硅酸二钙（C2S) 硅酸二钙与水作用时，反应较慢，水化放热较小，生成水化硅酸
②石膏掺量 一般由生产厂家根据水泥中铝酸三钙的含量和石膏 中三氧化硫的含量，通过试验调整。
③水泥细度 水泥颗粒越细，总表面积越大，与水接触的面积也 越大，水化速度快，凝结硬化速度快。反之则慢。
④养护条件（温度、湿度） 温度对水泥的凝结硬化有显著影响， 提高温度可加速水化反应，使早期强度较快发展，但后期强度可 能有所降低。当温度降至负温时，水化反应停止，由于水分冻结， 导致水泥石冻裂，结构产生破坏。
3.1 硅酸盐水泥
硅酸盐水泥生产的主要工艺流程：
石灰石
石膏
黏土
按比例
生料
混合磨细
煅烧
约1450℃
熟料
辅助原料
混合材
磨细 水泥
生产过程主要分为制备生料、煅烧熟料、粉磨水泥3个 阶段。
石灰质原料和黏土质原料按比例配合，为改善煅烧反 应过程，常常加入适量的铁矿石和矿化剂。将配合好的原 材料在磨机中磨成生料，然后将生料入窰煅烧即得熟料， 熟料中加入适量的石膏（和混合材料）在磨机中磨成细粉， 即得水泥。此过程可概括为“两磨一烧”。
土木工程材料
第三章 水泥
▪ 3.1硅酸盐系水泥 ▪ 3.2其他品种水泥
3.1 硅酸盐系水泥
硅酸盐系水泥是以硅酸钙为主要成分的水泥熟料、一定量 的混合材料和适量石膏，共同磨细而成。
3CaO．SiO2＋nH2O→ xCaO．SiO2 . yH2O ＋（3-x）Ca(OH)2
硅酸三钙
水化硅酸钙
氢氧化钙
水化硅酸钙几乎不溶于水，立即以胶体微粒析出，并逐步凝聚称为 凝胶。氢氧化钙呈六方晶体，易溶于水。
②硅酸二钙（C2S) 硅酸二钙与水作用时，反应较慢，水化放热较小，生成水化硅酸
②石膏掺量 一般由生产厂家根据水泥中铝酸三钙的含量和石膏 中三氧化硫的含量，通过试验调整。
③水泥细度 水泥颗粒越细，总表面积越大，与水接触的面积也 越大，水化速度快，凝结硬化速度快。反之则慢。
④养护条件（温度、湿度） 温度对水泥的凝结硬化有显著影响， 提高温度可加速水化反应，使早期强度较快发展，但后期强度可 能有所降低。当温度降至负温时，水化反应停止，由于水分冻结， 导致水泥石冻裂，结构产生破坏。
3.1 硅酸盐水泥
硅酸盐水泥生产的主要工艺流程：
石灰石
石膏
黏土
按比例
生料
混合磨细
煅烧
约1450℃
熟料
辅助原料
混合材
磨细 水泥
生产过程主要分为制备生料、煅烧熟料、粉磨水泥3个 阶段。
石灰质原料和黏土质原料按比例配合，为改善煅烧反 应过程，常常加入适量的铁矿石和矿化剂。将配合好的原 材料在磨机中磨成生料，然后将生料入窰煅烧即得熟料， 熟料中加入适量的石膏（和混合材料）在磨机中磨成细粉， 即得水泥。此过程可概括为“两磨一烧”。
土木工程材料
第三章 水泥
▪ 3.1硅酸盐系水泥 ▪ 3.2其他品种水泥
3.1 硅酸盐系水泥
硅酸盐系水泥是以硅酸钙为主要成分的水泥熟料、一定量 的混合材料和适量石膏，共同磨细而成。
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3.77
少量矿物：游离氧化钙和游离氧化镁及碱
3.1.2硅酸盐水泥的水化、凝结和硬化
1. 水化 水化反应 单矿物水化特点 石膏作用原理
2. 凝结与硬化 何为凝结硬化？ 凝结硬化过程
3.影响水化、凝结与硬化的因素
水化反应
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。
C-S-H
水泥浆中的固体相
• 水泥石中有四种主要固体相
➢硅酸钙水化物 ➢氢氧化钙 ➢硫铝酸钙水化物 ➢未水化的水泥颗粒
水泥浆中的固体相
（1）硅酸钙水化物硅 Calcium Silicate Hydrate
➢ 缩写: C-S-H 酸 C-S-H形貌
➢ 体积含量: 占水钙泥石体积的50~60 %。
➢ 主要特性:
C3AH6为立方晶体
含铁、铝相的水化
3 Ca A 2 O O 3 l6 H 2 O 3 (Ca 42 H S 2 O O ) 1H 9 2 O 3 Ca A 2 O O 3 l3 Ca 43S H 1 2 O O 3 CA a2 O 3 O l3 C4 a 3H S 高2 1 O 硫 O 型2 (2 水C 化硫A a 铝2 O 酸3 O l6 钙H 2 O ) 3 (3 CA a2 O 3 O lC4 a 1H S 2 钙2 O ) 矾O 石，AFt
低硫型水化硫铝酸钙 AFm
含铁、铝相的水化
单矿物水化特点
矿物种类 硅酸三钙 硅酸二钙 铝酸三钙 铁铝酸四钙
缩写 含量（%） 水化速度
水化热 强度
抗腐蚀性 收缩
C3S 37-60
快 多 高 好 中
C2S 15-37
慢 少
早低后高
好 较大
C3A 7-15 最快 最多 低 差 大
C4AF 10-18
快 较多
➢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。
2. 凝结与硬化
何为凝结？ 水泥加水拌合后形成具有一定流动性和可塑性的浆体，随
• 空隙 Air Voids
➢ 夹杂的空气泡: ~ 3 mm
➢ 引入的空气泡: 50 ～200 m
➢ 对强度和抗渗性非常有害
水泥石的孔水水结泥泥石构石中模中孔型孔分分布布与与水水中的水
• 水蒸气
大的孔隙部分被水填充，剩余空间是与环境温、湿度和压力平衡的水 蒸气。
硅酸盐水泥的历史
• 埃及时代 煅烧石膏—金字塔 • 希腊与罗马人 发明了煅烧石灰石—快硬石灰—砖石结构砂浆 • 希腊与罗马人 黏土获泥土、石灰与砂—胶凝材料 • 罗马人 用火山灰、石灰与砂—水硬性胶凝材料—混凝土、砌
块 • 中世纪，该项技术失传，到11世纪建材低到最低点 • 14世纪后期，石灰技术和火山灰利用再次升起 • 1759~1759年, 英国人John Smeaton将石灰与火山灰混合—胶凝
材料； • 法国的Lesage 和Vicat，英国的Frost 和Parke，煅烧石灰与粘
土混合物—水泥 • 1824年，英国的砖瓦匠Joseph Aspdin发明了现代生产硅酸盐
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
3.1硅酸盐水泥
生产
定义
硅酸盐 水泥
着水化的不断进行，水分的不断蒸发，起润滑作用的自由水 分逐渐减少，水泥浆逐渐变稠失去可塑性的过程。有初凝和 终凝之分。
何为硬化？ 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。
水泥的硬化机理
+ cement
water
基本假设
paste
溶解沉淀反应理论 就地反应理论(局部反应理论)
➢ 形貌：
片 状
大片状晶体的堆积体。
（3）水化硫铝酸钙Calcium Sulfoaluminate Hydrates
➢ 缩写：Aft、水Afm泥浆中体的典钙钒石
➢ 含量：
的型 形
Afm
占水泥石体积的 15 ～ 2貌0 %。
➢ 组成特点：
六 方
➢ 开始时，形成三硫型硫铝酸钙片——钙钒石 ettringite(Aft)
水泥石中的孔隙
• C-S-H凝胶中的层间孔隙——凝胶孔 gel pores
➢ 尺寸 = 5 ～ 25 Å
黑色代表孔隙
➢ 含量：约占C-S-H凝胶的28%
➢ 对强度和抗渗性无害，对干缩和徐变有一定影响
• 毛细孔 Capillary Voids
➢ 尺寸＞50 nm ，与水灰比有关
➢ 对强度和抗渗性有害，对干缩和徐变有重大影响
凝结硬化过程示意图
（a）分散在水中未水化的水泥
颗粒 （b）在水泥颗粒表面形成水化 物膜层 （c）膜层长大并互相连接（凝 结） （d）水化物进一步发展，填充 毛细孔(硬化)
1—水泥颗粒 2—水分
3—凝胶
4—晶体
5—水泥颗粒的未水化内核
6—毛细孔
凝结硬化过程
硬化水泥浆体—水泥石的组成与结构
• 水泥石的组成
颗粒表面离子的水化和水解
初始反应期
凝结硬化过程
初始的水解和水化，约持续5~10分钟。
潜伏期 凝结期 硬化期
流动性可塑性好凝胶体膜层围绕水泥颗粒生长，1h。
凝胶膜破裂、水化产物长大并连接，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。
3.1.1.2 水泥熟料矿物组成
水泥颗粒显微外貌
名称
矿物成分 简称 含量 密度 （%） （g/cm3）
硅酸三钙 3CaO·SiO2 C3S 37-60 3.25
硅酸二钙 2CaO•SiO2 C2S 15-37 3.28
铝酸三钙 3CaO•Al2O3 C3A 7-15 3.04
铁铝酸四钙 4CaO•Al2O3 C4AF 10-18 •Fe2O3
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
( 2 ) Ca(OH)2——羟钙石(portlandite)
➢ 缩写：CH 的 生
➢ 体积含量: 羟 长
➢占特水征泥：石体积钙石晶氢氧的在水泥20 ～25 %； ➢表组面成积特较点小：、体化钙晶次石孔隙价键力弱 耐久性和强度。 ➢ 结组六构成方特确片点定状：—晶— 体体形貌，C中的六方a与(O天H然)2。羟钙石Portlandite 相似。
水化硅酸钙凝胶
2C3S + 6H2O == C-S-H + 3Ca(OH)2 水化速度快，早强 2C2S + 4H2O == C-S-H + Ca(OH)2 水化速度慢，后强 C3A + 6H2O == 3CaOAl2O36H2O 立方板状结晶 水化速度最快；
闪凝
2C4AF + 7H2O == 3CaOAl2O3 6H2O + CaOFe2O3H2O
• 毛细孔水—毛细孔和 大的凝胶孔中的水
➢ 孔径＞50nm的孔隙中的水—自由水 ➢ 孔径＜50nm的孔隙中的水—毛细张力水
➢ 固相—水泥水化物与未水化的水泥颗粒
胶体相：水化硅酸钙C-S-H凝胶和铁相凝胶等； 晶体相：硫铝酸钙水化物、水化铝酸钙与氢氧化钙晶体等；
➢ 气相—各种尺寸的孔隙与空隙
凝胶孔 毛细孔 工艺空隙
➢ 液相—水或孔溶液
自由水 吸附水 凝胶水
• 水泥石的组成随水泥水化度而变
硬化水泥浆体—水泥石的微观结构
• 水泥浆体凝结硬化后形成的固体称为水泥石
溶液中的反应
• 机理：溶解 扩散 沉淀
离子在水
中的扩散
C3S
水化产 物成核
表面离子水化弱化晶体中的 化学键，增加pH值
CSH析出、凝聚、脱 水离开水相，形成凝 胶，CH结晶生长
表面局部反应
• 机理：颗粒表面水化物层的形成与扩散
水化物层在固－液界面 上形成，并不断增厚
Ca(OH)2的成核和生长
C-S-H的成核
寸为1m；
颗粒内核相互聚集形成连续固体颗粒堆聚结构，
• “C”代表没有被水化大物小填不等的凝胶孔和毛细孔分布其中。
充，原来由水占据的毛细孔
隙或空隙，尺寸在10nm~ m 。
未水化水泥颗粒 氢 氧 化 钙
单硫型硫 铝酸盐
背 散 射 扫 描 电 镜 照 片
C-S-H
水泥浆扫描电镜照片(7d龄期)
钙矾石
腐蚀与防 止
矿物组成 和特性
特性应用
技术标准
何为硅酸盐水泥？
Mixing materials
Raw materials
Clinker
Portland Cement
Gypsum
• 凡由硅酸盐水泥熟料、0～5%石灰或 熟化高炉矿渣、适量石膏共同磨细制 的水硬性胶凝材料。
• 硅酸盐水泥代号PⅠ、PⅡ • PⅠ表示不掺混合材料的硅酸盐水泥 • PⅡ表示混合材料掺量不超过5%的硅
立方板状结晶 水化速度适中
硅酸钙（C3S、C2S）的水化
3CaO·SiO2+nH2O=xCaO·SiO2·yH2O+ (3-x)Ca(OH)2
2CaO·SiO2+nH2O=xCaO·SiO2·yH2O+( 2-x)Ca(OH)2
特别说明（仅作了解） 水化硅酸钙凝胶一般表示为C-S-H 氢氧化钙简写为CH 产物形貌： CH为六方板状晶体。
低 极好
小
例题
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。