水泥基础常识[资料
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颗粒继续水化，水化产物交叉连接，充填 毛细孔、密实浆体，强度不断提高
(三)硅酸盐水泥的水化、凝结与硬化
• 石膏的作用 C3A + CaSO4.2H2O + H2O 3CaO.Al2O3.3CaSO4.32H2O (AFt)
当石膏耗尽后
C3A + AFt
AFm
(3CaO.Al2O3.CaSO4.12H2O
铁矿粉
(1350-1450oC)
（一）水泥的化学成分和矿物组成
2. 水泥熟料的化学成分和矿物组成
组成 CaO SiO2 Al2O3 Fe2O3 MgO 含量% 62-67 20-24 4-7 3-5
矿物 C3S C2S C3A C4AF 含量% 37-60 15-37 7-15 10-18
（一）水泥的化学成分和矿物组成
3. 硅酸盐系列水泥的组成与矿物组成 除了熟料，尚与混合材、石膏等有关
(二)水泥熟料的水化
1. 硅酸盐 3CaO.SiO2 + H2O xCaO.ySiO2 .n H2O 2CaO.SiO2 + H2O xCaO.ySiO2 .n H2O
x、y、n值与水化条件(温度、水灰比、 石灰浓度等)有关
(二)水泥熟料的水化
水灰合渣煤山通酸
泥 石 硅 硅 灰 灰 硅、盐
硅酸酸硅硅酸水
酸盐盐酸酸盐泥
盐水水盐盐水
水泥泥水水泥
泥
泥泥
一、概述
• 水泥产量
我国水泥产量
年产量(亿吨)
25
22.1
24 25 25
20
20
17 18
22.5
15
16.5
13.9
10.6 13.5
10
8.2
11.2
6.5
9.6
5
5.1
7.6
3.6
12 0.0286
(三)硅酸盐水泥的水化、凝结与硬化
I
II
放 热 速 率
水泥水化五阶段
III
IV
V
度 2 浓
饱和
Ca +
初凝
终凝
时间
I---起始期；II---诱导期； III---加速期； IV---减速期； V---稳定期
几点说明
• 水泥水化起始期大约需要4-5分钟，主要生成AFt， 大量放热，C3S也开始水化
• 在诱导期，AFt针状晶体包裹在C3A表面，C3S继 续水化，凝胶物增多，此阶段大约持续40min-2h
• 在加速期，CH浓度过饱和，开始结晶 • 在减速期，C3S与水的反应逐渐受扩散速率控制 • 在稳定期，水泥的水化完全受扩散速率控制
(四)几种水泥矿物成分的水化特性
C3S
C2S
C3A
C4AF
水 化 速 水 化 速 水化速度 水 化 速 度
并破坏着生态平衡 • 散装率亟待提高。
二、硅酸盐水泥的水化硬化机理
• 化学成分和矿物组成 • 水泥熟料矿物的水化 • 硅酸盐水泥的水化、凝结和硬化 • 几种矿物组成的水化特性 • 影响水泥正常凝结硬化速率的因素
（一）水泥的化学成分和矿物组成
1. 水泥熟料的烧成
石灰石
粘土（页岩） 混合磨细 煅烧 冷却
• C2S的水化约需80小时才能达到加速期，而C3S诱 导期只有3-4小时
• C2S反应层厚度随时间的增长很慢，在硬化四年 的浆体中，还有15%的未水化C2S
龄期 C3S C2S
不同时期的水化百分数 (%) 1d 3d 7d 1个月 3个月 15-55 35-60 40-70
/ <<20 8-25 11-50 20-75
• f-CaO由于a)死烧；b)被其它矿物包裹； c)与SiO2共存等原因，水化很慢
• 方镁石水化更慢
(三)硅酸盐水泥的水化、凝结与硬化
• 水化----水泥矿物遇水后由无水状态变成 含有结合水的状态
• 凝结----水泥浆失去流动性 • 硬化----水泥浆彻底失去塑性，建立网状
结构，并且有一定机械强度 • 强度发展----水泥浆硬化后，未水化水泥
2. C3A 当CaO浓度>0.33g/l时
C3A + H2O源自文库
C3AH6
当CaO浓度>1.08g/l时(饱和)
C3A + H2O
C4AH13
• C3A的水化产物受CaO、 Al2O3浓度和温 度的影响很大
(二)水泥熟料的水化
3. C4AF C4AF + H2O
C3AH6 + CFH
4. f-CaO和方镁石
5.9 4.1
0 00.0066 1892 1952 1985 1995 2000 2002 2004 2006 2008
年份
1892年，唐山细棉厂
我国水泥技术
小
湿
立
法
窑
回
转
窑
窑日 新产 型二 干千 法吨
熟 料 预 分 解
窑日 新产 型五 干千 法吨
熟 料 预 分 解
我国水泥技术
2005年底 新型干法生产线生产的水泥已占水泥总产量的45%
我国水泥工业技术
散装率(%)
50
45
40
35
33.47
29.49
30 25
全国水泥散装24.率27 达45.82% 21.84
20 19.06
15
10
5
0
2000 2001 2002 2003 2004
年份
36.61
2005
39.13
2006
43.3
2007
45.82
2008
我国水泥工业危机
• 每等年 有排 害出 气体CO2约12亿吨，同时还要排放SO3、NOx • 是气候变暖、酸雨等灾害的直接责任者之一 • 每年向大气中排放粉尘约1500万吨 • 为--减脱少硫S渣O3的排放采取脱硫工艺又产生新的废渣• 耗煤、耗电大户 • 石灰石的大量开采已导致地球矿产资源的匮乏，
一、概述
• 水泥品种 一般用途水泥（硅酸盐系列水泥） 特种用途水泥（中热水泥、低热水泥、
膨胀水泥、快硬早强水泥、耐火水泥等） 专用水泥（白色水泥、油井水泥、型
砂水泥等）
硅酸盐系列水泥
• (P.I P.II)
• (P.O)
• (P.P)
• (P.F)
• (P.S)
• (P.C)
• (P.L)
•
白石复矿粉火普硅
水化热
• 2C3S + 6H2O
C3S2H3 + 3CH
H = 500 J/g
• 2C2S + 4H2O
C3S2H3 + CH
H = 225 J/g
• C3A + 3CaSO4 + 26H2O H = 1350 J/g
C3A.3CS.H32
(五)影响水泥正常凝结硬化速率的因素
度较快,水化 度较慢, 水化 最 快 , 水 化 热 仅次于 C3A, 水
热高,强度最 热最低, 早强 最 高 , 强 度 发 化 热及强 度中
高,决定水泥 低, 后强增长 展 很 快 , 但 强 等,含量高时对
标号
较快
度 不高, 体积 抗折强度有利
收缩大,含量
高则水泥抗硫
酸盐性差
C2S与C3S的比较
(三)硅酸盐水泥的水化、凝结与硬化
• 石膏的作用 C3A + CaSO4.2H2O + H2O 3CaO.Al2O3.3CaSO4.32H2O (AFt)
当石膏耗尽后
C3A + AFt
AFm
(3CaO.Al2O3.CaSO4.12H2O
铁矿粉
(1350-1450oC)
（一）水泥的化学成分和矿物组成
2. 水泥熟料的化学成分和矿物组成
组成 CaO SiO2 Al2O3 Fe2O3 MgO 含量% 62-67 20-24 4-7 3-5
矿物 C3S C2S C3A C4AF 含量% 37-60 15-37 7-15 10-18
（一）水泥的化学成分和矿物组成
3. 硅酸盐系列水泥的组成与矿物组成 除了熟料，尚与混合材、石膏等有关
(二)水泥熟料的水化
1. 硅酸盐 3CaO.SiO2 + H2O xCaO.ySiO2 .n H2O 2CaO.SiO2 + H2O xCaO.ySiO2 .n H2O
x、y、n值与水化条件(温度、水灰比、 石灰浓度等)有关
(二)水泥熟料的水化
水灰合渣煤山通酸
泥 石 硅 硅 灰 灰 硅、盐
硅酸酸硅硅酸水
酸盐盐酸酸盐泥
盐水水盐盐水
水泥泥水水泥
泥
泥泥
一、概述
• 水泥产量
我国水泥产量
年产量(亿吨)
25
22.1
24 25 25
20
20
17 18
22.5
15
16.5
13.9
10.6 13.5
10
8.2
11.2
6.5
9.6
5
5.1
7.6
3.6
12 0.0286
(三)硅酸盐水泥的水化、凝结与硬化
I
II
放 热 速 率
水泥水化五阶段
III
IV
V
度 2 浓
饱和
Ca +
初凝
终凝
时间
I---起始期；II---诱导期； III---加速期； IV---减速期； V---稳定期
几点说明
• 水泥水化起始期大约需要4-5分钟，主要生成AFt， 大量放热，C3S也开始水化
• 在诱导期，AFt针状晶体包裹在C3A表面，C3S继 续水化，凝胶物增多，此阶段大约持续40min-2h
• 在加速期，CH浓度过饱和，开始结晶 • 在减速期，C3S与水的反应逐渐受扩散速率控制 • 在稳定期，水泥的水化完全受扩散速率控制
(四)几种水泥矿物成分的水化特性
C3S
C2S
C3A
C4AF
水 化 速 水 化 速 水化速度 水 化 速 度
并破坏着生态平衡 • 散装率亟待提高。
二、硅酸盐水泥的水化硬化机理
• 化学成分和矿物组成 • 水泥熟料矿物的水化 • 硅酸盐水泥的水化、凝结和硬化 • 几种矿物组成的水化特性 • 影响水泥正常凝结硬化速率的因素
（一）水泥的化学成分和矿物组成
1. 水泥熟料的烧成
石灰石
粘土（页岩） 混合磨细 煅烧 冷却
• C2S的水化约需80小时才能达到加速期，而C3S诱 导期只有3-4小时
• C2S反应层厚度随时间的增长很慢，在硬化四年 的浆体中，还有15%的未水化C2S
龄期 C3S C2S
不同时期的水化百分数 (%) 1d 3d 7d 1个月 3个月 15-55 35-60 40-70
/ <<20 8-25 11-50 20-75
• f-CaO由于a)死烧；b)被其它矿物包裹； c)与SiO2共存等原因，水化很慢
• 方镁石水化更慢
(三)硅酸盐水泥的水化、凝结与硬化
• 水化----水泥矿物遇水后由无水状态变成 含有结合水的状态
• 凝结----水泥浆失去流动性 • 硬化----水泥浆彻底失去塑性，建立网状
结构，并且有一定机械强度 • 强度发展----水泥浆硬化后，未水化水泥
2. C3A 当CaO浓度>0.33g/l时
C3A + H2O源自文库
C3AH6
当CaO浓度>1.08g/l时(饱和)
C3A + H2O
C4AH13
• C3A的水化产物受CaO、 Al2O3浓度和温 度的影响很大
(二)水泥熟料的水化
3. C4AF C4AF + H2O
C3AH6 + CFH
4. f-CaO和方镁石
5.9 4.1
0 00.0066 1892 1952 1985 1995 2000 2002 2004 2006 2008
年份
1892年，唐山细棉厂
我国水泥技术
小
湿
立
法
窑
回
转
窑
窑日 新产 型二 干千 法吨
熟 料 预 分 解
窑日 新产 型五 干千 法吨
熟 料 预 分 解
我国水泥技术
2005年底 新型干法生产线生产的水泥已占水泥总产量的45%
我国水泥工业技术
散装率(%)
50
45
40
35
33.47
29.49
30 25
全国水泥散装24.率27 达45.82% 21.84
20 19.06
15
10
5
0
2000 2001 2002 2003 2004
年份
36.61
2005
39.13
2006
43.3
2007
45.82
2008
我国水泥工业危机
• 每等年 有排 害出 气体CO2约12亿吨，同时还要排放SO3、NOx • 是气候变暖、酸雨等灾害的直接责任者之一 • 每年向大气中排放粉尘约1500万吨 • 为--减脱少硫S渣O3的排放采取脱硫工艺又产生新的废渣• 耗煤、耗电大户 • 石灰石的大量开采已导致地球矿产资源的匮乏，
一、概述
• 水泥品种 一般用途水泥（硅酸盐系列水泥） 特种用途水泥（中热水泥、低热水泥、
膨胀水泥、快硬早强水泥、耐火水泥等） 专用水泥（白色水泥、油井水泥、型
砂水泥等）
硅酸盐系列水泥
• (P.I P.II)
• (P.O)
• (P.P)
• (P.F)
• (P.S)
• (P.C)
• (P.L)
•
白石复矿粉火普硅
水化热
• 2C3S + 6H2O
C3S2H3 + 3CH
H = 500 J/g
• 2C2S + 4H2O
C3S2H3 + CH
H = 225 J/g
• C3A + 3CaSO4 + 26H2O H = 1350 J/g
C3A.3CS.H32
(五)影响水泥正常凝结硬化速率的因素
度较快,水化 度较慢, 水化 最 快 , 水 化 热 仅次于 C3A, 水
热高,强度最 热最低, 早强 最 高 , 强 度 发 化 热及强 度中
高,决定水泥 低, 后强增长 展 很 快 , 但 强 等,含量高时对
标号
较快
度 不高, 体积 抗折强度有利
收缩大,含量
高则水泥抗硫
酸盐性差
C2S与C3S的比较