建筑材料第三章 水泥

三、硅酸盐水泥的凝结和硬化
熟料矿物的水化反应
硅酸三钙
2（3CaO· SiO2）＋6H2O == 3CaO· 2SiO2· 3H2O＋3Ca（OH）2
硅酸二钙
2（2CaO· SiO2）＋4H2O == 3CaO· 3H2O＋Ca（OH）2 2SiO2·
铝酸三钙
3CaO· Al2O3＋H2O == 3CaO· Al2O3· 6H2O 3CaO· Al2O3· 6H2O＋3（CaSO4· 2H2O）＋19H2O == 3CaO· Al2O3· 3CaSO4· 31H2O
强
度
高
较高
低
最高
水 化 热
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。
三、硅酸盐水泥的凝结和硬化
凝结硬化的概念
凝结：水泥加水拌合而成的浆体，经过一系列物理 化学变化，浆体逐渐变稠失去可塑性而成为水泥石 的过程；
硬化：水泥石强度逐渐发展的过程称为硬化。
水泥的凝结过程和硬化过程是连续进行的。凝结过 程较短暂，一般几个小时即可完成；硬化过程是一 个长期的过程，在一定温度和湿度下可持续几十年。
氟铝酸盐水泥等
石灰火山灰水泥、石膏矿渣水泥、低 热钢渣矿渣水泥等
§3－1 硅酸盐水泥
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、石灰华等。 • 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）。
一、硅酸盐水泥的原材料和生产工艺
硅酸盐水泥的生产工艺——―两磨一烧”工艺
石灰石
按比例混合
石 膏
磨细
粘 土 铁矿粉
生 料
1350℃～ 1450℃
水泥中氧化镁含量不宜超过5.0％。如果水泥经压蒸法检验安定 性合格，则水泥中氧化镁含量可放宽至6.0％
三氧化硫
碱含量
3.5％
水泥中碱含量按Na2O＋0.658K2O计算值来表示。若使用活性集 料，用户要求提供低碱水泥时，水泥中碱含量不得大于0.60％或 由供需双方商定
铁铝酸四钙
4CaO· Al2O3· Fe2O3＋7H2O == 3CaO· Al2O3· 6H2O＋CaO· Fe2O3· H2O
三、硅酸盐水泥的凝结和硬化
熟料矿物的水化反应过程
水化初期
• 熟料矿物与水反应的速度较快，使水化产物不断地从液相 中析出并聚集在水泥颗粒表面，形成以水化硅酸钙凝胶为 主体的凝胶薄膜，大约在1h左右即在凝胶薄膜外侧及液相 中形成粗短的针状钙矾石晶体。
水泥的分类
按性能和用途分
硅酸盐水泥 普通硅酸盐水泥 矿渣硅酸盐水泥
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
水泥的分类
按主要水硬性物质分
水泥种类 硅酸盐水泥 铝酸盐水泥 主要水硬性物质 硅酸钙 铝酸钙 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。
水化中期
• 以水化硅酸钙（C－S－H）和氢氧化钙的快速形成为特征。
水化后期
• 由于新生成的水化产物的压力，水泥颗粒薄膜的凝胶薄膜 破裂，使水进入未水化水泥颗粒的表面，水化反应继续进 行。水化产物之间互相交叉连生，不断密实，固体之间的 空隙不断减小，网状结构不断加强，结构逐渐紧密。
三、硅酸盐水泥的凝结和硬化
C——孔隙（毛细孔、凝胶孔、气孔 等）；
D——未水化的水泥颗粒
四、硅酸盐水泥的主要技术性质
1.密度、堆积密度和各成分含量
技术性质 密度，kg/m3 堆积密度，kg/m3 质 量 标 准 3100～3200 1300～1600
不溶物 烧失量
氧化镁
Ⅰ型：不溶物不得超过0.75％；Ⅱ型：不溶物不得超过1.50％ Ⅰ型：烧失量不得大于3.0％；Ⅱ型：烧失量不得大于3.5％
第三章 水
泥
四川建筑职业技术学院 材料教研室
水泥的特点和适用范围
水泥的特点
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。
硫铝酸盐水泥
铁铝酸盐水泥
无水硫铝酸钙 硅酸二钙
铁相、无水硫铝酸 钙、硅酸二钙
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
有自应力铁铝酸盐水泥、膨胀铁铝酸 盐水泥、快硬铁铝酸盐水泥等
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
氟铝酸钙、硅酸二 钙
活性二氧化硅 活性氧化铝
煅烧
熟 料
混合材料
硅酸盐水泥
磨细
生产水泥的方法主要有干法立窑生产和湿法回转窑 生产两种 ；
硅酸盐水泥分为：Ⅰ型硅酸盐水泥（不掺混合材料） 和Ⅱ型硅酸盐水泥（掺不超过5%混合材料）。
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
A B C D
A——凝胶体（C－S－H凝胶，水化硅 酸钙凝胶）；
水泥石的结构
水泥石主要由凝胶体、晶 体、孔隙、水、空气和未 水化的水泥颗粒等组成， 存在固相、液相和气相。 因此硬化后的水泥石是一 种多相多孔体系。
水泥石的结构（水化产物 的种类及相对含量、孔的 结构）对其性能影响最大。
B——晶体（氢氧化钙、水化铝酸钙、 水化硫铝酸钙）；
4wk.baidu.comaO•Al2O3•Fe2O3，C4AF
水泥熟料矿物
铁铝酸四钙
游离氧化钙和氧化镁 碱类及杂质
f－CaO和f－MgO 化学式及简写
二、熟料的矿物组成及其特性
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 硅酸三钙 37～67 快 硅酸二钙 15～30 慢 早期低， 后期高 低 铝酸三钙 7～15 最快 铁铝酸四钙 10～18 快 低（含量多时对 抗折强度有利） 中