第三章 水硬性胶凝材料(水泥)
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C3A的水化： 3CaO Al2O3 6H 2O 3CaO Al2O3 6H 2O
反应迅速，产生急凝，或闪凝。
加入石膏：
3CaO Al2O3 6H2O （3 CaSO4 H2O）19H2O 3CaO Al2O3 3CaSO4 31H2O
高硫形水化硫铝酸钙
2.水泥是各种混凝土的最基本的组成材料，广泛用于建筑、道 路、水利和国防工程中，素有“建筑业的粮食”之称。
年度 产量（亿吨）
1991 年
2.52
我国近年水泥产量一览表
2000 2001 2002 2003
年
年
年
年
5.97 6.26 7.25 8.63
2004 年
9.7
2005 年
10.64
3.水泥发明于1824年。由于它具有与英国波特兰城建筑岩石 相似的颜色，故称之为波特兰水泥（我国称为硅酸盐水泥） ，首先取得这项专利技术权的是英国的J·Aspdin。
－
P·S·A ≥50且＜80 ＞20且≤50
－
矿渣硅酸盐水泥
P·S·B ≥30且＜50 ＞50且≤70
－
－
－
－
－
火山灰质硅酸盐水泥 P·P
≥60且＜80
－
＞20且 ≤40
－
－
粉煤灰硅酸盐水
P·F
≥60且＜80
－
－
＞20且 ≤40
－
复合硅酸盐水泥
P·C
≥50且＜80
＞20且≤50
二、常用水泥的水化、凝结、硬化
土木工程材料 水泥
3.水泥
3.1 常用水泥（通用硅酸盐水泥） 3.2 其它品种水泥
3.1 常用水泥（通用硅酸盐水泥）
概述 常用水泥的生产 常用水泥的水化、凝结、硬化 影响常用水泥性能的因素 常用水泥的技术要求 常用水泥的品种及特性 常用水泥的的选用
概述
1. 按《水泥的命名、定义和术语》（GB/T 4131-1997）：水 泥是指加水拌合成塑性浆体，能胶结砂石等适当材料并能在空 气和水中硬化的粉状水硬性胶凝材料。
活性混合材料
常温下，细粉与石灰（或 粒化高炉矿
石灰和石膏）加水拌合能 生成具有胶凝性的水化产
渣、火山灰 质混合材料、
上述＋活性效应
物，在空气和水中硬化。 粉煤灰
粒化高炉矿渣
炼铁高炉的熔融矿渣，经急速冷却而成的松软颗粒； 直径一般为0.5～5mm，需磨细使用； 成粒在于阻止结晶，形成玻璃体，具有较高的潜在活性； 活性成分，一般认为是活性氧化铝和活性氧化硅，在常温 下可与氢氧化钙起作用而产生强度。
水化铁酸钙
3CaO Al2O3 6H2O 3CaO Al2O3 6H2O
水化铝酸钙
2.硅酸盐水泥熟料矿物水化、凝结硬化特性
性能指标
水化凝结硬化速度
28d水化热
强度
早期 后期
熟料矿物
C3S
C2S
C3A
C4AF
快
慢
最快
快
多
少
最多
中
高
低
低
低
高
高
低
低
3.硅酸盐水泥的水化、凝结与硬化
表面水化，形成水化物膜层，水泥浆具有可塑性和流动性。 膜层长厚，并伴随破裂、扩展至连接，浆体形成絮凝结构。 初凝：开始失去流动性， 终凝。完全失去可塑性，并开始产生结构强度。 硬化：水泥浆体逐渐转变为具有一定强度的水泥石固体。
火山灰质混合材料
火山灰质混合材料
具有火山灰活性的天然的或人工的矿质 物料。
主要化学成分：活性 SiO2和Al2O3 天然的
（2）硅酸盐水泥熟料的烧成
硅酸盐水泥熟料主要包括下列四种矿物：
硅酸三钙（3CaO·SiO2，简写为C3S）含量37%～60%； 硅酸二钙（2CaO·SiO2，简写为C2S）含量15%～37% ； 铝酸三钙（3CaO·Al2O3，简写为C3A）含量7%～15%； 铁铝酸四钙（4CaO·Al2O3·Fe2O3，简写为C4AF）含量 10%～18%。
（1）分散在水中未水化的水泥颗粒 （2）在水泥颗粒表面形成水化物膜层
（3）膜层长大并相互连接（凝结） （4）水化物进一步发展，填充毛细孔（硬化）
水泥凝结硬化过程示意图
1——水泥颗粒；2——水分；3——凝胶；4——晶体； 5——水泥颗粒未水化内核；6——毛细孔
4.石膏在水泥中的作用。
控制C3A的水化凝结硬化速度，调节水泥凝结时间。掺量3％左右。
1.硅酸盐水泥熟料矿物的水化反应
2(3CaO SiO2) 6H2O 3CaO 2SiO2 3H2O 3Ca(OH )2
水化硅酸钙
氢氧化钙
C-S-H凝胶
2(2CaO SiO2 ) 4H 2O 3CaO 2SiO2 3H 2O Ca(OH )2
4CaO Al2O3 Fe2O3 7H2O 3CaO Al2O3 6H2O CaO Fe2O3 6H2O
4.水泥的品种： 按矿物组成分：硅酸盐、铝酸盐、硫铝酸盐等系列水泥； 按用途及性能可以分为通用水泥、专用水泥及特种水泥； 目前，水泥品种已达到100多种。
一、常用水泥的生产
1.生产工艺：两磨一烧
硅酸盐水泥的生产工艺流程图
（1）原材料的破碎与粉磨
石灰质原料：提供CaO； 粘土质原料：提供SiO2、Al2O3和Fe2O3； 校正原料：铁质校正原料、硅质校正原料、铝质校正材料。
溶于水，水化继续
5.混合材料在水泥中的作用。
（1）水泥混合材料
在生产水泥时，为改善水泥性能，调节水泥强度等级，而加 到水泥中去的人工的和天然的矿物材料。
混合材料分类
化学活性
举例
在水泥中作用
非活性混合材料
与水泥成分不起化学作用 或化学作用很小
石英砂、石 灰石、慢冷 矿渣、各种 废渣
填充、提高水泥 产量、降低水泥 强度等级、减少 水化热
（3）水泥成品的磨制
磨制水泥成品的原材料包括：硅酸盐水泥熟料、石膏和混合材料。
名称
硅酸盐水泥 普通硅酸盐水泥
源自文库
代号
P·Ⅰ P·Ⅱ P·O
熟料
石 膏
100 ≥95 ≥95 ≥80且＜95
组分（质量分数，％）
混合材料
粒化高 炉矿渣
火山灰质 混合材料
粉煤灰
－
－
－
≤5
－
－
－
－
－
＞5且≤20
石灰 石 － － ≤5
又称钙矾石（俗称水泥杆菌，针状），不 溶于水，阻止C3A水化，延缓水泥凝结。 石膏耗完 C3A与钙矾石反应
3CaO Al2O3 3CaSO4 31H2O 2(3CaO Al2O3) 4H2O 3(3CaO Al2O3 CaSO4 12H2O)
单硫形水化硫铝酸钙
反应迅速，产生急凝，或闪凝。
加入石膏：
3CaO Al2O3 6H2O （3 CaSO4 H2O）19H2O 3CaO Al2O3 3CaSO4 31H2O
高硫形水化硫铝酸钙
2.水泥是各种混凝土的最基本的组成材料，广泛用于建筑、道 路、水利和国防工程中，素有“建筑业的粮食”之称。
年度 产量（亿吨）
1991 年
2.52
我国近年水泥产量一览表
2000 2001 2002 2003
年
年
年
年
5.97 6.26 7.25 8.63
2004 年
9.7
2005 年
10.64
3.水泥发明于1824年。由于它具有与英国波特兰城建筑岩石 相似的颜色，故称之为波特兰水泥（我国称为硅酸盐水泥） ，首先取得这项专利技术权的是英国的J·Aspdin。
－
P·S·A ≥50且＜80 ＞20且≤50
－
矿渣硅酸盐水泥
P·S·B ≥30且＜50 ＞50且≤70
－
－
－
－
－
火山灰质硅酸盐水泥 P·P
≥60且＜80
－
＞20且 ≤40
－
－
粉煤灰硅酸盐水
P·F
≥60且＜80
－
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＞20且 ≤40
－
复合硅酸盐水泥
P·C
≥50且＜80
＞20且≤50
二、常用水泥的水化、凝结、硬化
土木工程材料 水泥
3.水泥
3.1 常用水泥（通用硅酸盐水泥） 3.2 其它品种水泥
3.1 常用水泥（通用硅酸盐水泥）
概述 常用水泥的生产 常用水泥的水化、凝结、硬化 影响常用水泥性能的因素 常用水泥的技术要求 常用水泥的品种及特性 常用水泥的的选用
概述
1. 按《水泥的命名、定义和术语》（GB/T 4131-1997）：水 泥是指加水拌合成塑性浆体，能胶结砂石等适当材料并能在空 气和水中硬化的粉状水硬性胶凝材料。
活性混合材料
常温下，细粉与石灰（或 粒化高炉矿
石灰和石膏）加水拌合能 生成具有胶凝性的水化产
渣、火山灰 质混合材料、
上述＋活性效应
物，在空气和水中硬化。 粉煤灰
粒化高炉矿渣
炼铁高炉的熔融矿渣，经急速冷却而成的松软颗粒； 直径一般为0.5～5mm，需磨细使用； 成粒在于阻止结晶，形成玻璃体，具有较高的潜在活性； 活性成分，一般认为是活性氧化铝和活性氧化硅，在常温 下可与氢氧化钙起作用而产生强度。
水化铁酸钙
3CaO Al2O3 6H2O 3CaO Al2O3 6H2O
水化铝酸钙
2.硅酸盐水泥熟料矿物水化、凝结硬化特性
性能指标
水化凝结硬化速度
28d水化热
强度
早期 后期
熟料矿物
C3S
C2S
C3A
C4AF
快
慢
最快
快
多
少
最多
中
高
低
低
低
高
高
低
低
3.硅酸盐水泥的水化、凝结与硬化
表面水化，形成水化物膜层，水泥浆具有可塑性和流动性。 膜层长厚，并伴随破裂、扩展至连接，浆体形成絮凝结构。 初凝：开始失去流动性， 终凝。完全失去可塑性，并开始产生结构强度。 硬化：水泥浆体逐渐转变为具有一定强度的水泥石固体。
火山灰质混合材料
火山灰质混合材料
具有火山灰活性的天然的或人工的矿质 物料。
主要化学成分：活性 SiO2和Al2O3 天然的
（2）硅酸盐水泥熟料的烧成
硅酸盐水泥熟料主要包括下列四种矿物：
硅酸三钙（3CaO·SiO2，简写为C3S）含量37%～60%； 硅酸二钙（2CaO·SiO2，简写为C2S）含量15%～37% ； 铝酸三钙（3CaO·Al2O3，简写为C3A）含量7%～15%； 铁铝酸四钙（4CaO·Al2O3·Fe2O3，简写为C4AF）含量 10%～18%。
（1）分散在水中未水化的水泥颗粒 （2）在水泥颗粒表面形成水化物膜层
（3）膜层长大并相互连接（凝结） （4）水化物进一步发展，填充毛细孔（硬化）
水泥凝结硬化过程示意图
1——水泥颗粒；2——水分；3——凝胶；4——晶体； 5——水泥颗粒未水化内核；6——毛细孔
4.石膏在水泥中的作用。
控制C3A的水化凝结硬化速度，调节水泥凝结时间。掺量3％左右。
1.硅酸盐水泥熟料矿物的水化反应
2(3CaO SiO2) 6H2O 3CaO 2SiO2 3H2O 3Ca(OH )2
水化硅酸钙
氢氧化钙
C-S-H凝胶
2(2CaO SiO2 ) 4H 2O 3CaO 2SiO2 3H 2O Ca(OH )2
4CaO Al2O3 Fe2O3 7H2O 3CaO Al2O3 6H2O CaO Fe2O3 6H2O
4.水泥的品种： 按矿物组成分：硅酸盐、铝酸盐、硫铝酸盐等系列水泥； 按用途及性能可以分为通用水泥、专用水泥及特种水泥； 目前，水泥品种已达到100多种。
一、常用水泥的生产
1.生产工艺：两磨一烧
硅酸盐水泥的生产工艺流程图
（1）原材料的破碎与粉磨
石灰质原料：提供CaO； 粘土质原料：提供SiO2、Al2O3和Fe2O3； 校正原料：铁质校正原料、硅质校正原料、铝质校正材料。
溶于水，水化继续
5.混合材料在水泥中的作用。
（1）水泥混合材料
在生产水泥时，为改善水泥性能，调节水泥强度等级，而加 到水泥中去的人工的和天然的矿物材料。
混合材料分类
化学活性
举例
在水泥中作用
非活性混合材料
与水泥成分不起化学作用 或化学作用很小
石英砂、石 灰石、慢冷 矿渣、各种 废渣
填充、提高水泥 产量、降低水泥 强度等级、减少 水化热
（3）水泥成品的磨制
磨制水泥成品的原材料包括：硅酸盐水泥熟料、石膏和混合材料。
名称
硅酸盐水泥 普通硅酸盐水泥
源自文库
代号
P·Ⅰ P·Ⅱ P·O
熟料
石 膏
100 ≥95 ≥95 ≥80且＜95
组分（质量分数，％）
混合材料
粒化高 炉矿渣
火山灰质 混合材料
粉煤灰
－
－
－
≤5
－
－
－
－
－
＞5且≤20
石灰 石 － － ≤5
又称钙矾石（俗称水泥杆菌，针状），不 溶于水，阻止C3A水化，延缓水泥凝结。 石膏耗完 C3A与钙矾石反应
3CaO Al2O3 3CaSO4 31H2O 2(3CaO Al2O3) 4H2O 3(3CaO Al2O3 CaSO4 12H2O)
单硫形水化硫铝酸钙