硅酸盐水泥普通水泥矿渣水泥火山灰水泥粉煤灰水泥和复合水泥

硅酸盐水泥的生产工艺——“两磨一烧”工 艺
石灰石 粘土 铁矿粉 磨细 生 料 熟 1400～1450℃ 料 石膏
煅烧
石灰石或 粒化矿渣
磨细
硅 酸 盐 水 泥
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
1 生料的制备
包括生料的配合、粉磨与均化
管球磨
T
喂料 成品 Q 开路系统
Q
F
闭路系统
3.1 硅酸盐水泥
一、硅酸盐水泥的概念及生产工艺
国标 GB175-2006 规定：凡由硅酸盐水泥熟料、 0~5% 的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，也称波特兰水泥。 不掺加混合材料的称为I型硅酸盐水泥，代号P· I；
掺加不超过水泥质量5%的石灰石或粒化高炉矿渣混合 材料的称为II型硅酸盐水泥，代号P•II。
潜伏期
凝结期
硬化期
凝胶体填充毛细管，6h-若干年硬 化石状体密实空间网
水泥石结构
未水化水泥颗粒 水化产物－晶体、胶体 毛细孔、毛细孔水 凝胶孔
硬化前
毛细孔－未被水化产物所 填充的原充水空间 凝胶孔－C-S-H内部的结 构孔 水泥石是多相（固、液、 气）多孔体系，水泥石的 工程性质取决于水泥石的 结构组成，即决定于水化 物的类型和相对含量、内 部孔的大小、形状和分布 状态。
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
耐久性
工艺简单
按水泥的化学成分，分为硅酸盐系水泥、铝酸盐系水 泥、硫铝酸盐系水泥等； 按用途可分为通用水泥、专用水泥和特性水泥。 通用水泥就是各类工程中常用的六大品种水泥 (硅酸 盐水泥、普通水泥、矿渣水泥、火山灰水泥、粉煤灰水 泥和复合水泥)； 专用水泥主要有砌筑水泥、道路水泥、油井水泥等；
特性水泥主要有快硬硅酸盐水泥、膨胀水泥、喷射水 泥、抗硫酸盐水泥等。
比表面积测定仪
(二) 凝结时间
水化铝酸三钙晶体C3AH6
铁铝酸四钙
4CaO· Al2O3· Fe2O3+H2O→3CaO· Al2O3· 6H2O+CaO· Fe2O3· H2 O
水化铁酸钙凝胶CFH
石膏调节凝结时间的原理
石膏与水化铝酸钙反应生成水化硫铝酸钙针状晶体
（钙矾石）。该晶体难溶，包裹在水泥熟料的表面上，形 成保护膜，阻碍水分进入水泥内部，使水化反应延缓下来， 从而避免了纯水泥熟料水化产生闪凝现象。所以，石膏在 水泥中起调节凝结时间的作用。
简写：CaO—C， SiO2 —S， Al2O3 —A， Fe2O3 —F， H2O—H
除上述四种主要熟料矿物外，硅酸盐水泥中还含有
f-CaO、f-MgO和K2O、Na2O等次要成分。
硅酸盐水泥熟料矿物特性
矿物种类 缩写 含量（%） 水化速度 水化热 硅酸三钙 C 3S 37-60 快 多 硅酸二钙 C2S 15-37 慢 少 铝酸三钙 C3A 7-15 最快 最多 铁铝酸四钙 C4AF 10-18 快 较多
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
(二) 凝结硬化
凝结: 水泥加水拌和形成具有一定流动性和可塑 性的浆体，经过自身的物理化学变化逐渐变稠失去 可塑性的过程。
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。
凝结硬化过程
初始反应期 初始的溶解和水化，约持续5-10 分钟。 流动性可塑性好凝胶体膜层围绕 水泥颗粒成长，1h 凝胶膜破裂、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
水泥的细度和性质 细度 < 40μm 与水接触的表面积 凝结和硬化速度 大 高 性质 强度高
过细
>100μm
很大
小
很高
低
成本高
低
水泥的细度可用筛析法(80μm或45μm 方孔筛筛 余)和比表面积法(勃氏法)检验。 比表面积法是通过测量一定量空气通过水泥时 流速的变化来测定颗粒粒径分布情况。
GB 175－2006规定：硅酸盐水泥的比表 面积应大于300m2/kg，否则为不合格。
硅酸盐水泥主要水化产物
水化硅酸钙凝胶C-S-H——约占70%
氢氧化钙晶体CH——约占20%
水化硫铝酸钙晶体（AFt和AFm）——约占7%
水化铁酸一钙凝胶CFH
水化铝酸三钙晶体C3AH6
水泥浆扫描电镜照片（7d龄期）
钙矾石
C-S-H
CH Crystal 氢氧化钙晶体
C-S-H 水化硅酸钙凝胶
未水化水 泥颗粒
水 C-S-H 钙矾石 氢氧化钙 硬化后
(三) 影响水泥水化硬化的因素
熟料矿物组成
石膏掺量
强 度
细度
温度和湿度
养护时间
3 7
28 龄期 d
56
四、硅酸盐水泥的技术要求
(一) 细度
水泥的细度指水泥的粗细程度或分散度。细度决定了水泥 与水接触的表面积。从而影响水泥的水化、凝结速度和性质。
立磨
2 孰料的烧成
旋风筒 预热 连接管道
分解炉 回转窑
冷却机
分解 烧成
冷却
二、熟料矿物组成及特性
水泥熟料矿物组成
组成
硅酸三钙 硅酸二钙
化学分子式
3CaO· SiO2 2CaO· SiO2
缩写
C3Swk.baidu.comC2S
铝酸三钙
铁铝酸四钙
3CaO· Al2O3
4CaO· Al2O3· Fe2O3
C3A
C4AF
第三章 水泥
水泥是一种粉末状材料，属于水硬性胶凝材料，是基本建 设中最重要的土木工程材料。广泛用于工业和民用建筑、道路、 桥梁、铁路、水利和国防等工程；用于生产各种类型的混凝土 及混凝土制品。我国的水泥产量已经达到 6 亿 t ，水泥品种也达 到了80余种。
水硬性
多样性 低成本 可塑性
水泥的优点
与钢筋 粘结性好