第三章-硅酸盐水泥
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水泥外加剂常识
水泥和外加剂知识山西凯迪建材有限企业研发中心第一章水泥一、水泥的分类：硅酸盐水泥，铝酸盐水泥，铁铝酸盐水泥，硫酸盐水泥四大类。
二、当前市场应用最宽泛的水泥是一般<PO）硅酸盐水泥，凡有硅酸盐水泥熟料加0-5％的石灰石或粒化高炉矿渣和适当石膏，磨细制成的水硬性胶凝资料称为硅酸盐水泥。
1、硅酸盐水泥<1）掺合料硅酸盐水泥包含一般水泥、矿渣水泥、火山灰水泥、粉煤灰水泥、复合水泥。
<2）特种硅酸盐水泥包含中低热水泥、道路水泥、抗硫酸盐水泥、白色水泥、快硬水泥。
<3）PI 型水泥：水泥熟料 +适当的石膏磨细PII 型水泥：水泥熟料+5％之内的石灰石或粒化高炉矿渣 +适当石膏2、硅酸盐水泥的化学成分和矿物成分<1）化学成分：氧化钙CaO60-67%氧化硅 SiO219-24%氧化铝 A1 2 O 3 4-7%氧化铁 Fe2 O3 2-5%<2）有害成分：氧化镁MgO<5％三氧化硫 SO 3<3.5%(掺石膏所带 >过烧的石灰 CaO<1％氧化钾和氧化钠为水泥的碱含量过烧的石灰 <CaO）和水反响特别慢，可达一年到两年R2O(水泥的碱含量 >=Na2O(氧化钠 >+0.658 K2O (氧化钾 > <3）矿物成分：硅酸三钙C3 S 37-60％硅酸二钙 C2 S 15-37％铝酸三钙 C3A7-15％铁铝酸四钙 C4AF 10-18％熟猜中的矿物成分的特色：水化速度由快到慢C3A-C 3 S-C4AF-C 2S放热量的大小为：铝酸三钙C3A867J／g硅酸三钙 C3S502J／g铁铝酸四钙 C4AF 419J／g硅酸二钙 C2S216J／ g对水泥强度的贡献：硅酸三钙C3 S 硬化快，强度高铝酸三钙 C3A 硬化快，强度不高铁铝酸四钙 C4AF 抗衡折强度贡献大硅酸二钙 C2S 强度发展慢，但后期高一般水泥、熟料+活性混淆材 6-15％+适当石膏+非活性材 6-10％+适当石膏矿渣水泥、熟料 +20-70％矿渣 +适当石膏粉煤灰水泥、熟料 +20-40％粉煤灰 +适当石膏火山灰水泥、熟料 +20-50％活性火山灰材 +适当石膏复合水泥、熟料 +两种以上活性材16— 50％+适当石膏第二章水泥的生产及水泥和水的反响过程不超出 0.6％的碱含量水泥叫低碱水泥，反之叫高碱水泥。
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？
硅酸盐水泥的主要原料
① 被检验水样应与饮用水样进行水泥凝结时间对比试验。 ② 被检验水样应与饮用水样进行水泥胶砂强度对比试验，被检水样配制的 水泥胶砂3 d和28 d强度不应低于饮用水配制的水泥胶砂3 d和28 d强度的90%。 （4）其他 为了保证混凝土的性能，混凝土拌和用水不应有漂浮明显的油脂泡沫， 以及明显的颜色；不得采用带有异味的水，以免影响环境。
3．天然沸石粉
天然沸石粉是以天然沸石岩为原料，经破碎、磨细至规定细度制成的粉 状物质。
品质和适用范围：
等级
Ⅰ级沸石粉 适用于强度等级不低于C60的混凝土 Ⅱ级沸石粉 适用于强度等级低于C60的混凝土
Ⅲ级沸石粉 用于砂浆。
4．硅灰
又叫硅微粉、叫微硅粉或二氧化硅超细粉。硅灰是在冶炼硅铁合金和工 业硅时产生的SiO2和Si气体与空气中的氧气迅速氧化并冷凝而形成的一种超 细硅质粉体材料。
（3）未经处理的海水，严禁用于钢筋混凝土和预应力混凝土，影响混凝 土的耐久性。
（4）对混凝土养护用水的要求，较拌和用水可适当放宽，对水泥凝结时 间、水泥胶砂强度及水中不溶物和可溶物可不做检验。
5 掺和料
1. 粉煤灰
按煤种
F类 由无烟煤或烟煤煅烧收集的粉煤灰。 C类 由褐煤或次烟煤煅烧收集的粉煤灰，其氧化钙含量一般大于10%。
（7）强度 石子强度的高低，质量好坏直接影响混凝土的强度和耐久性。碎石的强 度可用岩石抗压强度和压碎指标值表示。
（8）最大粒径 粗骨料的最大粒径，应在条件允许情况下，尽量选用大的。这样可以减 少其总表面积、节约水泥。但粒径太大又会给施工操作带来不便。所以应根据 结构物的种类、尺寸、钢筋间距等选择石子的最大粒径。
2．应用
（1）对于设计使用年限为100年的结构混凝土，氯离子含量不得超过 500 mg/L；对使用钢丝或经热处理钢筋的预应力混凝土，氯离子含量350 mg/L。
3．天然沸石粉
天然沸石粉是以天然沸石岩为原料，经破碎、磨细至规定细度制成的粉 状物质。
品质和适用范围：
等级
Ⅰ级沸石粉 适用于强度等级不低于C60的混凝土 Ⅱ级沸石粉 适用于强度等级低于C60的混凝土
Ⅲ级沸石粉 用于砂浆。
4．硅灰
又叫硅微粉、叫微硅粉或二氧化硅超细粉。硅灰是在冶炼硅铁合金和工 业硅时产生的SiO2和Si气体与空气中的氧气迅速氧化并冷凝而形成的一种超 细硅质粉体材料。
（3）未经处理的海水，严禁用于钢筋混凝土和预应力混凝土，影响混凝 土的耐久性。
（4）对混凝土养护用水的要求，较拌和用水可适当放宽，对水泥凝结时 间、水泥胶砂强度及水中不溶物和可溶物可不做检验。
5 掺和料
1. 粉煤灰
按煤种
F类 由无烟煤或烟煤煅烧收集的粉煤灰。 C类 由褐煤或次烟煤煅烧收集的粉煤灰，其氧化钙含量一般大于10%。
（7）强度 石子强度的高低，质量好坏直接影响混凝土的强度和耐久性。碎石的强 度可用岩石抗压强度和压碎指标值表示。
（8）最大粒径 粗骨料的最大粒径，应在条件允许情况下，尽量选用大的。这样可以减 少其总表面积、节约水泥。但粒径太大又会给施工操作带来不便。所以应根据 结构物的种类、尺寸、钢筋间距等选择石子的最大粒径。
2．应用
（1）对于设计使用年限为100年的结构混凝土，氯离子含量不得超过 500 mg/L；对使用钢丝或经热处理钢筋的预应力混凝土，氯离子含量350 mg/L。
第三章原料及预均化技术
本章小结
1. 硅酸盐水泥生产用的主要原料有石灰质原料、 粘土质原料；辅助原料有校正原料、外加剂、燃料、 缓凝剂、混合材料等。 2. 原料的准备包括开采、运输、破碎、烘干、输 送与储存等加工过程。 3. 原料的预均化堆场的布置方式有矩形和圆形两 种。
S——标准偏差（%） n—— 试样总数或测量次数，一般不应少于20~30个 xi——物料中某成分的各次测量值，xi~xn 1 n x x ——各次测量值的平均值，即 x = n ∑ i i =1
标准偏差是一项表示物料成分均匀性的指标，其值越小， 值越小， 值越小 成分越均匀。 成分越均匀。
2、变异系数： 、变异系数：
二、原燃料的预均化
定义： 定义：原燃料在储存、取用过程中，通过采用
特殊的堆取料方式及设施，使原料或燃料化学成分 波动范围减小，为入窑前生料或燃料成分趋于均匀 一致而作的必要准备过程。简言之，所谓原燃料的 预均化就是原料或燃料在粉磨之前所进行的均化。
原理： 平铺直取” 原理：“平铺直取”
预均化工艺及设施
第三章
原料及预均化技术
§3-1 水泥生产用主要原料 §3-2 水泥生产用辅助原料 原料破碎与烘干、 §3-3 原料破碎与烘干、输送与储存 §3-4 原料的预均匀化
§3-1 生产硅酸盐水泥所用原料
原料名称
石灰质原料 粘土质原料 铁质校正原料 硅质校正原料 铝质校正原料 外加剂 矿化剂、 晶种、 助磨剂
预均化堆场： 预均化堆场：
1、类型 、
矩型预均化堆场 预均化堆场 圆型预均化堆场
矩型预均化堆场
一般设两个料堆，一个在堆料，另一个在取料，相互交替。 一般设两个料堆，一个在堆料，另一个在取料，相互交替。
矩型预均化堆场
圆型预均化堆场
第三章 熟料的组成
KH实际上表示了熟料中C3S与C2S百分含量的 比例。KH越大，则硅酸盐矿物中的C3S的比例 越高，熟料强度越好，故提高KH有利于提高 水泥熟料质量。但KH过高，熟料煅烧困难， 必须提高煅烧温度，延长煅烧时间，否则会出 现f-CaO，同时窑的产量低，热耗高，窑衬工 作条件恶化。 为使熟料顺利形成，不致因过多的游离石灰而 影响熟料的质量，通常，在工厂条件下，石灰 饱和系数一般控制在0.82~0.96之间。 值得一提的是，各国用于控制石灰含量的率值 公式有所不同，常见的有： 水硬率HM，石灰标准值KSt，李和派克石灰 饱和系数LSF。
KH
C3 S 0.8837C2 S C3 S 1.3256C2 S
从上式中可知： 当C3S=0时，KH=0.667，这时，熟料中只有 C2S，C3A，C4AF而无C3S； 当C2S=0时,KH=1，此时，熟料中无C2S，只 有C3S,C3A,C4AF。 所以KH值介于0.667~1.0之间。
CaO CaO游 1.65 Al2O3 0.35Fe2O3 0.7 SO3 2.8( SiO2 SiO2 游 )
KH
KH
CaO CaO游 1.1 Al2O3 0.7 Fe2O3 0.7 SO3 2.8( SiO2 SiO2 游 )
石灰饱和系数与矿物组成的关系可用下式表示：
四.熟料矿物组成的计算
（一）石灰饱和系数法 （二）鲍格法（代数法） （三）熟料真实矿物组成与计算矿物组 成的差异 1.固溶体的影响 2.冷却条件的影响 3.碱和其他微组分的影响
思考题
1.推导石灰饱和系数KH公式？ 2.KH过低和过高将会对熟料质量、窑的操作产生怎样 的影响？ 3. SM过低和过高将会对熟料质量、窑的操作产生怎样 的影响？ 4 .下列水泥是什么品种的水泥？ A. 91.5%熟料，5%石灰石，3.5%石膏; B. 91%熟料，5%矿渣，4%石膏; C. 96%熟料，4%石膏; D. 82%熟料，15%矿渣，3%石膏; E. 81.5%熟料，5%窑灰，10%火山灰，3.5%石 膏;
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 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)
第三章硅酸盐分析
熔融反应：正长石 KAlSi3O8+3Na2CO3 ＝3Na2SiO3+ KAlO2 +3CO2
石英：SiO2+Na2CO3 ＝Na2SiO3+ CO2 熔融物用 HCl 处理。
1.4.2 NaOH 熔融 NaOH 熔点： 328℃ 分解条件： 器皿：银或镍坩埚 时间：10~20min 温度： 650~700 ℃，需从室温开始 熔剂用量：试样量的 8~10倍 熔融反应：橄榄石 MgSiO3+2NaOH ＝Na2SiO3+ Mg(OH) 2 熔融物同样可用 HCl溶解。 缺点：某些难分解的天然硅酸盐分解不完全。
硅酸盐全分析的测定结果，要求各项的百分 含量总和 ~100%：
Ⅰ：99.3~100.7% ；
Ⅱ：98.7~101.3% 。
1.4 试样分解 1.4.1 Na2CO3熔融
Na2CO3熔点： 852℃ 分解条件： 器皿：铂坩埚
温度：950~1000 ℃ 时间：30~40min 熔剂用量：试样量的 8~10倍
1.3 硅酸盐的组成和分析项目
1.3.1 组成
组成复杂，元素众多，从结构上可以简单看 成是由SiO2和金属氧化物组成：
iM2O? mMO? nM2O3? gSiO2 根据SiO2的含量，可将硅酸盐划分为五类：。 ①极酸性岩： SiO2＞78%； ②酸性岩： SiO2 65~78%； ③中性岩： SiO2 55~65%； ④基性岩： SiO2 38~55%； ⑤超基性岩： SiO2 ＜38%~40% 。
将试样置于铂器皿中灼烧至恒重，加 H2F2H2SO4或H2F2-HNO3处理，使样品中的 SiO2转变为 SiF4逸出：
2H2F2＋SiO2＝SiF4＋2H2O 再灼烧至恒重，差减计算 SiO2的含量。该法只适 用于较纯的石英样品中 SiO2的的测定。
石英：SiO2+Na2CO3 ＝Na2SiO3+ CO2 熔融物用 HCl 处理。
1.4.2 NaOH 熔融 NaOH 熔点： 328℃ 分解条件： 器皿：银或镍坩埚 时间：10~20min 温度： 650~700 ℃，需从室温开始 熔剂用量：试样量的 8~10倍 熔融反应：橄榄石 MgSiO3+2NaOH ＝Na2SiO3+ Mg(OH) 2 熔融物同样可用 HCl溶解。 缺点：某些难分解的天然硅酸盐分解不完全。
硅酸盐全分析的测定结果，要求各项的百分 含量总和 ~100%：
Ⅰ：99.3~100.7% ；
Ⅱ：98.7~101.3% 。
1.4 试样分解 1.4.1 Na2CO3熔融
Na2CO3熔点： 852℃ 分解条件： 器皿：铂坩埚
温度：950~1000 ℃ 时间：30~40min 熔剂用量：试样量的 8~10倍
1.3 硅酸盐的组成和分析项目
1.3.1 组成
组成复杂，元素众多，从结构上可以简单看 成是由SiO2和金属氧化物组成：
iM2O? mMO? nM2O3? gSiO2 根据SiO2的含量，可将硅酸盐划分为五类：。 ①极酸性岩： SiO2＞78%； ②酸性岩： SiO2 65~78%； ③中性岩： SiO2 55~65%； ④基性岩： SiO2 38~55%； ⑤超基性岩： SiO2 ＜38%~40% 。
将试样置于铂器皿中灼烧至恒重，加 H2F2H2SO4或H2F2-HNO3处理，使样品中的 SiO2转变为 SiF4逸出：
2H2F2＋SiO2＝SiF4＋2H2O 再灼烧至恒重，差减计算 SiO2的含量。该法只适 用于较纯的石英样品中 SiO2的的测定。
建筑材料第三章章节测试
4. 想要制得低热水泥，可以（） [单选题] * 适当提高硅酸三钙和铝酸三钙的含量 适当降低硅酸三钙和铝酸三钙的含量(正确答案) 适当提高铁铝酸四钙的含量 适当降低硅酸二钙的含量
5. 硅酸盐水泥的初凝时间规定（） [单选题] * 不得晚于 45 分钟 不得早于 30 分钟 不得早于 45 分钟(正确答案) 不得晚于 390 分钟
6. 高温炉窑基础，优先选择（）水泥 [单选题] * 矿渣水泥(正确答案) 硅酸盐水泥 普通水泥 高铝水泥
7. 一般水泥的储存期为（）个月 [单选题] * 1 2 3(正确答案) 6
8. 可以用（）法测定水泥的体积安定性 [单选题] * 煮沸法 沸煮法(正确答案) 筛析法 比表面积法
9. 粉煤灰水泥的代号是（） [单选题] * P. P P. S
建筑材料第三章章节测试
1. 硅酸盐水泥的生产过程可以概括为（） [单选题] * 两磨两烧 一磨两烧 两烧一磨 两磨一烧(正确答案)
2. 在生产硅酸盐水泥的过程中掺入少量石膏的主要目的是（） [单选题] * 缓凝(正确答案) 加快凝结速度 加快水化速度 不起作用
3. 在硅酸盐水泥熟料矿物成分中，决定其强度高低的主要矿物成分是（） [单选题] * 硅酸二钙 铝酸三钙 硅酸三钙(正确答案) 铁铝酸四钙
13. 水泥不符合以下（）标准，均为废品 * 终凝时间 初凝时间(正确答案) 安定性(正确答案) 三氧化硫
14. 以下属于活性混合材料的有（） *
石灰石 火山灰(正确答案) 粒化高炉矿渣(正确答案) 粘土
15. 有硫酸盐的海洋环境，可以选择（） * 矿渣水泥(正确答案) 火山灰水泥(正确答案) 粉煤灰水泥(正Байду номын сангаас答案) 硅酸盐水泥
您的姓名： [填空题] * _________________________________
5. 硅酸盐水泥的初凝时间规定（） [单选题] * 不得晚于 45 分钟 不得早于 30 分钟 不得早于 45 分钟(正确答案) 不得晚于 390 分钟
6. 高温炉窑基础，优先选择（）水泥 [单选题] * 矿渣水泥(正确答案) 硅酸盐水泥 普通水泥 高铝水泥
7. 一般水泥的储存期为（）个月 [单选题] * 1 2 3(正确答案) 6
8. 可以用（）法测定水泥的体积安定性 [单选题] * 煮沸法 沸煮法(正确答案) 筛析法 比表面积法
9. 粉煤灰水泥的代号是（） [单选题] * P. P P. S
建筑材料第三章章节测试
1. 硅酸盐水泥的生产过程可以概括为（） [单选题] * 两磨两烧 一磨两烧 两烧一磨 两磨一烧(正确答案)
2. 在生产硅酸盐水泥的过程中掺入少量石膏的主要目的是（） [单选题] * 缓凝(正确答案) 加快凝结速度 加快水化速度 不起作用
3. 在硅酸盐水泥熟料矿物成分中，决定其强度高低的主要矿物成分是（） [单选题] * 硅酸二钙 铝酸三钙 硅酸三钙(正确答案) 铁铝酸四钙
13. 水泥不符合以下（）标准，均为废品 * 终凝时间 初凝时间(正确答案) 安定性(正确答案) 三氧化硫
14. 以下属于活性混合材料的有（） *
石灰石 火山灰(正确答案) 粒化高炉矿渣(正确答案) 粘土
15. 有硫酸盐的海洋环境，可以选择（） * 矿渣水泥(正确答案) 火山灰水泥(正确答案) 粉煤灰水泥(正Байду номын сангаас答案) 硅酸盐水泥
您的姓名： [填空题] * _________________________________
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。
水泥矿物成分
Page:3
目前世界水泥的年产量22亿多吨，发达国家 的水泥产量均400公斤左右，我国1987年产量1亿 吨，90年代初（92年）为2.4亿吨，94年底达4亿 吨，为世界首位，2019.01达7亿吨，2019.10达8
亿吨，2019年底12亿吨，高能耗，高投入，高 污染。（低效应，低产出、低质量）
胶凝材料的土2发0～展40%的石灰石水硬性↑ ↑ ↑
天然胶凝材③料1（81粘0土～）1818气年硬，性有（人石外灰掺） 粘土3水0%泥+石灰 石70%共磨细，得到品质一样的“水泥 ”。
天然胶
（凝粘材④土料结1）8块22的年料英经国（粉气人石碎F硬r灰的o性s粉）t，料将水半硬熔性化↑ 水泥或↑ ↑熔化物
Page:6
水泥按用途可分为通用水泥、专用水泥和特性水 泥。
通用水泥
专用水泥 特性水泥
硅酸盐水泥
砌筑水泥 快硬水泥
普通硅酸盐水泥 道路水泥 白色水泥
矿渣硅酸盐水泥 油井水泥 膨胀水泥
火山灰质硅酸盐水泥
抗硫酸盐水泥
粉煤灰硅酸盐水泥
中热水泥
复合水泥
生料
熟料
燃气
立窑示意图
燃气
1
2
旋转窑示意图
熟料 3
Page:16
Page:17
水 泥 立 窑
Page:18
Page:19
Page:20
旋转窑
Page:21
水泥预热煅烧工艺流程
Page:22
磨 机
储 存 罐
Page:23
水泥生产厂房
Page:24
B. 烧过程示意图
100～200℃ 生料 水分逐渐蒸发而干燥
特点： 干法经济，节能，但污染大，均匀性差，应采
目前世界水泥的年产量22亿多吨，发达国家 的水泥产量均400公斤左右，我国1987年产量1亿 吨，90年代初（92年）为2.4亿吨，94年底达4亿 吨，为世界首位，2019.01达7亿吨，2019.10达8
亿吨，2019年底12亿吨，高能耗，高投入，高 污染。（低效应，低产出、低质量）
胶凝材料的土2发0～展40%的石灰石水硬性↑ ↑ ↑
天然胶凝材③料1（81粘0土～）1818气年硬，性有（人石外灰掺） 粘土3水0%泥+石灰 石70%共磨细，得到品质一样的“水泥 ”。
天然胶
（凝粘材④土料结1）8块22的年料英经国（粉气人石碎F硬r灰的o性s粉）t，料将水半硬熔性化↑ 水泥或↑ ↑熔化物
Page:6
水泥按用途可分为通用水泥、专用水泥和特性水 泥。
通用水泥
专用水泥 特性水泥
硅酸盐水泥
砌筑水泥 快硬水泥
普通硅酸盐水泥 道路水泥 白色水泥
矿渣硅酸盐水泥 油井水泥 膨胀水泥
火山灰质硅酸盐水泥
抗硫酸盐水泥
粉煤灰硅酸盐水泥
中热水泥
复合水泥
生料
熟料
燃气
立窑示意图
燃气
1
2
旋转窑示意图
熟料 3
Page:16
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水 泥 立 窑
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旋转窑
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水泥预热煅烧工艺流程
Page:22
磨 机
储 存 罐
Page:23
水泥生产厂房
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B. 烧过程示意图
100～200℃ 生料 水分逐渐蒸发而干燥
特点： 干法经济，节能，但污染大，均匀性差，应采
水泥工艺基础知识
水泥工艺基础知识绪论第一章水泥基础知识第一节基本概念第二节硅酸盐水泥的技术指标第二章硅酸盐水泥熟料的组成第三节硅酸盐水泥熟料的化学成分第四节熟料的矿物组成第五节熟料的率值第三章硅酸盐水泥的生产方法及工艺第六节生产方法分类第四章硅酸盐水泥熟料的主要原料第七节原料的种类第八节原料的开采和运输第九节原料的预均化生料的制备、第十节生料的制备、调整和均化第五章硅酸盐水泥熟料的制备第十一节硅酸盐水泥熟料的煅烧第六章水泥制成和包装第十二节水泥制成工艺第十三节水泥的包装和贮运第七章新型干法旋窑生产的主要设备第十四节悬浮预热器第十五节分解炉第十六节回转窑第十七节熟料冷却机第十八节其他重要装备及设备绪言水泥是建筑工业三大基本材料之一，使用广、用量大、素有“建筑工业的粮食”之称。
生产水泥虽需要较多的能源，但水泥与砂、石等材料的混泥土是一种低能耗新型建筑材料。
例如，在相同荷载的条件下，混泥土柱的耗能量仅为钢柱的1/5-1/6,砖柱的1/4。
根据预测，在未来的几十年内，水泥依旧是主要建筑材料。
水泥具有较好的可塑性，与砂、石等胶水泥具有较好的可塑性，水泥具有较好的可塑性合后的混和物具有较好的和易性，可浇注成多种形状及尺寸的构件，以满足设计上的不同要求；水泥的适应性较强水泥的适应性较强，适水泥的适应性较强用于海上、地下、深水、严寒、干热、腐蚀、辐射等多种条件下；水泥还可与多种有机、无机材料制成多种用途的水泥复合材料；水泥耐久性较好水泥耐久性较好，维修工作量小，不易生锈、耐水泥耐久性较好腐朽。
目前，水泥已广泛用于建筑、水利、道路、国防等工程中。
近年来，宇航、信息及其它新兴工业中对各种具有特种性能的水泥复合材料的需求也越来越大。
因此，水泥工业在整个国民经济中起着十分重要的作用。
在目前甚至未来相当长的时期内，水泥仍将是人类社会的主要的建筑材料。
原始水泥可追溯到5000年前，埃及的金字塔、古希腊和古罗马时代用石灰掺砂制成的混和沙浆，曾被用于砌筑石块和砖块，这种用来做砌筑用的胶凝材料被称为原始水泥。
《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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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
水泥的分类：
根据水泥的主要矿物成分，有：硅酸盐系水泥、铝 酸盐系水泥、硫铝酸盐系水泥、磷酸盐系水泥等。
硅酸盐系水泥
磷 酸 盐 系 水 泥 磷 酸 钙, 镁 硅酸钙 水泥中的主要矿物 硫铝酸钙 硫铝酸盐系水泥 铝 酸 钙 铝 酸 盐 系 水 泥
根据水泥的特性，有：膨胀水泥、快硬 水泥、低热水泥、抗硫酸盐水泥等。
细度不符合要求的水泥为不合格品！
3. 标准稠度用水量
标准稠度： 按规定的方法拌制的水泥净浆，在水泥标准 稠度测定仪上，试锥下沉（282）mm时的水 泥净浆的稠度。 标准稠度用水量：
是指水泥净浆达到标准稠度时所需要的水量， 用水与水泥质量的比来表示。硅酸盐水泥的标 准稠度用水泥量一般在21%~28%。
水泥品种 强度等级 42.5 42.5R 硅酸盐水泥 52.4 52.5R 62.5 62.5R 32.5 32.5R 普通水泥 42.5 42.5R 52.5 52.5R 抗 压 强 度 （MPa） 3天 28 天 17.0 22.0 23.0 27.0 28.0 32.0 11.0 16.0 16.0 21.0 22.0 26.0 42.5 42.5 52.5 52.5 62.5 62.5 32.5 32.5 42.5 42.5 52.5 52.5 抗 折 强 度 （MPa） 3天 28 天 3.5 4.0 4.0 5.0 5.0 5.5 2.5 3.5 3.5 4.0 4.0 5.0 6.5 6.5 7.0 7.0 7.0 8.0 5.5 5.5 6.5 6.5 7.0 7.0
2（2CaO· 2）＋4H2O == 3CaO· SiO 2SiO2· 2O＋Ca（OH）2 3H
氢氧化钙晶体 C-S-H 凝 胶 2（3CaO· 2）＋6H2O = 3CaO· SiO 2SiO2· 2O＋3Ca（OH）2 3H
铝酸三钙
铁铝酸四钙
水化铝酸钙晶体 3CaO· 2O3＋H2O == 3CaO· 2O3· 2O Al Al 6H
较高
低
最高
中
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2、凝结硬化 setting and hardening
诱导期
可塑浆体 具流动性
≥ 45min ≤ 6.5h
凝结期
稠硬浆体 塑性渐失
硬化期
硬化浆体 强度增长
稳定期
后期强度 缓慢增长
加 水
初 凝
终 凝
影响因素：
温度、湿度、养护时间
硅酸盐水泥水化物理过程模型
水泥水化物膜层 随着水泥颗粒的 凝结期：水化 水化物膜层随 水泥颗粒的水 在渗透压的作 水泥颗粒分 水化物膜层随 不断水化，水化 物不断填充被 水化时间向内 化从表面开始， 用下，膜层破 水化时间向内 散在水中形 物不断填充毛细 水占据的空间， 不断增厚，进 在表面形成水 裂、扩展，占 不断增厚，水 成水泥浆体 孔和水所占据的 成为连续相， 入潜伏期。 化物膜层—— 据原来被水占 泥颗粒粒径缩 拌和水不断减 水 空间，固体相成 诱导期 据的空间，进 小 为连续相，并具 少，并被水化 入凝结期。 有一定强度。进 物分割成非连 入硬化期。 续相。
AFm
各种水泥熟料与水作用时表现的特性
水泥熟料矿物的主要特性 矿物名称 硅酸三钙 硅酸二钙
含量范围（质 量％） 水化反应速度 强 度 37～67 快 高 15～30 慢 早期低， 后期高
铝酸三钙 7～15 最快 低
铁铝酸四钙 10～18 快 低（含量多时 对抗折强度有 利）
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。
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 ；
石灰石
按比例混合
石 膏
磨细
粘 土 铁矿粉
生 料
1350℃～ 1450℃
煅烧
熟 料
混合材料
硅酸盐水泥
磨细
各物质的作用
熟料：主要胶凝物质，能水化硬化； 石膏：调节水泥的凝结时间；
混合材：调节水泥的强度等级；
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
§3.2 硅 酸 盐 水 泥
Portland Cement
水泥的生产 硅酸盐水泥的水化及凝结硬化 硅酸盐水泥的技术性质 水泥石的腐蚀与防止 硅酸盐水泥的应用与存放
概述
水泥的定义：
水泥是以水化活性矿物为主要成分的水 硬性胶凝材料。
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。
水泥颗粒
水泥浆凝结硬化的物理过程
先在固－液界面发生，水化物围绕每颗水泥颗粒未水化的内 核区域沉积； 早期水化物在颗粒上形成表面膜层，阻碍了进一步反应—— 进入潜伏期； 因渗透压或Ca(OH)2的结晶或二者，水化物膜层破裂，导致 水化继续迅速进行——进入水化的加速期； 随着水化的不断进行，水占据的空间越来越少，水化物越来 越多，水化物颗粒逐渐接近，构成较疏松的空间网状结构， 水泥浆失去流动性，可塑性降低——凝结； 由于水泥内核的继续水化，水化物不断填充结构网中的毛细 孔隙，使之越来越致密，空隙越来越少，水化物颗粒间作用 增强，导致浆体完全失去可塑性，并产生强度——硬化。
水泥体积安定性不良的原因：
水泥熟料中含有过多的游离CaO、MgO和石膏。 因为水泥熟料中的游离CaO、MgO都是过烧的。水化速度很慢。在已
硬化的水化石中继续与水反应，其固体体积增大1.98%和2.48倍。产 生不均匀体积变化，造成水泥石开裂、翘曲。 石膏量过多，在水泥凝结硬化后，会有钙钒石形成，产生膨胀 。
4. 凝结时间
概念：
凝结时间—水泥加水开始到水泥浆失去流动性，即从 可塑性发展到固体状态所需要的时间。 初凝时间 从水泥加水拌和到水泥浆开始失去可塑性 所需的时间； 终凝时间 从水泥加水拌和到水泥浆完全失去可塑性， 并开始具有强度所需的时间。
测定方法：
用标准稠度的水泥净浆，在规定的温湿度下，用凝结时 间测定仪来测定。
4CaO•Al2O3•Fe2O3，C4AF
水泥熟料矿物
铁铝酸四钙
游离氧化钙和氧化镁
f－CaO和f－MgO 化学式及简写
碱类及杂质
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§3.2.2 硅酸盐水泥的水化及凝结硬化
1. 硅酸盐水泥的水化 2. 水泥浆的凝结硬化 3. 水泥浆凝结硬化的影响因素
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熟料矿物的水化反应
硅酸三钙 硅酸二钙
国标要求：硅酸盐水泥
初凝时间≥45min；
终凝时间＜390min。
水泥凝结时间的测定
标准稠度 水泥浆
园弧形 压痕
终 凝
离底1～2mm为初凝
5. 体积安定性
基本概念：
水泥凝结硬化过程中，体积变化是否均匀适当的性质称为
体积安定性。 若水泥石的体积变化均匀适当，则水泥的体积安定性良好； 若水泥石发生不均匀体积变化：翘曲、开裂等，则水泥的 体积安定性不良。
强度测量：
将试件从水中取出，先进行抗折强度试验，折断后每截再 进行抗压强度试验。受压面积为4040=1600mm2。 结果计算： 抗折强度以三个试件的平均值，抗压强度以六个试件的平 均值。
P
P
100mm 160mm
P
抗压强度试验
抗折强度试验
强度等级：根据3天和28天强度测试结果，将水泥强度划分若 干个强度等级
膨胀水泥 抗 腐 蚀 水 泥 耐 腐 蚀 性 好
硬化时膨胀
水泥的特性
水化热低 低热水泥
硬 化 速 度 快
快 硬 水 泥
根据性能和用途分：