硅酸盐水泥的特性介绍及应用
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水泥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。
水泥是建筑工业的三大基本材料之一，使用广、 用量大，素有“建筑工业的粮食”之称。
水泥的应用
土木工程
海洋工程
能源电力 水利电力
房屋建筑、道路、桥梁、隧 道、机场。 港口、码头、水下建筑、石 油钻井平台。 石油钻井、热电站、核电站。 大坝、水电站、水工建筑。
3CaO•Al2O3，C3A
4CaO•Al2O3•Fe2O3，C4AF
游离氧化钙和氧化镁
f－CaO和f－MgO
碱类及杂质
少量的游离氧化钙和氧化镁及少 量的碱(氧化钠和氧化钾)对水泥 的质量及应用带来不利影响
四种熟料矿物的水化特性各不相同，对水 泥的强度、凝结硬化速度及水化放热的影 响也不同。改变熟料矿物成分间的比例时， 水泥的性质即发生相应的变化。
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）。
生产工艺： “二磨一烧”。
百度文库
（二）硅酸盐水泥熟料及水泥的矿物成分 化学式及简写
硅酸三钙
3CaO•SiO2，C3S
硅酸二钙
2CaO•SiO2，C2S
水泥熟料矿物
铝酸三钙 铁铝酸四钙
水化－物质由无水状态变为有水状态，由低含水 变为高含水，统称为水化。
凝结－水泥加水拌和初期形成具有可塑性的浆体， 然后逐渐变稠并失去可塑性的过程称为凝结。
硬化－此后，浆体的强度逐渐提高并变成坚硬的 石状固体（水泥石），这一过程称为硬化。
水泥＋水（流体）→可塑性浆体（塑性体）→固体
硅酸盐水泥熟料的水化
水泥浆扫描电镜照片（7d龄期）
1824年，英国的约瑟夫.阿斯普丁Joseph Aspdin 获得Portland Cement 的生产专利。
Portland Cement－1824年，英国泥瓦工 约瑟夫.阿斯普丁（Joseph Aspdin）申报 波特兰水泥专利：把粘土和焙烧过的石灰 石混合，经煅烧至二氧化碳释放，将所得 到的产物磨细成粉末。这种粉末在与水拌 合时，具有水硬胶凝性，由于它的颜色象 波特兰（英国一港口城市）的石头，就起 名为波特兰水泥 。
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
第二节 硅酸盐水泥
一、硅酸盐水泥生产及其矿物组成 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)。
不掺混合材料的，称为Ⅰ型硅酸盐水泥， 代号P.Ⅰ；掺入不超过水泥质量5%的混合材料 的，称为Ⅱ型硅酸盐水泥，代号P.Ⅱ。
硅酸盐水泥的特性介绍及应用
路漫漫其悠远
少壮不努力，老大徒悲伤
第一节 概述
水硬性胶凝材料：不但能在空气中硬化，其后 又能在水中继续硬化，并不断增进其强度的一 类材料。
凡细磨材料与水混合后成为塑性浆体，经一系 列物理化学作用凝结硬化变成坚硬的石状体， 并能将沙石等散粒状材料胶结成为整体的水硬 性胶凝材料，通称水泥。
输 水 管
内
径 6.6 m
外
径 7.5 m
巴西Itaipu坝
三峡大坝
正在建设中的三峡大坝
挪 威 的 海 上 石 油 钻 井 平 台
水泥的发展历史
最早使用气硬性胶凝材料(石灰、石膏）修筑 金字塔、万里长城。
古罗马时代使用火山灰(Pozzolana)建造大斗 兽场、万神庙。
1756年，John Smeaton在 Eddystone 灯塔的 重建中发明了水硬性石灰(含粘土的石灰）用 作耐海水的建筑砂浆。
水泥熟料矿物的组成、含量及特性
矿物名称
含量范围（质 量％）
水化反应速度
硅酸三钙 37～60
快
强度
高
水化热 耐腐蚀性
较高 差
硅酸二钙 铝酸三钙
15～37 7～15
慢
最快
早期低， 后期高
低
低
最高
强
最差
铁铝酸四钙
10～18
快 低（含量多时 对抗折强度有
利） 中 中
例： 现有甲、乙两厂生产的硅酸盐水泥熟料，其矿物 成分如下表，试估计和比较这两厂所生产的硅酸盐水 泥的性能有何差异？
（1）C3S的水化
2（3CaO·SiO2）＋6H2O == 3CaO·2SiO2·3H2O＋3Ca（OH）2
生成的水化硅酸钙凝胶C-S-H，几乎不溶于水， 具有较高的强度，是硬化后水泥的主要强度组 分。
生成的氢氧化钙晶体CH数量比C-S-H 少，通常 起填充作用，因其具有层状构造，层间结合较 弱，在受力较大时是裂缝策源地 。
（一）、硅酸盐水泥的生产
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。
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 。
氟铝酸盐水泥等
活性二氧化硅 活性氧化铝
石灰火山灰水泥、石膏矿渣水泥、 低热钢渣矿渣水泥等
按性能和用途分 通用水泥
水泥
专用水泥 特性水泥
硅酸盐水泥(P.I、P.II) 普通硅酸盐水泥(P.O) 矿渣硅酸盐水泥(P.S) 粉煤灰硅酸盐水泥(P.F) 火山灰质硅酸盐水泥(P.P) 复合硅酸盐水泥(P.C)
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
硫铝酸盐水泥
铁铝酸盐水泥
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
主要水硬性物质
硅酸钙
铝酸钙
无水硫铝酸钙 硅酸二钙
铁相、无水硫铝 酸钙、硅酸二钙 氟铝酸钙、硅酸
二钙
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。 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
生产 厂
甲
熟料矿物成分，% Ｃ3S C2S C3Ａ Ｃ4AF 56 17 12 15
乙 42 35
7
16
由甲厂硅酸盐水泥熟料配制的硅酸盐水泥的强度发展 速度、水化热、２８d时的强度均高于由乙厂硅酸盐水 泥熟料配制的硅酸盐水泥．但耐腐蚀性则低于由乙厂 硅酸盐水泥熟料配制的硅酸盐水泥。
二、硅酸盐水泥的水化与凝结硬化
水泥是建筑工业的三大基本材料之一，使用广、 用量大，素有“建筑工业的粮食”之称。
水泥的应用
土木工程
海洋工程
能源电力 水利电力
房屋建筑、道路、桥梁、隧 道、机场。 港口、码头、水下建筑、石 油钻井平台。 石油钻井、热电站、核电站。 大坝、水电站、水工建筑。
3CaO•Al2O3，C3A
4CaO•Al2O3•Fe2O3，C4AF
游离氧化钙和氧化镁
f－CaO和f－MgO
碱类及杂质
少量的游离氧化钙和氧化镁及少 量的碱(氧化钠和氧化钾)对水泥 的质量及应用带来不利影响
四种熟料矿物的水化特性各不相同，对水 泥的强度、凝结硬化速度及水化放热的影 响也不同。改变熟料矿物成分间的比例时， 水泥的性质即发生相应的变化。
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）。
生产工艺： “二磨一烧”。
百度文库
（二）硅酸盐水泥熟料及水泥的矿物成分 化学式及简写
硅酸三钙
3CaO•SiO2，C3S
硅酸二钙
2CaO•SiO2，C2S
水泥熟料矿物
铝酸三钙 铁铝酸四钙
水化－物质由无水状态变为有水状态，由低含水 变为高含水，统称为水化。
凝结－水泥加水拌和初期形成具有可塑性的浆体， 然后逐渐变稠并失去可塑性的过程称为凝结。
硬化－此后，浆体的强度逐渐提高并变成坚硬的 石状固体（水泥石），这一过程称为硬化。
水泥＋水（流体）→可塑性浆体（塑性体）→固体
硅酸盐水泥熟料的水化
水泥浆扫描电镜照片（7d龄期）
1824年，英国的约瑟夫.阿斯普丁Joseph Aspdin 获得Portland Cement 的生产专利。
Portland Cement－1824年，英国泥瓦工 约瑟夫.阿斯普丁（Joseph Aspdin）申报 波特兰水泥专利：把粘土和焙烧过的石灰 石混合，经煅烧至二氧化碳释放，将所得 到的产物磨细成粉末。这种粉末在与水拌 合时，具有水硬胶凝性，由于它的颜色象 波特兰（英国一港口城市）的石头，就起 名为波特兰水泥 。
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
第二节 硅酸盐水泥
一、硅酸盐水泥生产及其矿物组成 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)。
不掺混合材料的，称为Ⅰ型硅酸盐水泥， 代号P.Ⅰ；掺入不超过水泥质量5%的混合材料 的，称为Ⅱ型硅酸盐水泥，代号P.Ⅱ。
硅酸盐水泥的特性介绍及应用
路漫漫其悠远
少壮不努力，老大徒悲伤
第一节 概述
水硬性胶凝材料：不但能在空气中硬化，其后 又能在水中继续硬化，并不断增进其强度的一 类材料。
凡细磨材料与水混合后成为塑性浆体，经一系 列物理化学作用凝结硬化变成坚硬的石状体， 并能将沙石等散粒状材料胶结成为整体的水硬 性胶凝材料，通称水泥。
输 水 管
内
径 6.6 m
外
径 7.5 m
巴西Itaipu坝
三峡大坝
正在建设中的三峡大坝
挪 威 的 海 上 石 油 钻 井 平 台
水泥的发展历史
最早使用气硬性胶凝材料(石灰、石膏）修筑 金字塔、万里长城。
古罗马时代使用火山灰(Pozzolana)建造大斗 兽场、万神庙。
1756年，John Smeaton在 Eddystone 灯塔的 重建中发明了水硬性石灰(含粘土的石灰）用 作耐海水的建筑砂浆。
水泥熟料矿物的组成、含量及特性
矿物名称
含量范围（质 量％）
水化反应速度
硅酸三钙 37～60
快
强度
高
水化热 耐腐蚀性
较高 差
硅酸二钙 铝酸三钙
15～37 7～15
慢
最快
早期低， 后期高
低
低
最高
强
最差
铁铝酸四钙
10～18
快 低（含量多时 对抗折强度有
利） 中 中
例： 现有甲、乙两厂生产的硅酸盐水泥熟料，其矿物 成分如下表，试估计和比较这两厂所生产的硅酸盐水 泥的性能有何差异？
（1）C3S的水化
2（3CaO·SiO2）＋6H2O == 3CaO·2SiO2·3H2O＋3Ca（OH）2
生成的水化硅酸钙凝胶C-S-H，几乎不溶于水， 具有较高的强度，是硬化后水泥的主要强度组 分。
生成的氢氧化钙晶体CH数量比C-S-H 少，通常 起填充作用，因其具有层状构造，层间结合较 弱，在受力较大时是裂缝策源地 。
（一）、硅酸盐水泥的生产
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。
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 。
氟铝酸盐水泥等
活性二氧化硅 活性氧化铝
石灰火山灰水泥、石膏矿渣水泥、 低热钢渣矿渣水泥等
按性能和用途分 通用水泥
水泥
专用水泥 特性水泥
硅酸盐水泥(P.I、P.II) 普通硅酸盐水泥(P.O) 矿渣硅酸盐水泥(P.S) 粉煤灰硅酸盐水泥(P.F) 火山灰质硅酸盐水泥(P.P) 复合硅酸盐水泥(P.C)
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
硫铝酸盐水泥
铁铝酸盐水泥
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
主要水硬性物质
硅酸钙
铝酸钙
无水硫铝酸钙 硅酸二钙
铁相、无水硫铝 酸钙、硅酸二钙 氟铝酸钙、硅酸
二钙
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。 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
生产 厂
甲
熟料矿物成分，% Ｃ3S C2S C3Ａ Ｃ4AF 56 17 12 15
乙 42 35
7
16
由甲厂硅酸盐水泥熟料配制的硅酸盐水泥的强度发展 速度、水化热、２８d时的强度均高于由乙厂硅酸盐水 泥熟料配制的硅酸盐水泥．但耐腐蚀性则低于由乙厂 硅酸盐水泥熟料配制的硅酸盐水泥。
二、硅酸盐水泥的水化与凝结硬化