水泥化学基础理论知识

C3A+ 3CŜ·H2+26H C3A·3CŜ3·H31 + 300 cal / g (1) (钙钒石)
• 反应后期，石膏量不足时，水化生成单硫型硫铝酸钙水化物：
C3A+ C3A·3CŜ3·H32 +4H C3A·CŜ3·H12
(2)
• 石膏消耗完后， C3A直接水化形成C3AH6：
C3A + 18H2O C3AH6
➢ 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)
钙质 (石灰石)
调节 原料
水泥制造的“两磨一烧”工艺流程
粉 磨
水泥
生料
1450℃
煅烧
粉磨
熟料 石膏 混合材
原料采掘
原料混合
原料磨细
反应物＋中间产物 ＋产物
产物
预热器、分解炉 ＋
硅酸盐水泥的制造
• 原 料：
➢ 硅质：粘土、页岩、砂岩、煤矸石 (SiO2、Al2O3)。 占15% ➢ 钙质：石灰石、白垩等，(CaO)。占85%
➢ 校正原料：如铁质校正原料铁矿粉、硫酸渣、铜渣等工业废 渣、粉砂岩；硅质校正原料，如硅石等。5%；
➢ 石膏。混合材。
• 制造工艺：
➢ 原料经粉磨混合后得到水泥生料
(3)
石膏缓凝机理：
❖ 钙钒石的形成反应(1)速度比纯C3A的反应(3)慢； ❖ 在水泥颗粒表面析出钙矾石晶体构成阻碍层，延缓了 水泥颗粒的水化，避免急凝。
（四）铁铝酸四钙C4AF的水化
• 铁铝酸四钙C4AF与水发生类似于C3A的水化反应， 也形成类似的产物钙钒石和单硫型水化物：
C4AF + 7H C3AFH6 ＋CFH C4AF + 3CŜ·H2 + 26H C3(A,F)·3CŜ3·H31 C4AF + CŜ·H2 + 20H C3(A,F)·CŜ3·H16 • C4AF水化物的组成是可变，是铝酸盐与铁酸盐的固 溶体，并有铁相凝胶产生。 • C4AF的水化反应对整个水泥的行为影响较小。
回转窑
熟料冷却
熟料储存
硅酸盐水泥熟料制造工艺流程
硅酸盐水泥的矿物组成
矿物名称 化 学 式
代号
硅酸三钙 3CaO•SiO2
硅酸二钙 2CaO•SiO2
铝酸三钙 3CaO•Al2Oe2O3
游离氧化钙 氧化镁
碱
C3S
C2S
C3A
C4AF f–CaO f–MgO Na2O +0.658K2O
分 硅酸盐 普通水泥 矿渣水泥 类 水泥
火山灰 水泥
粉煤灰 水泥
复合水泥
混 I型 合 混合材料 材 0%
料 II 型 含 混合材料 量 ≤5%
＞5% 且≤20% 混合材料
A型 ＞20%且≤50% 粒化高炉矿渣
B型 ＞50%且≤70% 粒化高炉矿渣
＞20% 且≤40% 火山灰质 混合材料
＞20% 且≤40% 粉煤灰
portland cement )
一、 水泥熟料矿物的水化反应
• 特征：
➢ 水泥熟料颗粒中的四种主要矿物同时进行水化反应；
➢ 其水化反应均是放热反应；
➢ 水化反应是固－液异相反应。
• 反应速度序列：
➢ 半水石膏CaSO40.5H2O和游离氧化钙f-CaO的水化
➢ 铝酸三钙C3A的水化
来自水泥粉磨过程中二水石膏的脱
硅酸二钙：2C2S + 4H C3S2H3 + CH + 62cal/g
(C-S-H ) + 羟钙石
水化• 度
特征：
➢ 形成相同的水化物—组成不确定的C-S-H凝胶，组成为：
％ CaxH6-2xSi2O7.zCa(OH)2nH2O (x, z与温度、水灰比等有关)
其中钙硅比(C/S)： CaO/SiO2 = (x＋z)/2
＞20%
且≤50%
两种或两种 以上规定的 混合材料
P•I
P•O
P•S
P•P
P•F
P•C
代
( ordinary ( portland bl- ( portland ( portland ( composite
号
portland astfurnace – pozzolane fly–ash P•II cement ) slag cement ) cement ) cement )
(不稳定的中间产物) (稳定产物) 这一反应导致水泥浆急凝，必须避免！ • 避免闪凝的有效途径——加入石膏CaSO42H2O
这就是硅酸盐水泥生产中，必须加入石膏与水泥 熟料一起粉磨的根本原因！
这一发明是硅酸盐水泥发展史上的一个里程碑。
（三）铝酸三钙C3A在石膏存在下的水化反应
• C3A与石膏反应首先形成三硫型硫铝酸钙—钙矾石晶体，并放 出大量热：
大家好
概述
水泥(cement)
1.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。
— 国外称硅酸盐水泥为波特兰水泥( Portland •Cement)
2.水泥的分类
(1) 水泥按用途和性能分类
分类
品
种
通用水泥 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、
粉煤灰硅酸盐水泥、复合硅酸盐水泥
➢ C3S反应速度比C2S快，其放热量比C2S大。
• 水化机理
➢ 溶液中反应
➢ 固相颗粒表面的局部水反化应时。间（天）
（二）铝酸三钙C3A的水化
• 铝酸钙C3A的水化行为在水泥水化早期特别重要 • 纯C3A与水反应迅速，生成水化铝酸钙：
C3A + 18H2O [C2AH8 + C4AH13] C3AH6
➢ 铁铝酸四钙C4AF的水化 ➢ 硅酸三钙C3S的水化
水分解：
CaSO42H2O CaSO40.5H2O+1.5H2O
➢ 硅酸二钙- C2S的水化
（一）硅酸钙C3S与- C2S的水化
• 硅酸钙水化生成水化硅酸钙C3S2H3—C-S-H凝胶和Ca(OH)2—羟 钙石，并放出热：
硅酸三钙：2C3S + 6H C3S2H3 + 3CH + 120cal/g
专用水泥 道路水泥、砌筑水泥、耐酸水泥、耐碱水泥、油井水泥
特性水泥 高铝水泥、膨胀水泥、快硬硅酸盐水泥、自应力水泥、白色硅酸盐水泥
(2)水泥按化学成分分类—硅酸盐水泥、铝酸盐水泥、硫铝酸盐水泥、
铁铝酸盐水泥等
第一节 硅酸盐水泥
技术标准
2008年6月1日国家实施《通用硅酸盐水泥》GB175—2007
含量
37% –60% 15% –37% 7% –15% 10% –18%
少量 少量
C3S C3A
C2S
C3S C3S
C3A C4AF
C2S
C2S
C3S
C2S
水泥颗粒的结构
水 泥 熟 料 颗 粒 微 观 形 貌
通用硅酸盐水泥定义、组分、代号
定 以硅酸盐水泥熟料和适量石膏，及规定的混合材料制成的水硬性胶凝材 义料