水泥2006.04.01修改第一次课

第三章水泥3.1硅酸盐系列水泥(cement)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(波特兰水泥)。硅酸盐水泥分两种类型，不掺加混合材料的称I型硅酸盐水泥，其代号为P·I。在硅酸盐水泥熟料粉磨时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Ⅱ型硅酸盐水泥，其代号为P·Ⅱ。3.1.1硅酸盐水泥的原料硅酸盐水泥的原料主要是石灰质原料和粘土质原料两类。石灰质原料主要提供CaO，它可以采用石灰石、白垩、石灰质凝灰岩等。粘土质原料主要提供SiO2、A12O3及少量Fe2O3，它可以采用粘土、粘土质页岩、黄土等。如果所选用的石灰质原料和粘土质原料按一定比例配合不能满足化学组成要求时，则要掺加少量相应的校正原料。

表3－1生产硅酸盐水泥原料的化学组成氧化物名称

氧化钙氧化硅氧化铝氧化铁化学成分

CaOSiO2

AI2O3

Fe2O3

常用缩写

C

SAF大致含量（%）

62～6719～244～72～5硅酸盐水泥生产的大体步骤是：先把几种原材料按适当比例配合后在磨机中磨成生料；生料的制备方法有干法和湿法两种。所谓湿法，就是把原料加水在磨机中磨成生料浆。所谓干法，是把原料先经过烘干，再在磨机中磨成生料粉。按煅烧设备，又分为立窑生产和回转窑生产两种。我国大型水泥厂基本上都采用回转窑煅烧设备。

水泥生产工艺流程示意图

硅酸盐水泥熟料基本化学要求f-CaO

MgO

烧失量

不溶物②

SO3②

C3S+C2S③

CaO/Si02

立窑

旋窑≤2.5

≤1.5

≤5≤1.5

≤0.75

≤1.0

≥66

≥2.0

.4.水泥熟料的矿物组成

硅酸三钙(3CaO·SiO2，简写为C3S)，含量36％～60％；硅酸二钙(2CaO·SiO2，简写为C2S)，含量15％～37％；铝酸三钙(3CaO·A12O3，简写为C3A)，含量7％～15％；铁铝酸四钙(4CaO·A1203·Fe203)，简写为C4AF)，含量10％～18％前两种矿物称硅酸盐矿物，一般占总量的75％～82％。5水泥熟料主要矿物组成的性质（1）硅酸三钙

硅酸三钙是硅酸盐水泥中最主要的矿物组分，其含量通常在50％左右，它对硅酸盐水泥性质有重要的影响。硅酸三钙遇水，反应速度较快，水化热高，水化产物对水泥早期强度和后期强度起主要作用。（2）硅酸二钙硅酸二钙在硅酸盐水泥中的含量约为10％～40％，亦为主要矿物组分，遇水时反应速度较慢，水化热很低，它的水化产物对水泥早期强度贡献较小，但对水泥后期强度起重要作用。耐化学侵蚀性和干缩性较好。（3）铝酸三钙在硅酸盐水泥中含量通常在15％以下。它是四种组分中遇水反应速度最快，水化热最高的组分。铝酸三钙的含量决定水泥的凝结速度和释热量。通常为调节水泥凝结速度需掺加石膏。铝酸三钙与石膏形成的水化产物，对水泥早期强度起一定作用。铝酸三钙耐化学侵蚀性差，干缩性大。（4）铁铝酸四钙

铁铝酸四钙在硅酸盐水泥中，通常含量为5％～15％。遇水反应较快，水化热较高。强度较低，但对水泥抗折强度起重要作用。耐化学侵蚀性好，干缩性小。

6.硅酸盐水泥的水化

熟料矿物与水发生的水解或水化作用统称为水化，熟料矿物与水发生水化反应，生成水化产物，并放出一定的热量。水泥单矿物水化的反应式如下：(3CaO·SiO2)+6H2O=3CaO·2SiO2·3H2O+3Ca(OH)22(2CaO·SiO2)+4H2O=3CaO·2SiO2·3H2O+Ca(OH)23CaO·A12O3+6H2O=3CaO·A12O3·6H2O4CaO·A12O3·Fe2O3+7H2O=3CaO·A12O3·6H2O+CaO·Fe2O3·H2O、C-S-H凝胶

C-S-H的化学组成是不固定的，其Ca/Si比随液相中Ca(OH)2浓度的提高而增加。当溶液中氧化钙浓度约为2～20mol/L时，生成Ca/Si比为0.8～1.5的水化硅酸钙[称C-S-H(Ⅰ)]；当液相中氧化钙浓度饱和时，则生成Ca/Si比提高到1.5～2.0的C-S-H(Ⅱ)。在常温下，水固比增加，能使C-S-H的Ca/Si比下降。同时，H/Si比也相应减少，而且比Ca/Si值都低0.5左右。因此，在正常水化的条件下，C-S-H的组成或可粗略地用CxSHx-0.5表示。多数研究者还认为C-S-H的组成随着水化进程而改变，其Ca/Si比随龄期的增长而下降，例如从水化1d的1.9，到2、3年后可减少至1.4～1.6左右。C-S-H呈无定形的胶体状，粒子如以球形计，直径可能小于10μm。其结晶程度极差，而且即使经过很长时间，结晶度仍然提高不多。0.20.40.60.81.000.2未水化水泥毛细孔凝胶实体水化程度0.20.40.60.81.000.2未水化水泥毛细孔体积率凝胶实体水化程度凝胶孔00.20.40.60.81.00.600.20.40.60.81.00.67.影响水泥凝结硬化的因素

(1)养护时间

(2)温度和湿度(3)石膏掺量8硅酸盐水泥的技术要求（1）细度它对水泥的凝结时间、强度、需水量和安定性有较大影响，所以是鉴定水泥品质的主要项目之一。①筛析法是采用边长为80μm的方孔筛对水泥试样进行筛析试验，用筛余百分数表示水泥的细度。我国现行国标（GB1345-2005）规定，筛析法有：负压筛法和水筛法两种，有争议时，以负压筛法为准。②比表面积法

是根据一定量空气通过一定空隙率和厚度的水泥层时，所受阻力不同而引起流速的变化来测定水泥的比表面积(单位质量的粉末所具有的总表面),以㎡/㎏表示。我国现行国标规定，比表面积测定采用（GB8074-87）勃氏法测定。

国家标准规定：硅酸盐水泥的细度用透气式比表面积仪测定，要求其比表面积大于300m2/kg；其它五类水泥的细度用筛析法，要求在0．080mm方孔筛上的筛余不得超过10％。

（2）凝结时间凝结时间分初凝和终凝。初凝:为水泥加水拌合起至标准稠度净浆开始失去可塑性所需的时间；终凝:为水泥加水拌和起至标准稠度净浆完全失去可塑性并开始产生强度所需的时间。为使混凝土和砂浆有充分的时间进行搅拌、运输、浇捣和砌筑，水泥初凝时间不能过短。当施工完毕后，则要求尽快硬化，具有强度，故终凝时间不能太长。国家标准规定：六大常用水泥的初凝时间均不得早于45min；硅酸盐水泥的终凝时间不得迟于6．5h；其它水泥的终凝时间不得迟于10h；水泥净浆搅拌机水泥标准稠度与凝结时间测定仪（3）体积安定性水泥的体积安定性是指水泥在凝结硬化过程中，体积变化的均匀性。引起水泥体积安定性不良的原因:是由于水泥熟料矿物组成中含有过多游离氧化钙(fCaO)、游离氧化镁(fMgO)，或者水泥粉磨时石膏掺量过多。而过量的石膏会与已固化的水化铝酸钙作用，生成水化硫铝酸钙，产生体积膨胀，造成硬化水泥石开裂。国家标准规定：由游离氧化钙引起的水泥体积安定性不良可采用沸煮法检验。①试饼法

饼法是将标准稠度净浆，制成直径70～80㎜、中心厚约10㎜的试饼，在湿气养护箱内养护24h，在沸煮箱中30min加热至沸，然后恒沸3h，观察水泥净浆试饼沸煮后的外形变化来检验水泥的体积安定性。

②雷氏法

是将标准稠度净浆装于雷氏夹的环形试模（如图3-7）中，湿养24h后，在沸煮箱中30min加热至沸，然后恒沸3h，测定试件两指针尖端距离，两个试件在煮后，针尖端增加的距离平均值不大于5.0㎜时，即认为该水泥安定性合格。在有争议时以雷氏法为准。沸煮法起加速氧化钙熟化的作用，所以只能检查游离氧化钙所起的水泥体积安定性不良。

（2）压蒸法由于游离氧化镁引起的安定性不良，可采用压蒸法。按我国现行试验法（GB750）规定，是将水泥制成净浆试体，经压蒸法，膨胀率不超过0.5%则认为合格。由于游离氧化镁在压蒸下才加速熟化，石膏的危害则需长期在常温水中才能发现，两者均不便于快速检验。所以，国家标准规定水泥熟料中氧化镁含量不得超过5.0％，水泥中三氧化硫含量不超过3.5％，以控制水泥的体积安定性。雷氏夹法测定水泥安定性国家标准规定：水泥中游离氧化镁含量不得超过5.0％，三氧化硫含量矿渣水泥不得超过4.0％，其它水泥不得超过3．5％。（4）强度及强度等级国家标准规定，采用软练胶砂法测定水泥强度。该法是将水泥和标准砂按1:3混合，用水灰比为0.5，按规定方法制成40mm×40mm×l60mm的试件，带模在湿气中养护24h后，再脱模放在标准温度(20℃土1℃)的水中养护，分别测定3d和28d抗压强度和抗折强度。根据测定结果，按规定，可确定该水泥的强度等级。水泥胶砂搅拌机和振动台（5）碱含量碱含量是指水泥中Na2O和K2O的含量。若水泥中碱含量过高，遇到有活性的骨料，易产生碱—骨料反应，造成工程危害。国家标准规定：水泥中碱含量按Na2O+0.685K2O计算值来表示。若使用活性骨料，用户要求提供低碱水泥时，水泥中碱含量不得大于0.60％或由供需