水泥成分種類生產(chǎn)過(guò)程詳細(xì)介紹課件

第六章水泥第六章水泥1內(nèi)容水泥的定義和分類水泥的生產(chǎn)水泥的基本組成水泥的水化硬化水泥的品質(zhì)要求常用水泥的基本特征與用途特種水泥的組成與主要性能內(nèi)容水泥的定義和分類2一、水泥的定義和分類定義：凡細(xì)磨成粉末狀，加入適量水后成為塑性漿體，既能在空氣中硬化，又能在水中硬化，并能將砂、石等散粒或纖維材料牢固地膠結(jié)在一起的水硬性膠凝材料，統(tǒng)稱為水泥。

硅酸鹽水泥定義：以硅酸鹽水泥熟料、適量石膏磨細(xì)制成的水硬性膠凝材料。按組成分類：

常用水泥／硅酸鹽水泥（以硅酸鹽水泥熟料為主要組分）如：硅酸鹽水泥、普通硅酸鹽水泥、礦渣硅酸鹽水泥等

特種水泥（以非硅酸鹽類水泥熟料為主要組分）如：高鋁水泥、硫鋁酸鹽水泥等一、水泥的定義和分類定義：凡細(xì)磨成粉末狀，加入適量水后成為塑3組分材料：(1)硅酸鹽水泥熟料：適當(dāng)成分的生料燒至部分熔融，所得以硅酸鈣為主要成分的產(chǎn)物(2)石膏：天然石膏或工業(yè)副產(chǎn)石膏（工業(yè)生產(chǎn)中以硫酸鈣為主要成分的副產(chǎn)品），摻量2～５％(3)活性混合材：具有火山灰性或潛在水硬性的混合材料，如?；郀t礦渣、粉煤灰等(4)非活性混合材：活性指標(biāo)不符合標(biāo)準(zhǔn)要求的潛在水硬性或火山灰性混合材料以及砂巖和石灰石(5)窯灰：從水泥回轉(zhuǎn)窯窯尾廢氣中收集下的粉塵(6)助磨劑：在水泥粉磨時(shí)起助磨作用而不損害水泥性能的一種外加劑，加入量<1%組分材料：4常用水泥品種水泥品種水泥代號(hào)水泥組成熟料石膏混合材Ⅰ型硅酸鹽水泥P.Ⅰ硅酸鹽水泥熟料95~98%適量（控制SO3<3.5%）不摻任何混合材Ⅱ型硅酸鹽水泥P.Ⅱ硅酸鹽水泥熟料90~97%適量（控制SO3<3.5%）摻加不超過(guò)水泥質(zhì)量5%的石灰石或?；郀t礦渣混合材普通硅酸鹽水泥P.O硅酸鹽水泥熟料80~92%適量（控制SO3<3.5%）摻6~15%混合材?；钚曰旌喜?lt;15%（允許用窯灰<5%或非活性混合材<10%代替），非活性混合材<10%常用水泥品種水泥品種水泥代號(hào)水泥組成熟料石膏混合材Ⅰ型硅酸鹽5水泥品種水泥代號(hào)水泥組成熟料石膏混合材礦渣硅酸鹽水泥P.S硅酸鹽水泥熟料25~78%適量（控制SO3<4%）?；郀t礦渣20~70%，允許用石灰石、窯灰和火山灰質(zhì)混合材中的一種材料代替，代替數(shù)量<8%，替代后水泥中?；郀t礦渣>20%火山灰質(zhì)硅酸鹽水泥P.P硅酸鹽水泥熟料45~78%適量（控制SO3<3.5%）火山灰質(zhì)混合材20~50%粉煤灰硅酸鹽水泥P.F硅酸鹽水泥熟料55~78%適量（控制SO3<3.5%）粉煤灰20~40%復(fù)合硅酸鹽水泥P.C硅酸鹽水泥熟料45~83%適量（控制SO3<3.5%）摻兩種或兩種以上混合材料，總摻量按質(zhì)量百分比計(jì)為15~50%，允許用<8%的窯灰代替部分混合材料，摻礦渣時(shí)，混合材摻量不得與礦渣水泥重復(fù)水泥品種水泥代號(hào)水泥組成熟料石膏混合材礦渣硅酸鹽水泥P.S硅6二、水泥的生產(chǎn)原材料：（１）石灰石質(zhì)原料（主要成份為碳酸鈣，提供氧化鈣），如石灰?guī)r、泥灰?guī)r、白堊、貝殼等（２）粘土質(zhì)原料（提供氧化硅和氧化鋁及部分氧化鐵），如黃土、粘土、頁(yè)巖、泥巖、粉砂巖及河泥等（３）少量校正原料（鐵質(zhì)校正原料和硅質(zhì)校正原料，提供氧化鐵和氧化硅），鐵質(zhì)校正原料如低品位鐵礦石、煉鐵廠尾礦以及硫酸廠工業(yè)廢渣硫酸渣（硫鐵礦渣）等；硅質(zhì)校正原料如砂巖、河砂、粉砂巖等。二、水泥的生產(chǎn)原材料：7生產(chǎn)工藝：“兩磨一燒”

生料制備：石灰質(zhì)原料，粘土質(zhì)原料與少量校正原料經(jīng)破碎后，按一定比例配合、磨細(xì)，并配合為成分合適，質(zhì)量均勻的生料

熟料煅燒：生料在水泥窯內(nèi)煅燒至部分熔融所得以硅酸鈣為主要成分的硅酸鹽水泥熟料

水泥粉磨：熟料加適量石膏，有時(shí)還加適量混合材料或外加劑共同磨細(xì)為水泥生產(chǎn)工藝：“兩磨一燒”8用窯外分解窯干法生產(chǎn)的工藝流程用窯外分解窯干法生產(chǎn)的工藝流程9水泥窯系統(tǒng)中發(fā)生的化學(xué)反應(yīng)水泥窯系統(tǒng)中發(fā)生的化學(xué)反應(yīng)10(1)干燥與脫水～100℃，脫去物料中的自由水和粘土礦物的層間水～400～600℃，脫去粘土礦物的配位水(2)碳酸鹽分解碳酸鈣與碳酸鎂在煅燒過(guò)程中分解放出二氧化碳～590℃，MgCO3≒MgO+CO2-1047~1214J/g～890℃，CaCO3≒CaO+CO2-1645J/g水泥窯系統(tǒng)中發(fā)生的物理化學(xué)反應(yīng)過(guò)程(1)干燥與脫水水泥窯系統(tǒng)中發(fā)生的物理化學(xué)反應(yīng)過(guò)程11(3)固相反應(yīng)~800℃，CaO·Al2O3（CA）、CaO·Fe2O3（CF）與2CaO·SiO2（C2S）開(kāi)始形成。800~900℃，開(kāi)始形成12CaO·7Al2O3（C12A7）。900~1100℃，2CaO·Al2O3SiO2（C2AS）形成后又分解。開(kāi)始形成3CaO·Al2O3（C3A）和4CaO·Al2O3·Fe2O3（C4AF）。所有碳酸鈣均分解，游離氧化鈣達(dá)最高值。1100~1200℃，大量形成C3A和C4AF，C2S含量達(dá)最大值。(3)固相反應(yīng)12(4)液相和熟料的燒結(jié)到達(dá)最低共熔溫度（1250℃）后，開(kāi)始出現(xiàn)液相。硅酸二鈣與游離氧化鈣都逐步溶解于液相中，反應(yīng)生成硅酸鹽水泥的主要礦物硅酸三鈣３CaO·SiO2（C３S）。在高溫液相作用下，水泥熟料逐漸燒結(jié)。

C2S+CaOC3S液相(4)液相和熟料的燒結(jié)液相13三、水泥的基本組成（1）硅酸鹽水泥熟料氧化物組成CaO、SiO2、Al2O3、Fe2O3~95%MgO、SO3、TiO2、P2O5、K2O和Na2O等~5%主要氧化物含量波動(dòng)范圍：CaO62~67%；SiO220~24%；Al2O34~7%；Fe2O32.5~6.0%。三、水泥的基本組成（1）硅酸鹽水泥熟料14水泥成分種類生產(chǎn)過(guò)程詳細(xì)介紹課件15礦物組成經(jīng)高溫煅燒后，兩種或兩種以上的氧化物反應(yīng)生成多種礦物集合體，結(jié)晶細(xì)?。?0~60μm）。四種主要礦物：硅酸三鈣3CaO·SiO2，可簡(jiǎn)寫(xiě)為C3S；硅酸二鈣2CaO·SiO2，可簡(jiǎn)寫(xiě)為C2S；鋁酸三鈣3CaO·Al2O3，可簡(jiǎn)寫(xiě)為C3A；鐵相固溶體4CaO·Al2O3·Fe2O3作為代表式，可簡(jiǎn)寫(xiě)為C4AF。另外，還含有少量的游離氧化鈣（f-CaO）、方鎂石（結(jié)晶氧化鎂）、含堿礦物以及玻璃體等。硅酸鹽礦物，75%溶劑礦物，22%礦物組成硅酸鹽礦物，75%溶劑礦物，22%16熟料礦物的基本特性礦物含量水化速度強(qiáng)度凝結(jié)時(shí)間水化熱耐化學(xué)侵蝕性干縮早期后期C3S50%較快高高正常中中中C2S20%較慢低高緩慢小良小C3A7~15%迅速高低很快大差大C4AF10~18%<C3A后期慢低低正常小優(yōu)小熟料礦物的基本特性強(qiáng)度耐化學(xué)侵蝕性早期后期C3S50%較快高17礦物組成的計(jì)算鮑格（Bogue）法：C3S=4.07C-7.60S-6.72A-1.43F-2.86SO3；C2S=8.60S+5.07A+1.07F+2.15SO3-3.07C=2.87S-0.754C3S；C3A=2.65A-1.69F；C4AF=3.04F；CaSO4=1.70SO3式中C——CaO；S——SiO2；A——Al2O3；F——Fe2O3百分含量。礦物組成的計(jì)算18（2）混合材活性混合材混合材磨細(xì)后與石灰和石膏拌合，加水后既能在水中又能在空氣中硬化的稱為活性混合材。

?；郀t礦渣：煉鐵高爐的熔融礦渣經(jīng)水淬急冷形成，物相組成大部分為玻璃體，具有較高的化學(xué)潛能，在激發(fā)劑的作用下具有水硬性?；瘜W(xué)成分：CaO、Al2O3、SiO2>90%MgO、MnO、Fe2O3、CaS、FeS、TiO2等質(zhì)量系數(shù)=（CaO+MgO+Al2O3）/（SiO2+MnO）活性礦渣質(zhì)量系數(shù)>1.2，非活性礦渣質(zhì)量系數(shù)<1.2?；郀t礦渣粉的活性指數(shù)（A）=R/R0×100%

?；郀t礦渣粉級(jí)別（28d的A）：S105，S95，S75（2）混合材19火山灰質(zhì)混合材凡天然的及人工的以氧化硅、氧化鋁為主要成分的礦物質(zhì)原料，磨成細(xì)粉加水后并不硬化，但與石灰混合后再加水拌和，則不但能在空氣中硬化，而且能在水中繼續(xù)硬化者稱為火山灰質(zhì)混合材。天然：火山灰、火山凝灰?guī)r、浮石、硅藻土、硅藻石、蛋白石等人工：燒粘土、活性硅質(zhì)渣、粉煤灰、燒頁(yè)巖等?；鹕交屹|(zhì)混合材20粉煤灰燃煤發(fā)電廠電收塵器收集的細(xì)灰主要化學(xué)成分：SiO2、Al2O3、Fe2O3、CaO物相組成：玻璃體60~85%；結(jié)晶化合物10~30%；未燃盡碳約5%。類別CaO含量來(lái)源活性低鈣粉煤灰<10%無(wú)煙煤燃燒所得副產(chǎn)品較低高鈣粉煤灰15~30%褐煤和次煙煤燃燒所得的副產(chǎn)品較高粉煤灰類別CaO含量來(lái)源活性低鈣粉煤灰<10%無(wú)煙煤燃燒所得21非活性混合材與水泥成分不起化學(xué)作用或化學(xué)作用很小的稱為非活性混合材。磨細(xì)石英砂、石灰石、慢冷礦渣等

作用：提高水泥產(chǎn)量，減少水化熱，降低水泥標(biāo)號(hào)。非活性混合材22（3）石膏天然石膏或工業(yè)副產(chǎn)石膏（CaSO4，CaSO4·2H2O）作用：調(diào)節(jié)凝結(jié)時(shí)間，提高早期強(qiáng)度，降低干縮變形，改善耐久性、抗?jié)B性等性能，對(duì)混合材起活性激發(fā)作用。

最佳摻量：C3A含量，混合材以水泥中SO3含量作為石膏摻量的控制指標(biāo)過(guò)少，不能合適地調(diào)節(jié)水泥正常凝結(jié)時(shí)間過(guò)多，可能導(dǎo)致水泥體積安定性不良（3）石膏23四、水泥的水化硬化定義：水泥與水接觸時(shí)，水泥中的各組分與水的反應(yīng)稱為水化。水泥cement水泥漿Cementpaste+水凝結(jié)、硬化水泥石Hardenedcementpaste四、水泥的水化硬化定義：水泥與水接觸時(shí)，水泥中的各組分與水的24硅酸鹽水泥的水化硬化水化過(guò)程硅酸鹽水泥的水化硬化25主要水化產(chǎn)物：Ca-AlC-S-H凝膠CH水化鋁（鐵）酸鈣水化硫鋁（鐵）酸鈣主要水化產(chǎn)物：Ca-AlC-S-H凝膠CH水化鋁（鐵）酸鈣水26硬化漿體結(jié)構(gòu)：

未水化的水泥顆粒、水化產(chǎn)物、孔隙影響強(qiáng)度的因素：

C-S-H生成量，孔隙（氣孔和毛細(xì)孔）硬化漿體結(jié)構(gòu)：27礦渣硅酸鹽水泥的水化硬化熟料礦物+水水化產(chǎn)物堿性激發(fā)劑：CH（+SiO2+Al2O3）硫酸鹽激發(fā)劑：石膏（+SiO2+Al2O3）火山灰水泥的水化硬化熟料礦物+水水化產(chǎn)物二次反應(yīng)CH（+SiO2+Al2O3）水化硅酸鈣水化鋁酸鈣水化硫鋁（鐵）酸鈣水化硅酸鈣水化鋁酸鈣礦渣硅酸鹽水泥的水化硬化水化硅酸鈣水化硫鋁（鐵）酸鈣水化硅酸28五、水泥的品質(zhì)要求凝結(jié)時(shí)間——工程施工

初凝：水泥加水拌和開(kāi)始至標(biāo)準(zhǔn)稠度凈漿開(kāi)始失去可塑性所經(jīng)歷的時(shí)間。>45min

終凝：漿體完全失去可塑性并開(kāi)始產(chǎn)生強(qiáng)度所經(jīng)歷的時(shí)間。

硅酸鹽水泥<6.5h其他品種水泥<10h（2008年實(shí)施GB175-2007）

測(cè)定：維卡儀

影響因素：水泥品種、水灰比、環(huán)境溫度五、水泥的品質(zhì)要求凝結(jié)時(shí)間——工程施工29強(qiáng)度——水泥質(zhì)量確定水泥強(qiáng)度等級(jí)；設(shè)計(jì)混凝土和砂漿配合比的強(qiáng)度依據(jù)膠砂（水泥1+中國(guó)ISO標(biāo)準(zhǔn)砂3+水0.5）棱柱體試件（40mm×40mm×160mm）脫模20±1℃濕氣24h20±1℃水中預(yù)定齡期（3d、28d）測(cè)定抗壓強(qiáng)度和抗折強(qiáng)度強(qiáng)度——水泥質(zhì)量膠砂（水泥1+中國(guó)ISO標(biāo)準(zhǔn)砂3+水0.5）30

水泥強(qiáng)度等級(jí)按照28d抗壓強(qiáng)度值劃分（2008年實(shí)施GB175-2007）硅酸鹽水泥：42.5、42.5R、52.5、52.5R、62.5、62.5R六個(gè)等級(jí)普通水泥：42.5、42.5R、52.5、52.5R四個(gè)等級(jí)礦渣硅酸鹽水泥、火山灰水泥、粉煤灰水泥、復(fù)合水泥：32.5、32.5R、42.5、42.5R、52.5、52.5R六個(gè)等級(jí)水泥強(qiáng)度等級(jí)按照28d抗壓強(qiáng)度值劃分31體積安定性體積安定性不良是指已硬化水泥石產(chǎn)生不均勻的體積變化現(xiàn)象。引起體積安定性不良的原因：（1）f-CaO過(guò)量CaO+H2O=Ca(OH)2（2）f-MgO過(guò)量MgO+H2O=Mg(OH)2（3）石膏摻量過(guò)多石膏+C-A-HAFt體積安定性32細(xì)度影響水泥安定性、需水量、凝結(jié)時(shí)間及強(qiáng)度國(guó)標(biāo)：硅酸鹽水泥比表面積>300m2/kg透氣式比表面積儀其他水泥80μm標(biāo)準(zhǔn)篩上篩余量<10%篩析法細(xì)度33水化熱

水泥水化放出的熱稱為水泥的水化熱。

硅酸鹽水泥的水化放熱曲線水化熱硅酸鹽水泥的水化放熱曲線34水泥的水化放熱量大部分在3~7d內(nèi)放出，以后逐漸減少大體積混凝土，冬季混凝土施工水泥水化放熱量與水泥細(xì)度、混合材種類和數(shù)量有關(guān)中熱硅酸鹽水泥和低熱硅酸鹽水泥，適用于水化熱較低的大壩和大體積混凝土工程。水泥的水化放熱量大部分在3~7d內(nèi)放35水泥化學(xué)品質(zhì)指標(biāo)（1）不溶物：熟料中未參與礦物形成反應(yīng)的粘土和結(jié)晶SiO2，是煅燒不均勻，化學(xué)反應(yīng)不完全的標(biāo)志。。（2）燒矢量：反映熟料的燒成質(zhì)量，混合材摻量是否適當(dāng)以及水泥風(fēng)化的情況。（3）氧化鎂：以方鎂石晶體存在的MgO導(dǎo)致水泥長(zhǎng)期安定性不良。（4）SO3：造成水泥體積安定性不良，通過(guò)控制石膏摻量控制。（5）堿含量（Na2O+0.658K2O）：與活性骨料發(fā)生堿骨料反應(yīng)，導(dǎo)致混凝土不均勻膨脹破壞。水泥化學(xué)品質(zhì)指標(biāo)36抗蝕性（耐久性）（1）淡水（溶蝕）：流動(dòng)水，水壓，混凝土滲透性較大（2）酸與酸性水（溶析和化學(xué)溶解）：碳酸（3）硫酸鹽（侵蝕）：除硫酸鋇以外的硫酸鹽，“鎂鹽侵蝕”（4）含堿溶液（化學(xué)侵蝕和結(jié)晶侵蝕）抗蝕性（耐久性）37六、常用水泥的基本特征與用途硅酸鹽水泥與普通水泥特性用途標(biāo)號(hào)高配制高強(qiáng)混凝土和預(yù)應(yīng)力混凝土凝結(jié)硬化快，抗凍性好早強(qiáng)高、凝結(jié)快的工程，有抗凍融要求，冬季施工的工程CH含量高抗淡水、海水侵蝕和抗硫酸鹽侵蝕能力差水化放熱量大不宜用于大體積工程六、常用水泥的基本特征與用途硅酸鹽水泥與普通水泥特性用途標(biāo)號(hào)38礦渣水泥特性用途凝結(jié)硬化較慢，早強(qiáng)低，后期強(qiáng)度不低養(yǎng)護(hù)時(shí)間較長(zhǎng)，濕熱養(yǎng)護(hù)可加速硬化速度抗凍性、抗?jié)B性和抵抗干濕交替循環(huán)性能較差CH較少，水化產(chǎn)物堿度低，抗碳化能力較差，抗淡水、海水和硫酸鹽侵蝕能力較強(qiáng)水工工程和海港工程耐熱性較好耐熱混凝土工程礦渣水泥特性用途凝結(jié)硬化較慢，早強(qiáng)低，后期強(qiáng)度不低養(yǎng)護(hù)時(shí)間較39火山灰水泥特性用途凝結(jié)硬化較慢，早強(qiáng)低，后期強(qiáng)度不低養(yǎng)護(hù)時(shí)間較長(zhǎng)，蒸汽或濕熱養(yǎng)護(hù)可加速硬化速度不宜于冬季施工水化熱低宜用于澆筑大體積工程CH含量低，較高的抗硫酸鹽侵蝕性能，抗大氣穩(wěn)定性差，抗凍性差最適宜用于地下或水下工程，需要抗?jié)B、抗淡水或抗硫酸鹽侵蝕的工程，不宜用于受凍部位采用軟質(zhì)混合材（如硅藻土）的收縮變形大不宜用于干燥地區(qū)火山灰水泥特性用途凝結(jié)硬化較慢，早強(qiáng)低，后期強(qiáng)度不低養(yǎng)護(hù)時(shí)間40粉煤灰水泥特性用途水化硬化較慢，早強(qiáng)較低，后期強(qiáng)度不低承受荷載較遲的工程水化熱較小大體積混凝土工程抗硫酸鹽侵蝕能力較強(qiáng)適用于水工工程和海港工程需水量較小，混凝土和易性好，干縮小，抗裂性好，抗碳化能力差，抗凍性較差粉煤灰水泥特性用途水化硬化較慢，早強(qiáng)較低，后期強(qiáng)度不低承受荷41復(fù)合水泥特性取決于所摻混合材的種類、摻量及相對(duì)比例白色硅酸鹽水泥325、425、525、625四個(gè)強(qiáng)度等級(jí)白度分為特級(jí)、一、二、三級(jí)彩色硅酸鹽水泥

27.5、32.5、42.5三個(gè)強(qiáng)度等級(jí)基本色有紅色、黃色、藍(lán)色、綠色、棕色、黑色等復(fù)合水泥42七、特種水泥的組成與主要性能鋁酸鹽水泥

以釩土和石灰石為原料，按適當(dāng)比例配合進(jìn)行燒結(jié)或熔融，再經(jīng)粉磨而成，代號(hào)CA。

按Al2O3百分?jǐn)?shù)分為四類：CA-5050%≤Al2O3<60%CA-6060%≤Al2O3<68%CA-7068%≤Al2O3<77%CA-8077%≤Al2O3七、特種水泥的組成與主要性能鋁酸鹽水泥43組成化學(xué)組成CaO32~42%SiO20.5~8.0%Al2O3≥50%Fe2O3+FeO0.5~2.5%礦物組成鋁酸一鈣（CA）70%凝結(jié)緩慢，硬化快二鋁酸一鈣（CA2）水化硬化較慢，早期強(qiáng)度低，后期強(qiáng)度不斷增高，耐熱性高

七鋁酸十二鈣（C12A7）水化速度快，凝結(jié)迅速，強(qiáng)度不高，含量>10%使水泥快凝

鋁方柱石（C2AS）和β-C2SSiO2<5%，形成β-C2S，SiO2含量較高時(shí)形成C2AS，水化速度慢，影響早強(qiáng)，配料中嚴(yán)格限制SiO2含量組成44特性（1）水化硬化過(guò)程<15~20℃水化產(chǎn)物CAH10、C2AH8、AH3溫度升高，開(kāi)始出現(xiàn)C3AH6>30℃，水化產(chǎn)物主要是C3AH6、AH3轉(zhuǎn)晶反應(yīng)（CAH10和C2AH8C3AH6），隨溫度提高而加速，水泥石強(qiáng)度倒縮特性45（2）水泥基本性能細(xì)度：比表面積≥300m2/kg或0.045mm方孔篩篩余≤20%凝結(jié)時(shí)間：CA-50，-70，-8030min/6h；CA-6060min/18h強(qiáng)度：1d、3d標(biāo)準(zhǔn)稠度用水量：不大，水化所需結(jié)合水較多水化放熱量、水化速率：水化放熱量正常，水化速率很快養(yǎng)護(hù)溫度：約15℃，不得超過(guò)25℃（轉(zhuǎn)晶反應(yīng)）閃凝：與硅酸鹽水泥或石灰相混耐高溫性：1300℃以下良好的抗硫酸鹽及抗海水侵蝕性能抗蝕性好，但對(duì)濃酸及堿溶液的耐蝕性不好主要用于工期緊急的搶修工程，避免接觸堿溶液，不宜用于長(zhǎng)期承載結(jié)構(gòu)及高溫、高濕環(huán)境。低水灰比、降低養(yǎng)護(hù)溫度及摻加石膏或無(wú)水石膏，可改善長(zhǎng)期強(qiáng)度下降現(xiàn)象。（2）水泥基本性能46第六章水泥第六章水泥47內(nèi)容水泥的定義和分類水泥的生產(chǎn)水泥的基本組成水泥的水化硬化水泥的品質(zhì)要求常用水泥的基本特征與用途特種水泥的組成與主要性能內(nèi)容水泥的定義和分類48一、水泥的定義和分類定義：凡細(xì)磨成粉末狀，加入適量水后成為塑性漿體，既能在空氣中硬化，又能在水中硬化，并能將砂、石等散?；蚶w維材料牢固地膠結(jié)在一起的水硬性膠凝材料，統(tǒng)稱為水泥。

硅酸鹽水泥定義：以硅酸鹽水泥熟料、適量石膏磨細(xì)制成的水硬性膠凝材料。按組成分類：

常用水泥／硅酸鹽水泥（以硅酸鹽水泥熟料為主要組分）如：硅酸鹽水泥、普通硅酸鹽水泥、礦渣硅酸鹽水泥等

特種水泥（以非硅酸鹽類水泥熟料為主要組分）如：高鋁水泥、硫鋁酸鹽水泥等一、水泥的定義和分類定義：凡細(xì)磨成粉末狀，加入適量水后成為塑49組分材料：(1)硅酸鹽水泥熟料：適當(dāng)成分的生料燒至部分熔融，所得以硅酸鈣為主要成分的產(chǎn)物(2)石膏：天然石膏或工業(yè)副產(chǎn)石膏（工業(yè)生產(chǎn)中以硫酸鈣為主要成分的副產(chǎn)品），摻量2～５％(3)活性混合材：具有火山灰性或潛在水硬性的混合材料，如?；郀t礦渣、粉煤灰等(4)非活性混合材：活性指標(biāo)不符合標(biāo)準(zhǔn)要求的潛在水硬性或火山灰性混合材料以及砂巖和石灰石(5)窯灰：從水泥回轉(zhuǎn)窯窯尾廢氣中收集下的粉塵(6)助磨劑：在水泥粉磨時(shí)起助磨作用而不損害水泥性能的一種外加劑，加入量<1%組分材料：50常用水泥品種水泥品種水泥代號(hào)水泥組成熟料石膏混合材Ⅰ型硅酸鹽水泥P.Ⅰ硅酸鹽水泥熟料95~98%適量（控制SO3<3.5%）不摻任何混合材Ⅱ型硅酸鹽水泥P.Ⅱ硅酸鹽水泥熟料90~97%適量（控制SO3<3.5%）摻加不超過(guò)水泥質(zhì)量5%的石灰石或?；郀t礦渣混合材普通硅酸鹽水泥P.O硅酸鹽水泥熟料80~92%適量（控制SO3<3.5%）摻6~15%混合材?；钚曰旌喜?lt;15%（允許用窯灰<5%或非活性混合材<10%代替），非活性混合材<10%常用水泥品種水泥品種水泥代號(hào)水泥組成熟料石膏混合材Ⅰ型硅酸鹽51水泥品種水泥代號(hào)水泥組成熟料石膏混合材礦渣硅酸鹽水泥P.S硅酸鹽水泥熟料25~78%適量（控制SO3<4%）?；郀t礦渣20~70%，允許用石灰石、窯灰和火山灰質(zhì)混合材中的一種材料代替，代替數(shù)量<8%，替代后水泥中?；郀t礦渣>20%火山灰質(zhì)硅酸鹽水泥P.P硅酸鹽水泥熟料45~78%適量（控制SO3<3.5%）火山灰質(zhì)混合材20~50%粉煤灰硅酸鹽水泥P.F硅酸鹽水泥熟料55~78%適量（控制SO3<3.5%）粉煤灰20~40%復(fù)合硅酸鹽水泥P.C硅酸鹽水泥熟料45~83%適量（控制SO3<3.5%）摻兩種或兩種以上混合材料，總摻量按質(zhì)量百分比計(jì)為15~50%，允許用<8%的窯灰代替部分混合材料，摻礦渣時(shí)，混合材摻量不得與礦渣水泥重復(fù)水泥品種水泥代號(hào)水泥組成熟料石膏混合材礦渣硅酸鹽水泥P.S硅52二、水泥的生產(chǎn)原材料：（１）石灰石質(zhì)原料（主要成份為碳酸鈣，提供氧化鈣），如石灰?guī)r、泥灰?guī)r、白堊、貝殼等（２）粘土質(zhì)原料（提供氧化硅和氧化鋁及部分氧化鐵），如黃土、粘土、頁(yè)巖、泥巖、粉砂巖及河泥等（３）少量校正原料（鐵質(zhì)校正原料和硅質(zhì)校正原料，提供氧化鐵和氧化硅），鐵質(zhì)校正原料如低品位鐵礦石、煉鐵廠尾礦以及硫酸廠工業(yè)廢渣硫酸渣（硫鐵礦渣）等；硅質(zhì)校正原料如砂巖、河砂、粉砂巖等。二、水泥的生產(chǎn)原材料：53生產(chǎn)工藝：“兩磨一燒”

生料制備：石灰質(zhì)原料，粘土質(zhì)原料與少量校正原料經(jīng)破碎后，按一定比例配合、磨細(xì)，并配合為成分合適，質(zhì)量均勻的生料

熟料煅燒：生料在水泥窯內(nèi)煅燒至部分熔融所得以硅酸鈣為主要成分的硅酸鹽水泥熟料

水泥粉磨：熟料加適量石膏，有時(shí)還加適量混合材料或外加劑共同磨細(xì)為水泥生產(chǎn)工藝：“兩磨一燒”54用窯外分解窯干法生產(chǎn)的工藝流程用窯外分解窯干法生產(chǎn)的工藝流程55水泥窯系統(tǒng)中發(fā)生的化學(xué)反應(yīng)水泥窯系統(tǒng)中發(fā)生的化學(xué)反應(yīng)56(1)干燥與脫水～100℃，脫去物料中的自由水和粘土礦物的層間水～400～600℃，脫去粘土礦物的配位水(2)碳酸鹽分解碳酸鈣與碳酸鎂在煅燒過(guò)程中分解放出二氧化碳～590℃，MgCO3≒MgO+CO2-1047~1214J/g～890℃，CaCO3≒CaO+CO2-1645J/g水泥窯系統(tǒng)中發(fā)生的物理化學(xué)反應(yīng)過(guò)程(1)干燥與脫水水泥窯系統(tǒng)中發(fā)生的物理化學(xué)反應(yīng)過(guò)程57(3)固相反應(yīng)~800℃，CaO·Al2O3（CA）、CaO·Fe2O3（CF）與2CaO·SiO2（C2S）開(kāi)始形成。800~900℃，開(kāi)始形成12CaO·7Al2O3（C12A7）。900~1100℃，2CaO·Al2O3SiO2（C2AS）形成后又分解。開(kāi)始形成3CaO·Al2O3（C3A）和4CaO·Al2O3·Fe2O3（C4AF）。所有碳酸鈣均分解，游離氧化鈣達(dá)最高值。1100~1200℃，大量形成C3A和C4AF，C2S含量達(dá)最大值。(3)固相反應(yīng)58(4)液相和熟料的燒結(jié)到達(dá)最低共熔溫度（1250℃）后，開(kāi)始出現(xiàn)液相。硅酸二鈣與游離氧化鈣都逐步溶解于液相中，反應(yīng)生成硅酸鹽水泥的主要礦物硅酸三鈣３CaO·SiO2（C３S）。在高溫液相作用下，水泥熟料逐漸燒結(jié)。

C2S+CaOC3S液相(4)液相和熟料的燒結(jié)液相59三、水泥的基本組成（1）硅酸鹽水泥熟料氧化物組成CaO、SiO2、Al2O3、Fe2O3~95%MgO、SO3、TiO2、P2O5、K2O和Na2O等~5%主要氧化物含量波動(dòng)范圍：CaO62~67%；SiO220~24%；Al2O34~7%；Fe2O32.5~6.0%。三、水泥的基本組成（1）硅酸鹽水泥熟料60水泥成分種類生產(chǎn)過(guò)程詳細(xì)介紹課件61礦物組成經(jīng)高溫煅燒后，兩種或兩種以上的氧化物反應(yīng)生成多種礦物集合體，結(jié)晶細(xì)?。?0~60μm）。四種主要礦物：硅酸三鈣3CaO·SiO2，可簡(jiǎn)寫(xiě)為C3S；硅酸二鈣2CaO·SiO2，可簡(jiǎn)寫(xiě)為C2S；鋁酸三鈣3CaO·Al2O3，可簡(jiǎn)寫(xiě)為C3A；鐵相固溶體4CaO·Al2O3·Fe2O3作為代表式，可簡(jiǎn)寫(xiě)為C4AF。另外，還含有少量的游離氧化鈣（f-CaO）、方鎂石（結(jié)晶氧化鎂）、含堿礦物以及玻璃體等。硅酸鹽礦物，75%溶劑礦物，22%礦物組成硅酸鹽礦物，75%溶劑礦物，22%62熟料礦物的基本特性礦物含量水化速度強(qiáng)度凝結(jié)時(shí)間水化熱耐化學(xué)侵蝕性干縮早期后期C3S50%較快高高正常中中中C2S20%較慢低高緩慢小良小C3A7~15%迅速高低很快大差大C4AF10~18%<C3A后期慢低低正常小優(yōu)小熟料礦物的基本特性強(qiáng)度耐化學(xué)侵蝕性早期后期C3S50%較快高63礦物組成的計(jì)算鮑格（Bogue）法：C3S=4.07C-7.60S-6.72A-1.43F-2.86SO3；C2S=8.60S+5.07A+1.07F+2.15SO3-3.07C=2.87S-0.754C3S；C3A=2.65A-1.69F；C4AF=3.04F；CaSO4=1.70SO3式中C——CaO；S——SiO2；A——Al2O3；F——Fe2O3百分含量。礦物組成的計(jì)算64（2）混合材活性混合材混合材磨細(xì)后與石灰和石膏拌合，加水后既能在水中又能在空氣中硬化的稱為活性混合材。

?；郀t礦渣：煉鐵高爐的熔融礦渣經(jīng)水淬急冷形成，物相組成大部分為玻璃體，具有較高的化學(xué)潛能，在激發(fā)劑的作用下具有水硬性?；瘜W(xué)成分：CaO、Al2O3、SiO2>90%MgO、MnO、Fe2O3、CaS、FeS、TiO2等質(zhì)量系數(shù)=（CaO+MgO+Al2O3）/（SiO2+MnO）活性礦渣質(zhì)量系數(shù)>1.2，非活性礦渣質(zhì)量系數(shù)<1.2?；郀t礦渣粉的活性指數(shù)（A）=R/R0×100%

?；郀t礦渣粉級(jí)別（28d的A）：S105，S95，S75（2）混合材65火山灰質(zhì)混合材凡天然的及人工的以氧化硅、氧化鋁為主要成分的礦物質(zhì)原料，磨成細(xì)粉加水后并不硬化，但與石灰混合后再加水拌和，則不但能在空氣中硬化，而且能在水中繼續(xù)硬化者稱為火山灰質(zhì)混合材。天然：火山灰、火山凝灰?guī)r、浮石、硅藻土、硅藻石、蛋白石等人工：燒粘土、活性硅質(zhì)渣、粉煤灰、燒頁(yè)巖等?；鹕交屹|(zhì)混合材66粉煤灰燃煤發(fā)電廠電收塵器收集的細(xì)灰主要化學(xué)成分：SiO2、Al2O3、Fe2O3、CaO物相組成：玻璃體60~85%；結(jié)晶化合物10~30%；未燃盡碳約5%。類別CaO含量來(lái)源活性低鈣粉煤灰<10%無(wú)煙煤燃燒所得副產(chǎn)品較低高鈣粉煤灰15~30%褐煤和次煙煤燃燒所得的副產(chǎn)品較高粉煤灰類別CaO含量來(lái)源活性低鈣粉煤灰<10%無(wú)煙煤燃燒所得67非活性混合材與水泥成分不起化學(xué)作用或化學(xué)作用很小的稱為非活性混合材。磨細(xì)石英砂、石灰石、慢冷礦渣等

作用：提高水泥產(chǎn)量，減少水化熱，降低水泥標(biāo)號(hào)。非活性混合材68（3）石膏天然石膏或工業(yè)副產(chǎn)石膏（CaSO4，CaSO4·2H2O）作用：調(diào)節(jié)凝結(jié)時(shí)間，提高早期強(qiáng)度，降低干縮變形，改善耐久性、抗?jié)B性等性能，對(duì)混合材起活性激發(fā)作用。

最佳摻量：C3A含量，混合材以水泥中SO3含量作為石膏摻量的控制指標(biāo)過(guò)少，不能合適地調(diào)節(jié)水泥正常凝結(jié)時(shí)間過(guò)多，可能導(dǎo)致水泥體積安定性不良（3）石膏69四、水泥的水化硬化定義：水泥與水接觸時(shí)，水泥中的各組分與水的反應(yīng)稱為水化。水泥cement水泥漿Cementpaste+水凝結(jié)、硬化水泥石Hardenedcementpaste四、水泥的水化硬化定義：水泥與水接觸時(shí)，水泥中的各組分與水的70硅酸鹽水泥的水化硬化水化過(guò)程硅酸鹽水泥的水化硬化71主要水化產(chǎn)物：Ca-AlC-S-H凝膠CH水化鋁（鐵）酸鈣水化硫鋁（鐵）酸鈣主要水化產(chǎn)物：Ca-AlC-S-H凝膠CH水化鋁（鐵）酸鈣水72硬化漿體結(jié)構(gòu)：

未水化的水泥顆粒、水化產(chǎn)物、孔隙影響強(qiáng)度的因素：

C-S-H生成量，孔隙（氣孔和毛細(xì)孔）硬化漿體結(jié)構(gòu)：73礦渣硅酸鹽水泥的水化硬化熟料礦物+水水化產(chǎn)物堿性激發(fā)劑：CH（+SiO2+Al2O3）硫酸鹽激發(fā)劑：石膏（+SiO2+Al2O3）火山灰水泥的水化硬化熟料礦物+水水化產(chǎn)物二次反應(yīng)CH（+SiO2+Al2O3）水化硅酸鈣水化鋁酸鈣水化硫鋁（鐵）酸鈣水化硅酸鈣水化鋁酸鈣礦渣硅酸鹽水泥的水化硬化水化硅酸鈣水化硫鋁（鐵）酸鈣水化硅酸74五、水泥的品質(zhì)要求凝結(jié)時(shí)間——工程施工

初凝：水泥加水拌和開(kāi)始至標(biāo)準(zhǔn)稠度凈漿開(kāi)始失去可塑性所經(jīng)歷的時(shí)間。>45min

終凝：漿體完全失去可塑性并開(kāi)始產(chǎn)生強(qiáng)度所經(jīng)歷的時(shí)間。

硅酸鹽水泥<6.5h其他品種水泥<10h（2008年實(shí)施GB175-2007）

測(cè)定：維卡儀

影響因素：水泥品種、水灰比、環(huán)境溫度五、水泥的品質(zhì)要求凝結(jié)時(shí)間——工程施工75強(qiáng)度——水泥質(zhì)量確定水泥強(qiáng)度等級(jí)；設(shè)計(jì)混凝土和砂漿配合比的強(qiáng)度依據(jù)膠砂（水泥1+中國(guó)ISO標(biāo)準(zhǔn)砂3+水0.5）棱柱體試件（40mm×40mm×160mm）脫模20±1℃濕氣24h20±1℃水中預(yù)定齡期（3d、28d）測(cè)定抗壓強(qiáng)度和抗折強(qiáng)度強(qiáng)度——水泥質(zhì)量膠砂（水泥1+中國(guó)ISO標(biāo)準(zhǔn)砂3+水0.5）76

水泥強(qiáng)度等級(jí)按照28d抗壓強(qiáng)度值劃分（2008年實(shí)施GB175-2007）硅酸鹽水泥：42.5、42.5R、52.5、52.5R、62.5、62.5R六個(gè)等級(jí)普通水泥：42.5、42.5R、52.5、52.5R四個(gè)等級(jí)礦渣硅酸鹽水泥、火山灰水泥、粉煤灰水泥、復(fù)合水泥：32.5、32.5R、42.5、42.5R、52.5、52.5R六個(gè)等級(jí)水泥強(qiáng)度等級(jí)按照28d抗壓強(qiáng)度值劃分77體積安定性體積安定性不良是指已硬化水泥石產(chǎn)生不均勻的體積變化現(xiàn)象。引起體積安定性不良的原因：（1）f-CaO過(guò)量CaO+H2O=Ca(OH)2（2）f-MgO過(guò)量MgO+H2O=Mg(OH)2（3）石膏摻量過(guò)多石膏+C-A-HAFt體積安定性78細(xì)度影響水泥安定性、需水量、凝結(jié)時(shí)間及強(qiáng)度國(guó)標(biāo)：硅酸鹽水泥比表面積>300m2/kg透氣式比表面積儀其他水泥80μm標(biāo)準(zhǔn)篩上篩余量<10%篩析法細(xì)度79水化熱

水泥水化放出的熱稱為水泥的水化熱。

硅酸鹽水泥的水化放熱曲線水化熱硅酸鹽水泥的水化放熱曲線80水泥的水化放熱量大部分在3~7d內(nèi)放出，以后逐漸減少大體積混凝土，冬季混凝土施工水泥水化放熱量與水泥細(xì)度、混合材種類和數(shù)量有關(guān)中熱硅酸鹽水泥和低熱硅酸鹽水泥，適用于水化熱較低的大壩和大體積混凝土工程。水泥的水化放熱量大部分在3~7d內(nèi)放81水泥化學(xué)品質(zhì)指標(biāo)（1）不溶物：熟料中未參與礦物形成反應(yīng)的粘土和結(jié)晶SiO2，是煅燒不均勻，化學(xué)反應(yīng)不完全的標(biāo)志。。（2）燒矢量：反映熟料的燒成質(zhì)量，混合材摻量是否適當(dāng)以及水泥風(fēng)化的情況。（3）氧化鎂：以方鎂石晶體存在的MgO導(dǎo)致水泥長(zhǎng)期安定性不良。（4）SO3：造成水泥體積安定性不良，通過(guò)控制石膏摻量控制。（5）堿含量（Na2O+0.658K2O）：與活性骨料發(fā)生堿骨料反應(yīng)，導(dǎo)致混凝土不均勻膨脹破壞。水泥化學(xué)品質(zhì)指標(biāo)82抗蝕性（耐久性）（1）淡水（溶蝕）：流動(dòng)水，水壓，混凝土滲透性較大（2）酸與酸性水（溶析和化學(xué)溶解）：碳酸（3）硫酸鹽（侵蝕）：除硫酸鋇以外的硫酸鹽，“鎂鹽侵蝕”（4）含堿溶液（化學(xué)侵蝕和結(jié)晶侵蝕）抗蝕性（耐久性）83六、常用水泥的基本特征與用途硅酸鹽水泥與普通水泥特性用途標(biāo)號(hào)高配制高強(qiáng)混凝土和預(yù)應(yīng)力混凝土凝結(jié)硬化快，抗凍性好早強(qiáng)高、凝結(jié)快的工程，有抗凍融要求，冬季施工的工程CH含量高抗淡水、海水侵蝕和抗硫酸鹽侵蝕能力差水化放熱量大不宜用于大體積工程六、常用水泥的基本特征與用途硅酸鹽水泥與普通水泥特性用途標(biāo)號(hào)84礦渣水泥特性用途凝結(jié)硬化較慢，早強(qiáng)低，后期強(qiáng)度不低養(yǎng)護(hù)時(shí)間較長(zhǎng)，濕熱養(yǎng)護(hù)可加速硬化速度抗凍性、抗?jié)B性和抵抗干濕交替循環(huán)性能較差CH較少，水化產(chǎn)物堿度低，抗碳化能力較差，抗淡水、海水和硫酸鹽侵蝕能