水泥-硅酸鹽水泥（建筑材料課件）

硅酸鹽水泥的生產(chǎn)及礦物組成硅酸鹽水泥的生產(chǎn)及礦物組成硅酸鹽水泥的生產(chǎn)及礦物組成熟悉了解硅酸鹽水泥的生產(chǎn)及礦物組成學(xué)習(xí)目標(biāo)通用硅酸鹽水泥的生產(chǎn)02

通用硅酸鹽水泥的種類和代號(hào)01通用硅酸鹽水泥熟料的主要礦物組成03硅酸鹽水泥的生產(chǎn)及礦物組成水泥按性質(zhì)和用途不同，可分為通用水泥、專用水泥和特性水泥；按其礦物組成不同，可分為硅酸鹽類水泥、鋁酸鹽類水泥、硫鋁酸鹽類水泥、鐵鋁酸鹽類水泥、氟鋁酸鹽類水泥等。本章主要講解硅酸鹽水泥的主要成分、水化、凝結(jié)硬化、主要技術(shù)要求、特性、腐蝕及應(yīng)用等內(nèi)容，各種混合材料的硅酸鹽水泥的技術(shù)要求、性能和應(yīng)用場(chǎng)合，以及水泥的驗(yàn)收、運(yùn)輸及儲(chǔ)存等。01通用硅酸鹽水泥的種類和代號(hào)一、通用硅酸鹽水泥的種類和代號(hào)根據(jù)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)《通用硅酸鹽水泥》（GB175—2007）的規(guī)定，通用硅酸鹽水泥是以硅酸鹽水泥熟料、適量石膏和規(guī)定混合材料制成的水硬性膠凝材料?！锻ㄓ霉杷猁}水泥》（GB175—2007）規(guī)定，通用硅酸鹽水泥按混合材料的品種和摻量不同，可分為硅酸鹽水泥、普通硅酸鹽水泥、礦渣硅酸鹽水泥、火山灰質(zhì)硅酸鹽水泥、粉煤灰硅酸鹽水泥和復(fù)合硅酸鹽水泥，各品種水泥的組分和代號(hào)應(yīng)符合表4-1中的規(guī)定。一、通用硅酸鹽水泥的種類和代號(hào)表4-1通用硅酸鹽水泥的組分和代號(hào)品

種代

號(hào)組

分（%）熟料＋石膏粒化高爐礦渣火山灰質(zhì)

混合材料粉煤灰石灰石硅酸鹽水泥P·I100————P·Ⅱ≥95≤5———≥95———≤5普通硅酸鹽水泥P·O≥80且＜95＞5且≤20—普通硅酸鹽水泥P·O礦渣硅酸鹽水泥P·S·A≥50且＜80＞20且≤50———P·S·B≥30且＜50＞50且≤70———火山灰質(zhì)硅酸鹽水泥P·P≥60且＜80—＞20且≤40——粉煤灰硅酸鹽水泥P·F≥60且＜80——＞20且≤40—復(fù)合硅酸鹽水泥P·C≥50且＜80＞20且≤5002通用硅酸鹽水泥的生產(chǎn)二、通用硅酸鹽水泥的生產(chǎn)通用硅酸鹽水泥的生產(chǎn)過(guò)程為：將原料按一定比例混合磨細(xì)并調(diào)配均勻，制得具有適當(dāng)化學(xué)成分的生料（制備生料），再將生料在水泥窯中經(jīng)過(guò)1400～1450℃的高溫煅燒至部分熔融，冷卻后得到硅酸鹽水泥熟料（煅燒生料），最后將煅燒好的熟料、適量石膏，以及?；郀t礦渣、火山灰質(zhì)混合材料等混合材料共同磨細(xì)，即得水泥成品（粉磨水泥）。二、通用硅酸鹽水泥的生產(chǎn)水泥的生產(chǎn)過(guò)程可概括為“兩磨一燒”，即磨細(xì)生料、磨細(xì)熟料、生料煅燒成熟料。通用硅酸鹽水泥的生產(chǎn)工藝流程如圖4-1所示。圖4-1硅酸鹽水泥的生產(chǎn)工藝硅酸鹽水泥石灰?guī)r黏土鐵礦粉按比例混合磨細(xì)生料1450℃煅燒熟料石膏混合材料磨細(xì)二、通用硅酸鹽水泥的生產(chǎn)由圖4-1可知，通用硅酸鹽水泥的生料主要是由石灰質(zhì)原料和黏土質(zhì)原料兩大類組成。其中，石灰質(zhì)原料主要提供氧化鈣（CaO），常用的石灰質(zhì)原料有石灰?guī)r、凝灰?guī)r、白堊、貝殼等；黏土質(zhì)原料主要提供氧化硅（SiO2）、氧化鋁（Al2O3）及少量的氧化鐵（Fe2O3），常用的黏土質(zhì)原料有黏土、黃土、頁(yè)巖、泥巖等。

此外，為了調(diào)節(jié)生料各物體間的化學(xué)成分，還需要加入輔助性的硅質(zhì)校正原料、鋁質(zhì)校正原料或鐵質(zhì)校正原料。例如，原料中Fe2O3含量不足時(shí)可加入鐵質(zhì)校正原料，如黃鐵礦渣、鐵礦粉等；硅質(zhì)校正原料主要補(bǔ)充SiO2，可采用砂巖、粉砂巖等。03通用硅酸鹽水泥熟料的主要礦物組成三、通用硅酸鹽水泥熟料的主要礦物組成石灰?guī)r、黏土和鐵礦粉生料在煅燒過(guò)程中會(huì)分解出CaO、SiO2、Al2O3和Fe2O3，在高溫下會(huì)形成以硅酸鈣為主的熟料礦物。硅酸鹽水泥的主要礦物組成及其含量如表4-2所示。表4-2硅酸鹽水泥的主要礦物組成及其含量主要礦物組成簡(jiǎn)

式含

量密

度硅酸三鈣（3CaO·SiO2）C3S37%～60%3.25g/cm3硅酸二鈣（2CaO·SiO2）C2S15%～37%3.28g/cm3鋁酸三鈣（3CaO·Al2O3）C3A7%～15%3.04g/cm3鐵鋁酸四鈣（4CaO·Al2O3·Fe2O3）C4AF10%～18%3.77g/cm3三、通用硅酸鹽水泥熟料的主要礦物組成表4-2所示硅酸鹽水泥熟料的4種礦物中，前兩種稱為硅酸鹽礦物，一般占總量的75%～82%；后兩種稱為熔劑礦物，一般占總量的18%～25%。除了這些主要礦物外，硅酸鹽水泥中還含有少量的游離氧化鈣、游離氧化鎂和堿等。三、通用硅酸鹽水泥熟料的主要礦物組成水泥的技術(shù)性能，主要是由水泥熟料中的主要礦物水化作用的結(jié)果。水泥熟料中，這4種主要礦物單獨(dú)與水作用時(shí)所表現(xiàn)出的基本特性如表4-3所示。表4-3硅酸鹽水泥熟料礦物的基本特性礦物名稱C3SC2SC3AC4AF凝結(jié)硬化速度快慢最快快水化放熱量大小最大中強(qiáng)

度高早期低、后期高最低中耐化學(xué)腐蝕性差好最差中三、通用硅酸鹽水泥熟料的主要礦物組成從表4-3中可以看出，不同熟料礦物單獨(dú)與水作用時(shí)所表現(xiàn)的性能是不同的。水泥熟料由多種不同特性的礦物組成，當(dāng)改變熟料中礦物組成的相對(duì)含量時(shí)，水泥的技術(shù)性能也會(huì)發(fā)生變化。例如：提高熟料中C2S的含量，降低C3A和C3S的含量，就可以使水泥具有較低的水化熱；提高熟料中C3S的含量，就可以使水泥的強(qiáng)度提高。硅酸鹽水泥硅酸鹽水泥的水化、凝結(jié)與硬化硅酸鹽水泥的水化、凝結(jié)與硬化熟悉了解硅酸鹽水泥的水化、凝結(jié)與硬化學(xué)習(xí)目標(biāo)硅酸鹽水泥的凝結(jié)和硬化02硅酸鹽水泥熟料的水化01影響硅酸鹽水泥凝結(jié)和硬化的因素0301硅酸鹽水泥熟料的水化一、硅酸鹽水泥熟料的水化硅酸鹽水泥與水接觸后，熟料中的各種礦物立即與水發(fā)生水化作用，生成新的水化產(chǎn)物并放出一定熱量，熟料中的4種主要礦物與水的反應(yīng)如下：一、硅酸鹽水泥熟料的水化上式反映中，兩種硅酸鈣的水化反應(yīng)非常相似，不同的是氫氧化鈣的生成量、水化熱和水化反應(yīng)速度存在差別，它們的主要產(chǎn)物水化硅酸三鈣幾乎不溶于水。盡管水化硅酸三鈣膠凝的尺寸非常小，但卻是水泥強(qiáng)度的最重貢獻(xiàn)者。一、硅酸鹽水泥熟料的水化此外，純熟料磨細(xì)加水后，凝結(jié)時(shí)間很短，不便使用。為了調(diào)節(jié)水泥的凝結(jié)時(shí)間，熟料磨細(xì)時(shí)摻有適量（3%左右）石膏，這些石膏與部分水化鋁酸三鈣反應(yīng)，生成難溶于水的水化硫鋁酸鈣，并覆蓋在未水化的鋁酸三鈣周圍，從而阻止其繼續(xù)快速水化，其反應(yīng)為：當(dāng)石膏耗盡時(shí)，水中未水化的鋁酸三鈣會(huì)與鈣礬石作用生成低硫型的水化硫鋁酸鈣，其反應(yīng)為：綜上所述，硅酸鹽水泥水化生成的主要水化產(chǎn)物有：水化硅酸鈣凝膠C—H—S（非化學(xué)計(jì)量表示）、氫氧化鈣、水化鋁酸鈣凝膠或晶體、水化鐵酸鈣凝膠。在充分水化的水泥石中，C—H—S凝膠約占70%，氫氧化鈣約占20%，鈣礬石和低硫型水化硫鋁酸鈣約占7%。02硅酸鹽水泥的凝結(jié)與硬化二、硅酸鹽水泥的凝結(jié)與硬化關(guān)于水泥凝結(jié)硬化理論至今仍在不斷完善。下面以硅酸鹽水泥為例，來(lái)講解水泥凝結(jié)和硬化的一般過(guò)程。水泥加水拌和后，水泥顆粒分散于水中，成為水泥漿體，如圖4-2（a）所示。此時(shí)，水泥顆粒表面與水發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，生成的水化產(chǎn)物聚集在顆粒表面，并形成凝膠薄膜，如圖4-2（b）所示。隨著熟料礦物水化的不斷進(jìn)行，水化產(chǎn)物逐漸增多，顆粒之間水分減少，顆粒相互接觸，水泥漿黏度增加，漸漸失去可塑性而出現(xiàn)凝結(jié)現(xiàn)象，如圖4-2（c）所示。隨著水泥水化的不斷進(jìn)行，水泥漿逐漸硬化，隨著水化硅酸鈣凝膠不斷增多，并填充了硬化水泥石的毛細(xì)孔，使毛細(xì)孔越來(lái)越少，密實(shí)度增加而產(chǎn)生強(qiáng)度，如圖4-2（d）所示。（a）

（b）

（c）

（d）1—未水化水泥顆粒2—膠凝粒子3—Ca（OH）2等晶體4—毛細(xì)孔（毛細(xì)孔水）圖4-2水泥凝結(jié)硬化過(guò)程示意圖二、硅酸鹽水泥的凝結(jié)與硬化由此可見(jiàn)，水泥的水化和硬化是一個(gè)連續(xù)過(guò)程，而凝結(jié)和硬化又是這一過(guò)程的不同階段。其中，凝結(jié)標(biāo)志著水泥漿失去流動(dòng)性而具有一定塑性強(qiáng)度，硬化則表示水泥漿固化后所建立的網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，具有一定機(jī)械強(qiáng)度。硬化后的水泥石是由水泥凝膠、未完全水化的水泥顆粒、毛細(xì)孔（含毛細(xì)孔水）等組成的。03影響硅酸鹽水泥凝結(jié)和硬化的因素三、影響硅酸鹽水泥凝結(jié)和硬化的因素綜上所述，水泥的凝結(jié)和硬化，除了與水泥熟料中的礦物組成有關(guān)外，還與水泥的細(xì)度、石膏的摻量、溫度、濕度、硬化時(shí)間及水灰比等有關(guān)。下面介紹溫度、濕度、水灰比。三、影響硅酸鹽水泥凝結(jié)和硬化的因素溫度：一般情況下，提高溫度可以加速硅酸鹽水泥的早期水化，使早期強(qiáng)度能較快發(fā)展，但后期強(qiáng)度反而可能會(huì)降低。在較低溫度下進(jìn)行水化，雖然凝結(jié)硬化慢，但水化產(chǎn)物比較致密，可以獲得較高的最終強(qiáng)度。但當(dāng)溫度低于0℃時(shí)，水泥強(qiáng)度不僅不增長(zhǎng)，而且還會(huì)因水的結(jié)冰而導(dǎo)致水泥石的破壞。因此，冬季施工時(shí)需要采取保溫等措施。濕度：在缺乏水的干燥環(huán)境中，水泥的水化反應(yīng)不能正常進(jìn)行，其硬化也將停止。潮濕環(huán)境下的水泥石能夠保持足夠的水分進(jìn)行水化和凝結(jié)硬化，從而保證其強(qiáng)度不斷提高。在工程中，保持環(huán)境中的溫度和濕度，使水泥石強(qiáng)度不斷增長(zhǎng)的措施叫做養(yǎng)護(hù)。水泥混凝土在澆注后的一段時(shí)間里應(yīng)十分注意溫度和濕度的養(yǎng)護(hù)。水灰比：拌和水泥漿時(shí)，水與水泥的質(zhì)量比稱為水灰比。拌和水泥漿時(shí)，為使?jié){體具有一定的塑性和流動(dòng)性，所加入的水量通常要大大超過(guò)水泥充分水化時(shí)所需用水量，多余的水在硬化的水泥石內(nèi)形成毛細(xì)孔。因此拌和水越多，硬化后水泥石中的毛細(xì)孔就越多。在熟料礦物成分含量大致相近的情況下，水灰比的大小是影響水泥石強(qiáng)度的主要因素。硅酸鹽水泥硅酸鹽水泥的技術(shù)性質(zhì)硅酸鹽水泥的技術(shù)性質(zhì)熟悉硅酸鹽水泥的技術(shù)性質(zhì)學(xué)習(xí)目標(biāo)能測(cè)定硅酸鹽水泥的標(biāo)準(zhǔn)稠度用水量、凝結(jié)時(shí)間、體積安定性標(biāo)準(zhǔn)稠度用水量02細(xì)度（選擇性指標(biāo)）01凝結(jié)時(shí)間（強(qiáng)制性指標(biāo)）03體積安定性（強(qiáng)制性指標(biāo)）040506強(qiáng)度（強(qiáng)制性指標(biāo)）水化熱01細(xì)度（選擇性指標(biāo)）一、細(xì)度（選擇性指標(biāo)）硅酸鹽水泥的主要技術(shù)要求有：細(xì)度、凝結(jié)時(shí)間、體積安定性、標(biāo)準(zhǔn)稠度用水量、強(qiáng)度等，實(shí)際工程中有時(shí)還需要了解水泥的水化熱及化學(xué)指標(biāo)等。細(xì)度是影響水泥性能的重要物理指標(biāo)。水泥顆粒越細(xì)，與水接觸的表面積越大，因此水化速度越快越充分，水泥的早期強(qiáng)度和后期強(qiáng)度都很高，但硬化時(shí)收縮率較大，水泥易于受潮。此外，水泥愈細(xì)，磨制過(guò)程能耗愈大，水泥的生產(chǎn)成本愈高。因此，水泥的細(xì)度應(yīng)控制在合理的范圍內(nèi)。水泥的細(xì)度有兩種表示方法：一種是用80μm或45μm方孔篩的篩余百分?jǐn)?shù)表示，另一種是用比表面積（即單位質(zhì)量水泥粉末總表面積）表示。比表面積越大，說(shuō)明水泥顆粒越細(xì)。國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定硅酸鹽水泥的細(xì)度用比表面積表示，比表面積應(yīng)大于300m2/kg。02標(biāo)準(zhǔn)稠度用水量二、標(biāo)準(zhǔn)稠度用水量將水泥調(diào)制成具有標(biāo)準(zhǔn)稠度的凈漿所需的用水量即為標(biāo)準(zhǔn)稠度用水量，用水占水泥質(zhì)量的百分?jǐn)?shù)來(lái)表示。標(biāo)準(zhǔn)稠度用水量主要取決于熟料的礦物組成及水泥的細(xì)度。對(duì)于品種不同的水泥，其標(biāo)準(zhǔn)稠度用水量各不相同，一般在24%～33%之間。標(biāo)準(zhǔn)稠度用水量的大小對(duì)水泥的凝結(jié)時(shí)間、體積安定性等的測(cè)定值有較大影響。在其他條件相同的情況下，標(biāo)準(zhǔn)稠度用水量越小越好。03凝結(jié)時(shí)間（強(qiáng)制性指標(biāo)）三、凝結(jié)時(shí)間（強(qiáng)制性指標(biāo)）標(biāo)凝結(jié)時(shí)間分為初凝時(shí)間和終凝時(shí)間。從水泥加水拌和開(kāi)始起至水泥漿體開(kāi)始失去可塑性所需的時(shí)間，稱為初凝時(shí)間；從水泥加水開(kāi)始起至水泥漿體完全失去可塑性所需的時(shí)間，稱為終凝時(shí)間。水泥初凝時(shí)間不宜過(guò)早，以便使用時(shí)有足夠的時(shí)間進(jìn)行攪拌、運(yùn)輸、澆搗或砌筑等施工操作，硅酸鹽水泥初凝時(shí)間要求不小于45min。水泥終凝時(shí)間不宜過(guò)遲，以便水泥能盡快硬化并達(dá)到一定強(qiáng)度，以利于進(jìn)行下一道施工工序，硅酸鹽水泥的終凝時(shí)間要求不大于390min。04體積安定性（強(qiáng)制性指標(biāo)）四、體積安定性（強(qiáng)制性指標(biāo)）水泥的體積安定性是指水泥漿在硬化過(guò)程中體積變化的均勻性。如果水泥漿硬化后體積安定性不良，會(huì)使混凝土產(chǎn)生膨脹性裂縫，降低工程質(zhì)量。1）體積安定性不良的原因引起水泥體積安定性不良的原因，主要有以下兩個(gè)方面。石膏的摻量過(guò)多：當(dāng)石膏摻量過(guò)多時(shí)，在水泥漿體硬化后，過(guò)量石膏還會(huì)繼續(xù)與水化鋁酸鈣反應(yīng)生成高硫型水化硫鋁酸鈣，體積約增大1.5倍，從而導(dǎo)致水泥石開(kāi)裂。熟料中有較多過(guò)燒的氧化鈣或氧化鎂：熟料煅燒工藝上的原因，使得熟料中所含較多過(guò)燒的氧化鈣或氧化鎂，這些過(guò)燒的氧化鈣或氧化鎂的水化速度很慢，往往在水泥硬化后才開(kāi)始水化。這些過(guò)燒氧化物在水化時(shí)體積劇烈膨脹，從而使水泥石開(kāi)裂。四、體積安定性（強(qiáng)制性指標(biāo)）2）體積安定性的檢驗(yàn)方法體積安定性測(cè)定的方法有兩種，即雷氏法和試餅法。雷氏法是通過(guò)測(cè)定水泥標(biāo)準(zhǔn)稠度凈漿在雷氏夾中沸煮后，用試針的相對(duì)位移表示其體積膨脹的程度。試餅法是通過(guò)觀測(cè)水泥標(biāo)準(zhǔn)稠度凈漿試餅沸煮后的外形變化情況，來(lái)表示其體積安定性。當(dāng)發(fā)生爭(zhēng)議時(shí)，一般以雷氏法為準(zhǔn)，其具體檢驗(yàn)方法參見(jiàn)《建筑材料實(shí)訓(xùn)（水泥部分）》。國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定，硅酸鹽水泥的體積安定性經(jīng)沸煮法檢驗(yàn)必須合格，即硅酸鹽水泥中的MgO含量不得超過(guò)5.0%，SO3含量不得超過(guò)3.5%，氯離子含量不得超過(guò)0.06%。當(dāng)有更低要求時(shí)，MgO和SO3的含量由買賣雙方協(xié)商確定。05強(qiáng)度（強(qiáng)制性指標(biāo)）五、強(qiáng)度（強(qiáng)制性指標(biāo)）強(qiáng)度是水泥性能的重要指標(biāo)，也是評(píng)定水泥強(qiáng)度等級(jí)的主要依據(jù)。水泥的強(qiáng)度按《水泥膠砂強(qiáng)度檢驗(yàn)方法（ISO法）》（GB/T17671—1999）中的規(guī)定方法進(jìn)行，其規(guī)定如下：將水泥、標(biāo)準(zhǔn)砂和水按規(guī)定比例（1∶3∶0.5）用標(biāo)準(zhǔn)制作方法制成40mm×40mm×160mm的標(biāo)準(zhǔn)試件，在標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)條件下養(yǎng)護(hù)，然后測(cè)定其3d和28d的抗折強(qiáng)度和抗壓強(qiáng)度。五、強(qiáng)度（強(qiáng)制性指標(biāo)）按照3d和28d齡期的強(qiáng)度將硅酸鹽水泥劃分為42.5，42.5R，52.5，52.5R，62.5和62.5R共6個(gè)強(qiáng)度等級(jí)，將普通水泥劃分為42.5，42.5R，52.5和52.5R共4個(gè)強(qiáng)度等級(jí)。硅酸鹽水泥各齡期的強(qiáng)度不得低于表4-4中的數(shù)值。表4-4硅酸鹽水泥和普通硅酸鹽水泥的強(qiáng)度（摘自GB175—2007）品

種強(qiáng)度等級(jí)抗壓強(qiáng)度（MPa）抗折強(qiáng)度（MPa）3d28d3d28d硅酸鹽水泥42.5≥17.0≥42.5≥3.5≥6.542.5R≥22.0≥4.052.5≥23.0≥52.5≥4.0≥7.052.5R≥27.0≥5.062.5≥28.0≥62.5≥5.0≥