第四章 水泥与石灰

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1、第四章石灰与水泥本章学习要点：以硅酸盐水泥的矿物组成及其特点（水化速度、放热量、对强度的贡献程度等）、技术性质及要求为主要介绍内容；对道路硅酸盐水泥、掺混合材料的硅酸盐水泥做简单介绍；最后介绍石灰的化学组成、消化、硬化机理。第一节硅酸盐水泥水泥——水硬性胶凝材料，不仅能在空气中硬化，还能更好地在水中硬化，保持并继续增长其强度。主要内容水泥的矿物组成及其技术特性水泥的技术性质硅酸盐水泥：硅酸盐水泥熟料、0～5％石灰石或粒化高炉矿渣，石膏硅酸盐水泥类型：Ⅰ型硅酸盐水泥，代号P.I，不掺混合材料Ⅱ型硅酸盐水泥，代号P.II，掺加不超过水泥质量5％的混合材料普通硅酸盐水泥：凡由硅酸盐水泥熟料、6—15

2、%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，称为普通硅酸盐水泥。代号为P·O。一、硅酸盐水泥的矿物组成与化学成分1、硅酸盐水泥原料与生料的化学组成原料—生料(主要化学成分)：CaO—SiO2—Al2O3—Fe2O3生产工艺——二磨一烧石灰石┐磨细1450℃粘土┼───生料───熟料┐铁矿粉┘石膏┘2、硅酸盐水泥熟料的矿物组成（1）熟料的四种主要矿物硅酸三钙（3CaO·SiO2）——简写C3S硅酸二钙（2CaO·SiO2）——简写C2S铝酸三钙（3CaO·Al2O3）——简写C3A铁铝酸四钙（4CaO·Al2O3·Fe2O3）——简写C4AF磨细————水泥（2）四种矿物的技术特

3、性C3S是无色晶体，含量50%左右，水化速度快，水化热高，且早期强度高，水化物对水泥早期强度和后期强度起主要作用。C2S含量在20%左右，水化速度慢，水化热低，早期强度低，后期强度高，耐化学侵蚀性和干缩性较好。C3A水化速度最快，水化热最高，耐化学侵蚀性差，干缩性大。C4AF水化速度介于C3A和C3S之间，水化热较高，强度低，但对于抗折强度起重要作用，耐化学侵蚀性好，干缩性小。（3）四种矿物的技术特性比较水化程度：C3A＞C3S＞C4AF＞C2SP147图4-1几种矿物的水化程度释热量：C3A＞C3S＞C4AF＞C2S图4-2几种矿物的水化释热量强度早期强度：C3S＞C3A＞C4AF＞C2S后

4、期强度：C3S~C2S＞C3A～C4AF图4-3几种矿物强度发展特征干缩性C3A＞C3S＞C4AF＞C2S耐化学腐蚀C4AF＞C3S＞C2S＞C3A图4-1不同龄期时四种矿物的水化速率C3A＞C3S＞C4AF＞C2S24h：大约有65%的C3A水化，C3S水化50%左右；90d：四种矿物的水化程度已经接近图4-2四种矿物的水化热与龄期的关系C3A＞C3S＞C4AF＞C2S图4-3四种矿物的强度随龄期的发展3.石膏（CaSO4·2H2O）掺量：3～5％作用：缓凝、调节凝结速度4.水泥中的有害物质游离氧化钙f-CaO、氧化镁f-MgO三氧化硫SO3碱含量→“碱－集料反应”（1）水泥熟料矿物的水化

5、反应及其水化生成物⑴硅酸三钙：C3S＋H2O→3CaO·2SiO2·3H2O＋Ca(OH)2水化硅酸钙⑵硅酸二钙：C2S＋H2O→水化硅酸钙＋Ca(OH)2⑶铝酸三钙:在纯水中：C3A＋H2O→(C4AH13、C4AH19、C3AH6…)（水泥瞬凝的原因)水化铝酸钙在石膏溶液中：C3A＋Ca(OH)2＋H2O→C4AH13C4AH13＋CaSO4·2H2O＋H2O→3CaO·Al2O3·3CaSO4·32H2O三硫型水化铝酸钙(钙矾石)当石膏耗尽后：C4AH13＋钙矾石→3CaO·Al2O3·CaSO4·12H2O单硫型水化硫铝酸钙二、硅酸盐水泥的技术性质1.新拌水泥浆体的凝结硬化过程⑷铁铝酸

6、四钙:在纯水中：C4AF＋H2O→C4AH13＋C4FH13水化铝酸四钙水化铁酸四钙→缩写C4(A、F)H13在石膏溶液中：C4AF＋Ca(OH)2＋H2O→C4(A、F)H13C4(A、F)H13＋CaSO4·2H2O＋H2O→3CaO·(Al2O3·Fe2O3)3CaSO4·32H2O三硫型水化铁铝酸钙当石膏耗尽后：同铝酸三钙，生成单硫型水化硫铁铝酸钙（2）水泥的凝结硬化过程1）初始反应期：水泥熟料颗粒初始水解和水化（约5~10min，放热7J/g.h)水泥水化过程2）潜伏期：水化物薄膜围绕水泥颗粒成长变厚（约1~2h，放热4J/g.h)3）凝结期：膜层破裂，水泥颗粒进一步水化（约6h，放

7、热20J/g.h）4）硬化期：水化物进一步发展，填充毛细孔（约6h～若干年）图2-4水泥的凝结硬化过程示意图★凝结硬化机理小结水泥熟料水化生成紧密、相互交结的水化物体系而凝聚产生强度硬化水泥石由水化物、未水化水泥熟料颗粒、水及孔隙所组成图4-4水泥的凝结硬化过程示意图★水泥水化小结生料熟料水泥石主要化学成分主要矿物成分主要水化产物（比例）CaOSiO2Al2O3Fe2O3C3SC2SC3AC4AF