建筑材料講稿第3章 水泥

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1、土木工程材料第三章（二）水泥張德思教授主講水泥，指加水拌和成塑性漿體后，能膠結砂、石等適當材料并能在空氣和水中硬化的粉狀水硬性膠凝材料。土木建筑工程通常采用的水泥主要有：硅酸鹽水泥、普通硅酸鹽水泥、礦渣硅酸鹽水泥、火山灰質硅酸鹽水泥、粉煤灰硅酸鹽水泥等品種。第一節(jié)硅酸鹽水泥凡由硅酸鹽水泥熟料、０～５％石灰石或?；郀t礦渣、適量石膏磨細制成的水硬性膠凝材料，稱為硅酸鹽水泥。硅酸鹽水泥在國際上分為兩種類型：不摻混合材的稱I型硅酸鹽水泥，其代號為P.I；在硅酸鹽水泥熟料粉磨時摻入不超過水泥質量5%的石灰石或?；郀t礦渣混合材料的稱II型硅酸

2、鹽水泥，其代號為Ｐ．II。一.硅酸鹽水泥的生產生產硅酸鹽水泥的原料，主要是石灰質和粘土質兩類原料。為了補充鐵質及改善煅燒條件，還可加入適量鐵粉、螢石等。生產水泥的基本工序可以概括為：“兩磨一燒”：先將原材料破碎并按其化學成分配料后，在球磨機中研磨為生料。然后入窯鍛燒至部分熔融，所得以硅酸鈣為主要成分的水泥熟料，配以適量的石膏及混合材料在球磨機中研磨至一定細度，即得到硅酸鹽水泥。二.硅酸鹽水泥熟料的礦物組成硅酸鹽水泥熟料的主要礦物組成為:（ｌ）硅酸三鈣硅酸三鈣的化學成分為３ＣaＯ·ＳiＯ2，其簡寫為Ｃ3S。它是硅酸鹽水泥熟料中最主要的礦物

3、成分，約占水泥熟料總量的３６％～６０％。硅酸三鈣遇水后能夠很快與水產生水化反應，并產生較多的水化熱。它對促進水泥的凝結硬化，特別是對水泥３～７天內的早期強度以及后期強度都起主要作用。（２）硅酸二鈣硅酸二鈣的化學成分為2ＣaＯ·ＳiＯ2，其簡寫為C2S，約占水泥熟料總量的15％～37％。硅酸二鈣遇水后反應較慢，水化熱也較低。它不影響水泥的凝結，對水泥的后期強度起主要作用。（３）鋁酸三鈣鋁酸三鈣的化學成分是３CaO·Al2O3，其簡寫為C3Ａ，約占水泥熟料總量的7～15％。鋁酸三鈣遇水后反應極快，產生的熱量大而且很集中。鋁酸三鈣對水泥的凝結

4、起主導作用，但其水化產物強度較低，主要對水泥的早期強度有所貢獻。（４）鐵鋁酸四鈣鐵鋁酸四鈣的化學成分為:４CaO·Al2O3·Fe2O3，其簡寫為Ｃ4AF，約占水泥熟料總量的10％～18％。鐵鋁酸四鈣遇水時水化反應也很快，水化熱較低，水化產物的強度不高，對水泥石的抗壓強度貢獻不大，主要對抗折強度貢獻較大。3.硅酸鹽水泥的水化硅酸鹽水泥遇水后，水泥中的各種礦物成分會很快發(fā)生水化反應，生成各種水化物。硅酸三鈣水水化硅酸鈣氫氧化鈣硅酸二鈣水水化硅酸鈣氫氧化鈣鋁酸三鈣水水化鋁酸三鈣鐵鋁酸四鈣水水化鋁酸三鈣水化鐵酸鈣水泥中的石膏也很快與水化鋁酸鈣

5、反應生成難溶的水化硫鋁酸鈣針狀結晶體，也稱為鈣礬石晶體：水化硫鋁酸鈣（鈣礬石）經過上述水化反應后，水泥漿中不斷增加的水化產物主要有：水化硅酸鈣(50%)、氫氧化鈣(25%)、水化鋁酸鈣、水化鐵酸鈣及水化硫鋁酸鈣等新生礦物。4.硅酸鹽水泥的凝結和硬化水泥加水拌合后的劇烈水化反應，一方面使水泥漿中起潤滑作用的自由水分逐漸減少；另一方面，水化產物在溶液中很快達飽和或過飽和狀態(tài)而不斷析出，水泥顆粒表面的新生物厚度逐漸增大，使水泥漿中固體顆粒間的間距逐漸減小，越來越多的顆粒相互連接形成了骨架結構。此時，水泥漿便開始慢慢失去可塑性，表現為水泥的初凝

6、。由于鋁酸三鈣水化極快，會使水泥很快凝結，為使工程使用時有足夠的操作時間，水泥中加入了適量的石膏。水泥加入石膏后，一旦鋁酸三鈣開始水化，石膏會與水化鋁酸三鈣反應生成針狀的鈣礬石。鈣礬石很難溶解于水，可以形成一層保護膜覆蓋在水泥顆粒的表面，從而阻礙了鋁酸三鈣的水化，阻止了水泥顆粒表面水化產物的向外擴散，降低了水泥的水化速度，使水泥的初凝時間得以延緩。當摻入水泥的石膏消耗殆盡時，水泥顆粒表面的鈣礬石覆蓋層一旦被水泥水化物的積聚物所脹破，鋁酸三鈣等礦物的再次快速水化得以繼續(xù)進行，水泥顆粒間逐漸相互靠近，直至連接形成骨架。水泥漿的塑性逐漸消失，

7、直到終凝。隨著水化產物的不斷增加，水泥顆粒之間的毛細孔不斷被填實，加之水化產物中的氫氧化鈣晶體、水化鋁酸鈣晶體不斷貫穿于水化硅酸鈣等凝膠體之中，逐漸形成了具有一定強度的水泥石，從而進入了硬化階段。水化產物的進一步增加，水分的不斷喪失，使水泥石的強度不斷發(fā)展。隨著水泥水化的不斷進行，水泥漿結構內部孔隙不斷被新生水化物填充和加固的過程，稱為水泥的“凝結”。隨后產生明顯的強度并逐漸變成堅硬的人造石——水泥石，這一過程稱為水泥的“硬化”。實際上，水泥的水化過程很慢，較粗水泥顆粒的內部很難完全水化。因此，硬化后的水泥石是由晶體、膠體、未完全水化顆

8、粒、游離水及氣孔等組成的不均質體。5.影響水泥凝結硬化的主要因素（１）礦物組成不同礦物成分和水起反應時所表現出來的特點是不同的，如C3A水化速率最快，放熱量最大而強度不高；C2S水化速率最慢，放熱量最少，早