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水 泥 ☆ 知识点 1.硅酸盐水泥熟料的矿物组成、特性、凝结硬化的过程、技术性质及应用。 2.普通硅酸盐水泥、矿渣硅酸盐水泥、火山灰硅酸盐水泥、粉煤灰硅酸盐水泥、复合硅酸盐水泥组成、技术性质及应用。 ★ 要求 掌握： 1.硅酸盐水泥熟料的矿物组成、特点、技术性质及标准要求、检测方法。 2.其他通用水泥的特点（与硅酸盐水泥相比较）、工程中的应用。 了解： 1.水泥的生产原料、生产过程及它们对水泥性能的影响。 2.水泥的凝结硬化过程及机理。 水泥属于水硬性胶凝材料，是建筑工程中最为重要的建筑材料之一，工程中主要用于配制混凝土、砂浆和灌浆材料。 水泥的品种繁多，按其矿物组成，水泥可分为硅酸盐系列、铝酸盐系列、硫酸盐系列、铁铝酸盐系列、氟铝酸盐系列等。按其用途和特性又可分为通用水泥、专用水泥和特性水泥。 通用水泥是指目前建筑工程中常用的六大水泥，即硅酸盐水泥、普通硅酸盐水泥、矿渣硅酸盐水泥、火山灰硅酸盐水泥、粉煤灰硅酸盐水泥、复合硅酸盐水泥；专用水泥是指有专门用途的水泥，如砌筑水泥、大坝水泥、道路水泥、油井水泥等；而特性水泥是指具有与常用水泥不同的特性，多用于有特殊要求的工程，主要品种有快硬硅酸盐水泥、快凝硅酸盐水泥、抗硫酸盐水泥、膨胀水泥、白色硅酸盐水泥等。 水泥品种虽然很多，但硅酸盐系列水泥是产量最大、应用范围最广的，因此，本章对硅酸盐系列水泥作重点介绍，对其他水泥只作一般的介绍。 4.1 硅酸盐水泥 4.1.1 硅酸盐水泥 1.硅酸盐水泥的定义 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(即国外通称的波特兰水泥)。根据是否掺入混合材料将硅酸盐水泥分两种类型，不掺加混合材料的称为I型硅酸盐水泥，代号P.I；在硅酸盐水泥粉磨时掺加不超过水泥质量5%石灰石或粒化高炉矿渣混合材料的称Ⅱ型硅酸盐水泥，代号P.Ⅱ。 硅酸盐水泥是硅酸盐水泥系列的基本品种，其他品种的硅酸盐水泥都是在硅酸盐水泥熟料的基础上，掺入一定量的混合材料制得，因此要掌握硅酸盐系列水泥的性能，首先要了解和掌握硅酸盐水泥的特性。 2.硅酸盐水泥的原料及生产 生产硅酸盐水泥的原料主要有石灰质原料、粘土质原料两大类，此外再配以辅助的铁质和硅质校正原料。其中石灰质原料主要提供CaO，它可采用石灰石、石灰质凝灰岩等；粘土质原料主要提供SiO2、Al2O3及少量的Fe2O3，它可采用粘土、粘土质页岩、黄土等；铁质校正原料主要补充Fe2O3，可采用铁矿粉、黄铁矿渣等；硅质校正原料主要补充SiO2，它可采用砂岩、粉砂岩等。 硅酸盐水泥生产过程是将原料按一定比例混合磨细，先制得具有适当化学成分的生料，再将生料在水泥窑（回转窑或立窑）中经过1400～1450℃的高温煅烧至部分熔融，冷却后而得硅酸盐水泥熟料，最后再加适量石膏（不超过水泥质量5%的石灰石或粒化矿渣）共同磨细至一定细度即得P.I（P.Ⅱ）型硅酸盐水泥。水泥的生产过程可概括为“两磨一烧”，其生产工艺流程如图4.1所示。 图4.1 硅酸盐水泥生产示意图 3.硅酸盐水泥熟料矿物组成及特性 生料开始加热时，500～800℃时，首先是有机物被烧尽，其次是粘土分解形成无定型的SiO2及Al2O3，当温度到达800～1000℃时，石灰石进行分解形成CaO，并开始与粘土中SiO2、Al2O3，及Fe2O3发生固相反应，随温度的升高，固相反应加速，并逐渐生成2CaO·SiO2、3CaO·Al2O3及4CaO·Al2O3·Fe2O3。当温度达到1300℃时，1300℃升至1450℃再降到1300℃，这是烧成阶段，这时的3CaO·Al2O3及4CaO·Al2O3·Fe2O3烧至部分熔融状态，出现液相，把剩余的CaO及部分2CaO·SiO2溶解于其中，在此液相中，2CaO·SiO2吸收CaO形成3CaO·SiO2。此烧成阶段至关重要，需达到较高的温度并要保持一定的时间，否则，水泥熟料中3CaO·SiO2含量低，游离CaO含量高，对水泥的性能有较大的影响。 硅酸盐水泥熟料矿物成分及含量如下： 3CaO·SiO2，简写C3S，45%～60%； 硅酸二钙2CaO·SiO2，简写C2S，15%～30%； 铝酸三钙3CaO·Al2O3，简写C3A，6%～12%； 铁铝酸四钙4CaO·Al2O3·Fe2O3，简写C4AF，6%～8%。 在以上的矿物组成中，硅酸三钙和硅酸二钙的总含量大约占75%以上，而铝酸三钙和铁铝酸四钙的总含量仅占25%左右，硅酸盐占绝大部分，故名硅酸盐水泥。除上述主要熟料矿物成分外，水泥中还有少量的游离氧化钙、游离氧化镁，其含量过高，会引起水泥体积安定性不良。水泥中还含有少量的碱（Na2O、K2O），碱含量高的水泥如果遇到活性骨料，易产生碱-骨料膨胀反