水泥土木工程材料
硅酸三钙 硅酸二钙 铝酸三钙 铁铝酸四钙
游离氧化钙和氧化镁 碱类及杂质
3CaO•SiO2,C3S 2CaO•SiO2,C2S 3CaO•Al2O3,C3A
4CaO•Al2O3•Fe2O3,C4AF
f-CaO和f-MgO
二、熟料的矿物组成及其特性
水泥熟料矿物的主要特性
矿物名称 含量范围(质
量%) 水化反应速度
➢ 水化中期
• 以水化硅酸钙(C-S-H)和氢氧化钙的快速形成为特征。
➢ 水化后期
• 由于新生成的水化产物的压力,水泥颗粒薄膜的凝胶薄膜 破裂,使水进入未水化水泥颗粒的表面,水化反应继续进 行。水化产物之间互相交叉连生,不断密实,固体之间的 空隙不断减小,网状结构不断加强,结构逐渐紧密。
熟料矿物的水化反应
强度
水化热
硅酸三钙 36~60
快 高 高
硅酸二钙
15~37
慢 早期低, 后期高
低
铝酸三钙
铁铝酸四钙
7~15
10~18
最快 低 最高
快
低(含量多时对 抗折强度有利)
中
熟料矿物磨细加水,均能单独与水发生化学反 应,其特点见上表。
五大品种常用水泥
硅酸盐水泥熟料 + 适量石膏
不掺ห้องสมุดไป่ตู้合料
+少量混合料(≤水
泥量5%)
水泥的特点和适用范围
水泥的定义 水硬性胶凝材料
水泥的发展和适用范围
➢ 产生和发展 ➢ 不仅适合用于干燥环境中的工程部位,而且也适合
用于潮湿环境及水中的工程部位。
水泥优点
水泥是一种粉末状材料,属于水硬性胶凝材料,是基本 建设中最重要的土木工程材料。广泛用于工业和民用建 筑、道路、桥梁、铁路、水利和国防等工程;用于生产 各种类型的混凝土及混凝土制品。我国的水泥产量已经 达到6亿t,水泥品种也达到了80余种。
氟铝酸盐水泥等
石灰火山灰水泥、石膏矿渣水泥、低 热钢渣矿渣水泥等
§3-1 常用水泥
一、常用水泥的原材料和生产工艺
硅酸盐水泥的原材料
➢ 生产硅酸盐水泥熟料的原材料
• 石灰质原料 天然石灰石。也可采用与天然石灰石化学成 分相似的材料如白垩、石灰华等。
• 粘土质原料 主要为粘土,其主要化学成分为SiO2,其次 为Al2O3和少量Fe2O3。
水泥
专用水泥 特性水泥
硅酸盐水泥 普通硅酸盐水泥 矿渣硅酸盐水泥 粉煤灰硅酸盐水泥 火山灰质硅酸盐水泥
复合水泥
如砌筑水泥、油井水泥、 道路水泥、大坝水泥等
如白色硅酸盐水泥、快凝 快硬硅酸盐水泥等
水泥的分类
按主要水硬性物质分
水泥种类
主要水硬性物质
主要品种
硅酸盐水泥
铝酸盐水泥
硫铝酸盐水泥
铁铝酸盐水泥
氟铝酸盐水泥 以火山灰或潜在水硬性 材料以及其他活性材料 为主要组分的水泥
➢ 水泥石的结构(水化产物 的种类及相对含量、孔的 结构)对其性能影响最大。
四、常用水泥的特性
1、硅酸盐水泥(代号P)
硅酸钙
铝酸钙
无水硫铝酸钙 硅酸二钙
铁相、无水硫铝酸 钙、硅酸二钙
氟铝酸钙、硅酸二 钙
活性二氧化硅 活性氧化铝
绝大多数通用水泥、专用水泥和特性 水泥 高铝水泥、自应力铝酸盐水泥、快硬 高强铝酸盐水泥等。 有自应力硫铝酸盐水泥、低碱度硫铝 酸盐水泥、快硬硫铝酸盐水泥等 有自应力铁铝酸盐水泥、膨胀铁铝酸 盐水泥、快硬铁铝酸盐水泥等
• 铁矿粉 采用赤铁矿,化学成分为Fe2O3。
➢ 石膏主要为天然石膏矿、无水硫酸钙等 。 ➢ 混合材料 包括活性混合材料(粒化高炉矿渣、粉煤
灰、火山灰质混合材料等)和非活性混合材料(石 灰石粉、磨细石英砂等)。
一、硅酸盐水泥的原材料和生产工艺
硅酸盐水泥的生产工艺——“两磨一烧”工艺
石灰石 粘土 铁矿粉
➢ 硅酸三钙
2(3CaO·SiO2)+6H2O == 3CaO·2SiO2·3H2O+3Ca(OH)2
➢ 硅酸二钙
2(2CaO·SiO2)+4H2O == 3CaO·2SiO2·3H2O+Ca(OH)2
➢ 铝酸三钙
3CaO·Al2O3+6H2O == 3CaO·Al2O3·6H2O
➢ 铁铝酸四钙
4CaO·Al2O3·Fe2O3+7H2O == 3CaO·Al2O3·6H2O+ CaO·Fe2O3·H2O
按比例混合
生料
磨细
1350℃~ 1450℃
煅烧
石膏 熟料
混合材料
硅酸盐水泥
磨细
➢ 生产水泥的方法主要有干法立窑生产和湿法回转窑 生产两种 ;
➢ 硅酸盐水泥分为:Ⅰ型硅酸盐水泥P.I(不掺混合材 料)和Ⅱ型硅酸盐水泥P.II(掺不超过5%混合材料)。
二、熟料的矿物组成及其特性
熟料的矿物组成
水泥熟料矿物
P·Ⅰ 硅酸盐水泥 P·Ⅱ
+少量混合料 (水泥量6%~15%)
P·O 普通硅酸盐水泥
P·S 矿渣硅酸盐水泥
粒化高炉矿渣
+多量混合料
P·P
火山灰
P·F
粉煤灰
火山灰硅酸盐水泥 粉煤灰硅酸盐水泥
熟料矿物的水化反应过程
➢ 水化初期
• 熟料矿物与水反应的速度较快,使水化产物不断地从液相 中析出并聚集在水泥颗粒表面,形成以水化硅酸钙凝胶为 主体的凝胶薄膜,大约在1h左右即在凝胶薄膜外侧及液相 中形成粗短的针状钙矾石晶体。
多样性 低成本
水硬性 水泥的优点
与钢筋 粘结性好
耐久性
可塑性
工艺简单
硅酸盐水泥的历史
埃及时代 煅烧石膏—金字塔 希腊与罗马人 发明了煅烧石灰石—快硬石灰—砖石结构砂浆 希腊与罗马人 黏土获泥土、石灰与砂—胶凝材料 罗马人 用火山灰、石灰与砂—水硬性胶凝材料—混凝土、砌
块 中世纪,该项技术失传,到11世纪建材低到最低点 14世纪后期,石灰技术和火山灰利用再次升起 1759-1759年, 英国人John Smeaton将石灰与火山灰混合—
胶凝材料; 法国的Lesage 和Vicat,英国的Frost 和Parke,煅烧石灰与
粘土混合物—水泥 1824年,英国的砖瓦匠Joseph Aspdin发明了现代生产硅酸
盐水泥的专利技术 1871年,美国宾夕法尼亚,发明世界上第一台回转窑,使水
泥生产大规模化
水泥的分类
按性能和用途分
常用水泥
晶体 胶体
A
B
C
D
A——凝胶体(C-S-H凝胶,水化硅 酸钙凝胶);
B——晶体(氢氧化钙、水化铝酸钙、 水化硫铝酸钙);
C——孔隙(毛细孔、凝胶孔、气孔 等);
D——未水化的水泥颗粒
水泥石的结构
➢ 水泥石主要由凝胶体、晶 体、孔隙、水、空气和未 水化的水泥颗粒等组成, 存在固相、液相和气相。 因此硬化后的水泥石是一 种多相多孔体系。