本讲内容3.0 简介1.概述2.分类3.1 硅酸盐水泥硅酸盐水泥的生产简述及其矿物组成硅酸盐水泥的水化产物硅酸盐水泥的凝结和硬化凝结与硬化示意图水泥石的组成部分影响凝结和硬化的因素灰色金子第三章水泥（cement）(1756～1824)水泥是一种水硬性胶凝材料，它不仅可以在空气中硬化，而且能长期在水中继续硬化，使强度不断地增长，其硬化期可达数年，这与上一讲介绍的气硬性胶凝材料石灰、石膏等是大不相同的。
目前世界水泥的年产量22亿多吨，发达国家的水泥产量均400公斤左右，我国1987年产量1亿吨，90年代初（92年）为2.4亿吨，94年底达4亿吨，为世界首位，2003.01达7亿吨，2004.10达8亿吨，2007年底12亿吨，高能耗，高投入，高污染。
（低效应，低产出、低质量）我国目前有近8000多家水泥生产厂家，其中75%为中小型厂家，在能耗，污染方面存在着严重问题，急待解决。
（国家建材局，环保局出台政策要求5万吨以下的厂关闭！凝石）自以（1756年）发明水泥（到1824年正式出产品）以来，随着岁月推移和科学的发展，水泥已改变了原来的模样：（1）论颜色：已从单纯的灰色发展到五光十色，白色水泥、彩色水泥、变色水泥等；（2）论强度：已从10～20MPa发展到常见40、50、60一直到100MPa以上；（3）论韧性：英国人的超微密无破损水泥（M.D.F）可以用做弹簧材料；（4）论柔性：可以用来做雕塑（橡皮泥）（5）论凝结：从几个小时发展到，如烛泪一样，一滴便凝的速凝水泥；（6）论品种：从单一品种到世界各国的水泥已达200多种，我国就有80多种常生产的有20多种（如快硬、油井、中低热、抗硫酸盐，高铝和膨胀水泥等）可以满足工业、交通，水利和国防等方面的特殊需要。
水泥按用途可分为通用水泥、专用水泥和特性水泥。
通用水泥☐硅酸盐水泥☐普通硅酸盐水泥☐矿渣硅酸盐水泥☐火山灰质硅酸盐水泥☐粉煤灰硅酸盐水泥☐复合水泥专用水泥☐砌筑水泥☐道路水泥☐油井水泥特性水泥☐快硬水泥☐白色水泥☐膨胀水泥☐抗硫酸盐水泥☐中热水泥☐自应力水泥尽管水泥的品种很多，但是，工程中90%以上使用的是硅酸盐水泥。
所以，在学习这一章的内容时，以硅酸盐水泥的内容为基础，主要学习硅酸盐水泥的组成、技术性质及应用等知识。
在此基础上，再学习其它掺混合材料的硅酸盐水泥等内容。
§3-1硅酸盐水泥（Portland cement ）定义：根据GB175-2007《通用水泥》，其定义是这样的：凡以适当成分的生料，烧至部分熔融，得以硅酸钙为主要成分的硅酸盐水泥熟料，加入0～5%的石灰石或粒化高炉渣，适量的石膏，磨细制成的水硬性胶凝材料，称为硅酸盐水泥。
GB175-1956GB175-1962 第一次修订GB175-1977 第二次修订GB175-1985 第三次修订GB175-1992 第四次修订GB175-1999 第五次修订GB175-2007 第六次修订一、硅酸盐水泥的生产过程及矿物成分：（一）生产原料及生产过程：天然胶凝材料（粘土）气硬性（石灰）水泥胶凝材料的发展天然胶凝材料（粘土）气硬性（石灰）水泥①1756年John Smeaton 含粘土的石灰石→石灰：强度↑耐水性↑②1800年比利时、法、英、意大利发现含粘土20～40%的石灰石水硬性↑ ↑ ↑③1810～1818年，有人外掺粘土30%+石灰石70%共磨细，得到品质一样的“水泥”。
④1822年英国人Frost ，将半熔化或熔化物结块的料经粉碎的粉料水硬性↑ ↑ ↑⑤1824年，Joseph Aspdin 以粘土与石灰石埃迪斯通灯塔1.原料：（1）石灰质原料：（石灰石，白垩石等）主要提供CaO有石灰石白垩，石灰质凝灰岩等（2）粘土质原料：主要提供求SiO2、Al2O3及少量Fe2O3可用粘土、黄土、页岩等（3）辅助性矿物:调节氧化物的不足，以使各氧化物含量达到一定要求；▲（强度）当硅不足时，则需添加砂岩；▲（快硬早强）当含铝不足时，则需添加矾土；▲（抗拉有利）粘土中铁含量不足时，需要加入铁矿粉（黄铁矿渣）；（4）矿化剂：（助熔剂）改善煅烧条件主要作用是：A.促进固相反应B.降低液相粘度和液相生成温度，加速熟料形成C.降低游离氧化钙。
（它能加速结晶化合物的形成，使水泥熟料易烧的少量外加物）如萤石、石膏、硫酸亚铁、氟化铝，氟化钡，氟硅酸钠等。
2．生产过程：概括为：“两磨一烧”——关键是一烧①流程图按比例混合磨细煅烧1450o C加入（2～5%）石膏及石灰石、粒化高炉矿渣磨细②生料制备：有两种方法：a. 干法：先把原料烘干，再在磨机中磨成生料粉；b. 湿法：把原料加水在磨机中磨成生料浆。
特点：干法经济，节能，但污染大，均匀性差，应采取措施防尘，现均化技术得到改善。
湿法能耗大配料均匀，较干净。
（耀县水泥厂每年排尘几万吨,相当于小型水泥厂的年产量）③煅烧过程：A.煅烧设备立窑（中小型厂）：中心常有不均匀现象,但设备投资少.旋转窑（大型厂）：生产的水泥质量稳定,但设备投资大.熟料燃气生料立窑示意图生料熟料燃气旋转窑示意图123水泥立窑旋转窑水泥预热煅烧工艺流程磨机储存罐水泥生产厂房B. 烧过程示意图窑外分解1300～500℃生料被预热500～900℃石灰石＋粘土质高岭土脱水＋有机物↑100～200℃生料水分逐渐蒸发而干燥900～1100℃CaO SiO2Al2O3Fe2O32熟料烧成C2S4CaO·Al2O3·Fe2O3C4AF 1450℃C3S液相该过程是关键，必须有足够长的时间，使f CaO参加反应，1200～1300℃2CaO·SiO23CaO·Al2O33 CaO·SiO2C3Af CaO窑外分解塔④熟料制成将烧成的熟料经迅速冷却，即得到水泥熟料块.⑤制成：在熟料中加入0～5%石灰石，粒化高炉矿渣及2～5%的天然石膏共同磨细即得硅酸盐水泥。
P.Ⅱ（石灰石，粒化高炉矿渣）混合材料含量为≤5%。
P.Ⅰ（石灰石，粒化高炉矿渣）混合材料含量为0%。
硅酸盐水泥按照掺入混合料的多少：（二）矿物成分1. 种类：从水泥生产过程可知，水泥的矿物成分主要有四种（有少量石膏）：C 3S 、C 2S C 3A 、C 4AF 硅酸盐矿物（75～82%）熔剂矿物（18～25%）（1）硅酸三钙3CaO·SiO 2简写C 3S 占37～60% （2）硅酸二钙2CaO·SiO 2简写C 2S 占15～37%（3）铝酸三钙3CaO·Al 2O 3简写C 3A占7～15%（4）铁铝酸四钙4CaO·Al 2O 3·Fe 2O 3简写C 4AF 占10～18%2．各矿物遇水表现出的特性：（1）portland cement主要矿物80%完成水化需要的时间。
（水化速度）矿物成分时间（days）水化热（Heat of hydration）卡/克cal/gC3S10120C2S10060C3A6525C4A F50100（2）各矿物R随时间的变化情况：CC3SC2SCA3C4AF（3）各矿物性能列表如下：名称C3S C2S C3A C4AF凝结硬化②④①③速度28天水泥热②④①③强度高初期低、后期高初期快、低低收缩较大②小③大①最小④抗侵蚀强较强弱较强抗冻强较强弱较强（4）水泥矿物对水泥性能的影响很明显，当组成水泥的主要矿物各自的数量或之间比例变化时，必定造成水泥性质发生变化。
1.提高C3S及C3A的含量，可得到早强高强水泥。
2.降低C3A及C3S的含量，提高C2S的含量，可得到低热水泥。
3.提高C4AF的含量，可提高水泥的抗拉性能、耐磨性，减小收缩。
【Note】除了以上四种主要矿物外，水泥中还有：①MgO有害成份规定≤5.0% T（≤6.0%）②SO≤3.5%3有害成份掺入石膏带来T（4.0%）③CaO煅烧温度、时间f C a O反应不完全≤1～2%O、Na2O）④碱分（K2应限制（当混凝土骨料中含有活性氧化硅时，可能引起碱骨料反应）二、硅酸盐水泥的水化及凝结与硬化（coagulate and harding ）C 3S C 2S C 3AC 4AF水化硅酸钙水化铁酸钙水化铝酸钙水化硫铝酸钙氢氧化钙凝胶体晶体水泥浆体水Back(一)硅酸盐水泥的水化：水泥颗粒一与水接触，表面的水泥颗粒率先与水发生水化作用，形成水化物，并放出S与比例热量，但就水泥矿物成分而言，C3A的含量虽小，但最大，而且反应较快，C3反应也较快，故当水与水泥颗粒接触后，S的水化反应在表面上又先了一步。
C32(3CaO ·SiO 2)+6H 2O →3CaO ·2SiO 2·3H 2O+3Ca(OH)2水化硅酸钙氢氧化钙2(2CaO ·SiO 2)+4H 2O →3CaO ·2SiO 2·3H 2O+Ca(OH)2水化硅酸钙氢氧化钙3CaO ·Al 2O 3+6H 2O →3CaO ·Al 2O 3·6H 2O水化铝酸钙4CaO ·AlO 3·Fe 2O 3+7H 2O3CaO ·Al 2O 3·6H 2O+CaO ·Fe 2O 3·H 2O水化铝酸钙水化铁酸钙3(CaSO 4·2H 2O ）+ 3CaO ·Al 2O 3·6H 2O +19H 2O3CaO ·Al 2O 3 ·3CaSO 4 ·31H 2O水化硫铝酸钙（钙矾石AFt ，体积膨胀1.5倍）简写规则？水化反应方程Back★水泥浆在空气中，表层水化产物氢氧化钙还会与空气中的二氧化碳反应，生成碳酸钙，称碳化作用。
最后，忽略次要成分外，硅酸盐水泥与水作用生成的水化产物主要有：水化产物凝胶体晶体水化硅酸钙和水化铁酸钙氢氧化钙、水化铝酸钙和水化硫铝酸钙在完全水化的水泥中，水化硅酸钙约占70% ，Ca(OH)2约占20%。
水化硫铝酸钙占7%。
无胶结能力有胶结能力（立方晶体）（六方晶体）（针状晶体）水泥水化产物CH Crystal氢氧化钙晶体AFt钙矾石水泥水化产物C-S-H水化硅酸钙凝胶水化反应产物电镜照片(1)水泥浆扫描电镜照片（7d龄期）C-S-H钙矾石水化反应产物电镜照片(2)CH Crystal氢氧化钙晶体C-S-H水化硅酸钙凝胶（二）硅酸盐水泥的凝结硬化过程（雷·查特理Le chatelier ）对硅酸盐水泥的凝结过程自1882年，雷·查特理首先提出凝结硬化理论以来，至今人们还在继续研究，现就目前的看法作以介绍。
1.宏观上：水泥水泥浆开始失塑完全失塑强度增长水初凝时间终凝时间水泥加水拌和，未水化的水泥颗粒分散在水中，成为水泥浆体。