硅酸盐系水泥
磷
酸磷
盐酸
系 水 泥
钙, 镁
硅酸钙 水泥中的主要矿物
硫铝酸钙 硫铝酸盐系水泥
铝
铝 酸
酸 盐 系
钙水
泥
3-1 通用硅酸盐水泥
一、通用硅酸盐水泥的一般规定
凡由硅酸盐水泥熟料、适量石膏、0～5％石灰石或粒化高炉矿 渣等磨细制成的水硬性胶凝材料，称为硅酸盐水泥。
二、通用硅酸盐水泥组成材料
➢ 硅酸盐水泥熟料 ➢ 石膏(CaSO42H2O) ➢ 活性混合材料 ➢ 非活性混合料 ➢ 其他
水泥石是多相（固、液、气） 多孔体系，水泥石的工程性质 取决于水泥石的结构组成，即 决定于水化物的类型和相对含 量、内部孔的大小、形状和分 布状态。
未水化水 泥颗粒 水
钙矾石 氢氧化钙
(三) 影响水泥水化硬化的因素
熟料矿物组成 细度 石膏掺量 水灰比 温度和湿度 养护时间
随后凝结了的水泥浆体开始产生强度，并逐渐发展成为坚硬的水泥石，这一过 程称为“硬化”。
水泥的水化贯穿凝结、硬化过程的始终。
水 泥 硅酸三水钙泥的水2化（反3应CaO·SiO2） + 6H2O → 3CaO·2SiO2·3H2O + 3Ca(OH)2
的 硅酸二钙 水
2(2CaO·SiO2)+ 4H2O → 3CaO·2SiO2·3H2O + Ca(OH)2
• 制造工艺：
➢ 原料经粉磨混合后得到水泥生料
➢ 生料经窑内煅烧得到水泥熟料
➢ 水泥熟料＋石膏(或再＋混合材）一起经粉磨混合
后得到水泥
“两磨一烧”
水泥制造的“两磨一烧”工艺流程
硅质 (粘土)
钙质 (石灰石)
粉磨
生料
1450℃
煅烧
调节
熟料
原料
水泥
粉磨
石膏
混合材料
水泥颗粒的结构
水泥颗粒宏观形貌 水泥熟料颗粒细观形貌
铁铝酸四钙 C4AF 4CaO·Al2O3·Fe2O3
37~60 15~37 7~15 10~18
简写：CaO—C， SiO2 —S， Al2O3 —A， Fe2O3 —F， H2O—H
除上述四种主要熟料矿物外，硅酸盐水泥中还含有 f-CaO、f-MgO和K2O、Na2O等次要成分。
硅酸盐水泥熟料矿物特性
水泥熟料矿物微观结构
硅
开始加热时 生料自由水分逐渐蒸发而干燥
酸
盐
500～800℃ 有机物被烧尽，黏土分解形成无定型的SiO2、Al2O3
水 泥
800～1000℃ 石灰石进行分解形成Cao，并开始与黏土中SiO2、Al2O3及 Fe的升高 固相反应加速，并逐渐生成2Cao·SiO2（C2S）、
主要胶凝物质，能水化硬化； 调节水泥的凝结时间； 调节水泥的强度等级；
❖ 硅酸盐水泥熟料
➢ 主要成分：CaO(=C)，SiO2(=S)， Al2O3(=A)， Fe2O3(=F) ➢ 少量杂质：MgO、K2O、Na2O、SO3、P2O5等
3-2 硅酸盐水泥
一、硅酸盐水泥是怎样制造的？
• 原 料：
➢ 硅质：粘土，(SiO2、Al2O3)， 占1/3 ➢ 钙质：石灰石、白垩等，(CaO)，占2/3 ➢ 调节原料：铁矿与砂，调节与补充Fe2O3 与SiO2
矿
3Cao·Al2O3（C3A）、4Cao·Al2O3·Fe2O3（C4AF）
物
1300℃ 固相反应结束，这时在物料中仍剩余一部分Cao未与
其他氧化物化合。
从1300℃ 升至1450℃， 再降到1300℃
这是烧成阶段，这时的3CaO·Al2O3、 4Cao·Al2O3·Fe2O3烧至部分熔融状态，出现液相，
高硫型水化硫铝酸钙晶体
但如果掺入过多石膏,会造成水泥的体积安定性不良。
硅酸盐水泥的凝结硬化
凝结: 水泥加水拌和形成具有一定流动性和可塑性的浆 体，经过自身的物理化学变化逐渐变稠失去可塑性的过程。
硬化: 失去可塑性的浆体随着时间的增长产生明显的强 度，并逐渐发展成为坚硬的水泥石的过程。
硅酸盐水泥的凝结硬化
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（C3S）
硅酸盐水泥熟料主要含有四种矿物：
矿物名称 缩写 矿 物 式 含 量(mass%)
硅酸三钙 C3S
3CaO·SiO2
硅酸二钙 C2S
2CaO·SiO2
铝酸三钙 C3A 3CaO·Al2O3
化 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
水泥浆扫描电镜照片（7d龄期）
钙矾石
C-S-H
氢氧化钙晶体
C-S-H
石膏调节凝结时间的原理
学习情境3 水泥
水泥是建筑工程中 最为重要的建筑材料 之一，自问世以来对 工程建设起了巨大的 推动作用，目前世界 上水泥品种已达200 余种，几乎任何种类 、规模的工程都离不 开水泥 。
概述
• 什么是水泥(cement)？ 水泥是以水化活性矿物为主要成分的水硬性胶凝材料。
• 水泥的种类有哪些？
根据水泥的主要矿物成分：
初始的溶解 和水化
凝胶膜破裂、 长大并连接、水 泥颗粒进一步水 化。多孔的空间 网络—凝聚结构， 失去可塑性。
流动性、 可塑性好，凝 胶体膜层围绕 水泥颗粒成长。
凝胶体 填充毛细管， 硬化成密实空 间网。
水泥石结构
未水化水泥颗粒 水化产物－晶体、胶体 毛细孔、毛细孔水 凝胶孔
毛细孔－未被水化产物所填充 的原充水空间 凝胶孔－C-S-H内部的结构孔
矿物种类
缩写 水化速度 水化热
强度 耐腐蚀性
硅酸三钙
C3S 快 多 高 差
硅酸二钙
C2S 慢 少 早低后高 好
铝酸三钙 铁铝酸四钙
C3A 最快 最多 低 最差
C4AF 快 较多 低 中
3、硅酸盐水泥的硬化机理
水泥与适量的水拌合后，最初形成具有可塑性的浆体，随着水化反应的进行， 水泥浆体逐渐变稠失去可塑性，但尚不具有强度，这一过程称为水泥的“凝结”。
石膏与水化铝酸钙反应生成水化硫铝酸钙针状晶体 （钙矾石）。该晶体难溶，包裹在水泥熟料的表面上，形 成保护膜，阻碍水分进入水泥内部，使水化反应延缓下来， 从而避免了纯水泥熟料水化产生闪凝现象。所以，石膏在 水泥中起调节凝结时间的作用。
CaSO4·2H2O+3CaO·Al2O3+H2O→3CaO·Al2O3·3CaSO4·31H2O