第三章水泥
水泥工艺学(第三章)
(A/F≥0.64) (A/F﹤0.64)
意义：熟料中全部氧化硅生成硅酸钙（C3S+C2S） 所需的氧化钙含 量与全部二氧化硅理论上全部生成硅酸三钙所需的氧化钙含量的比 值，也即表示熟料中氧化硅被氧化钙饱和成硅酸三钙的程度。 石灰饱和系数与矿物组成的关系为：
KH C3 S 0.8838C2 S C3 S 1.3256C2 S
第三章 硅酸盐水泥熟料矿物组成及其配料计算
3.1 硅酸盐水泥熟料的矿物组成 3.2 熟料的率值 3.3 熟料矿物组成的计算 3.4 熟料矿物组成的选择 3.5 配料计算
3.1 硅酸盐水泥熟料的矿物组成
一、化学组成：
主要化学成分：CaO 62%~67% SiO2 20%~24% Al2O3 4%~ 7% Fe2O3 2.5%~6%
化学成分计算
鲍格法（代数法）
一、石灰饱和系数法 C3S=3.80(3KH-2)SiO2 C2S=8.60(1-KH) SiO2 C3A=2.65(Al2O3-0.64Fe2O3) C4AF=3.04Fe2O3 二、鲍格法 C3S=4.07C-7.60S-6.72A-1.43F-2.86SO3 C2S=8.60S+5.07A+1.07F+2.15SO3-3.07C =2.87S-0.754C3S C3A=2.65A-1.69F C4AF=3.04F CaSO4=1.70SO3
（二）硅酸二钙（C2S） 矿物特性： （1）含量20%左右，硅酸盐水泥熟料的主要矿物之一； （2）纯C2S在1450℃ 以下存在多晶转变：
1425℃ 1160℃ 630～680℃ ﹤500℃ H L ' ' 690℃
第三章水泥材料
第三章水泥主要内容：本章以硅酸盐水泥为重点，阐述了常用六大品种水泥的组成、特性、质量标准及适用范围；并概要介绍了其它品种水泥。
通过本章学习，应掌握常用水泥的基本技术性质和质量要求，并能根据工程要求合理地选用，同时，应一般了解其他品种水泥的特点。
授课时数：3课时水泥，是一种水硬性胶凝材料硅酸盐系列水泥按其性能和用途，可分为：3.1 常用水泥3.1.1 常用水泥的生产3.1.1.1水泥熟料的烧成（1）生产过程磨细水泥熟料（2）硅酸盐水泥熟料的矿物组成硅酸三钙：C3S 硅酸二钙：C2S 铝酸三钙：C3A 铁铝酸四钙：C4AF3.1.1.2 磨细水泥成品（1）原材料：水泥熟料、石膏和混合材料（2）六大种常用水泥①硅酸盐水泥(分I型、Ⅱ型，代号为P.I、P.Ⅱ)，硅酸盐水泥熟料＋0～5％石灰石或粒化高炉矿渣＋适量石膏2I 型，代号为P.I——不掺混合材Ⅱ型，代号为P.Ⅱ——掺不超过水泥质量5％石灰石或粒化高炉矿渣混合材料②普通硅酸盐水泥(简称普通水泥，代号P.O)，硅酸盐水泥熟料＋6％～15％混合材料＋适量石膏③矿渣硅酸盐水泥(简称矿渣水泥，代号P.S)，硅酸盐水泥熟料＋20％～70％粒化高炉矿渣＋适量石膏④火山灰质硅酸盐水泥(简称火山灰水泥，代号P.P)，硅酸盐水泥熟料＋20％～50％火山灰质混合材料＋适量石膏⑤粉煤灰硅酸盐水泥(简称粉煤灰水泥，代号P.F)硅酸盐水泥熟料＋20％～40％粉煤灰＋适量石膏⑥复合硅酸盐水泥(简称复合水泥，代号P.C)硅酸盐水泥熟料＋16％～50％两种或两种以上混合材料＋适量石膏3.1.2 常用水泥的特性硅酸盐水泥熟料中各矿物单独与水作用，将发生如下水化反应：3.1.2.1 硅酸盐水泥（1）水化凝结硬化快，强度高，尤其早期强度——适宜配置高强砼及早强砼（2）水化热大——不宜在大体积工程中应用（3）耐腐蚀性差（为六大水泥中最差）——不宜在有腐蚀性介质的环境中使用（4）抗冻性好，干缩小（5）耐热性能差3.1.2.2 普通水泥强度等级比硅酸盐水泥多了32.5和32.5R，少了62.5和62.5R与硅酸盐水泥相比，普通水泥的早期凝结硬化速度略微慢些，3d强度稍低，其他如抗冻性及耐磨性等也稍差些。
第三章硅酸盐水泥
硫铝➢酸C4钙AF水+ 1化3H物开C4(始A,F形)H成13 。
❖ 此后➢，C水4AF化+ 3物CŜ不·H2断+26形H成C，3(A不,F)断·3C填Ŝ3·充H32孔隙或空隙。
➢ C4AF + CŜ·H2+26H C3(A,F)·CŜ3·H12
石膏的作用
❖ 避免水泥浆的闪凝和假凝现象。 ❖ 调节水泥的凝结时间。 ❖ 导致钙钒石和单硫型硫铝酸钙水化物的形成。
❖ 制➢ 造调节工原艺料：：铁矿与加干砂稍粉，多混调水合节制物与成—补湿干充球法F—工e2O半艺3湿与法Si工O2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
❖ 自动化生产过程
“两磨一烧”
硅质 (粘土)
水泥原制料造采的掘 “两磨一烧”工艺流程
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Portland Cement).
学习目的
❖ 学习
➢ 硅酸盐水泥的矿物组成，及其与其他水泥的差别； ➢ 水泥的生产过程及其对性质的影响。
❖ 掌握
➢ 水泥凝结硬化机理和凝结硬化过程的影响因素； ➢ 应用这些基本理论，说明水泥和混凝土的性质，指
普遍用于各种土木工程和钢筋混凝土结构！ ❖ 水泥的性能和正确选用对土木工程的功能与质量
至关重要！
主要内容
重点论述了硅酸盐系水泥的矿物组成、凝结硬化机理和 基本性质及其检测方法，以及硅酸盐水泥的应用。
❖ 什么是硅酸盐水泥？ ❖ 硅酸盐水泥是怎样制造？ ❖ 硅酸盐水泥的组成？ ❖ 水泥浆如何转变成坚硬固体？ ❖ 水泥应满足哪些技术性质？ ❖ 如何正确使用水泥？
第三章 水泥制造成本核算
第一章水泥生产的特点及工艺流程水泥是现代工程中普遍采用的建筑材料，它为人类社会进步和经济发展做出厂巨大的贡献。
作为水泥企业财会人员及时了解水泥有关基本知识、行业概况、生产特点、工艺流程，对做好本职工作，发挥财务专业管理在企业经营管理中不可替代的核心作用是十分有益的。
第一节基本知识水泥的概念是什么?水泥是一种粉状矿物质胶凝材料，与水拌合后能在空气中或水中逐渐硬化。
也有专业人员这样具体描述水泥：它是利用地壳丰度前五名的氧、硅、铝、铁、钙元素，通过检验尺度为70”m的均化和1 400t高温处理，以低廉成本生产出来的机械和化学性能堪与天然石材媲美的可塑性建筑材料，广泛应用于土木建筑等工程中。
水泥行业属于资源依赖性强、资金密集型、工艺专一的窑炉下业。
，按原料及生产方式的不同，水泥可分为许多品种，主要的有硅酸盐水泥、普通硅酸盐水泥、矿渣硅酸盐水泥、粉煤灰硅酸盐水泥、火山灰硅酸盐水泥、特种水泥等；特种水泥又分为：快凝快硬水泥系列、油井水泥系列、膨胀水泥及自应力水泥系列、水工水泥系列、有机和无机相结合的水泥系列(塑料水泥、橡胶水泥、水玻璃耐酸水泥等)、其他品种水泥(硫铝酸盐水泥、铁铝酸盐水泥、高铝水泥、道路水泥、砌筑水泥、防潮水泥、白水泥、彩色水泥等)。
按抗折抗压物理性能的不同，水泥又分为不同的强度等级。
如硅酸盐水泥分为42．5，42．5R，52．5，52．5B，62．5，62．5R六种强度等级；普通硅酸盐水泥(简称普通水泥)分为32．5，32．5R，42．5，42．5R，52．5，52．5R六种强度等级。
矿渣水泥、粉煤灰水泥、火山灰水泥等也都根据3d、28d不同的物理强度分为不同的强度等级。
第二节行业概况水泥生产在中国已有180年的发展历史，全国现有水泥企业5 042家。
随着国家改革开放大环境的不断完善，社会需求的不断增加，水泥生产技术的不断进步，水泥产量从1949年的66万t增长到2005年的10．5亿t，近20年来产量连续位居世界第一。
水泥性能检测
二、水泥试验的取样方法
取样方法按《水泥取样方法 》 GB12573进行。 可连续取，亦可从20个以上不同部位取等量样品， 总量至少12kg。当散装水泥运输工具额容量超过 该厂规定出厂编号吨数时，允许该编号的数量超过 取样规定吨数。 （1）散装水泥
同品种 同强度等级
同一水泥厂、同期 出厂、同一批出厂 编号
从3个罐中 随机抽取
一批水泥 ≯500t 等量混合
槽型管
检验试样 ≮12kg
取样器
图1 散装水泥取样管
图2 袋装水泥取样管
二、水泥试验的取样方法
（2）袋装水泥
同品种 同强度等级
同一水泥厂、同期 出厂、同一批出厂 编号
从20袋中
一批水泥 随机抽取
≯200t 等量混合
取样管
检验试样 ≮12kg
二、水泥试验的取样方法
三、试验结果评定
（4）合格性评定 每个样品应称取两个试样分别筛析，取剩余平 均值作为筛析结果。 若两次试验结果的绝对误差＞0.5%（或1%），
应再做一次试验，取两次相近试验结果的算 术平均值作为最后的最终结果。
第三节 水泥比表面积测定（勃氏法）
1 定义与原理 （1）定义 水泥比表面积是指单位质量的水泥粉末所具有的总 表面积，以 m2/kg 来表示。 （2）原理 本方法主要根据一定量的空气通过具有一定空隙率 和固定厚度的水泥层时，所受 阻力不同而引起流速 的变化来测定水泥的比表面积。在一定空隙率的水 泥层中，孔隙的大小和数量是颗粒尺寸的函数，同 时也决定了通过料层的气流速度。
算P(%):
P 3.4 3 0 .1S 85
若S小于13mm，应改用调整水量法。
四、水泥净浆凝结时间的测定
可用人工法和自动测定仪两种方法。两者有矛盾时以前者 为准。
第三章 水泥分析
2、水泥终凝时间是指从水泥加水至水泥浆完全失
去可塑性并开始产生强度为止所需要的时间。
3、生产水泥的最后阶段还要加入石膏，主要
是为调整水泥的凝结时间。
4、水泥在加水后的3～7d内，水化速度很快， 强度增长较快，大致到了28d，水化过程全
部结束。
5、影响水泥石强度的主要因素是水泥熟料的 矿物组成与水泥的细度，而与拌和加水量 的多少关系不大。 6、硅酸盐水泥因其耐腐蚀性好，水化热高故 适宜建造混凝土桥墩。
)。
B． 化学腐蚀 D．软水腐蚀
23、制作水泥胶砂试件，其配合比为：水泥: B．1∶2∶0.5 D． 1∶2∶0.6
24、一般情况，水泥凝结硬化后，其体积 ( )。 A．膨胀 B．不变 C．收缩 D．不一定
25、硅酸盐水泥熟料的矿物组成中，以下哪 种熟料矿物不是主要成分？ A.硅酸二钙 B.硅酸三钙
9、国家标准规定，普通硅酸盐水泥的初凝时 间为（ ） 。
A．不早于30分钟 B．不迟于30分钟 C．不早于45分钟 D．不迟于45分钟
10、硅酸盐水泥的体积安定性用 （ 必须合格。 A．蒸压法
C．回弹法
） 检验
B．沸煮法
D．筛分析法
11、掺大量混合材料的硅酸盐水泥适合于 （ ）。 A．自然养护
C．标准养护
第三章 水泥
1.了解硅酸盐水泥的矿物组成及各组分对水泥
性质的影响；理解硅酸盐水泥的性能特点及影
响性质的因素。
2.掌握硅酸盐水泥、普通硅酸盐水泥的技术性
能；了解水泥石的腐蚀及防止措施。
3.掌握常用水泥品种及其应用与储运；了解其
它品种水泥的应用。
名词解释 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
第三章-硅酸盐水泥
试饼法
雷氏夹法 检测方法：
6. 强 度
检验方法——软练胶砂法，分别测量抗压强度 和抗折强度。
试件尺寸：4040160mm 胶砂配比：
棱柱体；
水泥 : ISO标准砂 : 水= 1 : 3 : 0.5； 振动成型： 在频率为2800~3000次/min，振幅0.75mm的振实台 上成型。振动时间120s。 试件养护： 在20 C 1C，相对湿度不低于90%的雾室或养护 箱中24h，然后脱模在20C 1 C的水中养护至测试 龄期；
水泥强度发展规律
强度 早期增长快，随后逐渐减慢； （MPa） 28天，基本达到极限强度的80％以上； 在合适的温湿度条件下，强度增长可以持续 几十天 乃至几十年。
时间（d） 3d 28d
水泥石强度的影响因素
影响孔隙率的因素均影响水泥石的强度
水灰比 水灰比越大，孔隙率越大，强度越低
返回
§3.2.3 硅酸盐水泥的技术性质
密度与堆积密度 细度 标准稠度用水量 凝结时间 体积安定性 强度 水化热 不溶物和烧失量 碱含量
1.密度与堆积密度
密度
3.05~3.20，混凝土配合比计算时，一般取3.10。
堆积密度
1000~1600kg/m3，在工地计算水泥仓库时，一般取 1300 kg/m3 。
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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
水化产物＋未水化熟料颗粒＋孔隙
① 水化产物组成(充分水化时) C-S-H＋Ca(OH)2＋水化(硫)铝酸钙 70% 20% 7％ ② 孔隙组成 ＝ 凝胶孔＋毛细孔＋气孔
第三章 水硬性胶凝材料——水泥
复合水泥的技术要求，现行国家标准GB12958—91作了规定。
复合水泥各龄期强度见表3-6。
表3-6 复合水泥强度(GB 12958—91)
标
号
抗压强度，MPa 3d 7d 28d
抗折强度，MPa 3d 7d 28d
325 — 18.5 32.5 — 3.5 5.5
425 — 24.5 42.5 — 4.5 6.5
安定性
用沸煮法检验，必须合格
化学成分
熟料中氧化镁含量不得超过6%，水泥中三氧 化硫含量不得超过4%
强度类别及 抗压强度
抗折强度
强度
龄期
7d
28d
7d
28d
MPa 125
5.5(56
175 (kgf/cm2)
7.6(78) 17.2(175) 1.6(16) 3.4(35)
硅酸525 230(22.6) 340(33.3)525(51.5) 42(4.1) 54(5.3)72(7.1)
盐 525R 275(27.0) —
525(51.5) 50(4.9) — 72(7.1)
水泥625625R
290(28.4) 326(32.0)
430(42.2) —
625(61.3) 625(61.3)
50(4.9) 56(5.5)
62(6.1) —
80(7.8) 80(7.8)
725R 377(37.0) —
725(71.1) 63(6.2) — 88(8.6)
二、普通硅酸盐水泥
凡由硅酸盐水泥熟料、少量混合材料、适量石膏磨细制成的水硬性胶 凝材料，称为普通硅酸盐水泥(简称普通水泥)。
水泥中混合材料掺加量按重量百分比计：
25.0(255) 41.7(425) 4.5(46) 6.3(64)
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三、影响水泥凝结和硬化的主要因素
.水泥熟料的矿物组成 水泥中和含量越高，凝结硬化也越快。 .水泥的细度 水泥越细，颗粒就越小，其与水接触的面积也就越大，
则水化速度越快，凝结硬化也越快。 ．水泥浆体的水灰比 水灰比是拌制水泥浆时水与水泥的质量之比，水泥完
全水化所需的用水量约为水泥质量的％，但这样的水 量很难形成具有足够流动性的浆体，因而实际工程中 必须加入较多的水，以便取得较好的塑性。 水灰比决定了水泥浆体的稠度，水灰比越大，则水泥
3 C a A 2 O 3 l6 H 2 O 3 (Ca 42 S H 2 O O ) 1H 9 2 O 3 C a A 2 O 3 l3 Ca 43 S H 1 2 O
一、硅酸盐水泥的水化
钙矾石呈针状（或柱状）晶体，它难溶于水。 当石膏耗尽后，钙钒石将与水化铝酸钙反应 生成单硫型水化硫铝酸钙晶体（以表示）：
完全水化的水泥石中，水化硅酸钙凝胶体约占％，而氢 氧化钙约占％，钙矾石和单硫型水化硫铝酸钙约占％。
水泥浆扫描电镜照片（龄期）
钙矾石
硬化前 未水化水 泥颗粒 水
钙矾石
水灰比
二、硅酸盐水泥的凝结硬化
水泥 浆
开始 凝结
初凝时间
凝结 完全 硬化 人工凝结石材来自终凝时间水泥 水
水泥 水 水化产物
水泥 水 水化产物
按使用性质及分为三种类型：
一、通用水泥：通用硅酸盐水泥,
包括: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、复合硅酸盐水泥；
二、专用水泥：道路硅酸盐水泥、砌筑水泥
第五章 水 泥
第一节 硅酸盐水泥的基本组成与生产原理 第二节 硅酸盐水泥的硬化机理 第三节 硅酸盐水泥的技术性质及其性能特点 第四节 掺混合材料的硅酸盐水泥 第五节 常用水泥的选用原则 第六节 其它品种水泥
3 C a A 2 O 3 lCa 4 1 S H 2 2 O
铁铝酸四钙与水反应后生成水化铝酸钙晶体 和水化铁酸钙凝胶体。
一、硅酸盐水泥的水化
综上所述，硅酸盐水泥与水作用后，生成的主要水化产 物有两类：
凝胶体：水化硅酸钙和水化铁酸钙凝胶体； 晶体：氢氧化钙、水化铝酸钙和水化硫铝酸钙晶体。 由于水泥熟料中硅酸三钙和硅酸二钙的含量高，所以在
第一节 硅酸盐水泥的基本组成与生产原理
定义：凡是由硅酸盐水泥熟料、％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(国外称波特兰水泥)。
硅酸盐水泥分两种类型，不掺混合材料的为型硅酸 盐水泥，代号·；在硅酸盐水泥熟料中掺加不超过 水泥质量％的石灰石或粒化高炉矿渣混合材料的为 型硅酸盐水泥，代号·。
水泥的凝结与硬化是一个连续的复杂的物 理化学变化过程，这些变化决定了水泥一系列 的技术性能。因此，了解水泥的凝结与硬化过 程，对于了解水泥的性能有着重要的意义。
一、硅酸盐水泥的水化
水泥颗粒与水接触后，水泥熟料各矿物立即 与水发生水化作用，生成新的水化物，并放 出一定的热量。
一、硅酸盐水泥的水化
电镜下的水泥水化产物图 氢氧化钙晶体
水化硅酸钙 凝胶
一、硅酸盐水泥的水化
水化铝酸钙为立方晶体。由于铝酸三钙的水化、凝结 和硬化速度很快，为了调节水泥的凝结时间，在水泥 中掺入了少量石膏。铝酸三钙水化后形成的水化铝酸 钙会与石膏作用，生成三硫型水化硫铝酸钙，也称钙 矾石晶体（以表示），其反应式如下：
一、硅酸盐水泥的生产工艺概述 二、硅酸盐水泥熟料的矿物组成及其特性
一、硅酸盐水泥的生产工艺概述
CaO、 CO2
石灰石 粘土
按比例混
合、磨细 生 料
煅烧 （约（）
石膏
磨细
熟料
水泥
铁矿粉
SiO2、 Al2O3、 Fe2O3
校正原料
Fe2O3
混合材料
一、硅酸盐水泥的生产工艺概述
水泥生产线示意图：
水化硅酸钙几乎不溶于水，形成后立即以胶体微粒析 出，并逐渐凝聚而成为凝胶体。
氢氧化钙呈六方晶体。由于氢氧化钙可溶于水，但溶 解度不大，所以溶液的浓度很快达到饱和状态。
因此，各矿物成分的水化主要是在饱和溶液中进行的。 式中水化硅酸钙的组成只是理论上的组成，实际上各 氧化物之间的比例是不确定的，通常随水化时的温度、 溶液中的浓度等因素的变化而变化。
水泥 水 水化产物
二、硅酸盐水泥的凝结硬化
水泥颗粒的水化是从表面向内部进行的，水化程度受 水和水化物的扩散所控制，水泥颗粒的内核很难完全 水化。因此。硬化的水泥石是由水化产物(凝胶体和 结晶体)、未水化的水泥颗粒、水和孔隙(毛细孔和凝 胶孔)组成的。水泥石的工程性质决定于水泥石的组 成和结构。
水泥的凝结硬化过程，也是水泥强度发展的过程。水 泥的水化是随着时间的延长而不断进行的，水化产物 也会不断增加并填充毛细孔，使毛细孔孔隙率减少， 凝胶孔孔隙率增大。水泥加水拌合后的前的水化速度 较快，强度发展也快，随后水化速度减慢，强度增加 幅度减小。
图 水泥熟料各矿物的强度增长曲线
图 水泥熟料各矿物的放热曲线
第二节 硅酸盐水泥的硬化机理
水泥加水拌和后，最初形成具有可塑性和流动 性的浆体，经过一定时间，水泥浆体逐渐变稠 失去可塑性，这一过程称为凝结。随着时间继 续增长，水泥产生强度且逐渐提高，并形成坚 硬的石状体——水泥石，这一过程称为硬化。
.生料贮存；.磨细设施； .生料混合设施；.预热预煅烧装 置；.回转窑；.熟料贮存；.外加剂；.熟料磨细；. 水泥贮 存灌装
二、硅酸盐水泥熟料的矿物组
. 硅酸盐水泥熟成料及的其矿物特组性成
硅酸三钙 ·（）：～， 硅酸二钙 ·（）：～， 铝酸三钙 ·（）：～， 铁铝酸四钙 ··（）：～。
硅酸三钙和硅酸二钙称为硅酸钙矿物， 一般占总量的％～％(国家标准中规定不小于 , 与的质量比不小于)。
二、硅酸盐水泥熟料的矿物组成及其特性
．水泥熟料主要矿物与水作用时的特性
①磨细后能与水发生水化反应，生成具有水硬 性的水化产物。
②、、水化快，水化慢，
＞＞＞
③水化反应过程中会放出热量, 、放热量大， ＞＞＞
④早期强度和后期强度均较高，早期强度低， 后期强度高。、强度均不高。四个矿物的强度