土木工程材料3

•《土木工程材料》教案

第三章

•黑龙江工程学院土木工程系

•孙凌

•第三章水泥

• 3.1 常用水泥

• 3.2 其它品种水泥

主要内容：常用（硅酸盐）水泥的生产工艺

常用（硅酸盐）水泥的特性

影响常用水泥性能的因素

重点内容：硅酸盐水泥矿物成分特点

硅酸盐水泥的凝结和硬化

难点：硅酸盐水泥的凝结和硬化

要求：掌握硅酸盐水泥的矿物成分特点

掌握硅酸盐水泥凝结和硬化

参考资料：《土木工程材料》陈志源

《道路建筑材料》严家伋

《道路建筑材料》孙凌

《公路工程水泥和水泥混凝土试验规程》

《道路建筑材料》集中训练试验补充教材

《硅酸盐水泥、普通硅酸盐水泥》技术标准GB175-1999• 3. 水泥

•水泥是一种水硬性胶凝材料，也是建筑工程中用量最大的建筑材料之一。

•在道路与桥梁工程中通常应用的水泥有：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和粉煤灰硅酸盐水泥等五大品种水泥。

• 3.1常用水泥

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）。

•硅酸盐水泥分两种类型，不掺加混合材料的称Ⅰ型硅酸盐水泥，代号Ｐ·Ⅰ；在硅酸盐水泥熟料粉磨时掺加不超过质量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。

•普通硅酸盐水泥Ｐ·Ｏ

•矿渣硅酸盐水泥Ｐ·Ｓ

•火山灰质硅酸盐水泥Ｐ·Ｐ

•粉煤灰硅酸盐水泥Ｐ·Ｆ

•复合硅酸盐水泥Ｐ·Ｃ

• 3.1.1常用水泥的生产

１.硅酸盐水泥生产原料

原料：

１）石灰质原料主要提供ＣａＯ，

２）粘土质原料主要提供Ａｌ

２Ｏ

３

以及Ｆｅ

２Ｏ

３

。

3）校正原料

补充两种原料中所缺少的铁。

•２.硅酸盐水泥生产工艺概述

1)把几种原材料按适当比例配合在磨机中磨成生料；

2)将制备好的生料入窑进行煅烧，至１４５０℃左右生成

以硅酸钙为主要成分的硅酸盐水泥“熟料”；

3)为调节水泥的凝结速度，在烧成的熟料中加入质量３％

左右的石膏共同磨细，即为硅酸盐水泥。

因此，硅酸盐水泥生产工艺概括起来为“两磨一烧”。3.1.2常用水泥的特性

１．硅酸盐水泥的主要矿物组成

硅酸盐水泥的主要矿物组成是：

• 硅酸三钙 ３ＣａＯ·ＳｉＯ２， 简式为Ｃ３

Ｓ， • 硅酸二钙 ２ＣａＯ·ＳｉＯ２， 简式为Ｃ２

Ｓ， • 铝酸三钙 ３ＣａＯ·Ａ１２Ｏ３， 简式为Ｃ３

Ａ， • 铁铝酸四钙４ＣａＯ·Ａｌ２Ｏ３，·Ｆｅ２Ｏ３

， • 简式为Ｃ４

ＡＦ， 2．硅酸盐水泥各矿物组成性能比较

硅酸盐水泥熟料中这四种矿物组成的特性是：

１）反应速度

Ｃ３Ａ最快，Ｃ３Ｓ较快，Ｃ４ＡＦ也较快，Ｃ２

Ｓ最慢； ２）释热量

Ｃ３Ａ最大，Ｃ３Ｓ较大，Ｃ４ＡＦ居中，Ｃ２

Ｓ最小； ３）强度

Ｃ３

Ｓ最高， Ｃ２

Ｓ早期低，但后期增长率较大。 故Ｃ３Ｓ和Ｃ２Ｓ为水泥强度主要来源。Ｃ３

Ａ强度不高，

Ｃ

４

ＡＦ含量对抗折强度有利；４）耐化学侵蚀性

Ｃ

４ＡＦ最优，其次为Ｃ

２

Ｓ、Ｃ

３

Ｓ，Ｃ

３

Ａ最差；

５）干缩性Ｃ

４ＡＦ和Ｃ

２

Ｓ最小，Ｃ

３

Ｓ居中，Ｃ

３

Ａ最大。

•硅酸盐水泥主要矿物组成与特性

３．矿物组成对水泥性能的影响

以上是单个矿物组成的性能，水泥是几种熟料矿物的混合物，改变熟料矿物成分间的比例，水泥的性质即发生相应的变化。例如提高硅酸三钙的含量，可以制得高强水泥；又如降低铝酸三钙和硅酸三钙含量，提高硅酸二钙含量，可制得水化热低的水泥，如大坝用水泥；提高铁铝酸四钙含量，可获得抗折强度较高的水泥，如道路水泥。

4．硅酸盐水泥的凝结和硬化

（１）硅酸盐水泥的水化

水泥颗粒与水接触，水泥熟料矿物即与水发生水化反应，生成水化产物并放出一定热量

水泥的水化主要是四种矿物成分的水化：

１）硅酸三钙

２）硅酸二钙

３）铝酸三钙

４）铁铝酸四钙

•为了调节水泥的凝结硬化速度，在磨细水泥时，掺人适量石膏，水化铝酸钙与石膏反应生成三硫型水化硫铝酸钙，亦称钙矾石。

当石育消耗完毕后，水泥中尚未水化的铝酸三钙与钙矾石反应

生成单硫型的水化硫铝酸钙。反应式如下：

•三硫型水化硫铝酸钙（即钙矾石）是难溶于水的稳定的针状结晶体，它在生成结晶体时体积大大膨胀。因此，水泥中加入石

膏数量不可过多，防止水泥凝结硬化过程中硫铝酸钙超过限制，产生体积变化不均匀。尤其是形成水泥构件后，还继续水化，

其危害更大。

（２）硅酸盐水泥的凝结和硬化

硅酸盐水泥的凝结硬化大致可划分为以下四个阶段：

第Ⅰ阶段为初始反应期（诱导前期）

第Ⅱ阶段为潜伏期（诱导期）

第Ⅲ阶段为凝结期（凝结期）

第Ⅳ阶段为硬化期（硬化期）

•水泥水化放热曲线

3.1.3影响常用水泥性能的主要因素

１）水泥组成成分的影响

２）水泥细度的影响

３）温度与湿度的影响

４）水泥强度与龄期的关系

5）拌和用水量的影响

6）贮存条件的影响

此外，水泥矿物成分的含量、水泥颗粒细度等，对水泥的凝结硬化以及强度，都有一定的影啊。

思考题：

•１.水泥磨细过程中加入石膏的目的是什么？

•２.水泥四种矿物成分的特性是什么？

•３.影响水泥凝结硬化的因素有哪些？

主要内容：硅酸盐水泥的技术性质

硅酸盐水泥的技术标准

常用水泥的选用

其它品种水泥

重点内容：硅酸盐水泥的技术性质