第5章水泥（课件）- 《建筑材料》同步教学（西安电子科技·2017）

第5章　水　　泥 第5章　水　泥 5.1　硅酸盐水泥 5.2　掺混合材料的硅酸盐水泥 5.3　其他品种水泥 5.4　水泥的验收与保管 第5章　水　　泥 5.1　硅酸盐水泥 5.1.1　硅酸盐水泥生产及其矿物组成 　　硅酸盐水泥的生产工艺过程概括起来，可谓“两磨一烧”，即：（1）生料的配制和磨细；（2）生料经煅烧使之部分熔融而形成熟料；（3）将熟料、0~5%的石灰石或粒化高炉矿渣（通称混合材料）与适量石膏共同磨细，即成为硅酸盐水泥。水泥生产的主要工艺流程如图5.1所示。 第5章　水　　泥 图5.1　硅酸盐水泥的生产过程 第5章　水　　泥 水泥生料的配合比例直接影响硅酸盐水泥熟料的矿物成分比例和主要建筑技术性能，水泥生料在窑内的煅烧过程是保证水泥熟料质量的关键。在达到1000℃时水泥生料中的各种原料完全分解出水泥中的有用成分，主要有氧化钙(CaO)、二氧化硅(SiO2)、三氧化二铝(A12O3)和三氧化二铁(Fe2O3)。其中在800℃左右少量分解出的氧化物已开始发生固相反应，生成铝酸一钙、少量的铁酸二钙及硅酸二钙。在（900~1100）℃时开始形成铝酸三钙和铁铝酸四钙，在（1100~1200）℃时形成大量铝酸三钙和铁铝酸四钙，硅酸二钙生成量最大。在（1300~1450）℃时铝酸二钙和铁铝酸四钙呈熔融状态，产生的液相把氧化钙及部分硅酸二钙溶解于其中，在此液相中，硅酸二钙吸收氧化钙化合成硅酸三钙。这是煅烧水泥的最关键一步，必须停留足够的时间，使原料中游离的氧化钙被吸收掉，以保证水泥熟料的质量。 第5章　水　　泥 表5－1　硅酸盐水泥熟料的矿物组成 第5章　水　　泥 表5－2　水泥熟料矿物的特性 第5章　水　　泥 5.1.2　硅酸盐水泥的凝结与硬化 　　水泥加水拌后，最初形成具有可塑性的浆体，然后逐渐变稠失去可塑性，这一过程称为凝结。此后，强度逐渐提高，并变成坚硬的石状物体——水泥石，这一过程称为硬化。水泥的凝结和硬化过程是人为划分的，实际上是一个连续的复杂的物理化学过程，这些变化决定了水泥的一系列的技术性能，因此了解水泥的凝结和硬化过程，对于了解水泥的性能和使用是很重要的。 第5章　水　　泥 　　硅酸盐水泥遇水后，各熟料矿物与水发生化学反应，形成水化物，并放出一定热量，其反应式如下： 2（3CaO·SiO2）+6H2O=3CaO·2SiO2·3H2O+3Ca(OH)2 2（2CaO·SiO2）+4H2O=3CaO·2SiO2·3H2O+Ca(OH)2 3CaO·Al2O3+6H2O=3CaO·Al2O3·6H2O4 4CaO·Al2O3·Fe2O3+7H2O=3CaO·Al2O3·6H2O+CaO·Fe2O3·H2O 第5章　水　　泥 　　上述反应中，硅酸三钙水化反应很快，水化放热大，生成的水化硅酸钙几乎不溶于水，而以胶体微粒析出，并逐渐凝聚成为凝胶。经电子显微镜观察，水化硅酸钙仅是颗粒尺寸与胶体相同，而实际上呈结晶较差的箔片状或纤维状颗粒。生成的氢氧化钙较快地溶解于水中，当溶液中的浓度达到过饱和后，便呈六方晶体析出。 　　硅酸二钙水化反应的产物与硅酸三钙基本相同，但它水化反应极慢，水化放热小。铝酸三钙水化反应极快，水化放热甚大，且放热速度也很快，生成的水化铝酸钙为立方晶体。铁铝酸四钙水化反应快，水化放热中等，生成的水化产物为水化铝酸三钙和水化铁酸一钙。水化铝酸三钙和水化铁酸一钙是不稳定的产物，它们在氢氧化钙饱和溶液中能与氢氧化钙进一步反应，生成六方晶体的水化铝酸四钙和水化铁酸四钙。 第5章　水　　泥 　　纯熟料磨细后，凝结时间很短，不便使用。为了调节水泥的凝结时间，熟料磨细时，掺入适量(3%左右)石膏，这些石膏与部分水化铝酸钙反应，生成难溶的水化硫铝酸钙的针状晶体，其反应式如下。由于水化硫铝酸钙的存在，延缓了水泥的凝结时间。 3CaO·Al2O3+6H2O+3(CaSO4·2H2O)+19H2O =3CaO·Al2O3·3CaSO4·31H2O 　水泥浆在空气中硬化时，表面形成的氢氧化钙还能与空气中的二氧化碳反应生成碳酸钙。 第5章　水　　泥 　　综上所述，硅酸盐水泥水化反应后，生成的主要水化产物为水化硅酸钙、氢氧化钙、水化铝酸钙、水化铁酸钙和水化硫铝酸钙等。 以上所述的是水泥水化时所发生的主要化学反应。在发生化学反应的同时，水泥水化又发生着一系列的物理变化，使水泥凝结并硬化。水泥凝结和硬化过程的机理比较复杂。一般解释是：当水泥加水拌和后(见图5.2（a）)，在水泥颗粒表面即发生化学反应，生成的水化产物聚集在颗粒表面形成凝胶薄膜(见图5.2（b）)，使水泥反应减慢。 第5章　水　　泥 图5.2　水泥凝结硬化过程示意图 第5章