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水 泥 Cement 水泥在土木工程中的重要作用 水泥是当今产量与用量最大的土木工程材料！ 水泥及其砂浆、混凝土与纤维水泥等水泥基材料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！ 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，指导合理选择与使用水泥，改善水泥基材料的性能。 熟悉 水泥各种性质的含义和工程意义； 水泥性质的影响因素及其规律； 水泥性质的检验方法和评定标准。 主 要 内 容 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？ 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 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 硅酸盐水泥熟料制造工艺流程 三、水泥浆如何转变成坚硬固体？ 为什么水泥能由浆体变成固体？ 水泥与水能发生化学反应——水化反应； 水化反应将结合占水泥质量30％左右的拌和水； 水化反应的产物——水化物能相互凝聚成三向网络结构； 水化反应产物有很大的表面能，而且相互间有很强的次价键力。 需学习与掌握的内容： 化学过程——水泥熟料矿物的水化反应 石膏的作用 物理过程——水泥浆的凝结硬化 硬化水泥浆的组成与结构 水泥浆凝结硬化的影响因素 特征： 水泥熟料颗粒中的四种主要矿物同时进行水化反应； 其水化反应均是放热反应； 水化反应是固－液异相反应。 反应速度序列： 半水石膏CaSO4?0.5H2O和游离氧化钙f-CaO的水化 铝酸三钙C3A的水化 铁铝酸四钙C4AF的水化 硅酸三钙C3S的水化 硅酸二钙?- C2S的水化 硅酸钙C3S与?- C2S的水化 硅酸钙水化生成水化硅酸钙C3S2H3—C-S-H凝胶和Ca(OH)2—羟钙石，并放出热： 硅酸三钙：2C3S + 6H ? C3S2H3 + 3CH + 120cal/g 硅酸二钙：2C2S + 4H ? C3S2H3 + CH + 62cal/g (C-S-H ) + 羟钙石 特征： 形成相同的水化物—组成不确定的C-S-H凝胶，组成为： CaxH6-2xSi2O7.zCa(OH)2?nH2O (x, z与温度、水灰比等有关) 其中钙硅比(C/S)： CaO/SiO2 = (x＋z)/2 C3S反应速度比C2S快，其放热量比C2S大。 水化机理 溶液中反应 固相颗粒表面的局部反应。 溶液中的反应 机理：溶解 ? 扩散? 沉淀 表面局部反应 机理：颗粒表面水化物层的形成与扩散 硅酸钙矿物颗粒的电镜照片 铝酸三钙C3A的水化 铝酸钙C3A的水化行为在水泥水化早期特别重要 纯C3A与水反应迅速，生产水化铝酸钙： C3A + 18H2O ? [C2AH8 + C4AH13] ? C3AH6 (不稳定的中间产物) (稳定产物) 这一反应导致水泥浆闪凝或假凝，必须避免！ 避免闪凝的有效途径——加入石膏CaSO4?2H2O 铝酸三钙C3A在石膏存在下的水化反应 C3A与石膏反应首先形成三硫型硫铝酸钙—钙矾石晶体，并放出大量热： C3A+ 3C?·H2+26H? C3A·3C?3·H32 + 300 cal / g (1) (钙钒石) 反应后期，石膏量不足时，水化生成单硫型硫铝酸钙水化物： C3A+ C3A·3C?3·H32 +4H? C3A·C?3·H12 (2) 石膏消耗完后， C3A直接水化形成C3AH6： C3A + 18H2O ? C3AH6 (3) 铁铝酸四钙