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3 水泥 3.1 概述 3.2 硅酸盐水泥熟料矿物的结构与胶凝性能 的关系 3.3 硅酸盐水泥的水化反应及机理 3.4 水泥浆体的凝结硬化及结构形成过程 3.5 新拌水泥浆的物理特性及流变性质 3.6 硅酸盐水泥硬化体（水泥石）的结构 3.7 硅酸盐水泥的工程性质 3.8 其它水泥品种 3.1 概述 水泥是一种水硬性胶凝材料。水泥是建造各种形式的混凝土结构的建筑物或构筑物的基本组成材料之一，它广泛应用于建筑、道路、桥梁、水利等工程中，素有“建筑业的粮食”之称。 目前我国生产和使用的水泥品种虽然很多，但大量使用的是通用硅酸盐水泥。 按国家标准《通用硅酸盐水泥》 （GB175-2007）, 其定义是: 通用硅酸盐水泥(commom portland cement)是指以硅酸盐水泥熟料和适量的石膏,及规定的混合材料制成的水硬性胶凝材料。 3.1 概述 按混合材料的品种和掺量分为硅酸盐水泥（国外通称的波特兰水泥）、普通硅酸盐水泥、矿渣硅酸盐水泥、火山灰质硅酸盐水泥、粉煤灰硅酸盐水泥和复合硅酸盐水泥。 本章以硅酸盐水泥为主要内容，并在此基础上介绍其他品种的水泥。 硅酸盐水泥分为Ⅰ型和Ⅱ型两种类型: Ⅰ型，代号P·Ⅰ,在水泥粉磨时不掺加混合材料; Ⅱ型，代号P·Ⅱ,掺加混合材料(≤5%)。 硅酸盐水泥的生产主要有以下几个工艺过程： （1）生料的制备：包括石灰石、黏土等原料的开采、破碎、预均化、生料的磨细、均化； （2）水泥熟料的煅烧：包括预分解、煅烧、冷却； （3）水泥的粉磨：将熟料与混合材料、适量石膏共同磨细成为硅酸盐水泥。 3.1 概述 硅酸盐水泥熟料是由多种矿物组成的，其主要矿物是： 硅酸三钙（3CaO·SiO2，简写为C3S）、 硅酸二钙（2CaO·SiO2，简写为C2S）、 铝酸三钙（3CaO·Al2O3，简写为C3A）、 铁铝酸四钙（4CaO·Al2O3·Fe2O3，简写为C4AF）。 上面四种矿物中硅酸钙矿物（包括硅酸三钙与硅酸二钙）是主要的，一般占70%以上(国家标准规定不小于66%) 。 3.1 概述 目前，在一般工厂中，硅酸盐水泥熟料的化学成分和矿物组成的大致范围如表3.1所示 表3.1 硅酸盐水泥熟料组成的范围 （%） 3.1 概述 硅酸盐水泥的强度与其熟料矿物组成的关系较大，不同熟料矿物在标准条件下，强度的发展如表3.2所示。 表3.2 水泥熟料单矿物的强度 3.1 概述 硅酸盐水泥强度的发展，与上述矿物成分的相对含量有关，但是它不是简单的加权平均关系，因为它们之间存在着相互作用。 水泥熟料矿物与水作用时要放出热量。试验表明，不同熟料矿物的放热量和放热速度都遵循下列顺序： C3A＞C3S＞C4AF＞C2S 所以水泥的水化热与水泥的矿物组成有关。 3.2 硅酸盐水泥熟料矿物的结构 与胶凝性能的关系 3.2.1 水泥熟料矿物的结构特征 3.2.2 水泥熟料矿物及其水化反应能力的 热力学判断 3.2.3 水泥熟料矿物具有胶凝能力的本质 与条件 3.2.1 水泥熟料矿物的结构特征 (1)硅酸三钙（C3S） 通过研究CaO—SiO2二元体系可知，硅酸三钙的结构特征是： ①硅酸三钙只有在1250℃以上才是稳定的。如果它在此温度以下缓慢冷却时会按下式分解： 3CaO·SiO2=2CaO·SiO2+CaO 由于水泥煅烧后采用了快速冷却方法，不会分解，所以硅酸三钙是在常温下存在的介稳的高温型矿物，因而其结构是热力学不稳定的。 硅酸三钙的结构特征 ②在硅酸三钙结构中，进入了Al3+与Mg2+离子并形成固溶体，固溶程度越高，活性越大。在C54S16MA结构中，由于Al3+离子取代Si4+离子，同时为了补偿静电而引入Mg2+ ，因而引起了硅酸三钙的变形，提高了其活性。 ③在硅酸三钙的结构中，[CaO6]10-六面体的钙离子配位数是六，比正常的配位数低，并且处于不规则的状态，因而使钙离子具有较高的活性。 ④在[CaO6]10-结构中氧离子的分布不均匀,形成了较大的“空穴”，这可以使氢氧根离子直接进入晶格中，这一点便决定了它具有大的水化速度。 3.2.1 水泥熟料矿物的结构特征 （2）硅酸二钙 在水泥熟料的实际生产中，由于采用了急冷的方法，所以硅酸二钙以β-C2S的形式存在。 β-C2S的结构特征如下： ① β-C2S是在常温下存在的介稳的高温型矿物，因此，其结构具有热力学不稳定性。 ② β-C2S中的钙离子具有不规则配位，使其具有较高的活性。 ③ β-C2S结构中的杂质和稳定剂的存在，也提高了它的结构活性。 ④在β-C2S结构中没有C3S结构中所具有的那种大“空穴”，这是它水化速度较慢的因素之一。 （