第三章水泥3.1硅酸鹽系列水泥(cement)凡由硅酸鹽水泥熟料、0～5％石灰石或?；郀t礦渣、適量石膏磨細制成的水硬性膠凝材料，稱為硅酸鹽水泥(波特蘭水泥)。硅酸鹽水泥分兩種類型，不摻加混合材料的稱I型硅酸鹽水泥，其代號為P·I。在硅酸鹽水泥熟料粉磨時摻加不超過水泥質(zhì)量5％的石灰石或?；郀t礦渣混合材料的稱Ⅱ型硅酸鹽水泥，其代號為P·Ⅱ。3.1.1硅酸鹽水泥的原料硅酸鹽水泥的原料主要是石灰質(zhì)原料和粘土質(zhì)原料兩類。石灰質(zhì)原料主要提供CaO，它可以采用石灰石、白堊、石灰質(zhì)凝灰?guī)r等。粘土質(zhì)原料主要提供SiO2、A12O3及少量Fe2O3，它可以采用粘土、粘土質(zhì)頁巖、黃土等。如果所選用的石灰質(zhì)原料和粘土質(zhì)原料按一定比例配合不能滿足化學組成要求時，則要摻加少量相應的校正原料。

表3－1生產(chǎn)硅酸鹽水泥原料的化學組成氧化物名稱

氧化鈣氧化硅氧化鋁氧化鐵化學成分

CaOSiO2

AI2O3

Fe2O3

常用縮寫

C

SAF大致含量（%）

62～6719～244～72～5硅酸鹽水泥生產(chǎn)的大體步驟是：先把幾種原材料按適當比例配合后在磨機中磨成生料；生料的制備方法有干法和濕法兩種。所謂濕法，就是把原料加水在磨機中磨成生料漿。所謂干法，是把原料先經(jīng)過烘干，再在磨機中磨成生料粉。按煅燒設備，又分為立窯生產(chǎn)和回轉(zhuǎn)窯生產(chǎn)兩種。我國大型水泥廠基本上都采用回轉(zhuǎn)窯煅燒設備。

水泥生產(chǎn)工藝流程示意圖

硅酸鹽水泥熟料基本化學要求f-CaO

MgO

燒失量

不溶物②

SO3②

C3S+C2S③

CaO/Si02

立窯

旋窯≤2.5

≤1.5

≤5≤1.5

≤0.75

≤1.0

≥66

≥2.0

.4.水泥熟料的礦物組成

硅酸三鈣(3CaO·SiO2，簡寫為C3S)，含量36％～60％；硅酸二鈣(2CaO·SiO2，簡寫為C2S)，含量15％～37％；鋁酸三鈣(3CaO·A12O3，簡寫為C3A)，含量7％～15％；鐵鋁酸四鈣(4CaO·A1203·Fe203)，簡寫為C4AF)，含量10％～18％前兩種礦物稱硅酸鹽礦物，一般占總量的75％～82％。5水泥熟料主要礦物組成的性質(zhì)（1）硅酸三鈣

硅酸三鈣是硅酸鹽水泥中最主要的礦物組分，其含量通常在50％左右，它對硅酸鹽水泥性質(zhì)有重要的影響。硅酸三鈣遇水，反應速度較快，水化熱高，水化產(chǎn)物對水泥早期強度和后期強度起主要作用。（2）硅酸二鈣硅酸二鈣在硅酸鹽水泥中的含量約為10％～40％，亦為主要礦物組分，遇水時反應速度較慢，水化熱很低，它的水化產(chǎn)物對水泥早期強度貢獻較小，但對水泥后期強度起重要作用。耐化學侵蝕性和干縮性較好。（3）鋁酸三鈣在硅酸鹽水泥中含量通常在15％以下。它是四種組分中遇水反應速度最快，水化熱最高的組分。鋁酸三鈣的含量決定水泥的凝結(jié)速度和釋熱量。通常為調(diào)節(jié)水泥凝結(jié)速度需摻加石膏。鋁酸三鈣與石膏形成的水化產(chǎn)物，對水泥早期強度起一定作用。鋁酸三鈣耐化學侵蝕性差，干縮性大。（4）鐵鋁酸四鈣

鐵鋁酸四鈣在硅酸鹽水泥中，通常含量為5％～15％。遇水反應較快，水化熱較高。強度較低，但對水泥抗折強度起重要作用。耐化學侵蝕性好，干縮性小。

6.硅酸鹽水泥的水化

熟料礦物與水發(fā)生的水解或水化作用統(tǒng)稱為水化，熟料礦物與水發(fā)生水化反應，生成水化產(chǎn)物，并放出一定的熱量。水泥單礦物水化的反應式如下：(3CaO·SiO2)+6H2O=3CaO·2SiO2·3H2O+3Ca(OH)22(2CaO·SiO2)+4H2O=3CaO·2SiO2·3H2O+Ca(OH)23CaO·A12O3+6H2O=3CaO·A12O3·6H2O4CaO·A12O3·Fe2O3+7H2O=3CaO·A12O3·6H2O+CaO·Fe2O3·H2O、C-S-H凝膠

C-S-H的化學組成是不固定的，其Ca/Si比隨液相中Ca(OH)2濃度的提高而增加。當溶液中氧化鈣濃度約為2～20mol/L時，生成Ca/Si比為0.8～1.5的水化硅酸鈣[稱C-S-H(Ⅰ)]；當液相中氧化鈣濃度飽和時，則生成Ca/Si比提高到1.5～2.0的C-S-H(Ⅱ)。在常溫下，水固比增加，能使C-S-H的Ca/Si比下降。同時，H/Si比也相應減少，而且比Ca/Si值都低0.5左右。因此，在正常水化的條件下，C-S-H的組成或可粗略地用CxSHx-0.5表示。多數(shù)研究者還認為C-S-H的組成隨著水化進程而改變，其Ca/Si比隨齡期的增長而下降，例如從水化1d的1.9，到2、3年后可減少至1.4～1.6左右。C-S-H呈無定形的膠體狀，粒子如以球形計，直徑可能小于10μm。其結(jié)晶程度極差，而且即使經(jīng)過很長時間，結(jié)晶度仍然提高不多。0.20.40.60.81.000.2未水化水泥毛細孔凝膠實體水化程度0.20.40.60.81.000.2未水化水泥毛細孔體積率凝膠實體水化程度凝膠孔00.20.40.60.81.00.600.20.40.60.81.00.67.影響水泥凝結(jié)硬化的因素

(1)養(yǎng)護時間

(2)溫度和濕度(3)石膏摻量8硅酸鹽水泥的技術(shù)要求（1）細度它對水泥的凝結(jié)時間、強度、需水量和安定性有較大影響，所以是鑒定水泥品質(zhì)的主要項目之一。①篩析法是采用邊長為80μm的方孔篩對水泥試樣進行篩析試驗，用篩余百分數(shù)表示水泥的細度。我國現(xiàn)行國標（GB1345-2005）規(guī)定，篩析法有：負壓篩法和水篩法兩種，有爭議時，以負壓篩法為準。②比表面積法

是根據(jù)一定量空氣通過一定空隙率和厚度的水泥層時，所受阻力不同而引起流速的變化來測定水泥的比表面積(單位質(zhì)量的粉末所具有的總表面),以㎡/㎏表示。我國現(xiàn)行國標規(guī)定，比表面積測定采用（GB8074-87）勃氏法測定。

國家標準規(guī)定：硅酸鹽水泥的細度用透氣式比表面積儀測定，要求其比表面積大于300m2/kg；其它五類水泥的細度用篩析法，要求在0．080mm方孔篩上的篩余不得超過10％。

（2）凝結(jié)時間凝結(jié)時間分初凝和終凝。初凝:為水泥加水拌合起至標準稠度凈漿開始失去可塑性所需的時間；終凝:為水泥加水拌和起至標準稠度凈漿完全失去可塑性并開始產(chǎn)生強度所需的時間。為使混凝土和砂漿有充分的時間進行攪拌、運輸、澆搗和砌筑，水泥初凝時間不能過短。當施工完畢后，則要求盡快硬化，具有強度，故終凝時間不能太長。國家標準規(guī)定：六大常用水泥的初凝時間均不得早于45min；硅酸鹽水泥的終凝時間不得遲于6．5h；其它水泥的終凝時間不得遲于10h；水泥凈漿攪拌機水泥標準稠度與凝結(jié)時間測定儀（3）體積安定性水泥的體積安定性是指水泥在凝結(jié)硬化過程中，體積變化的均勻性。引起水泥體積安定性不良的原因:是由于水泥熟料礦物組成中含有過多游離氧化鈣(fCaO)、游離氧化鎂(fMgO)，或者水泥粉磨時石膏摻量過多。而過量的石膏會與已固化的水化鋁酸鈣作用，生成水化硫鋁酸鈣，產(chǎn)生體積膨脹，造成硬化水泥石開裂。國家標準規(guī)定：由游離氧化鈣引起的水泥體積安定性不良可采用沸煮法檢驗。①試餅法

餅法是將標準稠度凈漿，制成直徑70～80㎜、中心厚約10㎜的試餅，在濕氣養(yǎng)護箱內(nèi)養(yǎng)護24h，在沸煮箱中30min加熱至沸，然后恒沸3h，觀察水泥凈漿試餅沸煮后的外形變化來檢驗水泥的體積安定性。

②雷氏法

是將標準稠度凈漿裝于雷氏夾的環(huán)形試模（如圖3-7）中，濕養(yǎng)24h后，在沸煮箱中30min加熱至沸，然后恒沸3h，測定試件兩指針尖端距離，兩個試件在煮后，針尖端增加的距離平均值不大于5.0㎜時，即認為該水泥安定性合格。在有爭議時以雷氏法為準。沸煮法起加速氧化鈣熟化的作用，所以只能檢查游離氧化鈣所起的水泥體積安定性不良。

（2）壓蒸法由于游離氧化鎂引起的安定性不良，可采用壓蒸法。按我國現(xiàn)行試驗法（GB750）規(guī)定，是將水泥制成凈漿試體，經(jīng)壓蒸法，膨脹率不超過0.5%則認為合格。由于游離氧化鎂在壓蒸下才加速熟化，石膏的危害則需長期在常溫水中才能發(fā)現(xiàn)，兩者均不便于快速檢驗。所以，國家標準規(guī)定水泥熟料中氧化鎂含量不得超過5.0％，水泥中三氧化硫含量不超過3.5％，以控制水泥的體積安定性。雷氏夾法測定水泥安定性國家標準規(guī)定：水泥中游離氧化鎂含量不得超過5.0％，三氧化硫含量礦渣水泥不得超過4.0％，其它水泥不得超過3．5％。（4）強度及強度等級國家標準規(guī)定，采用軟練膠砂法測定水泥強度。該法是將水泥和標準砂按1:3混合，用水灰比為0.5，按規(guī)定方法制成40mm×40mm×l60mm的試件，帶模在濕氣中養(yǎng)護24h后，再脫模放在標準溫度(20℃土1℃)的水中養(yǎng)護，分別測定3d和28d抗壓強度和抗折強度。根據(jù)測定結(jié)果，按規(guī)定，可確定該水泥的強度等級。水泥膠砂攪拌機和振動臺（5）堿含量堿含量是指水泥中Na2O和K2O的含量。若水泥中堿含量過高，遇到有活性的骨料，易產(chǎn)生堿—骨料反應，造成工程危害。國家標準規(guī)定：水泥中堿含量按Na2O+0.685K2O計算值來表示。若使用活性骨料，用戶要求提供低堿水泥時，水泥中堿含量不得大于0.60％或由供需