(完整版)水泥的化学成分与水化原理

lc-a二. 水泥的化学成分与水化原理

2.1 硅酸盐水泥的定义：

把适当成分的“生料”如：石灰石、白玺、粘土等,在窑里煅烧至部分熔融，得以硅酸盐为主要成分的水泥“熟料”；再掺入一定比例的石膏与矿渣或火山灰、粉煤灰等混合料一起磨成细粉，即成硅酸盐水泥。随着原料种类的不同和各成分比例不同及混合料的不同种类掺入，就形成不同品种的硅酸盐水泥。在国外就叫“波特蓝”水泥。

2。2硅酸盐水泥熟料的化学成分与性能：

2。2。1 硅酸盐水泥熟料中的几种主要化学成分：

硅酸盐水泥熟料的典型化学成分含量见如下附表《1》:%

无水

化学组成矿物名称	CaO	SiO2	AI2O3	Fe2O3	MgO	Na2O	TiO2	Mn2O3	K2O	P2O5	SO3
A 矿	71.6	25。2	1。0	0。7	1.1	0。1	0	0	0。1	0。1	0。1
B 矿	63.5	31。5	2.1	0。9	0.5	0。1	0.2	0	0.9	0.1	0。2
C 矿	47.5	3.6	21.9	21。4	3。0	0。1	1.6	0.7	0。2	0	0
(低铝）铁酸盐	47.8	5.0	16。2	25.4	3.7	电商监测0。4	0.6	1。0	0。2	0	0。3
铝酸盐（立方晶)	56.6	3。7	31。3	5.1	1。4	1.0	0。2	0	0.7	0	0
铝酸盐(斜方晶)	53.9	4。3	28.9	6.6	1.2	0.6	0。5	0	4.0	0	0
铝酸盐(低铁)	58。1	4。6	33。8	1.0	1。0	0。4	0.6	0	0.5	0	0

CaO(一氧化钙） SiO2（二氧化硅） AI2O3(三氧化二铝）

Fe2O3(三氧化二铁) MgO（氧化镁) SO3（氧化硫)

Na2O（氧化钠） K2O(氧化钾) TiO2(氧化钛）

Mn2O3（氧化锰） P碱性硅溶胶2O5（氧化磷）

另外也可能含有极少量的其他杂质.水泥熟料中各氧化物的含量对水泥的性质有很大影响：

2。2.1。1 CaO（一氧化钙):是水泥熟料中最主要的成分.在水泥熟料煅烧过程中与其他酸性氧化物(如：SiO2、AI2O3、Fe2O3等)化合反应生成C3S、C2S、C3A、C4AF(见下面第2。3条)等矿物复盐活性化合物。经煅烧未被化合的CaO称为“游离钙".在水泥中单独存在的“游离钙”,其水化反应不能在水泥硬化过程中完成，而是在水泥硬化后才能与水化合生成Ca（HO）2并在水化过程中发生体积膨胀，降低混凝土的内应力甚至破坏混凝土结构。其含量多、少是影响水泥性的重要原因之一。因此国家标准中要求水泥熟料内CaO含量不得超过1％。

2。2。1。2 SiO2(二氧化硅):也是水泥熟料所含主要成分之一.SiO2经过煅烧可与CaO进行化合反应，生成C3S和C2S矿物，是影响水泥强度的主要成分之一。如果SiO2含量低，水泥熟料中硅酸盐矿物成分少，水泥强度就低;但SiO2含量高时，虽然水泥后期强度有显著提高并使其抗硫酸盐侵蚀性能增强，但水泥凝结速度和早期强度增进率都会变慢.SiO2含量不仅影响水泥性能，同时对水泥熟料的煅烧也有影响。其含量少时，熟料煅烧会结大块,影响操作；但其含量大时，会使熟料烧成困难,易于“粉化”。

2。2.1.3 AI2O3（三氧化二铝)：在水泥熟料的煅烧过程中，它与CaO和Fe2O3可化合生成C3A或C4FA.当其含量高时可使水泥的凝结及硬化速度变快，但后期强度增长缓慢，并使水泥的抗硫酸盐性能降低。原因是C3A与硫酸盐化合反应生成硫铝酸盐（钟乳石），易溶于水而造成水泥石的破坏.同时C3A含量高的水泥水化热高，放热速度也快，不适用于大体积混凝土和抗硫酸盐混凝土。

2.2.1。4 Fe2O3（三氧化二铁)：经煅烧可与CaO和AI三合一打印机2O3化合生成C4AF。在水泥生料中增加氧化铁含量，能降低水泥熟料的煅烧温度。但含量高时会使水泥的凝结过程和硬化过程变慢(缓凝)，后期强度仍能长期增长，并能增强水泥的抗硫酸盐侵蚀性能。

2。2。1。5 MgO（氧化镁)：是水泥原料中的不良杂质（后述）。

2.2。1。6 SO3（硫酐)：水泥中的SO3仅少部分来自水泥熟料,大部分是在水泥熟料磨细时掺入的石膏(CaSO4）.适量的石膏，可有利于调节水泥凝结时间；但含量过多时，会破坏水泥的体积性。

2。2。1。7 K2O、Na2O （碱分)：即氧化钾、氧化钠，在水泥中是有害成分，能导致水泥凝结时间变换不定;也能引起水泥石的表面风化(起霜)。若混凝土骨料内含有碱分时,混凝土将出现“碱骨料反应"。若水泥中含有碱分，即使骨料内不含碱分，水泥中的碱分也会与骨料中的酸性物质反应，在混凝土内部引起膨胀(碱集料反应)。

十字滑台

2.2。1。8 TiO2（氧化钛）：一般含量很少，不超过0.3%.少量TiO2可促进熟料的很好结晶.

2。2.1。9 Mn2O3(氧化锰）:一般含量很少，也未发现其对水泥有何不良影响。

2.2.1。10 P2O5（磷酐)：在水泥中含量极微小，若含量能达到1～2％时，能起到显著的缓凝作用。

2.3 水泥熟料中的矿物成分：

在水泥熟料中，上述氧化物多数不是单独存在的，而是在煅烧时，随着窑温的升高过程反应生成多种矿物。所以水泥熟料是一种多矿物集合体。其本身是一种多矿物组成的结晶细小的人造岩石.水泥熟料矿物主要有以下四种：

3CaO·SiO2 简写为:C3S 通常称：硅酸三钙

2CaO·SiO2 简写为：C2S 通常称：硅酸二钙

3CaO·AI2O3 简写为：C3A 通常称:铝酸三钙

4CaO·AI2O3·Fe2O3 简写为：C4AF 通常称：铁铝四钙

水泥熟料中,以上四种矿物可占95％以上。其组成决定硅酸盐水泥的主性质:

2。3.1 硅酸三钙(C3A)，也叫“阿利特"，通常称“A”矿。纯的C3S为洁白。但在熟料中C3S总是与少量其他氧化物一起形成固溶体。这种固溶体通常称为“A”矿或“阿利特”，是硅酸盐水泥熟料的主要矿物成分，其含量一般都在50％~60％。即使在铝酸盐水泥或硫铝酸盐

水泥熟料中的含量也在40%左右.

“A”矿随着煅烧时窑温的升、降变化，有三个晶系的七种变型：即温度在1070C0以上时的三方晶系“R”型、1070C0～990C0时的单斜晶系“M”型和980C0～620C0时的三斜晶系的“T”型.其中“M”型中又有Mm、Mn、MI三种变型；“T”型中又有Tm、Tn、TI三种变型.

纯的硅酸三钙在常温下,通常只能保留三斜晶系（T型）,但如含有少量的Mgo、Al2O3、Fe2O3、R2O（氧化稀有金属)等氧化物形成固溶体时，硅酸三钙便可保留M型或R型.实际上水泥熟料中硅酸三钙内总含有上述几种氧化物稳定剂。所以“A"矿通常都为M型或R型.

由于C3S中所含氧化物种类不同，A矿还会有不同颜。如；当熟料中含少量氧化铬（Cr2O3)呈绿；含氧化钴(Co2O3)时，随着钴的价数不同,可呈浅兰或玫瑰红。

C3S加水调和后，凝结时间正常，它水化较快，早期强度较高且强度增进率较大;但其水化热较高，抗水性较差.

2。3。2 硅酸二钙(C2S),亦称“贝利特”，通常称“B”矿。是水泥熟料中另一个重要矿物成分。

在熟料中的含量一般在20%左右。但C2S在水泥熟料中并不是以纯的形式存在，而是与MgO、AI2O3、Fe2O3、R2O等氧化物形成的固溶体矿物。

纯的硅酸二钙有四种晶型,即：α、α，、β、γ型。实际生产的熟料内C2S是以β型存在,为无晶体。凝结硬化缓慢，早期强度较低。但后期强度（28天以后)增长很快,约在一年以后可达到A矿强度值。B矿水化热小,抗水性较好,适宜用于大体积砼工程或处于环境侵蚀性小的混凝土工程.所以，水泥中适当提高C2S含量，降低C3S含量是有利的.

2。3.3 铁铝酸钙：（C4AF）。亦称“才利特"。通常称“C”矿。