材料化学-无机非金属材料(水泥)

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1、非金属材料1第五节水泥一、概述二、硅酸盐系水泥概述三、其它品种水泥2一、概述水泥呈粉末状，与适量水拌合成塑性浆体，经过物理化学过程浆体能变成坚硬的石状体，并能将散粒状材料胶结成为整体。公元前2000-3000年，石膏、石灰砂浆，古代埃及金字塔公元初，古希腊人和罗马人、在石灰中掺入火山灰1796年罗马水泥天然水泥岩(粘土含量为20%-25%的石灰石)煅烧、磨细人工配制水泥，波特兰水泥(PortlandCement)）1824年，英国泥瓦工约瑟夫·阿斯普丁取得专利权上世纪初，各种专用水泥3分类熟料的矿物组成特性与用途硅酸盐系水泥铝酸盐系水泥硫铝酸盐系水泥氟铝酸盐

2、水泥铁铝酸盐水泥少熟料或无熟料水泥通用水泥专用水泥特性水泥4二、硅酸盐系水泥概述硅酸盐系水泥是指组成水泥的基本物质——熟料的主要成分为硅酸钙，在所有的水泥中它品种最多、应用最广。按《硅酸盐水泥、普通硅酸盐水泥》（GB175-1999）规定：凡由硅酸盐水泥熟料、0～5%石灰石或粒化高炉矿渣、适量石膏磨细制成的水硬性胶凝材料，称为硅酸盐水泥（即国外通称的波特兰水泥）。I型硅酸盐水泥（P·I）：不掺加混合材料II型硅酸盐水泥（P·II）：掺加<5%的混合材料51、硅酸盐系水泥的生产（1）原料石灰质原料——主要提供CaO，常采用石灰石、白垩、石灰质凝灰岩等。粘土质原

3、料——主要提供SiO2、Al2O3及Fe2O3。校正原料——调整，常采用黄铁矿渣等。6（2）生产工艺——“两磨一烧”A.生料配制——各种原料比例确定之后，可同时或分别将这些原料磨细到规定的细度，并且使它们混合均匀。干法——原料粉碎、混合、磨细→生料粉湿法——石灰石颗粒与粘土泥浆湿磨→生料浆7B.熟料的煅烧8C.水泥粉磨水泥熟料冷却后，将与适量的石膏(约3％)共同磨细，所形成的产品称硅酸盐水泥。水泥粉磨越细，水化速度越快，愈易水化完全，对水泥胶凝性质的有效利用率越高，水泥强度也愈高，而且还能改善水泥泌水性、和易性、粘结力等。但干缩率随水泥细度提高而增加。92、

4、硅酸盐系水泥的组成（1）硅酸盐水泥熟料（2）石膏（3）混合材料3CaO2CaO3CaO4CaOAl2O3化学成分含量（%）矿物成分含量（%）CaO62～673CaO·SiO2，（C3S）37～60SiO219～242CaO·SiO2，（C2S）15～37Al2O34～73CaO·Al2O3，（C3A）7～15Fe2O32～54CaO·Al2O3·Fe2O3，（C4AF）10～18返回103、硅酸盐水泥的水化和凝结硬化硅酸盐水泥的定义：按《硅酸盐水泥、普通硅酸盐水泥》（GB175-1999）规定：凡由硅酸盐水泥熟料、0～5%石灰石或粒化高炉矿渣、适量石膏磨细制

5、成的水硬性胶凝材料，称为硅酸盐水泥（即国外通称的波特兰水泥）。I型硅酸盐水泥（P·I）：不掺加混合材料II型硅酸盐水泥（P·II）：掺加<5%的混合材料11硅酸盐水泥的水化和凝结硬化水泥加水拌合后，最初形成具有可塑性的浆体（称为水泥净浆），随着水泥水化反应的进行逐渐变稠失去塑性，这一过程称为凝结。此后，随着水化反应的继续，浆体逐渐变为具有一定强度的坚硬的固体水泥石，这一过程称为硬化。水化是水泥产生凝结硬化的前提，而凝结硬化则是水泥水化的必然结果。12a、硅酸盐水泥的水化硅酸盐水泥与水拌合后，其熟料颗粒表面的四种矿物立即与水发生水化反应，生成水化产物。各矿物的

6、水化反应如下：2(3CaO·SiO2)+6H2O=3CaO·2SiO2·3H2O(水化硅酸钙凝胶)+3Ca(OH)2(氢氧化钙晶体)2(2CaO·SiO2)+4H2O=3CaO·2SiO2·3H2O+Ca(OH)23CaO·Al2O3+6H2O=3CaO·Al2O3·6H2O（水化铝酸钙晶体）4CaO·Al2O3·Fe2O3+7H2O=3CaO·Al2O3·6H2O+CaO·Fe2O3·H2O（水化铁酸钙凝胶）13b、硅酸盐水泥的凝结硬化过程1）初始反应期。水泥与水接触后初始的5～10min。硅酸三钙水化→水化硅酸钙凝胶，释放出氢氧化钙溶于水中→结晶析出。铝

7、酸三钙也溶于水并与已溶解的石膏反应→钙矾石结晶析出。2）潜伏期。约1～2h，水泥水化十分缓慢。这主要是由于水泥颗粒表面覆盖了一层以水化硅酸钙凝胶为主的渗透膜层，阻碍了水泥颗粒与水的接触。在此期间，由于水泥水化产物数量不多，水泥颗粒仍呈分散状态，所以水泥浆基本保持塑性。上述二个阶段可合并称为诱导期。143）凝结、硬化期。在潜伏期后由于渗透压的作用，水泥颗粒表面的膜层破裂，水泥继续水化。在此阶段，水化产物不断增加并填充水泥颗粒之间的空间，随着接触点的增多，形成了由分子力结合的凝聚结构，使水泥浆体逐渐失去塑性，这一过程称为水泥的凝结。此阶段结束约有15%的水泥水化

8、。在凝结期后，水泥水化仍在继续进行，水化铁铝酸钙形成