水泥成分及水化硬化机理

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1、混凝土博士 微信公众号（ID: ConcreteDoctor） 水泥成分及水化硬化机理水泥成分及水化硬化机理 混凝土博士 微信公众号（ID: ConcreteDoctor） 熟料矿物熟料矿物的组成与特点的组成与特点 1 2 3 5 水泥水泥水化水化 硬化水泥浆体硬化水泥浆体 混凝土博士 微信公众号（ID: ConcreteDoctor） 一一、化学成分化学成分及含量及含量 国内部分新型干法水泥企业的硅酸盐水泥熟料化学成分国内部分新型干法水泥企业的硅酸盐水泥熟料化学成分 混凝土博士 微信公众号（ID: ConcreteDoctor） CaO-SiO2-Al2O3系统中的水泥系统中的水泥区域区域

2、如将主要氧化物的含量（如将主要氧化物的含量（CaOSiO2Al2O3）换算成）换算成 100（将（将Fe2O3计算在计算在Al2O3中），则硅酸盐水泥熟料的组中），则硅酸盐水泥熟料的组 成几乎落在成几乎落在C3S-C2S-CA3三角形的区域中。三角形的区域中。 混凝土博士 微信公众号（ID: ConcreteDoctor） 硅酸盐水泥熟料是一种多矿物组成的、结晶细小硅酸盐水泥熟料是一种多矿物组成的、结晶细小 （ 3060m ）的人造石。）的人造石。 主要四种矿物：主要四种矿物： 硅酸三钙：硅酸三钙： 3CaOSiO2，可以简写，可以简写C3S，6070% 硅酸二钙：硅酸二钙： 2CaOSiO2

3、，可以简写，可以简写C2S， 20 铝酸三钙：铝酸三钙： 3CaOAl2O3 ，可以简写，可以简写C3A，715 铁相固溶体：铁相固溶体：4CaOAl2O3Fe2O3，简写，简写 C4AF， 1018 其他：其他：少量游离氧化钙少量游离氧化钙(f-CaO)、方镁石、含碱矿物及玻璃体。、方镁石、含碱矿物及玻璃体。 硅酸盐矿物硅酸盐矿物 熔剂矿物熔剂矿物 混凝土博士 微信公众号（ID: ConcreteDoctor） 熟料类型熟料类型C3S C2SC3AC4AF 回转窑熟料回转窑熟料456515324111018 立窑熟料立窑熟料38602032471320 国内新型干法窑熟料国内新型干法窑熟料

4、（20家平均）家平均） 5321810 国内重点水泥企业熟料国内重点水泥企业熟料 （56家平均）家平均） 5420714 国外水泥企业熟料国外水泥企业熟料 （23家平均）家平均） 5720810 国内外部分水泥生产企业生产数据国内外部分水泥生产企业生产数据 混凝土博士 微信公众号（ID: ConcreteDoctor） 硅酸盐水泥熟料在反光显微镜下的岩相照片硅酸盐水泥熟料在反光显微镜下的岩相照片 C3S C2S 铁相固溶体铁相固溶体 铝酸三钙铝酸三钙 金相显微镜下：金相显微镜下： 混凝土博士 微信公众号（ID: ConcreteDoctor） 熟料熟料的化学成分与矿物组成的的化学成分与矿物组成

5、的关系？关系？ C3S C2S C3A C4AF CaO SiO2 Al2O3 Fe2O3 混凝土博士 微信公众号（ID: ConcreteDoctor） 1、硅酸三钙、硅酸三钙(tricalcium silicate) 纯纯C3S具有同质多晶现象。具有同质多晶现象。 1 520 2 920 3 960 1 990 2 1060 3 1070 TTTMMMR CCCCCC R型为三方晶系，型为三方晶系，M型为单斜晶系，型为单斜晶系，T型为三斜晶系型为三斜晶系 混凝土博士 微信公众号（ID: ConcreteDoctor） 1、硅酸三钙、硅酸三钙(tricalcium silicate) 混凝土

6、博士 微信公众号（ID: ConcreteDoctor） 1、硅酸三钙、硅酸三钙(tricalcium silicate) 混凝土博士 微信公众号（ID: ConcreteDoctor） 1、硅酸三钙、硅酸三钙(tricalcium silicate) 混凝土博士 微信公众号（ID: ConcreteDoctor） 1、硅酸三钙、硅酸三钙(tricalcium silicate) 混凝土博士 微信公众号（ID: ConcreteDoctor） 1、硅酸三钙、硅酸三钙(tricalcium silicate) 四、四、熟料矿物的特性熟料矿物的特性 矿物水化特性：矿物水化特性： 水化较快，水化反应

7、主要在水化较快，水化反应主要在28d内进行，约经一年后水化内进行，约经一年后水化 过程基本完成；过程基本完成； 早期强度高，强度的绝对值和强度的增进率大，居四种早期强度高，强度的绝对值和强度的增进率大，居四种 矿物之首，矿物之首，28d强度达一年强度的强度达一年强度的70%80%； 水化热较高；抗水性较差。水化热较高；抗水性较差。 混凝土博士 微信公众号（ID: ConcreteDoctor） 2、硅酸二钙、硅酸二钙(ditricalcium silicate) C C C L C H C500 690 68063011601425 纯纯C2S在在1450以下有下列多晶转变：以下有下列多晶转变

8、： 780860 型为三方或六方晶系；型为三方或六方晶系；型为斜方晶系；型为斜方晶系；型为单斜晶系；型为单斜晶系； 型型 为斜方晶系。为斜方晶系。H表示高温型，表示高温型，L表示低温型。表示低温型。 纯纯C2S具有同质多晶现象。具有同质多晶现象。 若还原性气氛，温度低，液相量不足，在若还原性气氛，温度低，液相量不足，在500以下，以下， C2S由密度由密度 3.28kg/m3的的型转变为密度型转变为密度2.97kg/m3的的型，体积膨胀型，体积膨胀10而而 使熟料粉化。使熟料粉化。 混凝土博士 微信公众号（ID: ConcreteDoctor） 2、硅酸二钙、硅酸二钙(ditricalcium

9、 silicate) 混凝土博士 微信公众号（ID: ConcreteDoctor） 2、硅酸二钙、硅酸二钙(ditricalcium silicate) 混凝土博士 微信公众号（ID: ConcreteDoctor） 2、硅酸二钙、硅酸二钙(ditricalcium silicate) 混凝土博士 微信公众号（ID: ConcreteDoctor） 2、硅酸二钙、硅酸二钙(ditricalcium silicate) 混凝土博士 微信公众号（ID: ConcreteDoctor） 2、硅酸二钙、硅酸二钙(ditricalcium silicate) 矿物水化特性：矿物水化特性： l 贝利特水

10、化较慢，贝利特水化较慢，28天仅水化天仅水化20左右。左右。 l 凝结固化较慢，早期强度低，但后期强度增长率较凝结固化较慢，早期强度低，但后期强度增长率较髙髙， 在在1年后可赶上阿利特。年后可赶上阿利特。 l 贝利特的水化热较小，抗水化性好，适合用于大体积工贝利特的水化热较小，抗水化性好，适合用于大体积工 程或处于侵蚀性大的工程用水泥。程或处于侵蚀性大的工程用水泥。 混凝土博士 微信公众号（ID: ConcreteDoctor） 3、中间相、中间相 充填在阿利特和贝利特之间的铝酸盐、铁酸盐、组成不充填在阿利特和贝利特之间的铝酸盐、铁酸盐、组成不 定的玻璃体和含碱化合物等统称为中间相。定的玻璃体

11、和含碱化合物等统称为中间相。 混凝土博士 微信公众号（ID: ConcreteDoctor） （1）铝酸三钙（）铝酸三钙（tricalcium aluminate) 3、中间相、中间相 C3A可固溶有少量可固溶有少量SiO2、Fe2O3、MgO、R 2O等形成等形成 固溶体，在反光镜下，其反光能力弱，呈暗灰色，并固溶体，在反光镜下，其反光能力弱，呈暗灰色，并 填充在填充在A矿与矿与B矿中间，又称矿中间，又称黑色中间相黑色中间相。 混凝土博士 微信公众号（ID: ConcreteDoctor） 矿物水化特性矿物水化特性 l水化快，凝结快；水化快，凝结快； l早强较高，但绝对值不高。早强较高，但绝

12、对值不高。3d发挥出大部分强度，以后发挥出大部分强度，以后 不增长，甚至倒缩。不增长，甚至倒缩。 l水化热高，干缩变形大，脆性大，耐磨性差，抗硫酸盐水化热高，干缩变形大，脆性大，耐磨性差，抗硫酸盐 性能差。性能差。 （1）铝酸三钙（）铝酸三钙（tricalcium aluminate) 3、中间相、中间相 混凝土博士 微信公众号（ID: ConcreteDoctor） （2）铁相固溶体）铁相固溶体(ferrite solid solution) 3、中间相、中间相 混凝土博士 微信公众号（ID: ConcreteDoctor） （2）铁相固溶体）铁相固溶体(ferrite solid solu

13、tion) 3、中间相、中间相 矿物水化特性矿物水化特性 水化速度：早期介于水化速度：早期介于C3A、C3S间，后期的发展不如间，后期的发展不如C3S; 早期强度似早期强度似C3A，后期能增长，似，后期能增长，似C2S; 水化热较水化热较C3A低，抗冲击性能和抗硫酸盐性能较好。低，抗冲击性能和抗硫酸盐性能较好。 混凝土博士 微信公众号（ID: ConcreteDoctor） 3、中间相、中间相 混凝土博士 微信公众号（ID: ConcreteDoctor） 3、中间相、中间相 混凝土博士 微信公众号（ID: ConcreteDoctor） 3、中间相、中间相 混凝土博士 微信公众号（ID: C

14、oncreteDoctor） 28d内绝对强度内绝对强度：C3SC4AFC3AC2S 水水 化化 速速 度度：C3A C4AF C3SC2S 水水 化化 热热： C3A C3S C4AF C2S 四种矿物性能比较四种矿物性能比较 混凝土博士 微信公众号（ID: ConcreteDoctor） 形成形成:部分熔融液相被快速冷却来不及结晶而成为过冷凝体。部分熔融液相被快速冷却来不及结晶而成为过冷凝体。 主要成分主要成分:Al2O3、Fe2O3、CaO以及少量以及少量MgO和和R2O。 含量含量取决于液相量及冷却条件。取决于液相量及冷却条件。 性能性能:不及晶体稳定，水化热较大；不及晶体稳定，水化热

15、较大； 可改善熟料性能与易磨性。可改善熟料性能与易磨性。 （4）玻璃相）玻璃相(glass ) 3、中间相、中间相 混凝土博士 微信公众号（ID: ConcreteDoctor） 游离氧化钙指熟料中未化合的氧化钙，也称游离石灰。游离氧化钙指熟料中未化合的氧化钙，也称游离石灰。 4、游离氧化钙和方镁石、游离氧化钙和方镁石 （1）游离氧化钙）游离氧化钙 （Free-lime或或f-CaO） 种类种类 产生原因产生原因 特点特点 对水泥对水泥 安定的安定的 影响性影响性 欠烧欠烧f-CaO 熟料煅烧过程中因欠烧、漏熟料煅烧过程中因欠烧、漏 生，在生，在11001200低温下形低温下形 成成 结构疏松多孔结构疏松多孔 不大不大 一次一次f-CaO 因配料不当、生料过粗或煅因配料不当、生料过粗或煅 烧不良，尚未与烧不良，尚未与S、A、F反反 应而残留的应而残留的CaO 呈呈“死烧状态死烧状态”， 结构致密结构致密 大大 二次二次f-CaO 熟料慢冷或还原气氛下，熟料慢冷或还原气氛下，C3S 分解而形成的分解而形成的 经过高温，水化较经过高温，水化较 慢慢 较大较大 混凝土博士 微信公众号（ID: ConcreteDoctor） 4、游离氧化钙和方镁石、游离氧化钙和方镁石 （1）游离氧化钙）游离氧化钙 （Free-lime或或f-