水泥的化学成分与水化原理.doc

二.  水泥的化学成分与水化原理
     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。
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  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》:%
化学组成
矿物名称  
CaO
SiO2
AI2O3
Fe2O3
MgO
Na2O
TiO2
Mn2O3
K2O
P2O5
SO3
A         矿






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0



B          矿







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C          矿









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(低铝)铁酸盐









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铝酸盐(立方晶)







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铝酸盐(斜方晶)







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铝酸盐(低铁)







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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)    P2O5(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:
  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()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、少是影响水泥安定性的重要原因之一。因此国家标准中要求水泥熟料内CaO含量不得超过1%。
  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”。
  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。
  Fe2O3(三氧化二铁):经煅烧可与CaO和AI2O3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。
  MgO(氧化镁):是水泥原料中的不良杂质(后述)。
  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,会破坏水泥的体积安定