水泥的组成以及水化过程VIP专享

水泥的组成以及水化过程 • 1 水泥的组成 水泥是以硅酸钙作为主要组分的烧结体。为了生产水泥，矿石原料中包括四种最基本的元素，即钙、硅、铝和铁。工业生产时，矿石经粉碎后在窑炉中经高温灼烧1038～1538℃，同时发生化学反应生成水泥烧结物(clinker)。在最热的区域 1427～1538℃，有 20％～30％的物料处于液态。化学反应正是在此液一固混合物中进行。铝和铁的氧化物对于制造烧结物起着流化(flu x ing)剂的作用，加速烧结和化学反应的过程。 水泥中的成分很复杂。最主要的成分有四种，即硅酸三钙、硅酸二钙、铝酸三钙和铝铁酸四钙。它们的组成、矿物学名及简称列于表 3-1。该表中还列出各组分的水化热。水化热大致反映组分的水化能力。但要记住，水泥烧结物中没有任何一种成分是“纯净”的。例如，表 1 中的C4AF 实际上是一种成分在C6A2F 到C6AF2 范围内的固体溶液。此外，碱金属离子和镁离子也经常包含在上述任一相成分之内。但是，在实验室条件下，制备相对纯的任何一相组分并不是太困难的。 表 1 水泥中的主要成分及命名 化学名称 化学成分 矿物学名 简称 水化热/（J/kg） 硅酸三钙 3Cao.SiO2 Alite C3S 490752 硅酸三钙 2Cao.SiO2 Belite C2S 227932 铝酸三钙 3Cao.Al2O3 Celite C3A 1200133 铝铁酸四钙 4CaO.Al2O3.Fe2O3 Lron C4AF 400044 根据不同用途，可以有不同类型的波特兰水泥。依据美国 ASTM Cl50 的规定，波特兰水泥基本上被分为五类。这五类水泥的平均相组成及特性列于表 2。 表 2 波特兰水泥的类型及特性 a ．其余成分，如氧化镁、碱金属硫酸盐、硫酸钙等未计在内。 划分的标准基本上是依据 qA 和C3S 的相对含量以及颗粒的细度。例如，Ⅳ类水泥的C=；A 含量低(5％)，因此使用时水化热低，适于浇铸水库大坝之类的整体结构。波特兰水泥是应用最广泛的硅酸盐水泥，也是研究得最多的水泥品种。因此，为简单起见，后面提到的水泥(除非另有说明)均指波特兰水泥。 2 水泥的水化 水泥由于能够生成水合物，才会凝结、变硬而成为结构材料。水泥和水混合在一起时，立即发生水化反应。水泥和水混合成水泥浆(cement paste)。水泥浆随时间的推移(即，水化反应的继续)，会逐渐僵化(stiffening)、凝结(setting)，以致最后硬化(hard．ening)。水泥的水化是一个复杂的物理化学过程，它包括：①水泥中某些组分的溶解；②溶液中的化学反应以及各种电解质离子间相互作用；③在溶液中以...