当前课程知识点：道路工程材料 > 第二章 无机结合料 > 第2节 水泥的定义、组成、水化及硬化 > 水泥的定义、组成、水化及硬化
大家好在上一讲中
我们学习了石灰的相关内容
作为无机结合料的另外一种材料水泥
它在我们现实生活中也经常见到
例如我们的桥梁我们的房屋
以及我们的道路
水泥到底它的定义是什么
它有哪些类型
水泥到底是由什么样的矿物组成的
它与水反应如何形成这样的坚硬的物质
我们在这一讲统统可以了解到
水泥的定义通常是这样的
硅酸盐熟料适量石膏以及少量混合材
共同磨细而得到的一种水硬性胶凝材料
它与石灰不同的是
它不仅能够在空气中硬化
而且更好地在水中硬化
并且保持它的强度增长
例如我们的桥墩我们的大坝
这些材料都是水泥在水中来制造
对于水泥来说它有非常多的分类
通常按照性能和用途可以分为
通用水泥专用水泥以及特种水泥
例如我们普通建造的房屋
我们的一些构造物
它都是通用水泥
而专用水泥例如早强水泥低热水泥等等
还有一些用在特定部位的
例如大坝水泥
例如道路水泥
它们在某一个方面性能比较突出
这个是它的分类
水泥到底是如何生产出来的
它的原材料是哪一些
首先我们的水泥的原材料主要有三个部分
第一个是石灰质原料
它主要提供的是氧化钙
这一类的原材料
在所有的水泥原料中占的比例比较大
大概能占到63%到67%
第二部分就是黏土质的材料
它主要提供的是氧化硅氧化铝以及氧化铁
分别占21%到24%
11%到17%以及2%到5%
对于有一些地方黏土质材料
某一种含量不足的时候
我们需要在里面添加一些矫正材料
例如硅藻土例如黄铁矿以及矾土等等
这样的一些原材料
主要是为了补足原料中不足的二氧化硅
或者是氧化铝或者是氧化铁
将这些原料配合在一起
按照不同的比例
并且磨细然后经过一定的生产工艺
就可以得到我们的水泥这样的材料
那么它的生产工艺到底是怎么样的
简而言之的说它主要是两磨一烧
大家来看下面这个图
我们将石灰黏土以及铁矿粉
等等这些水泥生料
经过磨细得到我们的水泥生产的原材料
然后在1450度的高温灼烧下
形成这样的水泥熟料
在再里面加入石膏磨细
最后得到我们的水泥成品
所以它的整个生产工艺就是两磨一烧
最后生产出来的硅酸盐水泥
它的熟料的矿物组成是什么
当然它的组成非常复杂
根据加入不同的原料
它里面含有不同的物质
但是主要起作用的有以下四类
第一个硅酸三钙
通常我们在水泥化学中
我们用C3S来表示
这一类材料在里面的含量最高
通常它的含量能够达到35%到65%
第二类叫硅酸二钙C2S
它占到了10%到40%
以及比较少的铝酸三钙0%到15%
和铁铝酸四钙5%到15%
这四类的化学物质
对它的性能起到主要的作用
在硅酸盐水泥熟料中
这一些矿物组成它有什么样的特点
对于硅酸三钙来说
它是里面的主要矿物成分
对硅酸盐水泥的性质有着最重要的影响
它遇水反应比较快
并且水化热比较高
水化产物对水泥的早期
以及后期强度起着最主要的作用
第二个硅酸二钙
它与硅酸三钙类似
它也是水泥中的主要矿物成分
它的遇水反应与硅酸三钙不同
它的反应比较慢
并且水化热很低
水化产物对水泥早期的强度作用比较小
但是它对水泥后期的强度
起着重要的作用
并且它的耐化学腐蚀和稳定性比较好
第三个铝酸三钙
通常它的含量就比较低
在15％以下
它遇水是这四个矿物中反应最快的
并且水化热非常高
它的含量确定了
水泥的凝结速度和释热量
它与为调节水泥凝结速度而加入的石膏
生成的水化产物对水泥的早期强度
能够起到一定的作用
但是它的耐化学腐蚀性比较差
干缩性比较大
第四个铁铝酸四钙
它是含量最少的
含量大约在5%到10%左右
它遇水反应比较快
并且水化热比较高
它的强度比较低
但是对水泥来说
它的抗折强度
主要是有铁铝酸四钙的水化产物来作用
它的耐化学腐蚀性也比较好
并且干缩性比较小
水泥和水在混合以后
它到底是如何形成这样一系列的作用
从而使塑性失去形成一定强度的
我们来看一下
对于硅酸三钙的水化
它的化学反应式是这样的
硅酸三钙与水发生反应
生成了水化硅酸钙和氢氧化钙
那么生成的水化硅酸钙
也就是我们所写的CSH
它在常温下是一个凝胶状的物质
它的化学组成并不是很固定
它有很多个形态
比如有这种箔片状纤维状
同样这里面的氢氧化钙
它的含量也是不稳定的
跟石灰的浓度跟温度
以及水灰比都有一定的关系
硅酸二钙的水化
它的化学反应与硅酸三钙类似
但是硅酸三钙的水化速度
比硅酸二钙要快很多
约为它的二十倍
最为复杂的就是我们的铝酸三钙
通常铝酸三钙在纯水中它的化学反应式
是为铝酸三钙与水反应
生成水化铝酸钙
铝酸三钙在水中
它的水化过程主要分为3个阶段
第一个阶段六方片状水化产物的形成
第一个放热峰出现
这个时候水化的反应速度下降
第二个阶段第二个放热峰出现
水化反应重新加速
第三个阶段在铝酸三钙周围
形成立方状的水化铝酸钙水化物
通常为了控制水泥的凝结时间
我们会在里面加入石膏
在有石膏和氢氧化钙存在的条件下
铝酸三钙的水化反应式发生了变化
首先铝酸三钙与氢氧化钙反应
生成了水化铝酸钙
水化铝酸钙再与我们的石膏反应
生成三硫型的水化铝酸钙
也就是我们通常所说的AFt钙矾石
这个化学反应一直持续到石膏耗尽
耗尽以后水化铝酸钙与AFt会进一步反应
生成单硫型的水化铝酸钙
也就是我们说的AFm
在有石膏和氢氧化钙存在的条件下
铝酸三钙它的的水化过程
可以分为4个阶段
第一个阶段铝酸三钙溶解
钙矾石形成
第二个阶段铝酸三钙表面形成
钙矾石的包覆层
这个时候由于水和铝酸三钙
接触越来越困难
所以它的水化速率逐渐减慢
第三个阶段包覆层破裂
水中的反应继续重新加速
第四个阶段石膏耗尽完毕
铝酸三钙与钙矾石直接反应
生成了单硫型的铝酸钙
正是由于这样的一个化学反应过程
才可以使得我们水泥的凝结速度得到控制
第四个铁铝酸四钙的水化
它的水化反应与铝酸三钙类似
在有石膏存在的时候
它会生成三硫型的水化硫铁铝酸钙
和单硫型的铁铝酸钙
这个表就是显示的水泥水化
及它的生成物
它的生料由这样四类组成
熟料主要是由这样一些矿物组成
它的主要水化产物有四类
第一类水化硅酸钙
第二类氢氧化钙
第三类三硫型水化硫铝酸钙
第四类单硫型水化硫铝酸钙
在主要的水化产物中
水化硅酸钙占的比例最大
大概能占到70%左右
而氢氧化钙占到20%
其它两类占的比例比较少
水泥的强度是如何形成的
水泥是如何由塑性的浆体
变成了坚硬的石状体
在水泥的化学中有这样两个理论
第一个是结晶理论
它认为是水化物饱和结晶析出
产生的强度
第二个是胶体理论
它认为水化的硅酸钙
填充了水泥颗粒之间孔隙
不断密实使得它的强度产生
其实它的凝结硬化
只是一个过程的不同阶段而已
水泥和水在拌和以后发生水化反应
各种水化产物形成
随着时间的推移
水泥浆渐渐的失去塑性
形成了坚硬的这种水泥石
这个过程称之为凝结硬化
整个凝结硬化分为两个时期
第一个是凝结期
在水化一小时后
水化物逐渐增多
水泥从最开始的流体慢慢的失去塑性
第二部分是硬化期
随着水化物的增多
导致内部的孔隙不断的减小强度增加
逐渐硬化成为一个刚性的固体
它可以持续很长的时间
但是通常来说28天的时候
它的大部分强度已经形成
它的过程到底是怎么样的
我们来看一下
水泥凝结硬化过程的一个示意图
在水泥和水初次接触的时候
它们有明显的界线
随着时间的进行
水泥和水逐渐发生水化反应
在这一些颗粒的周围形成凝胶
然后凝胶数量越来越多
最后将水泥和水都反应完成形成凝胶
将所有的孔隙填住
当然其中还会有一些少量的毛细孔形成
这个就是水泥水化的完全的过程
我们这节课的内容就讲到这
谢谢
-绪论
--绪论
-第1节 岩石的组成、分类
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-第1节 岩石的组成、分类--作业
-第2节 岩石性质与技术等级
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-第2节 岩石性质与技术等级--作业
-第3节 集料分类和物理性质
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-第3节 集料分类和物理性质--作业
-第4节 粗、细集料和矿粉特性
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-第4节 粗、细集料和矿粉特性--作业
-第5节 集料筛分、级配与级配理论
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-第5节 集料筛分、级配与级配理论--作业
-第6节 集料组成设计方法
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-第6节 集料组成设计方法--作业
-第1节 石灰
--第1节 石灰
-第1节 石灰--作业
-第2节 水泥的定义、组成、水化及硬化
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-第3节 硅酸盐水泥的技术性质
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-第4节 硅酸盐水泥的强度与技术标准
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-第5节 硅酸盐水泥的腐蚀与防止
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-第2节 密度及绝对黏度
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-第3节 相对黏度（针入度、软化点）
-第3节 相对黏度（针入度、软化点）--作业
-第4节 低温及感温性
--沥青延度演示视频
-第4节 低温及感温性--作业
-第5节 加热稳定性
-第5节 加热稳定性--作业
-第6节 改性沥青
--第6节 改性沥青
-第6节 改性沥青--作业
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-第4节 水泥混凝土的变形特性
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-第5节 水泥混凝土的耐久性
-第5节 水泥混凝土的耐久性--作业
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-第7节 水泥混凝土外加剂
--水泥混凝土外加剂
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-第8节 新型水泥混凝土
--新型水泥混凝土
-第8节 新型水泥混凝土--作业
-第1节 组成结构与强度形成原理
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-第1节 组成结构与强度形成原理--作业
-第2节 基本路用性能
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-第2节 基本路用性能--作业
-第3节 体积参数与技术要求
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-第4节 原材料的技术要求和选用方法
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