硅酸盐水泥熟料的矿物组成及矿物成分的水化反应

二、硅酸盐水泥熟料的矿物组成及矿物成分的水化反应

1．矿物组成

硅酸盐水泥熟料由四种主要矿物成分所构成，其名称及含量范围如下：

硅酸三钙3CaO·SiO₂，简写为C₃S，含量37％～60％；

硅酸二钙2CaO·SiO₂，简写为C₂S，含量15％～37％；

铝酸三钙3CaO·Al₂O₃，简写为C₃A，含量7％～15％；

铁铝酸四钙4CaO·Al₂O₃·Fe₂O₃，简写为C₄AF，含量10％～18％。

其中硅酸钙含量为75％～82％，而C₃A＋C₄AF仅占18％～25％。

除四种主要矿物成分外，水泥中尚含有少量游离CaO、MgO、SO₃及碱（K₂O、Na₂O）。这些成分均为有害成分，国家标准中有严格限制。

2．矿物成分的水化反应

工程中使用水泥时，首先要用水拌和。水泥颗粒与水接触，其表面的熟料矿物立即与水产生水化反应并放出一定热量。

在上述水化反应进行的同时，水泥熟料磨细时掺入的石膏也参与了化学反应：

不同矿物成分的水化特点是不同的。

硅酸三钙的水化反应速度很快，水化放热量较高。生成的水化硅酸钙几乎不溶解于水，而立即以胶体微粒析出，并逐渐凝聚而成凝胶体，称为托勃莫来石凝胶。生成的氢氧化钙在溶液中很快达到饱和，呈六方晶体析出。硅酸三钙的迅速水化，使得水泥的强度很快增长。它是决定水泥强度高低（尤其是早期强度）最重要的矿物。硅酸三钙在28d内通常可水化70％左右。

硅酸二钙与水反应的速度慢得多，约为C₃S的1／20，水化放热量很少，早期强度很低，但在后期稳定增长，一年左右可接近C₃S的强度。

铝酸三钙与水反应的速度最快，水化放热量最多，但强度值不高，增长也甚微。

铁铝酸四钙与水反应的速度较快，水化放热量少，强度值高于C₃A，但后期增长甚少。表2－5、表2－6分别列出了不同熟料矿物的强度值和水化放热量。

表2－5　水泥熟料单矿物的强度（20℃，相对湿度90％以上）

表2－6　水泥熟料单矿物的水化热

综上所述，硅酸盐水泥水化后的主要水化产物有：水化硅酸钙和水化铁酸钙凝胶；氢氧化钙、水化铝酸钙和水化硫铝酸钙晶体。在充分水化的水泥石中，水化硅酸钙凝胶约占70％，Ca（OH）₂占20％～25％。由于各矿物单独水化时所表现出的特性不同，所以改变各矿物的相对比例，水泥的性质将产生相应变化，所谓不同品种的硅酸盐水泥，即为所含四种矿物成分比例不同的水泥，如提高C₂S和C₄AF的含量可以制得水化热很低的低热矿渣硅酸盐水泥；提高C₃S、C₃A的含量可以制得快硬硅酸盐水泥。