硅酸盐水泥熟料的矿物组成

硅酸盐水泥熟料是由主要含CaO、SiO2、Al2 O3、Fe2 O3 的原料，按适当比例磨成细粉烧至部分熔融所得以硅酸钙为主要矿物成分的水硬性胶凝物质。其中，硅酸钙含量（质量分数）不小于66%，氧化钙和氧化硅质量比不小于2.0。

1.硅酸盐水泥的熟料矿物组成

硅酸盐水泥原料的主要化学成分是氧化钙（CaO）、氧化硅（SiO2）、氧化铝（Al2 O3）和氧化铁（Fe2 O3）。

经过高温煅烧后，CaO、SiO2、Al2 O3、Fe2 O3 四种成分化合为熟料中的主要矿物组成：

（1）硅酸三钙（3CaO·SiO2，简式为C3 S）。

（2）硅酸二钙（2CaO·SiO2，简式为C2 S）。

（3）铝酸三钙（3CaO·Al2 O3，简式为C3 A）。

（4）铁铝酸四钙（4CaO·Al2 O3·Fe2 O3，简式为C4 AF）。

硅酸盐水泥熟料四种矿物组成与含量列于表4-2中。

表4-2　硅酸盐水泥熟料的矿物组成与大致含量

2.硅酸盐水泥熟料主要矿物质的性质

（1）硅酸三钙。硅酸三钙是硅酸盐水泥中最主要的矿物组分，其含量通常在50%左右，它对硅酸盐水泥性质有重要影响。硅酸三钙水化速度较快，水化热高；且早期强度高，28 d强度可达一年强度的70%～80%。

（2）硅酸二钙。硅酸二钙在硅酸盐水泥中的含量为15%～37%，也为主要矿物组分，遇水时与水反应较慢，水化热很低，硅酸二钙的早期强度较低而后期强度高，耐化学侵蚀性和干缩性较好。

（3）铝酸三钙。铝酸三钙在硅酸盐水泥中的含量通常在15%以下，它是四种组分中遇水反应速度最快、水化热最高的组分。铝酸三钙的含量决定水泥的凝结速度和释热量。通常为调节水泥凝结速度需掺加石膏或硅酸三钙与石膏形成的水化产物，对提高水泥早期强度起一定作用，耐化学侵蚀性差，干缩性大。

（4）铁铝酸四钙。铁铝酸四钙在硅酸盐水泥中通常含量为10%～18%。遇水反应较快，水化热较高。强度较低，对水泥抗折强度起重要作用，耐化学侵蚀性好，干缩性小。

3.硅酸盐水泥熟料主要矿物质的性质比较

硅酸盐水泥熟料中这四种矿物组成的主要特性如下：

（1）反应速度：C3 A 最快，C3 S较快，C4 AF也较快，C2 S最慢。

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水泥的生产及矿物组成（二）

（2）释热量：C3 A 最大，C3 S较大，C4 AF 居中，C2 S最小。

（3）强度：C3 S最高，C2 S早期低，但后期增长率较大。故C3 S 和C2 S 为水泥强度主要来源。C3 A 强度不高，C4 AF 含量对抗折强度有利。

（4）耐化学侵蚀性：C4 AF最优，其次为C2 S，C3 S、C3 A 最差。

（5）干缩性：C4 AF和C2 S最小，C3 S居中，C3 A 最大。

硅酸盐水泥的主要矿物质的组成与特性归纳见表4-3。

表4-3　硅酸盐水泥主要矿物质的组成与特性

水泥中矿物成分水化后抗压强度和释热量随龄期的增长的变化，如图4-2、图4-3所示。

水泥是由多种矿物组分组成的，改变各矿物组分的含量比例可生产出各种性能各异的水泥。如提高C3 S 含量，可制得高强度水泥和早强水泥。提高C2 S 含量，同时适当减低C3 S和C3 A 含量，可制得低热水泥和中热水泥，如长江三峡工程第二阶段大坝混凝土设计中，使用了52.5 级中热硅酸盐水泥和42.5 级低热矿渣水泥。

图4-2　水泥熟料矿物不同龄期抗压强度

图4-3　水泥熟料矿物不同龄期释热量

混凝土结构物实体最小尺寸不小于1 m 的大体量混凝土，或预计会因混凝土中胶凝材料水化引起的温度变化和收缩而导致有害裂缝产生的混凝土称为大体积混凝土。现代建筑中时常涉及大体积混凝土施工，如高层楼房基础、大型设备基础、水利大坝等。它的主要特点是体积大，水泥水化热释放比较集中，内部升温比较快。混凝土内外温差较大时，会使混凝土产生温度裂缝，影响结构安全和正常使用。

例如，某大体积混凝土工程，浇筑两周后拆模，发现挡土墙有多道贯穿型的纵向裂缝。该工程使用某立窑水泥厂生产的42.5级Ⅱ型硅酸盐水泥，熟料矿物组成见表4-4。

表4-4　熟料矿物组成表

事故原因分析：由于该工程所使用的水泥C3 A 和C3 S含量高，导致该水泥的水化热高；且在浇筑混凝土中，混凝土的整体温度高，以后混凝土温度随环境温度下降，混凝土产生冷缩，造成混凝土贯穿型的纵向裂缝。