第十五章硅酸盐水泥

1、 15.1 硅酸盐水泥硅酸盐水泥 15.2 硅酸盐水泥原料及矿物组成硅酸盐水泥原料及矿物组成 15.3 硅酸盐水泥的水化、凝结和硬化过程硅酸盐水泥的水化、凝结和硬化过程 15.4 硅酸盐水泥的技术性质和应用硅酸盐水泥的技术性质和应用 15.5 掺混合材料的硅酸盐水泥掺混合材料的硅酸盐水泥 15.6 特种水泥特种水泥 15.7 水泥的验收、保管与应用水泥的验收、保管与应用15.1 15.1 硅酸盐水泥硅酸盐水泥在水泥生产过程中加入适量石膏起缓凝作用在水泥生产过程中加入适量石膏起缓凝作用 硅酸盐水泥类型硅酸盐水泥类型在硅酸盐水泥熟料粉磨过程中不掺入混合材的称在硅酸盐水泥熟料粉磨过程中不掺入混合材的

2、称 为为型硅酸盐水泥型硅酸盐水泥,代号代号P；加入不超过加入不超过5混合材的称为混合材的称为型硅酸盐水泥型硅酸盐水泥 ,代代 号号P。15.1.1 硅酸盐水泥定义硅酸盐水泥定义 凡由硅酸盐水泥熟料，掺入适量的石膏经磨细制成凡由硅酸盐水泥熟料，掺入适量的石膏经磨细制成的水硬性胶凝材料，称为硅酸盐水泥的水硬性胶凝材料，称为硅酸盐水泥 (国际上通常称为国际上通常称为波特兰水泥波特兰水泥)。15.1.2 15.1.2 硅酸盐水泥的主要品质指标硅酸盐水泥的主要品质指标1.1.氧化镁氧化镁: :水泥中氧化镁的含量不宜超过水泥中氧化镁的含量不宜超过5.0% 5.0% 。2.2.三氧化硫三氧化硫: :水泥中三

3、氧化硫的含量不得超过水泥中三氧化硫的含量不得超过3.5% 3.5% 。3.3.烧失量烧失量: :型硅酸盐水泥型硅酸盐水泥3.0%3.0%，型硅酸盐水泥型硅酸盐水泥3.5% 3.5% 。4.4.细度细度: :硅酸盐水泥比表面积勃氏法测定值应大于硅酸盐水泥比表面积勃氏法测定值应大于300m300m2 2/kg /kg 。5.5.凝结时间凝结时间: :硅酸盐水泥初凝不早于硅酸盐水泥初凝不早于45min45min，终凝不迟于，终凝不迟于6.5h 6.5h 。6.6.体积安定性体积安定性: :用沸煮法检验必须合格用沸煮法检验必须合格 。7.7.强度等级强度等级: :按抗压强度和抗折强度划分为按抗压强度和

4、抗折强度划分为42.542.5、42.5R42.5R、52.552.5、52.5R52.5R、62.562.5、62.5R 62.5R 。15.2 15.2 硅酸盐水泥原料及矿物组成硅酸盐水泥原料及矿物组成 15.2.1 15.2.1硅酸盐水泥的原料与生产硅酸盐水泥的原料与生产 硅酸盐水泥生产的原材料、主要工艺流程如下硅酸盐水泥生产的原材料、主要工艺流程如下: : 粉磨粉磨粘土粘土石灰石石灰石铁矿粉铁矿粉生料生料煅烧煅烧熟料熟料加石膏加石膏、粉磨粉磨水泥水泥15.2.2 15.2.2 硅酸盐水泥熟料组成硅酸盐水泥熟料组成硅酸三钙硅酸三钙(C3S)硅酸二钙硅酸二钙(C2S)铝酸三钙铝酸三钙(C3

5、A)铁铝酸四钙铁铝酸四钙(C4AF) 不同熟料矿物与水作用时表现的性能是不同的，改变水不同熟料矿物与水作用时表现的性能是不同的，改变水泥熟料组成的相对含量，水泥的技术性能会随之变化。泥熟料组成的相对含量，水泥的技术性能会随之变化。 例如：提高硅酸三钙的含量，可以制得快硬高强的优质例如：提高硅酸三钙的含量，可以制得快硬高强的优质水泥。水泥。15.3 15.3 硅酸盐水泥的水化、凝结和硬化过程硅酸盐水泥的水化、凝结和硬化过程15.3.1 15.3.1 硅酸盐水泥的水化硅酸盐水泥的水化 水化：水化：硅酸盐水泥遇水后，各熟料矿物与水发生化学硅酸盐水泥遇水后，各熟料矿物与水发生化学反应反应, ,这一过程

6、称为水化，其反应式如下这一过程称为水化，其反应式如下 ： 3( CaOSiO3( CaOSiO2 2 ) )+ 6 H+ 6 H2 2O = 3CaO2SiOO = 3CaO2SiO2 23 H3 H2 2O + 3 Ca(OH)O + 3 Ca(OH)2 2 2( 2CaOSiO 2( 2CaOSiO2 2）+4 H+4 H2 2O = 3CaO2SiOO = 3CaO2SiO2 23H3H2 2O + Ca(OH)O + Ca(OH)2 2 3 CaOAl 3 CaOAl2 2O O3 3 + 6 H+ 6 H2 2O = 3 CaOAlO = 3 CaOAl2 2O O3 3 6 H6

7、H2 2O O（晶体） 4 CaOAl4 CaOAl2 2O O3 3FeFe2 2O O3 3+7H+7H2 2O = 3CaOAlO = 3CaOAl2 2O O3 36H6H2 2O+CaOFeO+CaOFe2 2O O3 3HH2 2O O 水泥熟料单矿物水化时特征水泥熟料单矿物水化时特征名称名称硅酸硅酸三钙三钙硅酸二钙硅酸二钙铝酸铝酸三钙三钙铁铝酸铁铝酸四钙四钙凝结硬化速度凝结硬化速度28d28d水化放热量水化放热量强度强度 快快多多高高 慢慢少少早期低，后期高早期低，后期高 最快最快最多最多低低 快快中中低低 15.3.2 15.3.2 硅酸盐水泥的水化、凝结和硬化过程硅酸盐水泥的

8、水化、凝结和硬化过程 硬化后的水泥石是由胶体粒子、晶体粒子、凝胶孔、毛细孔及未水化的水泥颗粒所组成。其结构如图所示。A A未水化水泥颗粒未水化水泥颗粒B B胶体粒子胶体粒子C C晶体粒子晶体粒子D D毛细孔（毛细孔水）毛细孔（毛细孔水）E E凝胶孔凝胶孔15.3.3 15.3.3 环境介质对水泥的侵蚀环境介质对水泥的侵蚀定义：定义：硅酸盐水泥硬化后在某些侵蚀性液体或气体硅酸盐水泥硬化后在某些侵蚀性液体或气体作用下，其结构会逐渐遭到破坏作用下，其结构会逐渐遭到破坏, ,使强度降低使强度降低, ,以以致溃裂致溃裂, ,这种现象称为这种现象称为环境介质对水泥的侵蚀环境介质对水泥的侵蚀。1. 1. 溶

9、解浸析：溶解浸析： 遇水氢氧化钙溶解遇水氢氧化钙溶解 。2.2.离子交换反应：离子交换反应： 通过离子交换反应，硬化水泥通过离子交换反应，硬化水泥浆体可能受到如下四种侵蚀形式：浆体可能受到如下四种侵蚀形式： （1 1）生成可溶性盐）生成可溶性盐 （2 2）生成不溶性钙盐）生成不溶性钙盐 （3 3）镁盐侵蚀）镁盐侵蚀 （4 4）形成膨胀性产物）形成膨胀性产物15.4 15.4 硅酸盐水泥的技术性质和应用硅酸盐水泥的技术性质和应用15.4.1 15.4.1 硅酸盐水泥的技术性质硅酸盐水泥的技术性质1.1.密度和表观密度密度和表观密度 密度在密度在3.13.13.23.2之间。之间。 松散状态时表观

10、密度在松散状态时表观密度在9009001300kg/m1300kg/m3 3之间，紧密状态时之间，紧密状态时可达可达140014001700kg/m1700kg/m3 3。2.2.细度细度 细度是指水泥颗粒的粗细程度。颗粒愈细，表面积愈细度是指水泥颗粒的粗细程度。颗粒愈细，表面积愈大，因而水化较迅速，凝结硬化快，早期强度高，但硬化后大，因而水化较迅速，凝结硬化快，早期强度高，但硬化后体积收缩大。而水泥颗粒过粗，不利于强度的发展体积收缩大。而水泥颗粒过粗，不利于强度的发展 。 3.3.标准稠度用水量标准稠度用水量 指将水泥净浆调制成标准稠度时所需的水量。指将水泥净浆调制成标准稠度时所需的水量。

11、标准稠度用水量是作为测定水泥的凝结时间和标准稠度用水量是作为测定水泥的凝结时间和安定性等所用拌和水量的依据。各种水泥其值在安定性等所用拌和水量的依据。各种水泥其值在 232331 % 31 % 之间之间 。水泥全部加入水中开始失去可塑性完全失去可塑性初凝终凝 4 . 凝结时间凝结时间 指从水泥加水拌和起至水泥浆完全失去可塑性并开始产生强指从水泥加水拌和起至水泥浆完全失去可塑性并开始产生强度所需的时间。度所需的时间。 水泥的凝结分为初凝和终凝。水泥的凝结分为初凝和终凝。 初凝时间初凝时间为从水泥加水拌和起至水泥浆开始失去可塑性所需为从水泥加水拌和起至水泥浆开始失去可塑性所需的时间；的时间； 终凝

12、时间终凝时间则为从水泥加水拌和起至水泥浆完全失去可塑性并则为从水泥加水拌和起至水泥浆完全失去可塑性并开始产生强度所需时间。开始产生强度所需时间。 水泥的初凝不宜过早水泥的初凝不宜过早 以便有足够的时间完成混凝土和砂浆的搅拌、运输、浇以便有足够的时间完成混凝土和砂浆的搅拌、运输、浇捣和砌筑等施工操作；捣和砌筑等施工操作； 国家标准规定硅酸盐水泥、普通硅酸盐水泥的初凝时间国家标准规定硅酸盐水泥、普通硅酸盐水泥的初凝时间不得早于不得早于45min。水泥的终凝不宜过迟水泥的终凝不宜过迟 以使混凝土施工完毕后，尽快达到规定的强度，以利下以使混凝土施工完毕后，尽快达到规定的强度，以利下一步施工的进行一步施

13、工的进行 国家标准规定硅酸盐水泥终凝时间国家标准规定硅酸盐水泥终凝时间390min，普通硅酸，普通硅酸盐水泥盐水泥10h。 5.5. 体积安定性体积安定性 （1 1）定义：）定义：水泥的体积安定性是指水泥在凝结硬化过中，水泥的体积安定性是指水泥在凝结硬化过中，体积变化是否均匀的性质体积变化是否均匀的性质 。 （2 2）引起体积安定性不良的原因：）引起体积安定性不良的原因： 一般是由于熟料所含一般是由于熟料所含游离氧化钙游离氧化钙游离氧化镁游离氧化镁掺入石掺入石膏等量过多所致。膏等量过多所致。 这些化合物在水化时体积剧烈膨胀这些化合物在水化时体积剧烈膨胀, ,引起水泥体积不均匀引起水泥体积不均匀

14、变化。变化。 国家标准规定，水泥体积安定性用煮沸法检验必须合格。国家标准规定，水泥体积安定性用煮沸法检验必须合格。测试方法可以是试饼法和雷氏夹法。当有争议时以雷氏夹法为测试方法可以是试饼法和雷氏夹法。当有争议时以雷氏夹法为准准 。1、水泥和标准砂按、水泥和标准砂按1:3的比例混合的比例混合2、加入规定数量的水（水灰比为、加入规定数量的水（水灰比为0.5）3、经标准试验方法成型，制成、经标准试验方法成型，制成4040160 mm的试件的试件4、在标准条件下、在标准条件下(温度温度201，相对湿度大于，相对湿度大于90 % ) 养护养护5、进行、进行 3d、28d 龄期的抗折、抗压强度的测定。龄期

15、的抗折、抗压强度的测定。6、根据此强度按国家标准将水泥划分成不同强度等级。、根据此强度按国家标准将水泥划分成不同强度等级。7、并按、并按3d 强度值分为普通型和早强型（用强度值分为普通型和早强型（用R表示）。表示）。6.强强 度度 测定水泥强度时测定水泥强度时7. 7. 水化热水化热 定义：水泥在凝结硬化过程中放出的热定义：水泥在凝结硬化过程中放出的热量（化学热）称为水泥的水化热。量（化学热）称为水泥的水化热。 水化放热对大体积混凝土会有内热外凉水化放热对大体积混凝土会有内热外凉的温度裂缝产生的温度裂缝产生, , 是有害的，对建筑的冬期是有害的，对建筑的冬期施工则是有利的。施工则是有利的。15

16、.4.2 15.4.2 硅酸盐水泥的特点与应用硅酸盐水泥的特点与应用1. 1. 凝结硬化快、强度较高凝结硬化快、强度较高 用于早期强度要求较高、冬季施工和高强用于早期强度要求较高、冬季施工和高强混凝土工程。混凝土工程。2. 2. 水化热大水化热大 可用于寒冷地区工程。不适用于大体积混可用于寒冷地区工程。不适用于大体积混凝土。凝土。3. 3. 抗干缩性好，耐磨性好抗干缩性好，耐磨性好 不易产生干缩裂缝，可用于路面工程不易产生干缩裂缝，可用于路面工程 。4. 耐腐蚀（水）性差耐腐蚀（水）性差 不宜用于与流动淡水或硫酸盐等腐蚀介质接触不宜用于与流动淡水或硫酸盐等腐蚀介质接触的工程。的工程。5. 耐热

17、性差耐热性差 不宜用于有耐热要求的混凝土工程不宜用于有耐热要求的混凝土工程15.5.1 混合材料的概念混合材料的概念 在水泥生产时在水泥生产时, 所掺入的天然或人工矿物材料所掺入的天然或人工矿物材料, 称称为混合材料为混合材料 分类分类： 混合材料按其是否可发生化学反应可分为混合材料按其是否可发生化学反应可分为活性混合材活性混合材 非活性混合材料非活性混合材料15.5 掺混合材料的硅酸盐水泥掺混合材料的硅酸盐水泥非活性混合材料非活性混合材料 与水泥不能或很少反应生成水化物，在水泥中仅起与水泥不能或很少反应生成水化物，在水泥中仅起填充作用。填充作用。 例如石英砂、粘土、石灰岩等。例如石英砂、粘土

18、、石灰岩等。活性混合材料活性混合材料 与水泥能生成具有胶凝性的水化物，它可改善水泥的与水泥能生成具有胶凝性的水化物，它可改善水泥的某些性能某些性能, 提高水泥产量，降低水泥成本，扩大使用范围，提高水泥产量，降低水泥成本，扩大使用范围，还能充分利用工业废渣。还能充分利用工业废渣。 这类混合材料常用的有：这类混合材料常用的有： 粒化高炉矿渣、火山灰与粉煤灰等。粒化高炉矿渣、火山灰与粉煤灰等。窑灰窑灰 是从水泥回窑窑尾废气中收集下的粉尘。窑灰是从水泥回窑窑尾废气中收集下的粉尘。窑灰的性能介于非活性混合材料和活性混合材料之间的性能介于非活性混合材料和活性混合材料之间 。15.5.2 15.5.2 掺混

19、合材料的硅酸盐水泥的种类掺混合材料的硅酸盐水泥的种类水水 泥泥 品品 种种代代 号号混合材掺量混合材掺量 ( %)( %)强强 度度 等等 级级普通硅酸盐水泥P OP O151532.5 32.5R 42.5 42.5R 52.5 52.5R矿渣硅酸盐水泥P SP S20 20 707032.5 32.5R 42.5 42.5R 52.5 52.5R火山灰硅酸盐水泥P PP P20 20 404032.5 32.5R 42.5 42.5R 52.5 52.5R粉煤灰硅酸盐水泥P FP F20 20 505032.5 32.5R 42.5 42.5R 52.5 52.5R复合硅酸盐水泥P CP

20、C15 15 505032.5 32.5R 42.5 42.5R 52.5 52.5R15.6 15.6 特特 种种 水水 泥泥15.6.1 15.6.1 高高 铝铝 水水 泥泥15.6.2 15.6.2 快快 硬硬 水水 泥泥15.6.3 15.6.3 白色水泥和彩色水泥白色水泥和彩色水泥15.6.4 15.6.4 中热硅酸盐水泥和低热矿渣硅酸盐水泥中热硅酸盐水泥和低热矿渣硅酸盐水泥15.6.5 15.6.5 道道 路路 水水 泥泥15.6.6 15.6.6 膨胀水泥及自应力水泥膨胀水泥及自应力水泥15.6.1 15.6.1 高高 铝铝 水水 泥泥高铝水泥高铝水泥 高铝水泥又称矾土水泥。它属

21、于铝酸盐水泥。高铝水泥又称矾土水泥。它属于铝酸盐水泥。性能性能： 1、高铝水泥的强度发展很快、高铝水泥的强度发展很快 2、水化放热量基本上与高标号硅酸盐水泥相、水化放热量基本上与高标号硅酸盐水泥相 同，但同，但 放热速度极快放热速度极快 3、 高铝水泥有很好的抗硫酸盐性和抗海水腐蚀能高铝水泥有很好的抗硫酸盐性和抗海水腐蚀能 力，甚至比抗硫酸盐的硅酸盐水泥还好。力，甚至比抗硫酸盐的硅酸盐水泥还好。 4、具有一定的耐高温性。、具有一定的耐高温性。 用途：用途： 1、它适用于紧急抢修工程、严寒的冬季施工、处于、它适用于紧急抢修工程、严寒的冬季施工、处于 海水或其他侵蚀介质作用、耐热混凝土等。海水或其

22、他侵蚀介质作用、耐热混凝土等。 2、由于高铝水泥的长期强度不稳定，一般不宜用作永、由于高铝水泥的长期强度不稳定，一般不宜用作永久性的承重结构工程。久性的承重结构工程。 15.6.2 15.6.2 快快 硬硬 水水 泥泥分类分类： 硅酸盐快硬水泥硅酸盐快硬水泥 硫铝酸盐型快硬水泥硫铝酸盐型快硬水泥 氟铝酸盐型快硬水泥。氟铝酸盐型快硬水泥。快硬硅酸盐水泥的强度等级：快硬硅酸盐水泥的强度等级： 以以3d抗压强度来表示。分为抗压强度来表示。分为 32.5、37.5、42.5 三三个强度等级。个强度等级。 硫铝酸盐快硬水泥系列硫铝酸盐快硬水泥系列 超早强水泥超早强水泥 快硬高强水泥快硬高强水泥 无收缩水

23、泥无收缩水泥 膨胀水泥膨胀水泥 自应力水泥自应力水泥 喷射水泥等。喷射水泥等。15.6.3 15.6.3 白色水泥和彩色水泥白色水泥和彩色水泥 白色硅酸盐水泥白色硅酸盐水泥 简称白水泥。它与硅酸盐水泥的主要区别在于氧简称白水泥。它与硅酸盐水泥的主要区别在于氧化铁含量少，因而色白。化铁含量少，因而色白。彩色水泥方砖彩色水泥方砖彩色水泥彩色水泥 由于水泥中存在氧化铁（由于水泥中存在氧化铁（Fe2O3）等成分之故）等成分之故: 当含量在当含量在 34% 时，熟料呈暗灰色；时，熟料呈暗灰色； 在在 0.450.7% 时，带淡绿色；时，带淡绿色； 降低到降低到 0.350.40% 后，略带淡绿，接近白色

24、。后，略带淡绿，接近白色。用途：用途： 白色水泥和彩色水泥主要用于建筑装饰工程。白色水泥和彩色水泥主要用于建筑装饰工程。15.6.4 15.6.4 中热硅酸盐水泥和低热矿渣硅酸盐水泥中热硅酸盐水泥和低热矿渣硅酸盐水泥 中热硅酸盐水泥和低热矿渣硅酸盐水泥是水化热较中热硅酸盐水泥和低热矿渣硅酸盐水泥是水化热较低的水泥。低的水泥。 降低水泥的水化热和放热速率，主要是选择合理的降低水泥的水化热和放热速率，主要是选择合理的熟料矿物组成和粉磨细度以及掺入适量的混合材。熟料矿物组成和粉磨细度以及掺入适量的混合材。 凝结时间：凝结时间： 中热水泥和低热矿渣水泥的初凝不得早于中热水泥和低热矿渣水泥的初凝不得早于

25、60分钟分钟,终凝不得迟于终凝不得迟于12小时。小时。 强度等级：强度等级： 中热水泥分中热水泥分42.5 级、级、52.5 级两个强度等级。级两个强度等级。 低热矿渣水泥分低热矿渣水泥分32.5级、级、42.5 级两个强度等级级两个强度等级 。 强度等级分类：强度等级分类： 道路水泥分为道路水泥分为 42.5级、级、52.5级、级、62.5 级共三个级共三个强度等级。强度等级。 性能：性能： 其熟料中赋予高强的硅酸三钙、硅酸二钙含量其熟料中赋予高强的硅酸三钙、硅酸二钙含量较多较多, 抗裂性较好的铁铝酸四钙含量高抗裂性较好的铁铝酸四钙含量高 ( 16.0 ) 。 道路水泥早期强度较高，干缩值小

26、，耐磨性好道路水泥早期强度较高，干缩值小，耐磨性好. 15.6.5 道道 路路 水水 泥泥用途：用途： 适用于修筑道路路面、飞机场跑道路面、适用于修筑道路路面、飞机场跑道路面、广场等，也可用于一般土建工程。广场等，也可用于一般土建工程。15.6.6 15.6.6 膨胀水泥及自应力水泥膨胀水泥及自应力水泥 定义：定义： 当水泥自应力值大于或等于当水泥自应力值大于或等于 2 MPa 时，称为自应时，称为自应力水泥；当自应力值小于力水泥；当自应力值小于2 MPa 则称为膨胀水泥则称为膨胀水泥 我国常用的膨胀水泥品种如下我国常用的膨胀水泥品种如下: （1）硅酸盐膨胀水泥）硅酸盐膨胀水泥 ； （2）铝酸

27、盐膨胀水泥）铝酸盐膨胀水泥 ； （3）硫铝酸盐膨胀水泥）硫铝酸盐膨胀水泥 ； （4）铁铝酸钙膨胀水泥。）铁铝酸钙膨胀水泥。 膨胀水泥适用于膨胀水泥适用于： 1、补偿混凝土收缩的结构工程，作防渗层或防渗、补偿混凝土收缩的结构工程，作防渗层或防渗混凝土；混凝土； 2、填灌构件的接缝及管道接头；、填灌构件的接缝及管道接头； 3、结构加固与修补；、结构加固与修补； 4、固结机械底座及地脚螺丝等。、固结机械底座及地脚螺丝等。用途：用途： 自应力水泥自应力水泥 适用制造自应力钢筋混凝土压力管及其配件。适用制造自应力钢筋混凝土压力管及其配件。15.7 15.7 水泥的验收、保管与应用水泥的验收、保管与应用

28、15.7.1 15.7.1 废品与不合格品废品与不合格品 15.7.2 15.7.2 水水 泥泥 的的 验验 收收 15.7.3 15.7.3 水水 泥泥 的的 保保 管管 15.7.4 15.7.4 水水 泥泥 的的 选选 用用15.7.1 15.7.1 废品与不合格品废品与不合格品废品废品 水泥中，凡氧化镁、三氧化硫、初凝时间、安定性中任一水泥中，凡氧化镁、三氧化硫、初凝时间、安定性中任一项不符合国家标准规定的均视为废品。项不符合国家标准规定的均视为废品。不合格品不合格品 水泥出厂后，凡细度、终凝时间、不溶物和烧失量中的任水泥出厂后，凡细度、终凝时间、不溶物和烧失量中的任一项不符合国家标准规定或混合材料掺加量超过最大限量和强一项不符合国家标准规定或混合材料掺加量超过最大限量和强度低于规定时为不合格品。度低于规定时为不合格品。 水泥包装标志中水泥品种、强度等级、生产单位名称和出水泥包装标志中水泥品种、强度等级、生产单位