建筑材料 第五章 水泥

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水泥

水泥浆体不仅能在空气中凝结硬化，还能更好地在水中凝结硬化，保持并发展其强度，故水泥属于典型的水硬性胶凝材料。分类：按矿物组成分硅酸盐水泥铝酸盐水泥硫铝酸盐水泥铁铝酸盐水泥氟铝酸盐水泥分类：按用途和特性通用水泥:硅酸盐水泥普通水泥矿渣水泥火山灰水泥粉煤灰水泥复合水泥专用水泥：砌筑水泥道路水泥等特性水泥：快硬水泥抗硫酸盐水泥低热水泥膨胀水泥等5.1

硅酸盐水泥和普通硅酸盐水泥通用硅酸盐水泥：

是以硅酸盐水泥熟料、适量石膏和规定的混合材料制成的水硬性胶凝材料。硅酸盐水泥熟料（0～5%混合材料）适量石膏磨细硅酸盐水泥PⅠ型（PⅡ型）定义4.1.1

硅酸盐水泥生产工艺流程(简称为“两磨一烧”)（1）硅酸盐水泥的生产硅酸三钙(C3S)

45%～60%硅酸二钙(C2S)

15%～30%铝酸三钙(C3A)

6%～12%铁铝酸四钙(C4AF)

6%～8%（2）熟料矿物组成及特性硅酸盐水泥熟料矿物特性矿物名称密度(g/cm3)水化反应速率水化放热量强度耐腐蚀性干缩性C3S3.25快大高差中C2S3.28慢小早期低后期高好小C3A3.04最快最大低最差大C4AF3.77快中低中小（3）硅酸盐水泥的水化与凝结硬化1）水化反应

纯水泥熟料磨细后，凝结时间很短，不便使用。为了调节水泥的凝结时间，掺入适量石膏，与反应最快的铝酸三钙作用生成难溶的水化硫铝酸钙，覆盖于未水化的铝酸三钙周围，阻止其继续快速水化。适量石膏起缓凝作用。

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－－未水化水泥颗粒B－－胶体粒子C－－晶体粒子D－－毛细孔（毛细孔水）E－－凝胶孔1）细度细度－－指水泥颗粒的粗细程度。(4)硅酸盐水泥的技术要求讨论与分析缺点:水泥越细优点：

？

与水发生水化反应的速度越快，水泥石的早期强度越高。总表面积越大，硬化收缩越大；易受潮而降低活性；成本越高。同时规定凡细度不符合规定者为不合格品。硅酸盐水泥的比表面积应大于300m2/kg。GB规定请观看测定比表面积试验录像水泥的凝结时间分初凝时间和终凝时间。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2）凝结时间水泥的凝结时间对工程有重要意义。讨论与分析结论1：水泥的初凝时间不能过短，否则在施工前即已失去流动性和可塑性而无法施工。结论2：水泥的终凝时间不能过长，否则将延长施工进度和模板周转期。初凝时间不得早于45min终凝时间不得迟于390min同时规定:凝结时间不符合规定者为不合格品。GB规定讨论与分析为什么在测定水泥的凝结时间、体积安定性时，要将水泥净浆拌到标准稠度，也就是一个规定的稠度呢？

？为了使试验结果具有可比性3）标准稠度用水量净浆达到标准稠度时的用水量即为标准稠度用水量，以水占水泥质量的百分数表示。不同的水泥品种，标准稠度用水量各不相同，一般在24%～33%之间。例：A水泥的标准稠度用水量为27%，B水泥的标准稠度用水量为30%。指水泥硬化后体积变化是否均匀的性质。水泥硬化后体积发生不均匀膨胀，导致水泥石开裂、翘曲等现象。出厂水泥必须合格。不良：良好：注意：安定性不良的水泥为废品水泥，严禁在工程中使用。4）体积安定性讨论与分析引起安定性不良的原因有哪些

熟料中含有过多的游离MgO;

熟料中含有过多的游离CaO;

石膏掺量过多。GB规定

用沸煮法检验必须合格；

熟料中MgO含量≯5%；

熟料中SO3含量≯3.5%；试验方法沸煮法试饼法雷氏夹法（标准法）

请观看标准稠度用水量、凝结时间、安定性试验录像5）强度等级

强度是水泥力学性质的一项重要指标，是确定水泥强度等级的依据。硅酸盐水泥根据标准试件3d、28d的抗压强度、抗折强度划分为42.5、42.5R、52.5、52.5R、62.5、62.5R六个强度等级。试验仪器水泥胶砂试件制备水泥胶砂强度试验GB规定水泥各等级、各龄期的强度值(GB175—2007)品种强度等级抗压强度(MPa)≥抗折强度(MPa)≥3d28d3d28d硅酸盐水泥42.517.042.53.56.542.5R22.042.54.06.552.523.052.54.07.052.5R27.052.55.07.062.528.062.55.08.062.5R32.062.55.58.06）水化热水泥与水发生水化反应所放出的热量称为水化热。对工程的影响

高水化热的水泥在大体积混凝土工程中是非常不利的，在大体积混凝土工程中应选择低热水泥。在混凝土冬期施工时，水化热有利于水泥的凝结、硬化和防止混凝土受冻。7）碱含量若水泥中碱含量过高，而混凝土使用了活性骨料，活性骨料会与水泥所含的碱性氧化物发生化学反应，生成具有膨胀性的碱硅酸凝胶物质，导致混凝土产生膨胀破坏。若使用活性骨料，用户要求提供低碱水泥时，水泥中碱含量不得大于0.60%或由供需双方商定。8）不溶物、烧失量

Ⅰ型硅酸盐水泥不溶物不得超过0.75%；Ⅱ型硅酸盐水泥不溶物不得超过1.50%。

Ⅰ型硅酸盐水泥烧失量不得超过3.0%；Ⅱ型硅酸盐水泥烧失量不得超过3.5%。9）氯离子含量硅酸盐水泥氯离子含量应不大于0.06%，氯离子含量不满足要求的为不合格品。水泥石在正常使用条件下，具有较好的耐久性，但在某些腐蚀性介质作用下，水泥石的结构逐渐遭到破坏，强度下降以致全部溃裂，这种现象叫水泥石的腐蚀。（5）水泥石的腐蚀与防止

软水腐蚀（溶出性侵蚀）酸性腐蚀盐类的腐蚀强碱腐蚀水泥石腐蚀的防止措施：根据工程所处环境，选用适当品种的水泥；增加水泥制品的密实度，减少侵蚀介质的渗透；设置保护层。(6)硅酸盐水泥的性质与应用

快凝快硬高强抗冻性好抗腐蚀性差碱度高、抗碳化能力强耐热性差耐磨性好水化热大

是由硅酸盐水泥熟料、大于5%且不超过20%的活性混合材料（允许用不超过水泥质量8%的非活性混合材料或不超过水泥质量5%的窑灰代替）及适量石膏共同磨细制成，简称普通水泥，代号P·O。5.1.2普通硅酸盐水泥普通水泥的细度、体积安定性、氧化镁含量、三氧化硫含量、氯离子含量要求同硅酸盐水泥。普通水泥初凝时间不得早于45min，终凝时间不得迟于600min。强度等级

抗压强度(MPa)≥抗折强度(MPa)≥3d28d3d28d42.517.042.53.56.542.5R22.042.54.06.552.523.052.54.07.052.5R27.052.55.07.0普通硅酸盐水泥的强度要求(GB175—2007)在应用范围方面，普通水泥与硅酸盐水泥基本相同，甚至在一些不能用硅酸盐水泥的地方也可采用普通水泥，使得普通水泥成为建筑行业应用面最广、使用量最大的水泥品种。5.2混合材料及掺混合材料的硅酸盐水泥

凡在硅酸盐水泥熟料中，掺入一定量的混合材料和适量石膏共同磨细制成的水硬性胶凝材料，均属掺混合材料的硅酸盐水泥。（1）混合材料

掺混合材料是为了调整水泥强度等级，扩大使用范围，改善水泥的某些性能，增加品种和产量，降低成本并充分利用工业废料，减轻对环境的负担。①粒化高炉矿渣

炼铁高炉中的熔融矿渣经水淬等急冷方式而成的颗粒，又称水淬矿渣，一般CaO和Al2O3含量较高者，活性较大，质量较好，在有激发剂的情况下，具有水硬性。1)活性混合材料②火山灰质混合材料

火山灰质混合材料是用于水泥中以活性氧化硅、活性氧化铝为主要成分的矿物材料。按成因可分为天然的和人工两大类。③粉煤灰

是火力发电厂燃煤锅炉排出的烟道灰，其活性主要取决于玻璃体的含量，主要成分是活性氧化硅和活性氧化铝。活性混合材料中一般均含有活性氧化铝，它们只有在氢氧化钙和石膏存在的条件下活性才能激发出来，通常将石灰与石膏称为活性混合材料的“激发剂”。氢氧化钙称为碱性激发剂；石膏为硫酸盐激发剂。

掺入的目的主要是为了提高水泥产量，调节水泥强度等级，减小水化热等。

磨细的石英砂、石灰石、黏土、慢冷矿渣及多种废渣等都属于非活性混合材料。2)非活性混合材料

是由硅酸盐水泥熟料和粒化高炉矿渣、适量石膏磨细制成的水硬性胶凝材料，简称矿渣水泥，代号P·S，分为两个类型。（2）矿渣水泥

加入大于20%且不超过50%的粒化高炉矿渣为A型，代号为P·S·A；加入大于50%且不超过70%的料化高炉矿渣为B型，代号为P·S·B。矿渣水泥的凝结时间、体积安定性、氯离子含量要求均与普通水泥相同。矿渣水泥的细度要求80μm方孔筛筛余不大于10%或45μm方孔筛筛余不大于30%。矿渣水泥的三氧化硫含量不大于4.0%。矿渣水泥分为32.5、32.5R、42.5、42.5R、52.5、52.5R六个强度等级。强度等级抗压强度(MPa)≥抗折强度(MPa)≥3d28d3d28d32.510.032.52.55.532.5R15.032.53.55.542.515.042.53.56.542.5R19.042.54.06.552.521.052.54.07.052.5R23.052.54.57.0矿渣水泥、火山灰水泥、粉煤灰水泥、复合水泥的强度要求(GB175—2007)矿渣水泥的性能及应用凝结硬化慢，早期强度低，后期强度发展较快抗软水、抗腐蚀能力强水化热低湿热敏感性强，适合蒸汽养护（3）火山灰水泥、粉煤灰水泥、复合水泥

①火山灰水泥是由硅酸盐水泥熟料，加入大于20%且不超过40%的火山灰质混合材料及适量石膏磨细制成的，简称火山灰水泥，代号P·P。②粉煤灰水泥

是由硅酸盐水泥熟料，加入大于20%且不超过40%的粉煤灰混合材料及适量石膏磨细制成，简称粉煤灰水泥，代号P·F。是由硅酸盐水泥熟料，加入两种以上大于20%且不超过50%的活性混合材料（允许用不超过水泥质量8%的窑灰代替部分混合材料）及石膏磨细制成，简称复合水泥，代号P·C。③复合硅酸盐水泥细度、凝结时间、体积安定性、强度等级、氯离子含量要求与矿渣水泥相同。

三氧化硫含量要求不大于3.5%，氧化镁含量要求不大于6.0%，如含量大于6.0%时，需进行压蒸安定性试验并合格。1)三种水泥的技术指标

三种水泥的共性包括：早期强度发展慢，后期强度增长快；水化热低；耐腐蚀性好；温湿度敏感性强；抗碳化能力差；抗冻性差等。2)三种水泥的性能及应用三种水泥的特性：火山灰水泥抗渗性好粉煤灰水泥干缩较小，抗裂性高复合硅酸盐水泥综合性质较好5.3

特种水泥适用于要求早期强度高的工程，紧急抢修工程，冬期施工的以及制作预应力钢筋混凝土或高强混凝土预制构件。不适用于大体积混凝土工程及与腐蚀介质接触的混凝土工程。5.3.1特种硅酸盐水泥1）快硬硅酸盐水泥白色硅酸盐水泥是以硅酸钙为主要成分，严格控制水泥中的氧化铁含量，加入适量的石膏，磨细所得的水硬性胶凝材料，称为白色硅酸盐水泥，简称白水泥。白水泥的生产、矿物组成、性能和硅酸盐水泥基本相同。只是氧化铁的含量是普通水泥的1/10(《白色硅酸盐水泥》(GB2015-2005)。2）白色硅酸盐水泥凡以铝酸钙为主的铝酸盐水泥熟料磨细制成的水硬性胶凝材料，称为铝酸盐水泥，代号为CA。铝酸盐水泥是以铝矾土和石灰石为原料，经高温煅烧磨细而成。5.3.2铝酸盐水泥铝酸盐水泥的矿物成分与水化反应

铝酸盐水泥的主要矿物成分是铝酸一钙，此外，还有少量硅酸二钙和其他铝酸盐。温度低于20℃时：铝酸盐水泥的水化和硬化过程，主要是铝酸一钙的水化和结晶过程。铝酸一钙水化铝酸一钙（CAH10）温度20～30℃时：水化铝酸二钙（C2AH8）铝胶温度高于30℃时：水化铝酸三钙（C3AH6）铝胶铝酸盐水泥的主要性能及应用快硬早强，后期强度下降耐热性强水化热高，放热快抗渗性及耐侵蚀性强5.3.3膨胀水泥是一种在水化过程中体积产生膨胀的水泥，通常是由胶凝材料和膨胀剂混合而成。1)硅酸盐膨胀水泥主要用于制作防水层和防水混凝土，用于加固结构、浇铸机器底座或固结地脚螺栓，并可用于接缝及修补工程，但禁止在有硫酸盐侵蚀的水工工程中使用。2)低热微膨胀水泥主要用于要求较低水化热和要求补偿收缩的混凝土、大体积混凝土，也适用于要求抗渗和抗酸侵蚀的工程。3)膨胀硫铝酸盐水泥主要用于配制结点、抗渗和补偿收缩的混凝土工程中。4)自应力水泥主要用于自应力钢筋混凝土压力管及其配件。5.3.4快硬硫铝酸盐水泥的特性及应用无水硫铝酸钙与石膏迅速反应生成钙矾石晶体和大量的铝胶。早期强度高。C2S水化的水化产物Ca(OH)2晶体和水化硅酸钙胶体不断填充水泥石的孔隙。硬化后水泥石的结构致密，孔隙率小，抗渗性高，水化产物中Ca(OH)2的含量少，抗硫酸盐腐蚀能力强。主要用于配制早强、抗渗、抗硫酸盐腐蚀的混凝土工程。可用于冬季施工、浆锚、喷锚支护、节点、抢修、堵漏等工程。此外，由于硫铝酸盐的碱度低，可用于生产各种玻璃纤维制品。*5.3.4砌筑水泥

适用于砖、石、砌块等砌体的砌筑砂浆和内墙抹面砂浆，但不得用于钢筋混凝土，作其他用途必须通过试验来确定。道路水泥