土木工程材料第四章

第4章.水泥4.2

特种水泥和专用水泥4.1常用水泥（通用硅酸盐水泥）

教学目标掌握常用水泥的生产、特性、影响水泥性能的因素。熟悉某些特种水泥和专用水泥的性能及其用途。4.1常用水泥（通用硅酸盐水泥）概述常用水泥的种类其他通用硅酸盐水泥硅酸盐水泥常用水泥的选用常用水泥的特性

1.按《水泥的命名、定义和术语》（GB/T4131-1997）：水泥是指加水拌合成塑性浆体，能胶结砂石等适当材料并能在空气和水中硬化的粉状水硬性胶凝材料。2.水泥是各种混凝土的最基本的组成材料，广泛用于建筑、道路、水利和国防工程中，素有“建筑业的粮食”之称。概述

按用途和性能分类用于一般土木建筑工程中的水泥，如硅酸盐水泥、矿渣硅酸盐水泥等具有专门用途水泥，如中、低热水泥，道路水泥等具有某种性能比较突出的水泥，如快硬硅酸盐水泥、抗硫酸盐水泥等4.水泥的分类：3.水泥发明于1824年。由于它具有与英国波特兰城建筑岩石相似的颜色，故称之为波特兰水泥（我国称为硅酸盐水泥），首先取得这项专利技术权的是英国的J·Aspdin

（约瑟夫·阿斯普丁）。按其化学成分类虽然水泥品种繁多，分类方法各异，但我国水泥产量的90%左右属以硅酸盐为主要水硬性矿物的硅酸盐水泥。5.我国水泥工业现状近年来我国水泥工业发展很快，无论是品种、产量、质量都有很大的突破，尤其是产量居世界前列。但同时也存在着严重的不足，主要表现为：能耗大、污染严重。我们来看一组统计数据：

如何降低水泥能耗、减少污染物的排放量，将是今后应该研究的主要内容，绿色产业化是水泥工业的发展方向。通用水泥硅酸盐水泥普通硅酸盐水泥（普通水泥）矿渣硅酸盐水泥（矿渣水泥）火山灰硅酸盐水泥（火山灰水泥）粉煤灰硅酸盐水泥（粉煤灰水泥）复合硅酸盐水泥（复合水泥）一、常用水泥的种类二、硅酸盐水泥

凡由硅酸盐水泥熟料、0～5％的石灰石或粒化高炉矿渣（凡在高炉冶炼生铁时，所得以硅酸盐与硅铝酸盐为主要成分的熔融物，经淬冷成粒后，即为粒化高炉矿渣）

、适量石膏磨细制成的水硬性胶凝材料，称为硅酸盐水泥(波特兰水泥)。当硅酸盐水泥中不掺混合材料时，称为Ⅰ型硅酸盐水泥，代号P.Ⅰ。当硅酸盐水泥中混合材料掺量不超过5%时，称为Ⅱ型硅酸盐水泥，代号P.Ⅱ。原材料石灰石粘土校正原料铁质校正原料铁粉硅质校正原料砂岩、粉砂岩1.生产工艺：两磨一烧

水泥生产的步骤可用四个字概括：两磨一烧。

水泥生料在窑内的煅烧过程，虽方法各异，但都要经历干燥、预热、分解、熟料烧成及冷却等几个阶段。其中，熟料烧成是水泥生产的关键。按烧成工艺，水泥生产可分为回转窑和立窑两种。生料SiO2CaO化合反应800～1450℃800℃左右分解反应Al2O3Fe2O32CaO·SiO23CaO·SiO23CaO·Al2O34CaO·Al2O3·Fe2O3回转窑是指旋转煅烧窑（俗称旋窑），属于建材设备类。回转窑按处理物料不同可分为水泥窑、冶金化工窑和石灰窑。水泥窑主要用于煅烧水泥熟料，分干法生产水泥窑和湿法生产水泥窑两大类。冶金化工窑则主要用于冶金行业钢铁厂贫铁矿磁化焙烧；铬、镍铁矿氧化焙烧；耐火材料厂焙烧高铝钒土矿和铝厂焙烧熟料、氢氧化铝；化工厂焙烧铬矿砂和铬矿粉等类矿物。石灰窑（即活性石灰窑）用于焙烧钢铁厂、铁合金厂用的活性石灰和轻烧白云石。我国目前使用的立窑有两种类型：普通立窑和机械立窑。普通立窑是人工加料和人工卸料或机械加料，人工卸料；机械立窑是机械加料和机械卸料。机械立窑是连续操作的，它的产、质量及劳动生产率都比普通立窑高。根据建材技术政策要求，小型水泥厂应用机械化立窑，逐步取代普通立窑。（1）原材料的破碎与粉磨

石灰质原料：提供CaO；粘土质原料：提供SiO2、Al2O3和Fe2O3；校正原料：铁质校正原料、硅质校正原料、铝质校正材料。（2）硅酸盐水泥熟料的烧成

硅酸盐水泥熟料主要包括下列四种矿物：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%。煅烧窑：立窑、回转窑。

（ｌ）硅酸三钙硅酸三钙的化学成分为３ＣaＯ·ＳiＯ2，其简写为Ｃ3S。它是硅酸盐水泥熟料中最主要的矿物成分，约占水泥熟料总量的３６％～６０％。硅酸三钙遇水后能够很快与水产生水化反应，并产生较多的水化热。它对促进水泥的凝结硬化，特别是对水泥３～７天内的早期强度以及后期强度都起主要作用。（２）硅酸二钙硅酸二钙的化学成分为2ＣaＯ·ＳiＯ2，其简写为C2S，约占水泥熟料总量的15％～37％。硅酸二钙遇水后反应较慢，水化热也较低。它不影响水泥的凝结，对水泥的后期强度起主要作用。（３）铝酸三钙铝酸三钙的化学成分是３CaO·Al2O3，其简写为C3Ａ，约占水泥熟料总量的7～15％。铝酸三钙遇水后反应极快，产生的热量大而且很集中。铝酸三钙对水泥的凝结起主导作用，但其水化产物强度较低，主要对水泥的早期强度有所贡献。（４）铁铝酸四钙铁铝酸四钙的化学成分为:４CaO·Al2O3·Fe2O3，其简写为Ｃ4AF，约占水泥熟料总量的10％～18％。铁铝酸四钙遇水时水化反应也很快，水化热较低，水化产物的强度不高，对水泥石的抗压强度贡献不大，主要对抗折强度贡献较大。（3）水泥成品的磨制磨制水泥成品的原材料包括：硅酸盐水泥熟料、石膏和混合材料。名称代号组分（质量分数，％）熟料石膏混合材料粒化高炉矿渣火山灰质混合材料粉煤灰石灰石硅酸盐水泥,PortlandcementP·Ⅰ100－－－－≥95≤5－－－P·Ⅱ≥95－－－≤5普通硅酸盐水泥,ordinaryportlandcementP·O≥80且＜95＞5且≤20－矿渣硅酸盐水泥,Portlandblastfurnace-slagcementP·S·A≥50且＜80＞20且≤50－－－P·S·B≥30且＜50＞50且≤70－－－火山灰质硅酸盐水泥,PortlandpozzolanacementP·P≥60且＜80－＞20且≤40－－粉煤灰硅酸盐水泥,Portlandfly-ashcement

P·F≥60且＜80－－＞20且≤40－复合硅酸盐水泥,compositePortlandcementP·C≥50且＜80＞20且≤50

2、硅酸盐水泥的水化和凝结硬化1）硅酸盐水泥熟料矿物的水化反应

水化铁酸钙水化硅酸钙氢氧化钙C-S-H凝胶水化铝酸钙

2）硅酸盐水泥熟料矿物水化、凝结硬化特性低低高高后期低低低高早期强度中最多少多28d水化热快最快慢快水化凝结硬化速度C4AFC3AC2SC3S熟料矿物性能指标

3）硅酸盐水泥的水化

硅酸盐水泥是由熟料矿物和石膏组成，水泥加水拌和后，C3S、C3A、C4AF与水快速反应，石膏也溶于水，在石膏的存在下，C3A与水生成水化铝酸钙会与石膏发生反应生成针状晶体的三硫型水化硫铝酸钙（钙矾石）：水化硫铝酸钙（钙矾石），形成水化物膜层，水泥浆具有可塑性和流动性。4）硅酸盐水泥的凝结与硬化

水泥的凝结是指水泥加水后从流动状态到固体状态的变化，即水泥浆失去流动性而具有一定的强度。

水泥的硬化是指水泥浆体固化后所建立的网状结构具有一定的机械强度，并不断发展的过程。

（1）分散在水中未水化的水泥颗粒（2）在水泥颗粒表面形成水化物膜层（3）膜层长大并相互连接（凝结）（4）水化物进一步发展，填充毛细孔（硬化）水泥凝结硬化过程示意图1——水泥颗粒；2——水分；3——凝胶；4——晶体；5——水泥颗粒未水化内核；6——毛细孔

水泥的凝结硬化大致可划分为以下六个阶段：初始反应期潜伏期（初凝）：水泥矿物的水化反应凝结期：终凝硬化期：固体减速期稳定期5）影响硅酸盐水泥凝结硬化的主要因素（１）矿物组成不同矿物成分和水起反应时所表现出来的特点是不同的，如C3A水化速率最快，放热量最大而强度不高；C2S水化速率最慢，放热量最少，早期强度低，后期强度增长迅速等。因此，改变水泥的矿物组成，其凝结硬化情况将产生明显变化。水泥的矿物组成是影响水泥凝结硬化的最重要的因素。（2）水泥的细度在矿物组成相同的条件下，水泥磨得愈细，水泥颗粒平均粒径小，比表面积大，水化时与水的接触面大，水化速度快，相应地水泥凝结硬化速度就快，早期强度就高。（3）拌和用水量水泥浆的水灰比是指水泥浆中水与水泥的质量之比。当水泥浆中加水较多时，水灰比较大，此时水泥的初期水化反应得以充分进行；但是水泥颗粒间原来被水隔开的距离较远，颗粒间相互连接形成骨架结构所需的凝结时间长，所以水泥浆凝结较慢。水泥浆的水灰比较大时，多余的水分蒸发后形成的孔隙较多,造成水泥石的强度较低，因此水泥浆的水灰比过大时，会明显降低水泥石的强度。（4）环境温度和湿度在适当温度条件下，水泥的水化、凝结和硬化速度较快。反应产物增长较快，凝结硬化加速，水化热较多。相反，温度降低，则水化反应减慢，强度增长变缓。但高温养护往往导致水泥后期强度增长缓慢，甚至下降。水的存在是水泥水化反应的必要条件。当环境湿度十分干燥时，水泥中的水分将很快蒸发，以致水泥不能充分水化，硬化也将停止；反之，水泥的水化将得以充分进行，强度正常增长。（5）龄期（时间）水泥的凝结硬化是随时间延长而渐进的过程，随着养护龄期增长，水化产物不断积累，水泥石结构趋于致密，强度不断增长。（6）储存条件水泥应该储存在干燥的环境里，如果受潮会因水化而结块，从而失去胶结能力，强度严重降低，即使是在良好的干燥环境中，也不能储存太久，一般规定不超过3个月。（7）石膏掺量石膏起缓凝作用的机理可解释为：水泥水化时，石膏能很快与铝酸三钙作用生成水化硫铝酸钙（钙矾石），钙矾石很难溶解于水，它沉淀在水泥颗粒表面上形成保护膜，从而阻碍了铝酸三钙的水化反应，控制了水泥的水化反应速度，延缓了凝结时间。控制C3A的水化凝结硬化速度，调节水泥凝结时间。掺量3％左右。控制C3A的水化凝结硬化速度，调节水泥凝结时间。掺量3％左右。C3A的水化：反应迅速，产生急凝，或闪凝。加入石膏：高硫形水化硫铝酸钙又称钙矾石（俗称水泥杆菌，针状），不溶于水，阻止C3A水化，延缓水泥凝结。石膏耗完C3A与钙矾石反应单硫形水化硫铝酸钙溶于水，水化继续

钙矾石显微形貌

3、硅酸盐水泥的技术要求1）细度水泥颗粒不能太粗，也不宜太细。测定水泥的细度可以用筛析法和比表面积法。筛析法：用80μm方孔筛的筛余百分数表示。比表面积法:测单位质量粉末的总表面积，以m2/kg表示。

细度指水泥颗粒的粗细程度。一般情况下，水泥颗粒越细，其总表面积越大，与水反应时接触的面积也越大，水化反应速度就越快，所以相同矿物组成的水泥，细度越大，凝结硬化速度越快，早期强度越高。水泥细度用比表面积来衡量，我国现行国标规定：硅酸盐水泥的细度比表面积大于300㎡/㎏，其余品种水泥在80μm方孔筛上筛余量不大于10%。

筛析法以80μm方孔筛上的筛余量百分率表示。

水泥试样筛余百分率按下式计算

式中：F

—水泥试样筛余百分率，%；

ms—水泥试样在80μm筛上筛余质量，g；

m—水泥试样的质量，g。

水泥负压筛析仪2）标准稠度用水量硅酸盐水泥的标准稠度用水量一般为24%-30%水泥标准稠度用水量是指达到标准稠度水泥净浆时用水量与水泥质量之比。水泥质量常取500g;水泥净浆标准稠度定义是用维卡仪测得试杆沉入净浆并距底板6±1mm时的水泥净浆稠度。

3）凝结时间初凝：标准稠度净浆开始失去可塑性；终凝：标准稠度净浆完全失去可塑性并开始产生强度；初凝时间不能过短，终凝时间不能过长；测定水泥凝结时间采用标准稠度的水泥净浆。水泥的初凝时间不宜过短，终凝时间不宜过长。水泥的初凝时间太短，则在施工前即已失去流动性和可塑性而无法施工；水泥的终凝时间过长，则将延长施工进度和模板周转期。我国现行国标(GB175-1999)规定，硅酸盐水泥初凝不得早于45min，终凝不得迟于6.5h。普通硅酸盐水泥初凝不得早于45min，终凝不得迟于10h。4）水泥的体积安定性

水泥在凝结硬化过程中体积变化的均匀程度。如果这种体积变化是轻微的均匀的，则对建筑物的质量没什么影响，但是如果混凝土硬化后，由于水泥中某些有害成分的作用，在水泥石内部产生了剧烈的、不均匀的体积变化，则会在建筑物内部产生破坏应力，导致建筑物的强度降低。若破坏应力发展到超过建筑物的强度，则会引起建筑物开裂、崩塌等严重质量事故，这种现象称为水泥的体积安定性不良。引起水泥体积安定性不良的原因是：①水泥中含有过多的游离CaO和MgO。熟料中所含游离CaO或MgO都是过烧的，结构致密，水化很慢。加之被熟料中其它成分所包裹，使得其在水泥已经硬化后才进行熟化，生成六方板状的Ca(OH)2晶体，这时体积膨胀97%以上，从而导致不均匀体积膨胀，使水泥石开裂。

②石膏掺量过多。当石膏掺量过多时，在水泥硬化后，残余石膏与水化铝酸钙继续反应生成钙矾石，体积增大约1.5倍，从而导致水泥石开裂。检验体积安定性不良原因游离氧化镁（f-MgO）石膏游离氧化钙（f-CaO）过烧态过烧态与水化铝酸钙反应生成钙矾石检验沸煮法（饼法/雷氏法）检验控制f-MgO含量控制SO3含量氧化镁、三氧化硫及安定性不良的水泥应作废品处理。

5）强度及强度等级

水泥技术要求中最基本的指标，它直接反映了水泥的质量水平和使用价值。水泥的强度越高，其胶结能力也越大。硅酸盐水泥的强度主要取决于熟料的矿物组成和水泥的细度，此外还与水灰比、试验方法、试验条件、养护龄期等因素有关。按规定龄期抗压强度和抗折强度来划分，分为42.5、42.5R、52.5、52.5R、62.5、62.5R六个强度等级。硅酸盐水泥各龄期强度不低于下表。为提高水泥早期强度，我国现行标准将水泥分为普通型和早强型（或称R型）两个型号。早强型水泥3d的抗压强度较同强度等级的普通型强度提高10%～24%；早强型水泥的3d抗压强度可达28d抗压强度的50%。

硅酸盐水泥各龄期的强度要求强度等级抗压强度（MPa）抗折强度（MPa）3d28d3d28d42.517.042.53.56.542.5R22.042.54.06.552.523.052.54.07.052.5R27.052.55.07.062.528.062.55.08.062.5R32.062.55.58.0水泥：标准砂：水＝1：3：0.5

水泥混凝土路面用水泥，在供应条件允许时，应尽量优先选用早强型水泥，以缩短混凝土养护时间，提早通车。我国现行标准《水泥胶砂强度检验方法（ISO法）》（GB17671－1999）规定：将水泥、标准砂及水按规定的比例（水泥：标准砂：水＝1：3：0.5），用规定方法制成40mm×40mm×160mm的标准试件，在标准条件（24h之内在温度20℃±1℃，相对湿度不低于90％的养护箱或雾室内，24h后在20℃±1℃的水中）下养护，测定其3d和28d的抗折强度和抗压强度。相对湿度：空气中实际所含水蒸气密度和同温度下饱和水蒸气密度的百分比值。水泥胶砂搅拌机水泥胶砂试模电动抗折试验机压力试验机6）碱含量

水泥中的碱含量按Na2O+0.658K2O计算值来表示。若使用活性骨料，要求提供低碱水泥时，水泥中碱含量不得大于0.6%或由供需双方商定。当混凝土骨料中含有活性二氧化硅时，会与水泥中的碱相互作用形成碱的硅酸盐凝胶，由于后者体积膨胀会引起混凝土开裂，造成结构破坏，这种现象称为“碱-骨料反应”。是影响混凝土耐久性的一个重要因素。7）氧化镁含量：不宜超过5%，经压蒸安定性试验合格，放宽到6%；8）三氧化硫含量：不得超过3.5%；9）烧失量：Ⅰ型硅酸盐水泥不得超过3%，Ⅱ型不得超过3.5%；10）不溶物：Ⅰ型硅酸盐水泥不得超过0.75%，Ⅱ型不得超过1.5%。11）水化热技术指标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Ⅰ型Ⅱ型不溶物≤0.75%1.50%/////烧失量≤3.0%3.5%≤5.0%////氧化镁≤5.0%，若压蒸安定性试验合格，则≤6.0%熟料中MgO≤5.0%，若压蒸安定性试验合格，则≤6.0%三氧化硫≤3.5%3.5%4.0%3.5%细度比表面积＞300m2/kg/////80μm方孔筛筛余≤/10.0%10.0%10.0%10.0%10.0%凝结时间初凝≥45min终凝≤6.5h≤10h安定性沸煮法检验合格强度等级42.5、42.5R、52.5、52.5R、62.5、62.5R42.5、42.5R、52.5、52.5R32.5、32.5R、42.5、42.5R、52.5、52.5R碱（若使用活性骨料）用户要求提供低碱水泥时，≤0.60%或由供需双方商定

由供需双方商定常用水泥的技术要求

4.硬化水泥石中的组成

水化产物。忽略一些次要和少量的成分，水泥水化的最终产物是：水化硅酸钙（C-S-H凝胶，约70%）、水化铁酸钙凝胶，氢氧化钙（约20%）、水化铝酸钙、水化硫铝酸钙晶体；未水化的水泥颗粒、水（自由水和吸附水）和孔隙（毛细孔和凝胶孔）。

5、硅酸盐水泥石的腐蚀硅酸盐水泥硬化后形成的水泥石，在正常环境条件下将继续硬化，强度不断增长。但在某些腐蚀性液体或气体的长期作用下，水泥石就会受到不同程度的腐蚀，严重时会使水泥石强度明显降低甚至完全破坏，这种现象称为水泥石的腐蚀。（1）软水的腐蚀（溶出性腐蚀）软水:雨水、雪水、蒸馏水及含重碳酸盐甚少的河水与湖水。如果水泥石长期处于流水或压力流水作用下，Ca(OH)2将不断流失而使水泥石破坏。硬水中不腐蚀：软水腐蚀的程度与水的暂时硬度（水中重碳酸盐即碳酸氢钙和碳酸氢镁的含量）有关，因其能与水泥石中的Ca(OH)2反应生成不溶于水的碳酸钙：

1）腐蚀的类型（2）盐类腐蚀

硫酸盐腐蚀水化铝酸钙钙矾石体积增加1.5倍以上，膨胀破坏

当环境中含有硫酸盐的水渗入到水泥石结构中时，会与水泥石中的氢氧化钙反应生成硫酸钙，硫酸钙再与水泥石中的水化铝酸钙反应生成钙矾石，产生1.5倍的体积膨胀，这种膨胀必然导致脆性水泥石结构的开裂，甚至崩溃。由于钙矾石为微观针状晶体，人们常称其为水泥杆菌。4CaO·Al2O3·12H2O+3CaSO4+20H2O

=3CaO·Al2O3·3CaSO4·31H2O+Ca(OH)2

当水中硫酸盐浓度较高时，硫酸钙还会在孔隙中直接结晶成二水石膏，体积膨胀，引起膨胀应力，导致水泥石破坏。镁盐腐蚀硫酸镁对水泥石有镁盐和硫酸盐双重腐蚀的作用。海水及地下水中，常含有大量的镁盐，主要是硫酸镁和氯化镁。它们与水泥石中的氢氧化钙起复分解反应：

MgCl2+Ca(OH)2+2H2O=CaCl2+Mg(OH)2MgSO4+Ca(OH)2+2H2O=CaSO4·2H2O+Mg(OH)2

（3）酸类腐蚀

碳酸腐蚀“碳化”雨水及地下水中常溶有较多的二氧化碳，形成了碳酸。碳酸水先与水泥石中的氢氧化钙反应，中和后使水泥石碳化，形成了碳酸钙，碳酸钙再与碳酸反应生成可溶性的碳酸氢钙，并随水流失，从而破坏了水泥石的结构。其腐蚀反应过程为：

一般酸腐蚀因为水泥的水化产物呈碱性。，CaCl2溶于水。工程结构处于各种酸性介质中时，酸性介质易与水泥石中的氢氧化钙反应，其反应产物可能溶于水中而流失，或发生体积膨胀造成结构物的局部被胀裂，破坏了水泥石的结构。其基本化学反应式为： （4）强碱腐蚀碱类溶液如浓度不大时一般是无害的，但铝酸盐含量较高的硅酸盐水泥遇到强碱（如氢氧化钠）作用后也会破坏。氢氧化钠与水泥熟料中未水化的铝酸盐作用，生成易溶的铝酸钠：3CaO·Al2O3+6NaOH=3Na2O·Al2O3+3Ca(OH)2当水泥石被氢氧化钠浸透后又在空气中干燥，与空气中的二氧化碳作用生成碳酸钠，碳酸钠在水泥石毛细孔中结晶沉积，会使水泥石胀裂。

2NaOH+CO2=Na2CO3+H2O2）水泥石腐蚀的基本原因（1）内因：水泥石中存在有引起腐蚀的组成成分氢氧化钙和水化铝酸钙；水泥石本身不密实，有很多毛细孔通道，侵蚀性介质易进入其内部；（2）外因：外界存在腐蚀性介质和条件。3）水泥石腐蚀的防止（1）根据环境特点，合理选择水泥品种。如处于软水环境的工程，常选用掺混合材料的矿渣水泥、火山灰水泥或粉煤灰水泥，因为这些水泥的水泥石中氢氧化钙含量低，对软水侵蚀的抵抗能力强。（2）提高水泥石的致密度，降低水泥石的孔隙率。通过减小水灰比，掺加外加剂，采用机械搅拌和机械振捣，可以提高水泥石的密实度。（3）在水泥石的表面涂抹或铺设保护层，隔断水泥石和外界的腐蚀性介质的接触。例如，可在水泥石表面涂抹耐腐蚀的涂料，如：水玻璃、沥青、环氧树脂等；或在水泥石的表面铺建筑陶瓷、致密的天然石材等。6、硅酸盐水泥的特性与应用（1）凝结硬化快，早期及后期强度均高。适用于有早强要求的工程（如冬季施工、预制、现浇等工程），高强度混凝土工程（如预应力钢筋混凝土，大坝溢流面部位混凝土）。（2）抗冻性好。适用于抗冻性要求高的工程。（3）水化热高。不宜用于大体积混凝土工程。但有利于低温季节蓄热法施工。（4）耐腐蚀性差。因水化后氢氧化钙和水化铝酸钙的含量较多。不宜用于流动的淡水接触及有水压作用的工程，也不适用于受海水、矿物水等作用的工程。（5）抗碳化性好。因水化后氢氧化钙含量较多，故水泥石的碱度不易降低，对钢筋的保护作用较强。适用于空气中二氧化碳浓度高的环境。（6）耐热性差。因水化后氢氧化钙含量高。不适用于承受高温作用的混凝土工程。（7）耐磨性好。适用于高速公路、道路和地面工程。7、硅酸盐水泥的储存与运输（1）硅酸盐水泥在储存和运输过程中，应按不同品种、不同强度等级及出厂日期分别储运，不得混杂。（2）要注意防潮、防水。（3）水泥的有效储存期是3个月。一般水泥在储存3个月后，强度降低约10％～20％，6个月后降低15％～30％。存放超过6个月的水泥必须经过检验后才能使用。三、其他通用硅酸盐水泥

为改善硅酸盐水泥的某些性能，同时达到增加产量和降低成本的目的，在硅酸盐水泥熟料中，掺入一定数量的混合材料和适量石膏共同磨细的水硬性胶凝材料，称为掺混合材料的硅酸盐水泥。可分为普通硅酸盐水泥、矿渣硅酸盐水泥、火山灰质硅酸盐水泥、粉煤灰硅酸盐水泥及复合硅酸盐水泥。1）非活性混合材料在常温下，加水拌和后不能与水泥、石灰或石膏发生化学反应的混合材料。又称填充性混合材料。作用：提高水泥产量，降低生产成本，降低强度等级，减少水化热，改善耐腐蚀性和和易性等。代表材料：石英砂、石灰石、粘土等。1、水泥混合材料

在生产水泥时，为改善水泥性能，调节水泥强度等级，而加到水泥中去的人工的和天然的矿物材料。

2）活性混合材料

常温下，加水拌和后能与水泥、石灰或石膏发生化学反应，生成具有水硬性胶凝物质的混合材料。火山灰性：指一种材料磨成细粉，单独不具有水硬性，但在常温下与石灰一起和水拌合后，能生成具有水硬性化合物的性能。潜在的水硬性：指将磨细的材料与水拌合后，在有少量激发剂的情况下，具有水硬性的性能。（1）常用的活性混合材料：粒化高炉矿渣、火山灰质混合材料和粉煤灰。粒化高炉矿渣炼铁高炉的熔融矿渣，经急速冷却而成的松软颗粒；直径一般为0.5～5mm，需磨细使用；急冷一般用水淬方法进行，故又称水淬高炉矿渣；成粒在于阻止结晶，形成玻璃体，具有较高的潜在活性；活性成分，一般认为是活性氧化铝和活性氧化硅，在常温下可与氢氧化钙起作用而产生强度。火山灰质混合材料凡是天然或人工的以氧化硅、氧化铝为主要成分，具有火山灰性的矿物材料，称为火山灰质混合材料。如火山灰、凝灰岩等。火山灰：火山喷发的熔岩急冷形成。含有玻璃体，成分主要是活性氧化硅和活性氧化铝，使火山灰具有活性。

粉煤灰火力发电厂煤粉燃烧的烟气中收集的灰渣，又称飞灰。颗粒直径0.001～0.05mm，玻璃态的实心或空心球状。活性来自玻璃体，成分主要是活性氧化硅和活性氧化铝。

混合材料分类化学活性举例在水泥中作用非活性混合材料与水泥成分不起化学作用或化学作用很小石英砂、石灰石、慢冷矿渣、各种废渣填充、提高水泥产量、降低水泥强度等级、减少水化热活性混合材料常温下，细粉与石灰（或石灰和石膏）加水拌合能生成具有胶凝性的水化产物，在空气和水中硬化。粒化高炉矿渣、火山灰质混合材料、粉煤灰上述＋活性效应

2、掺加混合材料硅酸盐水泥的水化（1）一次水化反应首先是水泥熟料水化，生成较多的水化硅酸钙、水化铝酸钙和氢氧化钙等水化产物。（2）二次水化反应水化生成的Ca(OH)2再与活性混合材料中的活性组分发生二次水化反应生成相应的水化产物。若存在石膏，则石膏与铝酸钙反应生成硫铝酸钙而具有一定的强度。Ca(OH)2和石膏起着激发水化（使活性混合材料的潜在活性得以发挥），促进凝结硬化的作用，故称为激发剂。常用的激发剂有碱性激发剂和硫酸盐激发剂两类。碱性激发剂：石灰，硅酸盐水泥熟料。硫酸盐激发剂：二水石膏、半水石膏和各种化学石膏。硫酸盐激发剂的激发作用必须在有碱性激发剂的条件下，才能充分发挥。

3、普通硅酸盐水泥凡由硅酸盐水泥熟料、5%～20%活性混合材料、适量石膏磨细制成的水硬性胶凝材料，称为普通硅酸盐水泥（简称普通水泥），代号P·O。其中允许用不超过水泥质量5％的窑灰（窑灰是回转窑在生产硅酸盐水泥熟料时,从窑尾废气中经收尘设备收集下来的干燥粉状材料,其排放量相当于熟料的10%￣20%）或不超过水泥质量8%的非活性混合材料来代替。

普通硅酸盐水泥强度等级分为42.5、42.5R、52.5、52.5R四个强度等级。普通硅酸盐水泥强度标准（GB175－2007）

品种强度等级抗压强度(MPa)

抗折强度(MPa)3d28d3d28d普通硅酸盐水泥

42.542.5R17.022.042.542.53.54.06.56.552.552.5R23.027.052.552.54.05.07.07.0

由于混合材料的掺量较少，所以普通硅酸盐水泥的性质与硅酸盐水泥基本相同，略有差异，主要表现为：1.早期强度略低；2.耐腐蚀性略有提高；3.耐热性稍好；4.水化热略低；5.抗冻性、耐磨性、抗碳化性略有降低。4、矿渣硅酸盐水泥、火山灰质硅酸盐水泥、粉煤灰硅酸盐水泥1）矿渣硅酸盐水泥：简称矿渣水泥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，代号P·S。水泥中粒化高炉矿渣掺加量按质量百分比计为20%~70%，并分为A型和B型。A型矿渣掺量>20%且≤50%，代号P·S·A；B型矿渣掺量>50%且≤70%，代号P·S·B。2）火山灰质硅酸盐水泥：简称火山灰水泥

凡由硅酸盐水泥熟料和火山灰质混合材料、适量石膏磨细制成的水硬性胶凝材料，代号P·P。水泥中火山灰质混合材料掺加量按质量百分比计为20％～40％；

3）粉煤灰硅酸盐水泥：简称粉煤灰水泥凡由硅酸盐水泥熟料和粉煤灰、适量石膏磨细制成的水硬性胶凝材料，代号P·F。水泥中粉煤灰掺加量按质量百分比计为20％～40％。

这三种水泥强度等级分为32.5、32.5R、42.5、42.5R、52.5、52.5R六个强度等级。矿渣水泥、火山灰水泥及粉煤灰水泥的强度标准(GB1344—2007)强度等级抗压强度(MPa)抗折强度(MPa)3d28d3d28d32.510.032.52.55.532.5R15.032.53.55.542.515.042.53.56.542.5R19.042.54.06.552.521.052.54.07.052.5R23.052.54.57.04）三种水泥的共性（1）凝结硬化慢，早期强度低，后期强度增长快；（2）对温度敏感，适合高温湿热养护；（3）抗软水、海水和硫酸盐腐蚀的能力较强；（4）水化放热量小，适合大体积混凝土工程；（5）抗冻性和耐磨性较差，抗碳化能力差。5）三种水泥的特性（1）矿渣水泥：

耐热性较好，可用于温度不高于200℃的混凝土工程；如轧钢、铸造、锻造、热处理等高温车间及热工窑炉基础，也可用于温度高达300-400℃的热气体通道等耐热工程。保水性差，易产生泌水，抗渗性差，干缩性大，不宜用于有抗渗要求的混凝土工程中。（2）火山灰水泥：细微孔隙多，保水性好，泌水性低，水化形成的水化硅酸钙凝胶多，结构致密，具有较高的抗渗性和耐水性，可用于有抗渗要求的混凝土工程。当干燥收缩显著，水化停止后的凝胶易脱水收缩，影响强度和耐久性，需加强养护，保持湿润，不宜用于干热环境中。（3）粉煤灰水泥：

干缩性小，抗裂性好，和易性好。但吸水性差，水泥易泌水，形成较多连通孔隙，干燥时易产生细微裂缝，抗渗性差，不宜用于干燥环境和抗渗要求高的工程。5、复合硅酸盐水泥凡由硅酸盐水泥熟料、两种或两种以上规定的混合材料、适量石膏磨细制成的水硬性胶凝材料，称为复合硅酸盐水泥(简称复合水泥)，代号P·C。水泥中混合材料总掺加量按质量百分比应大于20％，不超过50％。允许用不超过8％的窑灰代替部分混合材料；掺矿渣时混合材料掺量不得与矿渣硅酸盐水泥重复。复合硅酸盐水泥强度等级分为32.5、32.5R、42.5、42.5R、52.5、52.5R六个强度等级。复合硅酸盐水泥的强度要求(GB12958—1999)

强度等级抗压强度(MPa)抗折强度(MPa)3d28d3d28d32.511.032.52.55.532.5R16.032.53.55.542.516.042.53.56.542.5R21.042.54.06.552.522.052.54.07.052.5R26.052.55.07.0复合硅酸盐水泥早期强度接近于普通水泥，性能略优于其他掺加混合材料的水泥，适用范围较广。掺加的两种或两种以上的混合材料，有利于发挥各种材料的优点，为充分利用混合材料生产水泥，扩大水泥应用范围，提供了广阔的途径。四、通用硅酸盐水泥的特性品种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主要特性凝结硬化快凝结硬化较快凝结硬化慢凝结硬化慢凝结硬化慢与所掺两种或两种以上混合材料的种类、掺量有关，其特性基本上与矿渣水泥、火山灰水泥、粉煤灰水泥的特性相似早期强度高早期强度较高早期强度低，后期强度增长较快早期强度低，后期强度增长较快早期强度低，后期强度增长较快水化热大水化热较大水化热较低水化热较低水化热较低抗冻性好抗冻性较好抗冻性差抗冻性差抗冻性差干缩性小干缩性较小干缩性大干缩性大干缩性较小，抗裂性较好耐蚀性差耐蚀性较差耐蚀性较好耐蚀性较好耐蚀性较好耐热性差耐热性较差耐热性好耐热性较好耐热性较好抗碳化能力差抗碳化能力差抗碳化能力差——泌水性大—————抗渗性较好—————和易性较好

五、常用水泥的选用

高铝水泥（铝酸盐水泥）快硬硅酸盐水泥白色和彩色硅酸盐水泥4.2特种水泥和专用水泥抗硫酸盐硅酸盐水泥道路水泥膨胀水泥低水化热硅酸盐水泥砌筑水泥一、高铝水泥（铝酸盐水泥）以铝矾土和石灰石为原料，经高温煅烧得到铝酸钙为主的熟料磨细制成。代号CA。按Al2O3的含量百分数分为四类：CA-50（50％≤Al2O3＜60％），CA-60（60％≤Al2O3＜68％），CA-70

（68％≤Al2O3＜77％），CA-80

（Al2O3≥77％）。

熟料矿物组成铝酸一钙（CA）－70％；二铝酸一钙（CA2）－少量；硅酸二钙（C2S）－少量。铝酸盐水泥的水化T＜20℃：CA+10H2O→CAH10；T=20～30℃：2CA+11H2O→C2AH8+Al2O3.3H2O；T＞30℃：3CA+12H2O→C3AH6+Al2O3.3H2O强度的产生CAH10、C2AH8相互交织成坚固的结晶合生体;氢氧化铝凝胶填充于晶体骨架空隙中;CAH10、C2AH8→C3AH6，强度降低温度升高，转化加速晶体的转化

快凝、早强。用于紧急工程、抢修工程、冬季施工工程；耐热性好和耐硫酸盐腐蚀性强。配制耐热混凝土和耐硫酸盐混凝土；水化热大。不能用于大体积混凝土；长期强度会降低。注意施工温度（15℃～25℃），按最低稳定强度设计；不得与硅酸盐水泥、石灰等混用；低收缩；耐碱性差;产品标准：《铝酸盐水泥》（GB201-2000）。产品特性及应用

二、快硬硅酸盐水泥

由硅酸盐水泥熟料和适量石膏磨细制成，以3d抗压强度表示强度等级的水硬性胶凝材料称为快硬硅酸盐水泥（简称快硬水泥）。(初凝时间45m、终凝时间<10h)快硬硅酸盐水泥的生产与普通水泥相似，主要是提高熟料中的快硬高强成分C3S和C3A的含量并适当的多掺加石膏，但要求严格的生产工艺条件，原料有害杂质要少，生料均匀性要好，熟料冷却速率要高。快硬硅酸盐水泥凝结硬化快，早期强度高，后期强度也高，抗冻性及抗渗性强，水化放热量大，耐腐蚀性差。适用于要求早期强度高的工程，紧急抢修工程，冬期施工工程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。三、白色和彩色硅酸盐水泥1.白色硅酸盐水泥（白水泥）硅酸盐水泥熟料中氧化铁等含量少。产品标准：《白色硅酸盐水泥》（GB/T2015-2005）。技术要求：细度、凝结时间、安定性、水泥白度（≥87）、强度（32.5、42.5、52.5）。2.彩色硅酸盐水泥生料＋着色物质、熟料＋着色物质、白水泥＋着色物质。

产品标准：《彩色硅酸盐水泥》（JC/T870-2000）。技术要求：三氧化硫、细度、凝结时间、安定性、强度、色差。3.应用：用于各种装饰装修。

在以硅酸钙为主要矿物成分的水泥熟料中，加入适量石膏磨细制成的具有一定抗硫酸盐侵蚀性能的水硬性胶凝材料，称为抗硫酸盐硅酸盐水泥，简称抗硫酸盐水泥。分为中抗硫酸盐硅酸盐水泥（P.MSR）和高抗硫酸盐硅酸盐水泥（P.HSR）两大类。抗硫酸盐水泥除了具有较高的抗腐蚀性能外，还具有较高的抗冻性，主要适应于受硫酸盐腐蚀、冻融循环及干湿交替作用的海港、水利、地下、隧涵、道路和桥梁基础工程。四、抗硫酸盐硅酸盐水泥五、膨胀水泥

硬化过程中不产生收缩而具有一定膨胀性能的水泥。按膨胀值的大小，膨胀水泥可分为补偿收缩水泥和自应力水泥两大类。补偿收缩水泥膨胀率较小，因此又叫做无收缩水泥，这种水泥可防止混凝土产生收缩裂缝；自应力水泥的膨胀值较大，这种靠水泥自身水化产生膨胀来张拉钢筋达到的预应力称为自应力。在路桥工程中，膨胀水泥常用于水泥混凝土路面、机场道面或桥梁结构中修补混凝土。膨胀原理：生成钙矾石。调整组分比例，可得不同的膨胀值。若膨胀受限，则产生自应力。自应力≥2MPa，称为自应力水泥；自应力＜2MPa，称为膨胀水泥；应用：补偿