土木工程材料-水泥

第二章水泥基本要求内容主要介绍水泥的分类、优点及生产。主要介绍硅酸盐水泥及掺加混合料的硅酸盐水泥，包括：定义、组成、水化、凝结与硬化、实验和技术性质、腐蚀与防护、特性和应用。重点6种硅酸盐水泥的定义硅酸盐水泥的矿物组成水泥水化、凝结与硬化机理技术性质及测试方法水泥的腐蚀及防护特性应用难点水泥水化、凝结和硬化机理各种水泥的异同点注意事项本章是整个课程的重点联系各种水泥进行学习着重分析它们之间的差异及造成这些差异的原因一、水泥的定义水泥是一种细磨成粉末状，加入适量水后成为可塑性的浆体，既能在空气中硬化，又能在水中硬化，并能将砂、石等材料牢固地胶结成具有一定强度的整体的水硬性胶凝材料。概述二、水泥的历史

Cement一词是由拉丁文caementum发展而来，是碎石及片石的意思。在5000年前，水泥的一些形式已经被人们所使用。埃及人用石灰砂浆建造金字塔，古罗马人用石灰和火山灰的混合物建造罗马圆形大剧场及一样著名的众神庙和古壁石道。18世纪中叶，英国航海业已较发达，但船只触礁和撞滩等海难事故频繁发生。为避免海难事故，采用灯塔进行导航。

当时英国建造灯塔的材料有两种：木材和“罗马砂浆”。

为解决航运安全问题，寻找抗海水侵蚀材料和建造耐久的灯塔成为18世纪50年代英国经济发展中的当务之急。

为此，英国国会不惜重金，礼聘被尊称为英国土木之父的工程师史密顿应聘承担建设灯塔的任务。1756年，史密顿在建造灯塔的过程中，研究了“石灰－火山灰－砂子”三组分砂浆中不同石灰石对砂浆性能的影响，发现含有黏土的石灰石，经煅烧和细磨处理后，加水制成的砂浆能慢慢硬化，在海水中的强度较“罗马砂浆”高很多，能耐海水的冲刷。1759年，史密顿使用新发现的砂浆建造了举世闻名的普利茅斯港的漩岩大灯塔。

用含黏土、石灰石制成的石灰被成为水硬性石灰。史密顿的这一发现是水泥发明过程中知识积累的一大飞跃，不仅对英国航海业做出了贡献，也对“波特兰水泥”的发明起到了重要作用。然而，史密顿研究成功的水硬性石灰，并未获得广泛应用，当时大量使用的仍是石灰、火山灰和砂子组成的“罗马砂浆”。“罗马水泥”是1796年前后由英国人佩克发明的。佩克将称为SepaTria的黏土质石灰岩，磨细后制成料球，在高于烧石灰的温度下煅烧，然后进行磨细制成水泥。佩克称这种水泥为“罗马水泥”，并取得了该水泥的专利权。“罗马水泥”凝结较快，可用于与水接触的工程，在英国曾得到广泛应用，一直沿用到被“波特兰水泥”所取代。

另一个英国人福斯特也是一位致力于水泥的研究者。他将两份重量白垩和一份重量黏土混合后加水湿磨成泥浆，送入料槽进行沉淀，置沉淀物于大气中干燥，然后放入石灰窑中煅烧，温度以料子中碳酸气完全挥发为准，烧成产品呈浅黄色，冷却后细磨成水泥。福斯特称该水泥为“英国水泥”，于1822年10月22日获得英国第4679号专利。

真正具有现代水泥基本特性的水泥，是由漂泊到英国利兹城的泥水匠阿斯谱丁发明的，1824年10月21日，阿斯谱丁获得英国第5022号的“波特兰水泥”专利证书，从而一举成为流芳百世的水泥发明人。

水泥的发明为建筑工程的发展提供了物质基础，使其由陆地工程发展到水中、地下工程中。水泥具有以下优点：多样性低成本可塑性工艺简单耐久性与钢筋粘结性好水硬性水泥的优点三、水泥的分类

按性能和用途分粉煤灰硅酸盐水泥火山灰质硅酸盐水泥水泥通用水泥专用水泥特性水泥硅酸盐水泥普通硅酸盐水泥矿渣硅酸盐水泥复合硅酸盐水泥如砌筑水泥、油井水泥、道路水泥、大坝水泥等如白色硅酸盐水泥、快凝快硬硅酸盐水泥等混合材料0-5%石膏熟料磨细硅酸盐水泥P.ⅠP.ⅡPⅠ表示不掺混合材料的硅酸盐水泥PⅡ表示混合材料掺量不超过5%的硅酸盐水泥混合材料6-15%石膏熟料磨细普通硅酸盐水泥P.O粒化高炉矿渣石膏熟料磨细矿渣硅酸盐水泥P.S火山灰质混合材料石膏熟料磨细火山灰质硅酸盐水泥P.P粉煤灰石膏熟料磨细粉煤灰硅酸盐水泥P.F两种以上混合材料石膏熟料磨细复合硅酸盐水泥P.C通用水泥专用水泥g级油井水泥特性水泥铝酸盐水泥抗硫酸盐水泥按水泥熟料的矿物组成，分为：水泥种类主要水硬性物质主要品种硅酸盐水泥硅酸钙绝大多数通用水泥、专用水泥和特性水泥铝酸盐水泥铝酸钙高铝水泥、自应力铝酸盐水泥、快硬高强铝酸盐水泥等。硫铝酸盐水泥无水硫铝酸钙硅酸二钙有自应力硫铝酸盐水泥、低碱度硫铝酸盐水泥、快硬硫铝酸盐水泥等铁铝酸盐水泥铁相、无水硫铝酸钙、硅酸二钙有自应力铁铝酸盐水泥、膨胀铁铝酸盐水泥、快硬铁铝酸盐水泥等氟铝酸盐水泥氟铝酸钙、硅酸二钙氟铝酸盐水泥等以火山灰或潜在水硬性材料以及其他活性材料为主要组分的水泥活性二氧化硅活性氧化铝石灰火山灰水泥、石膏矿渣水泥、低热钢渣矿渣水泥等四、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，尤其是产量居世界第一位。

但同时也存在着严重的不足，主要表现为：能耗大、污染严重。

第一节

通用硅酸盐水泥概述

一、通用硅酸盐水泥的生产

生产通用硅酸盐水泥熟料的原料主要是石灰石和黏土质原料两类。还需加入少量校正原料来调整，常采用黄铁矿渣等。

石灰质原料主要提供CaO，常采用石灰石、白垩、石灰质凝灰岩等。

黏土质原料主要提供SiO2、Al2O3及Fe2O3，常采用黏土、黏土质页岩、黄土等。

硅酸盐水泥的生产工艺可概括为三个阶段：生料制备：以石灰石、粘土和铁矿粉为主要原料（有时需加入校正原料），将其按一定比例配合、磨细，制得具有适当化学成分、质量均匀的生料。熟料煅烧：将生料在水泥窑内经1450℃高温煅烧至部分熔融，得到以硅酸钙为主要成分的硅酸盐水泥熟料。水泥粉磨：将熟料加适量石膏和0～5％的石灰石或粒化高炉矿渣共同磨细得到硅酸盐水泥。通用硅酸盐水泥的生产工艺概括起来就是“两磨一烧”。煅烧水泥熟料的窑型主要有两类：回转窑和立窑。

石灰石黏土铁矿粉生料石膏硅酸盐水泥混合材料熟料按比例混合磨细1350～1450℃煅烧磨细立窑和立窑烧成车间回转窑和回转窑烧成车间水泥回转窑二、通用硅酸盐水泥的组成

通用硅酸盐水泥由硅酸盐水泥熟料、石膏调凝剂和混合材料三部分组成。（一）硅酸盐水泥熟料以适当成分的生料煅烧至部分熔融，所得以硅酸钙为主要成分的产物，称为硅酸盐水泥熟料。生料SiO2CaO化合反应800～1450℃800℃左右分解反应Al2O3Fe2O32CaO·SiO23CaO·SiO23CaO·Al2O34CaO·Al2O3·Fe2O3矿物名称化学成分缩写符号含量硅酸三钙3CaO·SiO2

C3S36％～60％硅酸二钙2CaO·SiO2

C2S15％～37％铝酸三钙3CaO·Al2O3

C3A7％～15％铁铝酸四钙4CaO·Al2O3·Fe2O3

C4AF10％～18％硅酸盐水泥熟料的矿物组成水泥熟料（立窑）葡萄状熟料水泥熟料（回转窑）水泥熟料提升单个熟料颗粒横切面结构（立窑）电子显微镜下磨细熟料颗粒外观反光显微镜下熟料矿物形貌C3SC2S（二）石膏作用：缓凝、调节凝结速度，主要控制C3A；成分：二水石膏（CaSO4

·2H2O

）或无水石膏（CaSO4，又称硬石膏）；掺量：取决于C3A，一般3～5％；过多起不到调整凝结作用，过多易引起体积安定性不良。（三）混合材料作用：①改善水泥性质（降低水化热，提高防腐性能）；②调节水泥标号；③提高水泥产量（节约水泥原料）

按性能不同（1）活性混合材料活性：能与碱水溶液和硫酸盐溶液反应，生成水硬性化合物粒化高炉矿渣：CaO，SiO2，Al2O3，Fe2O3

（含量＞90％）火山灰质混合材料：活性SiO2和活性Al2O3粉煤灰：SiO2和Al2O3（含量＞60％）（2）非活性混合材料非活性：不能与碱水溶液和硫酸盐溶液反应。品种：磨细石英砂、石灰石、粘土、慢冷矿渣等掺加目的：调节水泥标号、提高产量、降低水化热活性混合材水淬矿渣粉煤灰火力发电厂湿排粉煤灰干排粉煤灰（电收尘器）火山灰（烧黏土）烧粘土（炉渣）烧黏土（煤矸石）非活性混合材水泥厂窑灰石灰石粉

第二节

硅酸盐水泥和普通硅酸盐水泥

一、硅酸盐水泥的水化和凝结硬化水化：水泥熟料与水及混合材料反应；凝结：水泥加水拌合而成的浆体，经过一系列物理化学变化，浆体逐渐变稠失去可塑性而成为水泥石的过程；硬化：水泥石强度逐渐发展的过程称为硬化。水泥的凝结过程和硬化过程是连续进行的。凝结过程较短暂，一般几个小时即可完成；硬化过程是一个长期的过程，在一定温度和湿度下可持续几十年。

第二节

硅酸盐水泥和普通硅酸盐水泥

（一）硅酸盐水泥的水化硅酸盐水泥与水拌合后，其熟料颗粒表面的四种矿物立即与水发生水化反应，生成各种水化产物并放出一定热量。1.硅酸三钙水化生成水化硅酸钙凝胶和氢氧化钙晶体。该水化反应的速度快，形成早期强度并生成早期水化热。

3CaO·SiO2+H2O

CaO·2SiO2·3H2O+Ca(OH)2

第二节

硅酸盐水泥和普通硅酸盐水泥

2.硅酸二钙水化生成水化硅酸钙凝胶和氢氧化钙晶体。该水化反应的速度慢，对后期龄期混凝土强度的发展起关键作用。水化热释放缓慢。产物中氢氧化钙的含量减少时，可以生成更多的水化产物。

2CaO·SiO2+H2O3CaO·2SiO2·3H2O+Ca(OH)2

第二节

硅酸盐水泥和普通硅酸盐水泥

3.铝酸三钙水化生成水化铝酸钙晶体。该水化反应速度极快，并且释放出大量的热量。如果不控制铝酸三钙的反应速度，将产生闪凝现象，水泥将无法正常使用。通常通过在水泥中掺有适量石膏，可以避免上述问题的发生。

3CaO·Al2O3+H2O3CaO·Al2O3·6H2O

第二节

硅酸盐水泥和普通硅酸盐水泥

4.铁铝酸四钙水化生成水化铝酸钙晶体和水化铁酸钙凝胶.该水化反应的速度和水化放热量均属中等。4CaO·Al2O3·Fe2O3+H2O3CaO·Al2O3·6H2O+CaO·Fe2O3·H2O水泥熟料水化后的主要水化产物有：水化硅酸钙(70%)氢氧化钙(20%)水化铝酸钙水化铁酸钙水化硫铝酸钙

由C3S和C2S生成的水化硅酸钙（简写成C-S-H）几乎不溶于水，而以胶体微粒析出，并逐渐凝聚成为凝胶。由这些颗粒构成的网状结构具有很高的强度。

电子显微镜观察到的C－S－H形貌（呈结晶度较差的箔片状和纤维颗粒）结晶完整的Ca（OH）2晶体

粉磨水泥时掺入的适量石膏与水化铝酸三钙晶体反应生成高硫型水化硫铝酸钙，又称钙矾石或AFt，水化硫铝酸钙是难溶于水的针状晶体，它沉淀在熟料颗粒的周围，阻碍了水分的进入，因此起到了延缓水泥凝结的作用。石膏完全消耗后，一部分钙矾石将转变为单硫型水化硫铝酸钙（简式AFm）晶体。

3CaO·Al2O3·6H2O+H2O+CaSO4·2H2O3CaO·Al2O3·3CaSO4·31H2O

钙矾石环境扫描电子显微镜观察水泥净浆中快速生成的铝酸钙晶体环境扫描电子显微镜观察到水泥净浆中快速生成的针状硫铝酸钙晶体矿物种类硅酸三钙硅酸二钙铝酸三钙铁铝酸四钙缩写C3SC2SC3AC4AF含量（%）37-6015-377-1510-18水化速度快慢最快快水化热多少最多较多强度高早低后高低低抗腐蚀性好好差极好收缩中较大大小（二）硅酸盐水泥的凝结硬化过程一般按水化反应速率和水泥浆体的结构特征，硅酸盐水泥的凝结硬化过程可分为：初始反应期、潜伏期、凝结期、硬化期4个阶段。

凝结硬化过程初始反应期初始的溶解和水化，约持续5-10分钟。潜伏期流动性可塑性好凝胶体膜层围绕水泥颗粒成长，1h

凝胶膜破裂、长大并连接、水泥颗粒进一步水化，6h。多孔的空间网络—凝聚结构，失去可塑性凝结期凝胶体填充毛细管，6h-若干年硬化石状体密实空间网硬化期（三）水泥石的结构由水化产物（凝胶体）、未水化的水泥颗粒内核、孔隙等组成的多相（固、液、气）的多孔体系。

孔隙硬化水泥石结构A——凝胶体（C－S－H凝胶，水化硅酸钙凝胶）；B——晶体（氢氧化钙、水化铝酸钙、水化硫铝酸钙）；C——孔隙（毛细孔、凝胶孔、气孔等）；D——未水化的水泥颗粒水泥石的结构

1、水泥石主要由凝胶体、晶体、孔隙、水、空气和未水化的水泥颗粒等组成，存在固相、液相和气相。2、硬化后的水泥石是一种多相多孔体系。3、水泥石的结构（水化产物的种类及相对含量、孔的结构）对其性能影响最大。（四）影响硅酸盐水泥凝结硬化的主要因素

1.熟料的矿物组成；

2.水泥细度；

3.石膏掺量；

4.水泥浆的水灰比；

5.温度与湿度；

6.养护龄期。

水灰比对水泥石结构的影响二、硅酸盐水泥的技术性质（GB175-2007）（一）细度水泥的细度指水泥的磨细程度或分散度。细度决定了水泥与水接触的表面积。从而影响水泥的水化和凝结速度和性质。水泥细度通常采用筛析法或比表面积法测定。勃氏比表面积仪筛析法（0.080mm方孔筛）干筛、水筛、负压筛负压筛析仪

国家标准规定，硅酸盐水泥的比表面积不小于300m2/kg。细度与水接触的表面积凝结和硬化速度性质<40μ大高强度高过细很大很高成本高D

>100μ小低低水泥的细度和性质（二）凝结时间凝结时间分初凝时间和终凝时间，初凝时间是指从加水到水泥浆开始失去塑性的时间，终凝时间是指从加水到水泥浆完全失去塑性的时间。国家标准规定，硅酸盐水泥的初凝时间不得早于45min，终凝时间不得迟于390min。

水泥凝结时间的测定，是以标准稠度的水泥净浆，在规定温度和湿度条件下，用凝结时间测定仪测定。所谓标准稠度用水量是指水泥净浆达到规定稠度时所需的拌合用水量，以占水泥重量的百分率表示，硅酸盐水泥的标准稠度用水量，一般为24%～30%。

水泥净浆搅拌机测标准稠度用水量和凝结时间的维卡仪代用法标准法不变(固定)水量法称取500g水泥加入500×P%ml水采用标准稠度测定仪测量P%

通过水泥净浆凝结时间测定仪测定标准稠度水泥净浆的凝结时间。凝结时间测定仪凝结时间测定概念从水泥加水拌和起至标准稠度的水泥净浆开始失去可塑性所需的时间标准要求≮45min国产水泥一般为1-3h实验测试时以试针距底板4±1mm为准。工程意义水泥的初凝时间不宜过早，以便施工时有充分的时间搅拌、运输、浇捣和砌筑等操作。初始凝结时间终凝时间概念从水泥加水拌和起至水泥净浆完全失去可塑性并开始产生强度所需的时间。标准要求≯390min国产水泥一般为5-6h实验测试时以试针下沉0.5mm为准。工程意义终凝时间不宜过迟，以便施工完毕后更快硬化，达到一定的强度，以利于下一步施工工艺的进行。定义

指水泥硬化过程中体积变化小且均匀的性能。体积安定性不良水泥硬化后产生不均匀的体积变化（裂纹后弯曲）。使建筑质量下降，甚至引起严重的建筑事故。硅酸盐水泥的体积安定性工程事故实例二则1、1884年，法国一座桥梁由于使用了氧化镁含量较高的立窑水泥，在建成两年后，因混凝土膨胀而破坏。

2、上海市普陀区某大厦11-14层主体结构用某水泥，经多次检验其安定性不合格，其F—CaO含量高达6.85%，用蒸煮法加速试验，结果混凝土劈拉强度下降达25%以上，抗压强度下降也达15%，且存在进一步下降的可能。上海市建委决定推倒重建，于1995年逐层爆破拆除。这起事故引起的直接经济损失为211.8万元。安定性不良对工程的影响体积安定性不良的原因过量游离的CaO过量游离的MgO过量石膏水泥中的游离氧化钙或氧化镁都是过烧的，它们的水速度慢，在水泥硬化后才开始水化，使已经硬化的水泥石膨胀开裂。当石膏掺量过多时，在水泥硬化后，它还能继续与水化铝酸钙反应，生成高硫型水化硫铝酸钙，体积增大1.5倍，引起水泥石开裂。此时，水化硫铝酸钙被称为水泥杆菌。体积安定性不良的原因煮沸法-加速实验法测量体积安定性的两种方法：试饼法观察水泥净试饼在沸煮后的外形变化雷氏夹法测量水泥石饼沸煮后的膨胀值

体积稳定性的测定水泥安定性的测定——试饼法煮沸法测定仪体积安定性不良水泥安定性的测定——试饼法雷氏夹法体积安定性测定仪水泥安定性的测定——雷氏夹法雷氏夹水泥安定性的测定——雷氏夹法限制上述测试方法仅能测出游离CaO是否过量。游离MgO和石膏不能通过加速实验的方法检测所以它们必须在生产工艺中严格控制，避免过量。

标准规定：

MgO≯5%、石膏SO3≯3.5%。体积安定性的测定（四）强度水泥的强度是评定其质量的重要指标，也是划分水泥强度等级的依据。

水泥的强度包括抗压强度与抗折强度，必须同时满足标准要求，缺一不可。水泥胶砂强度的试验设备水泥胶砂搅拌机水泥标准养护箱水泥抗折试验机水泥抗压夹具水泥胶砂振实台液压万能试验机水泥强度标准试模水泥胶砂搅拌机控制器加砂箱搅拌叶搅拌锅水泥胶砂搅拌机控制器记数器套模摆动臂摆动轴水泥胶砂振实台水泥恒温恒湿养护箱上压板下压板水泥抗压夹具标尺平衡锤控制箱抗折夹具游动砝码水泥胶砂强度的测定原理水泥+标准砂+水质量比1：3.0：0.50一组试件材料称量450g1350g225ml

共制作两组试件，在温度为20±1℃，相对湿度在90%以上的潮湿条件下养护3d、28d，分别测定的抗折强度(fce,m

)和抗压强度(fce,c)，即为水泥的“胶砂强度”(MPa)。水泥胶砂强度试验步骤清理安装水泥试模搅拌水泥胶砂成型试件

将搅拌好的水泥胶砂，装入试模，开动振实台，以60次/分钟的频率振捣1分钟，取下试模，用水泥专用工具将试模表面多余的水泥胶砂刮去。写上成型日期和编号。养护测定抗折破坏荷载测定抗压破坏荷载称取：水泥水标准砂低速搅拌30s加砂低速搅拌30s高速搅拌30s高速搅拌60s停90s水泥抗折强度测定l=100mmF(N)50mm结果计算评定每个龄期测定破坏荷载F1，F2，F340mm40mmbh横截面水泥标准试件160×40×40mm下压板上压板FF水泥抗压强度测定受力面积A=40×40mm结果计算评定测定出抗压破坏荷载F1～F6每个龄期每组6个半截试件抗折强度（MPa）抗压强度（MPa）六个抗压强度值中剔除最大、最小值各1个，剩下四个平均作为抗压强度试验结果；如不足六个时，取平均值；不足四个时，试验无效。fce,c==（1/1600）F结果评定：fce,m==0.00234F结果评定：以三个试件的算术平均值作为结果；如果三个值中有一个超过平均值的±10%，剔除该值后取平均值；如有两个超过时，试验无效。强度等级根据3天和28天抗压强度3天和28天抗折强度硅酸盐水泥可分为6个等级：42.5，42.5R,52.5，52.5R,62.5,62.5R各龄期的强度不低于GB175-2007表中的规定。按早期强度不同分为两种类型，早强型(用R表示)和普通型。62.5R62.552.5R52.542.5R42.5StrengthGrade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表3-4硅酸盐水泥各龄期的强度要求（GB175-2007）

举例等级

抗压强度(MPa)抗折强度（MPa）

3d28d3d28d？23.0454.06.8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技术性质分析

水泥在出厂和使用前必须检验的技术指标有四项：细度、凝结时间、强度和体积安定性。这四项指标中，除强度外，其它任何一项指标不合格，则水泥不能使用；反之，若仅强度一项指标不合格，而其它三项指标合格，则水泥可降等级使用。

IfonlythestrengthisunqualifiedCementofthelowergrade其他性质密度:3.0-3.15g/cm3,通常3.1g/cm3堆积密度:1000-1600kg/m3碱含量以Na2O+0.658K2O计算值表示，以防止碱-骨料反应的发生。低碱水泥含碱量≯0.6%，或由供需双方商定。水化热大部分的水化热在水化反应的初期释放出来，它的数量决定于水泥的化学成分和细度、矿物掺合料以及酸的侵蚀。C3S，C3A越高，颗粒越细，水化热越大，对冬季施工有利，但对大体积混凝土工程有害。水泥水化热测定仪水泥石的腐蚀和防止简介腐蚀类型腐蚀原因防止措施简介水泥石硬化后，在正常的使用条件下，即在潮湿环境中或水中，仍可以逐渐硬化并不断增长期强度。

水泥石的腐蚀在一些腐蚀性介质中，水泥石的结构会遭到破坏，强度和耐久性降低，甚至完全破坏的现象。（一）水泥石的几种主要侵蚀类型

1.软水侵蚀（溶出性侵蚀）；

2.盐类侵蚀;最常见的盐类侵蚀是硫酸盐侵蚀与镁盐侵蚀。

3.酸类侵蚀：（1）碳酸侵蚀；（2）一般酸侵蚀；

4.强碱侵蚀。水泥的耐蚀性可用耐蚀系数定量表示。

软水侵蚀特点介质—软水（含HCO3－少的水，如雨水、雪水和蒸馏水）；氢氧化钙溶解于水中引起的腐蚀。

过程当水泥石与软水接触时，最先溶出的成分是氢氧化钙。当水泥使处于流水或是有压力的水中时，氢氧化钙不断溶解流失，水泥石的密实度下降，强度和耐久性也降低；而且，由于氢氧化钙浓度的下降，还引起了水泥石中的其它水化产物的分解在硬水中会发生如下反应生成的氢氧化钙几乎不溶于水，堆积在水泥石的空隙中，形成密实的保护层预防措施将与软水接触的混凝土，事先在空气中碳化－人工碳化Ca(OH)2+Ca(HCO3)2CaCO3+H2O软水侵蚀人工碳化将与软水接触的混凝土，事先在空气中碳化Ca(OH)2+Ca(HCO3)2

CaCO3+H2O生成的氢氧化钙几乎不溶于水，堆积在水泥石的空隙中，形成密实的保护层硫酸盐腐蚀特点以硫酸盐为介质的海水、地下水等硫酸盐与水泥石中的成分反应生成膨胀性晶体，使水泥石破坏腐蚀过程举例：AFt钙钒石硫酸盐腐蚀钙钒石呈针状晶体，常称其为“水泥杆菌”。

若硫酸钙浓度过高，则直接在孔隙中生成二水石膏晶体，产生体积膨胀，也会导致水泥石结构破坏。

MgCl2+Ca(OH)2=Mg(OH)2+CaCl2MgSO4+Ca(OH)2+H2O=Mg(OH)2+CaSO4·2H2O

结晶膨胀易溶于水镁盐腐蚀

特点以镁盐为介质的海水、地下水等镁盐与水泥石中的成分反应，生成易溶于水或松软无胶凝作用的产物，破坏水泥石腐蚀过程举例：碳酸盐腐蚀

Ca(OH)2+CO2+H2OCaCO3+2H2OCaCO3+H2O+CO2Ca(HCO3)2

易溶于水特点以碳酸盐为介质的海水、地下水等碳酸盐与水泥石中的成分反应，生成易溶于水的产物，破坏水泥石腐蚀过程举例：酸的腐蚀易溶于水

结晶膨胀OHCaSOOHCaSOHOHCaClOHCaHCl242422222)(2)(2®++®+特点以酸性介质为主的工业环境等酸与水泥石中的成分反应，生成易溶于水、结晶膨胀的产物，破坏水泥石腐蚀过程举例：碱的腐蚀

易溶于水干燥空气

结晶膨胀特点碱与水泥石中的成分反应，生成易溶于水、结晶膨胀的产物，破坏水泥石Back腐蚀原因内因水泥石中存在着易受腐蚀的氢氧化钙和水化铝酸钙；水泥石本身不密实，使侵蚀性介质易于进入其内部；腐蚀与介质相互作用；外因腐蚀介质、温度、湿度、介质浓度

Back防止措施根据环境特点，合理选择水泥品种提高水泥石的密实度在混凝土表面覆盖保护层，对有特殊要求的混凝土工程，还可以采用浸渍混凝土四、硅酸盐水泥的特性与应用1、强度高——早期强度要求高的工程

——高强混凝土结构

——预应力混凝土结构2、硬化快——要求凝结快、早强高的工程

——冬季施工，预制、现浇等工程3、抗冻性好——冬季施工

——严寒地区遭受反复冻融的工程四、硅酸盐水泥的特性与应用4、耐蚀性差——不适用与淡水及海水等腐蚀性介质接触的工程5、耐热性差——

不适用于有耐热要求的混凝土工程

6、水化热大——

不适用于大体积混凝土工程，但有利于低温季节畜热法施工7、耐磨性好——

适用于公路、地面工程8、抗碳化性好——

对钢筋的保护作用强，适合CO2浓度高的环境

水泥砂浆人工碳化28d五、普通硅酸盐水泥(GB175—2007)

普通硅酸盐水泥由硅酸盐水泥熟料、再加入＞5%且≤20%的活性混合材料及适量石膏组成，简称普通水泥，代号P·O。活性混合材料的最大掺量不得超过20%，其中允许用不超过水泥质量5%的窑灰或不超过水泥质量8%的非活性混合材料来代替。普通硅酸盐水泥的终凝时间不得大于600min，其余技术性质要求同硅酸盐水泥。具体规定参见教材表3-5。

普通硅酸盐水泥与硅酸盐水泥的差别仅在于其中含有少量混合材料，而绝大部分仍是硅酸盐水泥熟料，故其特性与硅酸盐水泥基本相同。

但由于掺入少量混合材料，因此与同强度等级硅酸盐水泥相比：

——早期硬化速度稍慢；

——3d强度稍低；

——抗冻性稍差；

——水化热稍小；

——耐腐性稍好。

第三节

掺大量混合材料的硅酸盐水泥

一、混合材料

按其性能可分为活性混合材料和非活性混合材料两大类。（一）活性混合材料

1．粒化高炉矿渣。活性玻璃体使其具有较高的潜在活性。2．火山灰质混合材料。含活性Al2O3和活性SiO2。3．硅粉。无定形SiO2含量大于90%。4．粉煤灰。含活性Al2O3和活性SiO2。含大量玻璃微珠。（二）非活性混合材料常温下与石灰、石膏或硅酸盐水泥一起，加水拌合后不能发生水化反应或反应甚微，不能生成水硬性产物的材料。

微硅粉及在杭州湾跨海大桥中的应用粉煤灰中的球形玻璃微珠（漂珠及沉珠）二、活性混合材料的水化磨细的活性混合材料与水调和后，本身不会硬化或硬化极其缓慢；但在饱和Ca(OH)2溶液中，常温下就会发生显著的水化反应，这被称为“二次反应”。

xCa(OH)2+活性SiO2+n1H2O

xCaO·SiO2

·

（n1+x）H2OxCa(OH)2+活性Al2O3+n2

H2O

yCaO·Al2O3·

（n2+y）H2O

生成的水化硅酸钙和水化铝酸钙是具有水硬性的产物，与硅酸盐水泥中的水化产物相同。

当有石膏存在时，水化铝酸钙和石膏进一步反应生成水化硫铝酸钙。因此，氢氧化钙和石膏激发了混合材料的活性。碱性激发剂硫酸盐激发剂

掺活性混合材料的硅酸盐水泥与水拌和水泥熟料水化；水泥熟料水化产物Ca（OH）2与活性SiO2和活性Al2O3发生水化反应。硅酸盐水泥中掺混合材料水泥熟料相对含量降低水化速度较慢早期强度较低。三、混合材料在水泥生产中的作用

活性混合材料主要作用：改善水泥的某些性能；调节水泥强度；降低水化热；降低生产成本；增加水泥产量；扩大水泥品种。

非活性混合材料主要作用：调节水泥强度；降低水化热；降低生产成本；增加水泥产量。

四、矿渣硅酸盐水泥、火山灰质硅酸盐水泥、粉煤灰硅酸盐水泥、复合硅酸盐水泥（一）组成与技术要求

GB175—2007规定：由硅酸盐水泥熟料，再加入质量分数＞20%的单个或二个及以上不同品种的混合材料及适量石膏，组成上述四个品种的硅酸盐水泥。强度等级规定参见教材P46表3－6。（二）特性与应用

1．四种水泥的共性。（1）早期强度低、后期强度发展高。不适合用于早期强度要求高的混凝土工程，如冬季现浇工程等。（2）对温度敏感，适合高温养护。（3）耐腐蚀性好。适合用于有硫酸盐、镁盐、软水等侵蚀作用的环境，如水工、海港、码头等混凝土工程。但当侵蚀介质的浓度较高或耐腐蚀性要求高时，仍不宜使用。

（4）水化热小。适合用于大体积混凝土工程。（5）抗冻性较差。不适合冬期施工。（6）抗碳化性较差。不适合用于二氧化碳浓度含量高的工业厂房，如铸造、翻砂车间等。

掺60％低钙粉煤灰砂浆人工碳化28d2．四种水泥的特性（1）矿渣硅酸盐水泥。抗渗性差，且干缩较大。耐热性较好。（2）火山灰质硅酸盐水泥。加强保湿养护，抗渗性较好，适合用于有抗