第三章水泥及水泥实验

建筑材料与检测目录单元3水泥3.1水泥的概述3.2通用硅酸盐水泥3.3其他品种水泥3.4水泥石的腐蚀与防护3.5水泥性能检测学习目标1．了解建筑中常见各种水泥的性能、应用范围与检测标准。2．了解水泥制品及水泥石的腐蚀原因、类型及防护。3.掌握水泥的物理性能检测方法。单元3水泥3.1水泥的概述3.1水泥的概述3.1水泥的概述3.1水泥的概述3.1水泥的概述3.1水泥的概述3.1水泥的概述

水泥是一种粉状水硬性无机胶凝材料。加水搅拌后成浆体，能在空气中硬化或者在水中更好地硬化，并能把砂、石等材料牢固地胶结在一起形成水泥混凝土，是一种应用非常广泛的建筑材料。3.1水泥的概述3.1水泥的概述按其主要成分分为硅酸盐类水泥、铝酸盐类水泥、硫铝酸盐类水泥和磷酸盐类水泥。按水泥的用途和性能又可分为通用水泥(如硅酸盐水泥、矿渣硅酸盐水泥等)、专用水泥(如中、低热水泥等)及特性水泥(如快硬硅酸盐水泥、膨胀水泥等)。3.1.1水泥的分类3.1水泥的概述3.1.2水泥的命名原则通用水泥以水泥的主要水硬性矿物名称冠以混合材料名称或以其他适当名称命名。（1）专用水泥以其专门用途命名，并可冠以不同型号。（2）特性水泥以水泥的主要水硬性矿物名称冠以水泥的主要特性命名，并可冠以不同型号或混合材料名称。（3）3.2通用硅酸盐水泥3.2.1通用硅酸盐水泥的概述

通用硅酸盐水泥是由硅酸盐水泥熟料和适量的石膏及规定的混合材料制成的水硬性胶凝材料。通用硅酸盐水泥按混合材料的品种和掺量分为硅酸盐水泥（代号P·Ⅰ、P·Ⅱ）、普通硅酸盐水泥(代号P·O）、矿渣硅酸盐水泥(代号P·S）、火山灰质硅酸盐水泥(代号P·P）、粉煤灰硅酸盐水泥(代号P·F）和复合硅酸盐水泥(代号P·C）。

通用硅酸盐水泥分两种类型：不掺混合材的称Ⅰ型硅酸盐水泥，其代号为P·Ⅰ；在硅酸盐水泥熟料粉磨时掺加不超过水泥质量5%的石灰石或粒化高炉矿渣混合材的称Ⅱ型硅酸盐水泥，其代号为P·Ⅱ。3.2通用硅酸盐水泥例题1：不掺加混合材料的硅酸盐水泥代号为（）。A.Ｐ.ＩB.Ｐ.Ⅱ

C.P.O

D.P.P例题2：代号为P·O的通用硅酸盐水泥是（）。

A.硅酸盐水泥

B.普通硅酸盐水泥

C.粉煤灰硅酸盐水泥

D.复合硅酸盐水泥3.2通用硅酸盐水泥3.2.2通用硅酸盐水泥的生产及矿物组成硅酸盐水泥生产的简要过程1.破碎及预均化2.制备生料4.粉磨熟料3.煅烧生料3.2通用硅酸盐水泥3.2.2通用硅酸盐水泥的生产及矿物组成硅酸盐水泥熟料的主要矿物组成水泥加水拌和后，成为可塑性浆体，随后，水泥浆逐渐变稠而失去塑性，但尚不具有强度的过程，称为水泥的凝结。

凝结过后，水泥浆产生明显的强度并逐渐发展成为坚硬的固体，这一过程称为水泥的硬化。3.2通用硅酸盐水泥3.2.3通用硅酸盐水泥的水化与凝结硬化3.2通用硅酸盐水泥（1）硅酸三钙的水化。在水泥矿物中，硅酸三钙含量最高，它与水作用时，反应较快，水化放热量大，生成水化硅酸钙及氢氧化钙。（2）硅酸二钙的水化。硅酸二钙的水化产物与硅酸三钙相同，但数量不同。其水化反应较慢，水化放热量小。3.2.3通用硅酸盐水泥的水化3.2.3通用硅酸盐水泥的水化与凝结硬化水化反应产物电镜照片(1)CHCrystal氢氧化钙晶体C-S-H水化硅酸钙凝胶3.2通用硅酸盐水泥（3）铝酸三钙的水化。铝酸三钙与水作用时，反应极快，水化放热量很大，生成水化铝酸三钙。水化铝酸三钙为晶体，易溶于水，它在石灰饱和溶液中能与氢氧化钙进一步反应，生成水化铝酸四钙。为了调节水泥的凝结时间，掺入适量石膏，这些石膏与反应最快的铝酸三钙的水化产物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。3.2.3通用硅酸盐水泥的水化与凝结硬化3.2通用硅酸盐水泥（4）铁铝酸四钙的水化。铁铝酸四钙与水作用时反应也较快，水化热中等，生成水化铝酸三钙及水化铁酸钙凝胶。3.2.3通用硅酸盐水泥的水化与凝结硬化1、初始反应期硅酸盐水泥的凝结硬化过程1、初始反应期2、潜伏期3、凝结期水化产物填充空隙并将水泥颗粒连接在一起3、凝结期已水化的水泥浆里留下的孔隙未水化水泥颗粒4、硬化期水化反应产物电镜照片(2)水泥浆扫描电镜照片（7d龄期）C-S-H钙矾石水泥石的组成水泥石水泥凝胶体毛细管孔未水化水泥核毛细管自由水C3S2H3、CFH凝胶孔凝胶水结晶体CHC3AH6AFt、AFm凝胶体和凝胶孔形成空间网状结构3.2通用硅酸盐水泥影响水泥凝结硬化的主要因素1、熟料矿物组成2、水泥细度3、石膏掺量4、拌合加水量（水灰比）5、调凝外加剂6、养护湿度和温度3.2通用硅酸盐水泥影响水泥凝结硬化的主要因素1、熟料矿物组成28天内各矿物的水化速度为C3A>C3S>C4AF>C2S。

C3A是影响水泥凝结时间的决定性因数3.2通用硅酸盐水泥影响水泥凝结硬化的主要因素2、水泥细度

·细度越细，反应物的表面积越大，反应速度快;

磨细的过程中，使晶格扭曲程度增大，晶格缺陷增加，反应活性高，使水化反应易于进行。

·细度增加使早期水化反应和强度提高，对后强度没有很多益处。3.2通用硅酸盐水泥影响水泥凝结硬化的主要因素3、石膏掺量石膏起缓凝作用的机理可解释为:水泥水化时，石膏能很快与铭酸三钙作用生成水化硫铝酸钙(钙矾石AFt)，钙矶石很难滚解于水，它沉波在水泥预拉表面上形成保护膜，从而阻碍了铝酸三钙的水化反应，挂制了水泥的水化反应速度，延缓了凝结时间。3.2通用硅酸盐水泥钙钒石晶体影响水泥凝结硬化的主要因素4、拌合加水量（水灰比）

水灰比在0.25~1.0之间，对早期水化速率并无明显影响，但水灰比过小，会使后期的水化反应延缓。为了达到充分水化的目的，拌和水量应为化学反应所需水量的一倍左右。水灰比宜在0.4以上。·影响水化速度;·影响水泥浆的结构和孔隙率;·影响强度。保证成型质量的前提下，应降低水灰比，以提高水泥石的硬化速度和强度3.2通用硅酸盐水泥影响水泥凝结硬化的主要因素5、调凝外加剂

绝大多数无机电解质都有促进水泥水化的作用，如CaCl2;多数有机外加剂对水化有延缓作用，常用各种木质素磺酸钠。促凝剂:CaCl2使液相钙离子浓度高、加快Ca(OH)2的结晶缓凝剂:葡萄糖酸—阻碍C-S-H成核木质素磺酸盐一推迟Ca(OH)结晶早强剂:三乙醇胺:对C3SC2S有催化:硅28天强度高40%以上3.2通用硅酸盐水泥影响水泥凝结硬化的主要因素6、养护湿度和温度

.:.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，甚至至下降。.:.水的存在是水泥水化反应的必要条件。当环境温度十分干燥时，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。3.2通用硅酸盐水泥影响水泥凝结硬化的主要因素7、养护龄期

.:.水泥的凝结硬化是随时间延长而渐进的过程，只要温度、湿度适宜，水泥强度的增长可持续若干年。3.2通用硅酸盐水泥影响水泥凝结硬化的主要因素8、水泥受潮与久存

.:.3个月后水泥强度会降低10%~20%，需要进行复验以重新确定其强度和等级。.:.对于轻微结块的水泥，其强度等级降低10%~20%，可采取适当方式压碎后用于次要工程3.2通用硅酸盐水泥3.2通用硅酸盐水泥水泥进场使用前应分批对其强度、安定性和凝结时间进行复验。

检验批应以同一水泥厂、同品牌、同强度等级、同一出厂编号，袋装水泥每≤200t为一验收批，散装水泥每≤500t为一验收批，每批取样一组（12kg）为一批。当在使用中对水泥质量有怀疑或水泥出厂超过三个月（快硬硅酸盐水泥超过一个月)时，应复查试验，并按其结果使用。不同品种的水泥，不得混合使用。另外：水泥应有生产厂家的出厂质量证明书和试验报告（内容包括厂名、品种、强度等级、生产日期、出厂编号和试验编号；厂家3天试验报告和28天补强报告）3.2通用硅酸盐水泥3.2.4通用硅酸盐水泥的指标要求（1）通用硅酸盐水泥的化学指标3.2通用硅酸盐水泥3.2.4通用硅酸盐水泥的指标要求（2）通用硅酸盐水泥物理指标④⑤①②③凝结时间细度（选择性指标）体积安定性碱含量（选择性指标）

通用硅酸盐水泥强度与强度等级1.细度（1）定义：水泥颗粒的粗细程度或分散度。（2）细度与性质关系：细度决定了水泥与水接触的表面积，从而影响水泥的凝结时间和性质。水泥细度和性质关系细度与水接触面积凝结硬化速度性质＜40μ大高早强高过细很大很高硬化收缩大，易受潮而降低活性；成本高＞100μ小低强度低（3）指标比表面积：是指单位质量的水泥粉末所具有的表面积的总和（m2/kg，cm2/g）

——勃氏法（适用于硅酸盐水泥，比表面积＞300m2/kg）筛余量:通过0.08mm方孔筛的筛余量（%）

——负压筛析法、水筛法、手工筛法（P51）（适用于其它水泥）注意1.细度细度不合格者为不合格品勃氏透气仪筛分仪1.细度凝结时间分初凝和终凝。

初凝时间是指从水泥全部加入水中到水泥开始失去可塑性所需的时间；终凝时间是指从水泥全部加入水中到水泥完全失去可塑性开始产生强度所需的时间。

2.凝结时间凝结时间测定

仪器：采用凝结时间测定仪（维卡仪）水泥浆体：采用水泥标准稠度净浆。初凝时间：试针距底板距离为4mm±1mm。终凝时间：当试针沉入试体0.5mm时，即环形附件开始不能在试体上留下痕迹时。注意初凝不合格者为废品；终凝不合格者为不合格品2.凝结时间

水泥体积安定性简称水泥安定性，是指水泥浆硬化后体积变化是否均匀的性质。当水泥浆体在硬化过程中或硬化后发生不均匀的体积膨胀，会导致水泥石开裂、翘曲等现象，称为体积安定性不良。

引起水泥体积安定性不良的原因主要有熟料中含有过量的游离氧化钙(CaO)、游离氧化镁(MgO)或掺入的石膏过多。3.体积安定性（2）安定性不良的原因：熟料中f-CaO过多熟料中f-MgO过多石膏掺量过多：硬化后，仍有CaSO4存在，则CA、水化铝酸钙与之反应，形成钙矾石（水泥杆菌），体积膨胀1.5倍，引起水泥石开裂。

（3）测定方法（沸煮法——加速实验法）饼法：观察水泥净浆在煮沸后的外形变化雷氏夹法：测量水泥石煮沸后的膨胀值3.体积安定性3.体积安定性雷氏夹法雷氏夹试件的成型：标准稠度水泥净浆。测量A：取下试件，测量雷氏夹指针尖端间的距离A。沸煮测量C沸煮后，冷却，取出试件测量雷氏夹指针尖端的距离C。结果判定当两个试件煮后增加距离C-A平均值≯5.0mm时，安定性合格；当两个试件C-A值相差超过4.0mm时，应重做一次试验。再如此，则认为该水泥安定性不合格。3.体积安定性

水泥强度是表示水泥力学性能的一项重要指标，是评定水泥强度等级的依据。

根据GB/T175—99规定，硅酸盐水泥分为42.5、42.5R、52.5、52.5R、62.5、62.5R等6个强度等级，各强度等级水泥在各龄期的强度值不得低于表3-4（P41）中的数值。4.强度与强度等级表4.1硅酸盐水泥的强度指标（依据GB175—99）

强度等级抗压强度（MPa）抗折强度（MPa）3d283d2842.517.042.53.56.542.5R22.042.54.06.552.52352.54.07.052.5R2752.55.07.062.52862.55.08.062.5R3262.55.58.03.2通用硅酸盐水泥3.2通用硅酸盐水泥3.2通用硅酸盐水泥3.2通用硅酸盐水泥3.2.5通用硅酸盐水泥的性能及应用1.硅酸盐水泥的性能与应用（1）强度等级高，强度发展快（2）水化热高（3）耐腐蚀性差（4）抗冻性好（6）耐热性差（7）干缩小（8）耐磨性好（5）抗碳化性好3.2通用硅酸盐水泥3.2.5通用硅酸盐水泥的性能及应用2.普通硅酸盐水泥的性能与应用普通硅酸盐水泥中掺入少量混合材料的主要作用是扩大强度等级范围，以利于合理选用。由于混合材料掺量较少，其矿物组成的比例仍在硅酸盐水泥的范围内，因此其性能、应用范围与同强度等级的硅酸盐水泥相近。3.2通用硅酸盐水泥3.2.5通用硅酸盐水泥的性能及应用3.矿渣水泥、火山灰水泥和粉煤灰水泥的性能与应用1）三种水泥的性能与应用的相同点1早期强度低，后期强度增进率大。硬化时对湿热敏感性强，强度发展受温度影响较大。23水化热少。耐腐蚀性好，具有较强的抗溶出性侵蚀及抗硫酸盐侵蚀的能力。45抗冻性及耐磨性较差。6抗碳化能力较差。3.2通用硅酸盐水泥3.2.5通用硅酸盐水泥的性能及应用2）矿渣水泥的性能与应用（1）泌水性和干缩性较大（2）耐热性好3.2通用硅酸盐水泥3.2.5通用硅酸盐水泥的性能及应用3）火山灰水泥的性能与应用（1）抗渗性高（2）干缩大，易起粉3.2通用硅酸盐水泥3.2.5通用硅酸盐水泥的性能及应用4）粉煤灰水泥的性能与应用（1）早期强度低（2）干缩小，抗裂性高3.3其他品种水泥3.3.1铝酸盐水泥

铝酸盐水泥是以铝矾土和石灰石为原料，经煅烧制得的以铝酸钙为主要成分、氧化铝含量约50%的熟料，再磨制成的水硬性胶凝材料。1.铝酸盐水泥的矿物组成3.3.1铝酸盐水泥

铝酸盐水泥的主要矿物组成是铝酸一钙（CaO·Al2O3，简写为CA）和其他铝酸盐矿物以及少量的硅酸二钙（2CaO·SiO2）。CA具有很高的水化活性，其凝结正常，但硬化迅速，是铝酸盐水泥的强度来源。

3.3其他品种水泥2.铝酸盐水泥的技术要求3.3.1铝酸盐水泥3.3其他品种水泥铝酸盐水泥胶砂强度铝酸盐水泥凝结时间3.铝酸盐水泥的性质及应用3.3.1铝酸盐水泥3.3其他品种水泥

早期强度增长快，属快硬型水泥（4）（3）（2）（1）

抗硫酸盐腐蚀性强

水化热大

耐热性高3.3.2快硬高强水泥3.3其他品种水泥1.快硬硅酸盐水泥2.快硬硫铝酸盐水泥3.3其他品种水泥

（1）硫铝酸盐系列水泥不能与其他品种水泥混合使用。（2）硫铝酸盐系列水泥泌水性大，黏聚性差，应避免用水量大。（3）硫铝酸盐水泥的水化产物钙矾石在150℃以上时会脱水，强度会大幅度下降，故其耐热性较差，一般应在常温下使用。（4）硫铝酸盐水泥制品的碱度较低，对钢筋的保护作用较弱，混凝土保护层薄时则钢筋锈蚀加重，因此在潮湿环境中使用时，必须采取相应措施。课外连接3.3.3膨胀水泥3.3其他品种水泥1.膨胀水泥的分类（1）硅酸盐膨胀水泥（2）铝酸盐膨胀水泥（3）硫铝酸盐膨胀水泥3.3.3膨胀水泥3.3其他品种水泥2.在工程中的应用

膨胀水泥适用于补偿混凝土收缩的结构工程，作防渗层或防渗混凝土，填灌构件的接缝及管道接头，加固与修补结构，固结机器底座及地脚螺丝等。自应力水泥适用于制作自应力钢筋混凝土压力管及其配件。3.3.4低热硅酸盐水泥3.3其他品种水泥

低热硅酸盐水泥是以适当成分的硅酸盐水泥熟料加入适量石膏，经磨细制成的具有低水化热的水硬性胶凝材料，简称低热水泥，又称高贝利特水泥，代号为P·LH。3.3.5白色硅酸盐水泥3.3其他品种水泥

凡以适当成分的生料烧至部分熔融，所得以CaSiO3为主要成分、Fe2O3含量很少的白色硅酸盐水泥熟料，再加入适量石膏，共同磨细制成的水硬性胶凝材料，称为白色硅酸盐水泥，简称白水泥。3.3.6低碱度水泥3.3其他品种水泥

低碱水泥是指碱金属氧化物（K2O和Na2O）含量低的水泥。总碱含量以当量氧化钠（Na2O+0.658K2O）计算，低碱水泥要求总碱含量（当量氧化钠）低于0.6%。3.3.7砌筑水泥3.3其他品种水泥

砌筑水泥是由一种或一种以上活性混合材料或具有水硬性的工业废料为主要原料，加入适量硅酸盐水泥熟料和石膏，经磨细制成的水硬性胶凝材料，代号为M。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.3.4水泥石的腐蚀与防护3.4.2水泥石腐蚀的原因3.4.2水泥石腐蚀的原因3.4水泥石的腐蚀与防护4.强碱腐蚀3.盐类腐蚀2.酸类侵蚀（溶解性侵蚀）1.软水侵蚀（溶出性侵蚀）2、腐蚀类型1、软水腐蚀水泥石长期接触软水Ca(OH)2不断被溶出PH下降其它含钙矿物可能分解（C-S-H，C3AH6等）Ca(OH)2SiO2

无胶凝性，水泥石结构破坏

软水：雨水、雪水、蒸馏水、冷凝水及含重碳酸盐甚少的河水与湖水等腐蚀机理：溶出性侵蚀腐蚀原因：Ca(OH)2相对溶解度大，易溶于水腐蚀条件：流水破坏性大；静止水破坏性不大3.4水泥石的腐蚀与防护2、酸类腐蚀

一般酸的腐蚀：酸性介质易与水泥石中的氢氧化钙发生中和反应，破坏水泥石的结构。其反应产物可能溶于水中而流失——溶解性侵蚀。例2HCl+Ca(OH)2=CaCl2+2H2O其反应产物可能发生体积膨胀造成结构物的局部被胀裂——膨胀性侵蚀。例H2SO4+Ca(OH)2=CaSO4•2H2O

碳酸腐蚀：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。

Ca(OH)2+CO2+H2O=CaCO3+2H2OCaCO3+CO2+H2O==CaH(CO3)23.4水泥石的腐蚀与防护3、盐类腐蚀

硫酸盐腐蚀：特点：当环境中含有硫酸盐的水渗入到水泥石结构中，硫酸盐与水泥石中的氢氧化钙反应生成石膏，石膏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。举例：Na2SO4+Ca(OH)2=CaSO4+NaOHCaO•Al2O3•6H2O+CaSO4+H2O——CaO•Al2O3•3CaSO4•31H2O+Ca(OH)23.4水泥石的腐蚀与防护3、盐类腐蚀

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，生成易溶于水的或松软无胶凝性的物质，破坏水泥石。举例：MgCl2+Ca(OH)2=CaCl2+Mg(OH)2MgSO4+Ca(OH)2+H2O——CaSO4•2H2O+Mg(OH)2易溶于水结晶膨胀无胶凝性3.4水泥石的腐蚀与防护

特点：固态碱腐蚀性不大等。碱性强的液态碱腐蚀性强：碱与水泥石中的成分反应，生成易溶于水的或膨胀性的物质，破坏水泥石。举例：CaO•Al2O3+NaOH——Na2O•Al2O3+Ca(OH)22NaOH+CO2——Na2CO3+H2O4、碱类腐蚀易溶于水干燥、结晶、膨胀3.4水泥石的腐蚀与防护3、腐蚀原因

内因：水泥石内存在易受腐蚀的成分，如氢氧化钙和水化铝酸钙；水泥石本身不密实，使侵蚀性介质容易进