学习情境一胶凝材料-水泥1107

学习情境一胶凝材料-水泥掌握：常用水泥的技术性质和应用

熟悉：水泥的凝结硬化过程、运输、保管

了解：其他品种水泥的性质和应用本部分学习目标水泥的基本知识问题：关于水泥你都知道什么？提示：包括水泥的名称、分类、外观、用途及存放应注意的问题扩展：水泥是谁发明的呢？1824年，英国建筑工人阿斯普丁——波特兰水泥。他用石灰石和粘土为原料，按一定比例配合后，在类似于烧石灰的立窑内煅烧成熟料，再经磨细制成水泥。因水泥硬化后的颜色与英格兰岛上波特兰地方用于建筑的石头相似，阿斯普丁将它命名为波特兰水泥（portlandcement）。水泥水泥是一种粉末状材料，加水后拌合均匀形成的浆体，不仅能够在干燥环境中凝结硬化，而且能更好地在水中硬化，保持或发展其强度，形成一种坚硬的石状体。水泥适用范围不仅适合用于干燥环境中的工程部位，而且也适合用于潮湿环境及水中的工程部位。水泥的分类按性能和用途分：水泥通用水泥专用水泥特性水泥硅酸盐水泥P

I，P

II

普通硅酸盐水泥

P.O

矿渣硅酸盐水泥

P.S

粉煤灰硅酸盐水泥

P.F

火山灰质硅酸盐水泥

P.P

复合硅酸盐水泥P.C

如砌筑水泥、油井水泥、道路水泥、大坝水泥等如铝酸盐水泥、膨胀水泥、快凝快硬硅酸盐水泥等建筑工程中应用最广泛的是硅酸盐类水泥，即常用的六大通用水泥——。硅酸盐水泥普通硅酸盐水泥矿渣硅酸盐水泥、火山灰质硅酸盐水泥、粉煤灰硅酸盐水泥复合硅酸盐水泥1.4.1

硅酸盐水泥1.4.2

掺有混合料的硅酸盐水泥1.4.3其他品种的水泥1.4.4水泥的验收、储存与运输1.4.1硅酸盐水泥主要内容：1.硅酸盐水泥的原料及生产工艺2.硅酸盐水泥熟料的组成3.硅酸盐水泥的水化与凝结硬化4.硅酸盐水泥的技术性质5.硅酸盐水泥的腐蚀与防止6.硅酸盐水泥的特性及应用1.硅酸盐水泥的原料及生产工艺（1）生产工艺流程(简称为“两磨一烧”)≤5％的石灰石或粒化高炉矿渣、适量石膏P·Ⅰ不加混合料P·Ⅱ硅酸盐水泥水泥的生产过程:两磨一烧灌装水泥袋装水泥耗材、破袋、污染不用袋，没破袋损耗和污染2.硅酸盐水泥熟料的主要矿物成分石灰质原料粘土质原料校正原料生料按比例混合磨细煅烧熟料石膏石灰石或粒化高炉矿渣硅酸盐水泥（CaO）（SiO2、Al2O3、Fe2O3）（Fe2O3）Al2O3Fe2O3CaOSiO2磨细2.硅酸盐水泥熟料的主要矿物成分根据上表总结四种熟料各自的特点？2.硅酸盐水泥熟料的主要矿物成分水化速度：C3A>C3S>C4AF>C2S放热量：C3A>C3S>C4AF>C2S强度:C3S、C2S>C3A、C4AF2.硅酸盐水泥熟料的主要矿物成分3.硅酸盐水泥的水化与凝结硬化凝结硬化的概念凝结：水泥加水拌合而成的浆体，经过一系列物理化学变化，浆体逐渐变稠失去流动性和可塑性而未具有强度的过程；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。

硅酸三钙 水 水化硅酸钙氢氧化钙

硅酸二钙 水 水化硅酸钙 氢氧化钙

铝酸三钙水 水化铝酸钙铁铝酸四钙水水化铝酸钙 水化铁酸钙1）硅酸盐水泥的水化→熟料的反应分散在水中的水泥颗粒2）硅酸盐水泥的凝结硬化水泥颗粒表面形成水化物膜层膜层长大并互相连接（凝结）水化进一步发展，填充毛细孔（硬化）（1）熟料矿物组成（2）水泥的细度（3）水胶比（4）环境温度和湿度（5）时间（龄期）3）影响水泥凝结硬化的主要因素（１）熟料矿物组成

不同矿物成分和水起反应时所表现出来的特点是不同的，组成比例不同，水泥表现出来的性质也不同。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。当C3A含量高时，水泥的凝结硬化快、早期强度高，水化热大。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。3）影响水泥凝结硬化的主要因素3）影响水泥凝结硬化的主要因素（２）水泥的细度

在矿物组成相同的条件下，水泥的细度越细，与水接触的面积就越大，则水化越快越完全。凝结硬化快，水化产物较多，早期强度高。（3）水胶比

正常情况下，水泥水化的需水量大约是水泥质量的23%。水量多，会使水泥颗粒间距增大，延长凝结时间，且水泥石的孔隙多，强度下降，干燥时收缩。若加水量太小，无法满足施工成型工艺要求。--水泥浆中水与水泥的质量比

（4）环境温度和湿度

环境温度高，水泥水化快，温度低，则水化反应减慢，强度增长变缓，当降到零度以下，水泥的水化反应停止。水的存在是水泥水化的必备条件，只有在潮湿环境中，水泥才能正常地凝结硬化。因此，在施工过程中，应十分注意保温保湿养护。3）影响水泥凝结硬化的主要因素（5）时间（龄期）

水泥的强度随龄期增长而逐渐增长。硅酸盐水泥加水后3-7天内强度增长较快，约28天后显著放慢，保持适当的温度和湿度，水泥强度随龄期的增长而继续提高。4.硅酸盐水泥的技术性质（1）密度与堆积密度（2）细度（3）标准稠度用水量（4）凝结时间（5）体积安定性（6）强度及强度等级（7）水化热（8）碱含量-判断水泥是否合格？（1）密度与堆积密度硅酸盐水泥的密度在3.1~3.2g/cm3之间。堆积密度在1300~1600kg/cm3之间（2）细度细度－－指水泥颗粒的粗细程度。水泥的细度影响水泥的水化速度、强度，影响水泥的生产成本。水泥的细度通常规定为7μm-20μm问题：为什么需要规定水泥的细度？解答：水泥颗粒细度影响水化活性和凝结硬化速度，水泥颗粒太粗，水化活性越低，不利于凝结硬化；虽然水泥越细，凝结硬化越快，早期强度会越高，但是水化放热速度也快，水泥收缩也越大，对水泥石性能不利；水泥越细，生产能耗越高，成本增加；水泥越细，对水泥的储存也不利，容易受潮结块，反而降低强度。①比表面积法（硅酸盐水泥、普通硅酸盐水泥）

用比表面积仪，以每kg水泥总表面积表示，m2/kg。要求比表面积要大于300m2/kg。细度检测方法：②筛析法用方孔筛的筛余百分数表示。①比表面积测定:比表面积测定仪硅酸盐水泥：比表面积应大于300m2/kg

GB规定细度检测方法：筛余百分数=筛余量/水泥总量②筛余法80μm方孔筛筛余百分数不大于10%

GB规定负压筛细度检测方法：不同的水泥品种，标准稠度用水量各不相同，一般在23%～33%之间。例：A水泥的标准稠度用水量27%，B水泥的标准稠度用水量为30%。水泥加水调制到某一规定稠度净浆时所需拌合用水量占水泥质量的百分比。（3）硅酸盐水泥的标准稠度用水量为什么要规定一个标准稠度用水量呢？有什么意义？讨论与分析为什么要规定一个标准稠度用水量呢？有什么意义？

？为了使试验结果具有可比性水泥浆的稠度，会影响水泥的凝结时间、体积安定性等性质，在试验中测这些性质时，必须在一个规定的稠度下进行。试验方法净浆搅拌机标准稠度仪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（4）硅酸盐水泥的凝结时间规定水泥的初凝和终凝时间对工程有重要意义。例如：混凝土的施工。讨论与分析开始失去可塑性完全失去可塑性初凝终凝结论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6.5h同时规定:初凝时间不符合规定者为废品，终凝时间不符合规定者为不合格品。GB规定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。否则，为良好。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。（5）硅酸盐水泥的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%；沸煮试验方法

试饼法雷氏夹法沸煮箱雷氏夹（6）硅酸盐水泥的强度等级

依据水泥的强度大小来划分水泥的等级，并判断水泥是否合格.如何才能得到水泥的强度值呢？水泥胶砂强度试验试验方法1.水泥：标准砂：水=1：3：0.5（450：1350：225）2.制成标准试件40×40×160mm，数量若干。3.标准养护测其3天、28天

4.测定抗压、抗折强度值。5.根据强度测定结果，确定水泥的强度等级。胶砂搅拌机胶砂振实台抗折试验机标准砂GB规定普通硅酸盐水泥的强度要求(GB175—99)矿渣水泥、火山灰水泥、粉煤灰水泥及复合硅酸盐水泥的强度要求(GB1344—99)（7）硅酸盐水泥的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。（8）碱含量水泥中碱含量按Na2O+0.658K2O计算值表示。碱含量对水泥的影响？产品质量评定：（1）废品—凡初凝时间、安定性、氧化镁、三氧化硫中任一项不符合规定者。（2）不合格品—凡细度、终凝时间、不溶物、烧失量中任一项不符合规定者，混合材料掺量超最大限量，强度低于商品强度等级的指标，水泥包装标志中水泥品种、强度等级、生产者名称和出厂编号不全的。5.硅酸盐水泥的腐蚀与防止水泥石的腐蚀

水泥石的防止

软水腐蚀

盐类溶解性腐蚀

硫酸盐腐蚀

镁盐腐蚀

酸类腐蚀

碳酸腐蚀

一般酸性腐蚀

强碱腐蚀根据侵蚀环境特点，合理选用水泥品种。提高水泥石的密实度。表面加保护层。当侵蚀作用较强时，可在混凝土或砂浆表面加做耐腐蚀性高且不透水的保护层，保护层的材料可为耐酸石料、耐酸陶瓷、玻璃、塑料、沥青等。对具有特殊要求的抗侵蚀混凝土，还可采用聚合物混凝土

软水腐蚀（溶出性腐蚀）

雨、雪水，蒸馏水，含碳酸盐少的河水和湖水是软水。Ca(OH)2溶出，在流水及压力水作用下，不断溶解流失，造成对水泥石的破坏，称为溶析。盐类溶解性腐蚀a.硫酸盐腐蚀（海水，湖水，盐沼水，工业污水等）（1）置换出CaSO4，再与固态的水化铝酸钙反应生成高硫型的水化硫铝酸钙，称为水泥杆菌。

Na2SO4+Ca(OH)2=CaSO4˙2H2O+NaOHCaSO4+水化铝酸钙=钙矾石b.镁盐腐蚀（海水及地下水，主要含有硫酸镁和氯化镁）MgSO4+Ca(OH)2=CaSO4.2H2O+Mg(OH)2MgCl2+Ca(OH)2=CaCl2+Mg(OH)2松软、无胶凝性引起膨胀腐蚀易溶水，溶出性腐蚀酸类腐蚀a.碳酸腐蚀(工业污水，地下水含有过多的二氧化碳)Ca(OH)2+CO2+H2O=

CaCO3+2H2O

CaCO3

+CO2+H2O=

Ca(HCO3)2

b.一般酸的腐蚀（工业废水、地下水、沼泽水中含有盐酸、硫酸等）Ca(OH)2+HCL=

CaCl2+2H2OCa(OH)2+H2SO4=

CaSO4.2H2O

易溶于水，被流动水带走

强碱腐蚀碱性不大，一般无害，但铝酸盐含量高时影响较大。

6NaOH+3CaO.Al2O3

=3Na2O.Al2O3+3Ca(OH)2水泥石被氢氧化钠浸透后又在空气中干燥时

NaOH

+CO2

=3Na2CO3+H2O易溶析胶结力不强碳酸钠结晶膨胀6.硅酸盐水泥的特性及应用（1）凝结硬化快、强度高（2）水化热高（3）抗冻性能好（4）抗碳化能力强（5）耐腐蚀能力差（6）耐热性差（7）温热养护效果差原因？适用范围？水泥熟料中的铝酸三钙遇水后，水化反应的速度最快，会使水泥发生瞬凝或急凝。为了延长凝结时间，方便施工，必须掺入适量石膏。在有石膏存在的条件下，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。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，也导致水泥石开裂。例1.试说明生产硅酸盐水泥时为什么必须掺入适量石膏？影响硅酸盐水泥水化热的因素主要有硅酸三钙Ｃ3S、铝酸三钙C3Ａ的含量及水泥的细度。硅酸三钙Ｃ3S、铝酸三钙C3Ａ的含量越高，水泥的水化热越高；水泥的细度越细，水化放热速度越快。

水化热大的水泥不得在大体积混凝土工程中使用。在大体积混凝土工程中由于水化热积聚在内部不易散发而使混凝土的内部温度急剧升高，混凝土内外温差过大，以致造成明显的温度应力，使混凝土产生裂缝。严重降低混凝土的强度和其它性能。但水化热对冬季施工的混凝土工程较为有利，能加快早期强度增长，使抵御初期受冻的能力提高。例2.影响硅酸盐水泥水化热的因素有那些？水化热的大小对水泥的应用有何影响？1.4.2

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。20~50％两种或者两种以上混合材料5～20％混合材料P·OP·C20～40％混合材料20～70％混合材料P·SP·P20～40％混合材料P·F普通硅酸盐水泥火山灰硅酸盐水泥矿渣硅酸盐水泥粉煤灰硅酸盐水泥复合硅酸盐水泥1.4.2

掺混合材料的硅酸盐水泥1.混合材料的种类混合材料非活性混合材料活性混合材料粒化高炉矿渣火山灰质混合材料粉煤灰磨细的石英砂石灰石粉粘土块状粒化高炉矿渣(1)活性混合料：

指在石灰或石膏的激发下能够发生水化反应的矿物质材料。活性混合料特点：玻璃体（常经过骤冷处理）化学活性活性混合料成分：活性的氧化硅及活性的氧化铝活性混合料的二次水化：活性的氧化硅+熟料的水化产物Ca(OH）2+水=水化硅酸钙活性的氧化铝+熟料的水化产物Ca(OH）2+水=水化铝酸钙一次水化反应掺混合材料的水泥的水化特点

二次水化反应

首先是水泥熟料水化，生成较多的水化硅酸钙、氢氧化钙等水化产物。活性混合料的水化反应熟料水化(2)非活性混合料：

主要起填充作用，不具有或只具有微弱的化学活性，在水泥水化中基本不参加化学反应。如磨细石灰石粉、磨细石英砂、粘土、慢冷矿渣(活性较低)等。混合材料的掺量与水泥品种20~50％两种或者两种以上混合材料5～20％混合材料（多种）P·OP·C20～40％火山灰质混合材料20～70％粒化高炉矿渣P·SP·P20～40％粉煤灰混合材料P·F普通硅酸盐水泥火山灰硅酸盐水泥矿渣硅酸盐水泥粉煤灰硅酸盐水泥复合硅酸盐水泥2.普通硅酸盐水泥（1）定义

凡由硅酸盐水泥熟料、5％-20％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。（2）主要技术要求细度。用比表面积表示。强度等级分为42.5、42.5R、52.5、52.5R。初凝时间不得早于45min，终凝时间不得迟于10h。其它如氧化镁、三氧化硫、安定性、碱含量等均与硅酸盐水泥的规定相同。（3）特性由于普通水泥中混合材料掺量较少，其矿物组成的比例仍在硅酸盐水泥的范围内，所以其性能与同强度等级的硅酸盐水泥相近，使用范围也基本相同。3.矿渣水泥、火山灰水泥、粉煤灰水泥、复合硅酸盐水泥20~50％两种或者两种以上混合材料20～40％火山灰质混合材料20～70％粒化高炉矿渣20～40％粉煤灰混合材料火山灰硅酸盐水泥矿渣硅酸盐水泥粉煤灰硅酸盐水泥复合硅酸盐水泥（1）通用硅酸盐水泥的组分3.矿渣水泥、火山灰水泥、粉煤灰水泥、复合硅酸盐水泥（2）主要技术要求细度。用筛余表示，80μm方孔筛筛余≤10%，45μm筛余≤30%强度等级分为32.5、32.5R、42.5、42.5R、52.5、52.5R。初凝时间不得早于45min，终凝时间不得迟于10h。氧化镁、三氧化硫、碱含量等各自有要求。3.矿渣水泥、火山灰水泥、粉煤灰水泥、复合硅酸盐水泥（3）共同特点1.凝结硬化慢，早期强度低，后期强度发展较快2.湿度敏感性强，适合蒸汽养护抗软水3.水化热低、放热速度慢4.抗腐蚀能力强5.抗冻性差、耐磨性差6.抗碳化能力差

（4）个性与应用矿渣水泥耐热性强、干缩性较大、保水性差，适合耐热混凝土工程火山灰水泥抗渗性好、干缩较大，适合抗渗要求高的混凝土工程粉煤灰水泥干缩性小、抗裂性好，适用于水工混凝土工程3.矿渣水泥、火山灰水泥、粉煤灰水泥、复合硅酸盐水泥1.4.3

其他品种的水泥通用水泥品种只有六种，但是需求量大。除此之外的水泥大部分是特种水泥，种类多，用量少，但是用途广。特种水泥的品种见表1-15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。1.铝酸盐水泥特点：1.快硬早强2.耐热性强3.水化热高，放热快4.抗渗性及耐腐蚀性强应用：紧急抢修、冬季施工、抗硫酸盐侵蚀及冻融交替频繁的工程等硅酸盐水泥熟料+适量石膏→成品水泥。2.白色硅酸盐水泥细度：筛余量＜10%（通用水泥相同）。凝结时间：初凝＞45min（通用水泥相同）。终凝＜12h（硅酸盐水泥6.5h，其他硅酸盐水泥10h）。体积安定性：沸煮法检验合格。强度：以28d的抗压强度表示强度等级P61表1-18。SO3的含量：≤3.5%。（1）技术要求（2）适用于2.白色硅酸盐水泥硅酸盐水泥熟料+混合料(0-10%)+适量石膏→成品水泥C3A＜5%――C3A干缩率大。C4AF＞16％（通用水泥中6-13%）――要求耐磨率≯3.6kg/m2

。3.道路硅酸盐水泥（1）成分3.道路硅酸盐水泥（2）技术要求（4）适用于（3）特点4.膨胀水泥和自应力水泥膨胀水泥：水化过程中产生膨胀的水泥。通用水泥硬化时一般都会表现为体积收缩。结果是？水泥石产生裂纹；用于建筑连接部位或接缝时，收缩会使结合不牢。用膨胀水泥可以克服上述不足。4.膨胀水泥和自应力水泥即膨胀水泥又叫不收缩水泥膨胀水泥膨胀值较小，主要用于补偿收缩。回忆：会造成水泥硬化过程中体积膨胀的因素有？CaO变成Ca(0H)2;MgO变成Mg(0H)2；石膏过多生成钙矾石。选钙矾石为膨胀组分来生产膨胀水泥膨胀水泥适用：补偿收缩混凝土工程、防渗混凝土、构件的接缝及管道的接头、结构的加固及修补、固定机械底座等。自应力水泥适用：钢筋混凝土压力管及配件。4.膨胀水泥和自应力水泥5.中热硅酸盐水泥和低热矿渣水泥中热水泥适用：大坝溢流面面层及水位变动区的面层低热矿渣水泥适用：大坝或其它大体积混凝土的内部及水下等要求低水化热的工程。6.抗硫酸盐水泥特点：抗硫酸盐侵蚀能力很强，有较强的抗冻性和较低的水化热。应用：海港工程、水利工程、地下工程特点：凝结硬化快、早期强度高适用：早期强度高的工程，紧急抢修工程，冬期施工的工程制作预应力钢筋混凝土高强混凝土预制构件。不适用：大体积混凝土工程及与腐蚀介质接触的混凝土工程。7.快硬硅酸盐水泥按环境条件选择水泥品种按工程特点选择水泥品种1.4.4水泥的验收、储存与运输1.水泥的选用2.水泥的验收包装标志的验收：包装有袋装和散装两种数量的验收

袋装水泥每袋净含量为50kg，且不得少于标志质量的99％；随机抽取20袋总质量不得少于1000kg。质量的验收

检查出厂合格证；取样；复验；仲裁检验。2.水泥的验收废品凡氧化镁、三氧化硫、初凝时间、安定性中的任一项不符合相应标准规定的通用水泥，均为废品。

废品严禁用于工程中。3.水泥的储存及保管

水泥在储运过程中要防潮、防水，以免水泥吸收空气中的水分，使表面颗粒水化，丧失胶结能力，使强度降低；水泥仓库应通风，存放袋装水泥时，地面要有垫板，堆放高度一般以10袋为宜，水泥的储存应按照到货先后依次堆放，尽量作到先到先用，防止存放过久。不同品种、不同强度及不同出厂日期的水泥应分别贮存，不得混杂。水泥的贮存期不宜超过3个月，过期水泥或有受潮结块现象的水泥应重新检验强度。复习题判断题1.硅酸盐水泥中含有游离的氧化钙、氧化镁及过多的石膏，都会造成水泥的体积安定性不良。（）2.用沸煮法可以