第三章 水泥 第一讲

第三章水泥

水泥是粉状的无机水硬性胶凝材料，加水拌成水泥浆后，能把砂、石等材料牢固粘结在一起，组成混凝土、砂浆等重要材料，广泛用于建筑、铁路、公路、水利、国防建设等工程。【本章内容】了解硅酸盐系水泥的主要原料掌握通用水泥的特性和应用熟悉专用水泥和特性水泥的性质和应用掌握通用水泥的验收和保管预备知识：1.凝结:凝结=初凝+终凝凝结时间：凝结时间=初凝时间+终凝时间。初凝时间为水泥加水拌合起，至水泥浆开始失去塑性所需的时间。终凝时间从水泥加水拌合起，至水泥浆完全失去塑性并开始产生强度所需的时间。水泥凝结时间在施工中有重要意义，初凝时间不宜过短，终凝时间不宜过长。

硅酸盐水泥初凝时间不得早于45min，终凝时间不得迟于390min；普通硅酸盐水泥初凝时间不得早于5min，终凝时间不得迟于600min。

水泥初凝时间不合要求，该水泥报废；终凝时间不合要求，视为不合格。2.龄期“龄期”:自加水搅拌开始，所经历的时间，按天或小时计.龄期与强度的关系

在正常养护的条件下，强度将随龄期的增长而不断发展，最初3~7d内强度发展较快，以后逐渐缓慢，28d基本完成，再后显著变慢，强度增长也变慢。3.早期强度、后期强度：28d以前的强度称为早期强度、28d以后的强度称为后期强度。水泥种类

硅酸盐水泥铝酸盐水泥系列硫铝酸盐水泥铁铝酸盐水泥硅酸盐水泥系列——是以硅酸钙为主要成分的水泥熟料、一定量的混合材料和适量石膏，经共同磨细而成。

硅酸盐水泥（0~5%）

普通硅酸盐水泥（6%~15%）

矿渣硅酸盐水泥（20～70%）

火山硅酸盐灰水泥（

20～50%）

粉煤硅酸盐灰水泥（20～40%）

复合硅酸盐水泥（15～50%）专用水泥——专门用于某些工程的水泥,如道路水泥、中低热水泥、砌筑水泥等。特性水泥——某种性能较突出的水泥，如快硬硅酸盐水泥、高铝水泥、彩色水泥、膨胀水泥等。硅酸盐水泥系列通用水泥混合材料的掺量

硅酸盐系列水泥的分类彩色水泥彩色水泥彩色水泥普通水泥3.1硅酸盐水泥的主要原料3.1.1硅酸盐水泥熟料

矿物组成2CaO·SiO23CaO·SiO23CaO·Al2O34CaO·Al2O3·Fe2O3C2SC3SC3AC4AF简写熟料1.硅酸盐水泥的原料及生产硅酸盐水泥的生产工艺——“两磨一烧”工艺硅酸盐水泥按比例混合磨细石灰石粘土铁矿粉生料石膏混合材料熟料1350℃～1450℃煅烧磨细

原料：主要是石灰质和粘土质两类原料。为了补充铁质及改善煅烧条件，还可加入适量铁粉、萤石等。φ3.5×10m中卸烘干磨（生料粉磨）生料粉磨工艺

熟料煅烧工艺

五级旋风预热器CDC窑外分解系统电收尘器φ3.3×50m旋转窑篦式冷却机水泥粉磨及包装

φ3.8×13m水泥磨水泥皮带输送机八嘴回转式微机包装机水泥库CaO3CaO·SiO2生料SiO2化合反应800～1450℃800℃左右分解反应Al2O3Fe2O32CaO·SiO23CaO·Al2O34CaO·Al2O3·Fe2O32.熟料的矿物组成及其特性2.水泥熟料矿物及其特性*课本28页熟料矿物磨细加水，均能单独与水发生化学反应，其特点见下表。矿物名称硅酸三钙硅酸二钙铝酸三钙铁铝酸四钙含量范围（质量％）45～6015～306～1210～18水化反应速度快慢最快快强度高早期低，后期高低低（含量多时对抗折强度有利）水化热较高低最高中水泥是几种熟料矿物的混合物，改变矿物成分间比例时，水泥性质即发生相应的变化，可制成不同性能的水泥。矿物组成对水泥性能的影响以上是单个矿物组成的性能，水泥是几种熟料矿物的混合物，改变熟料矿物成分间的比例，水泥的性质即发生相应的变化。硅酸三钙↑——高强水泥铝酸三钙、硅酸三钙↓硅酸二钙↑铁铝酸四钙↑——抗折强度↑——道路水泥

—水化热↓——大坝水泥3.水化物

水泥加水后，熟料矿物与水发生水化反应，生成一系列新的化合物，主要有：水化硅酸钙凝胶、水化铁酸钙凝胶、氢氧化钙晶体、水化铝酸钙晶体和水化硫铝酸钙晶体。4.硅酸盐水泥的凝结和硬化1）.凝结:凝结=初凝+终凝凝结时间：凝结时间=初凝时间+终凝时间。初凝：为水泥加水拌合起，至水泥浆开始失去塑性止。终凝：从水泥加水拌合起，至水泥浆完全失去塑性并开始产生强度止。

2）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，浆体逐渐变稠失去可塑性而成为水泥石的过程；（初凝、终凝）硬化：水化反应进一步进行，水化物也随时间的延续而增加，且不断充实毛细孔，水泥浆体网络结构更趋致密，强度提高并逐渐变成坚硬岩石状固体→水泥石的过程称为硬化。水泥的凝结过程和硬化过程是连续进行的。影响水泥凝结硬化的因素（1）水泥细度40um>颗粒直径，具有较高的活性

100um<颗粒直径，活性很小越细:凝结速度越快，早期强度越高。但过细——易与空气中的水分及二氧化碳反应，并且硬化时收缩也较大，且成本高。（2）石膏掺量（延缓凝结速度）石膏掺量<1.3%时并不能阻止水泥快凝；石膏掺量>2.5%时，凝结时间增长很少。（3）水泥浆的水灰比（W/C）

W/C越大，毛细孔隙率越大，强度越小（4）温度与湿度：温度越高，凝结硬化越快。在0℃以下，当水结成冰时，水泥的水化、凝结硬化作用将停止，因而，在冬季施工时，需要采取保温等措施。应该保持潮湿状态

（5）龄期：最初3~7d内强度发展较快，以后逐渐缓慢，28d基本完成，再后显著变慢，强度增长也变慢。水泥水化硬化是一个较长时期不断进行的过程。随着龄期的增长——水泥石的强度逐渐提高。养护到28d。*（6）.水泥受潮与久存的影响

水泥也不可储存过久三个月后其强度降低约10~20%

半年后降低约15~30%

一年后降低约25~40%受潮水泥颗粒——重磨可使其暴露出新鲜表面而恢复部分活性。对于微结块的水泥，强度约降低10~20%——适当方式压碎后用于次要工程。一般，南方，水泥放不能过雨季3.1.2石膏

在水泥生产过程中，为了调节水泥的凝结时间，应在水泥中加入适量石膏作缓凝剂，如天然二水石膏（CaSO4•2H2O，代号G）、硬石膏（CaSO4,代号A）以及混合石膏（代号M）或工业副产品石膏（以硫酸钙为主要成分的工业副产品，如磷石膏、钛石膏、氟石膏、盐石膏等）3.1.3混合材料定义：磨细水泥时掺入的人工的或天然的矿物材料称为混合材料。种类：按性质不同分：活性混合材料（用量最大）非活性混合材料1.活性混合材料：

加水拌和本身并不硬化，但与石灰、石膏或硅酸岩水泥一起，加水拌和后能发生化学反应，生成有一定胶凝性的物质，且具有水硬性，这种混合材料称为活性混合材料。其主要成分为SiO2、Al2O3等。常用：粒化高炉矿渣：CaO、SiO2和Al2O3火山灰混合材：SiO2和Al2O3

天然：火山灰、凝灰岩、浮石等

人工：煤矸石渣、烧页岩、烧粘土等粉煤灰等：SiO2和Al2O32、非活性混合材料

不具活性或活性甚低的人工或天然的矿物质材料，经磨细，掺入水泥中不起化学作用，仅起调节水泥性质、降低水化热、降低标号、提高产量等作用的混合材料，称为非活性混合材料（又称填充性混合材料）。主要有：磨细的石英砂、石灰石、粘土、慢冷矿渣、炉渣等不符合技术要求的活性混合材可作为非活性材料。3、窑灰：介于活性混合材料与非活性混合材料之间。

在硅酸岩水泥熟料中掺入适量的混合材料可制成六大品种的水泥：

硅酸盐水（0～

5%）普通硅酸盐水泥（6%～

15%）矿渣硅酸盐水泥（20～70%）火山硅酸盐灰水泥（20～50%）粉煤硅酸盐灰水泥（20～40%）复合硅酸盐水泥（15～50%）3.2硅酸盐水泥和普通硅酸盐水泥1.硅酸盐水泥

由硅酸盐水泥熟料、0~5%石灰石或粒化高炉矿渣、适量石膏磨细制成的水硬性胶凝材料，称为硅酸盐水泥（即国外通称的波特兰水泥）。硅酸盐水泥分两种类型：（1）不掺加混合材料的称Ⅰ型硅酸盐水泥，代号P•Ⅰ。（2）在硅酸盐水泥粉磨时掺加不超过水泥质量5%石灰石或粒化高炉矿渣混合材料的称Ⅱ型硅酸盐水泥，代号P•Ⅱ。2.普通硅酸盐水泥凡由硅酸盐水泥熟料，再加入6%~15%混合材料及适量石膏，经磨细制成的水硬性胶凝材料称为普通硅酸盐水泥（代号P·O)普通硅酸盐水泥=

硅酸盐水泥熟料+（6%~15%）混合材+石膏活性材料的最大掺量不超过15%非活性材料的最大掺量不超过10%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.水化热略低3.耐腐蚀性强；4.温度、湿度敏感性强，耐热性稍好；5.抗冻性差；6.耐磨性、抗碳化性略有降低。3.2.2硅酸盐水泥技术要求1.化学指标《通用硅酸盐水泥》（GB175-2007）2.物理指标（1）强度：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。《通用硅酸盐水泥》（GB175-2007）按照GB175-2007《通用硅酸盐水泥》的规定，采用GB/T17671-1999《水泥胶砂强度检验方法（ISO法）》规定的方法，将水泥、标准砂和水按1∶3.0∶0.5的比例，制成40mm×40mm×160mm的标准试件，在标准养护条件下（1d内为20±1摄氏度、相对湿度为90%以上的空气中，1d后为20±1摄氏度的水中）养护至规定的龄期，分别按规定的方法测定其3d和28d的抗折强度和抗压强度。根据测定的结果划分水泥强度等级。如硅酸盐水泥（P.Ⅰ/P.Ⅱ）分为32.5、32.5R、42.5、42.5R、52.5、52.5R、62.5和62.5R八个强度等级（分别代表试件28d的抗压强度标准值的最小值为32.5MPa、42.5MPa、52.5MPa、62.5MPa，带R的为早强型等级）硅酸盐水泥强度标准（GB175－2007）

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。品种强度等级抗压强度(MPa)抗折强度(MPa)3d28d3d28d硅酸盐水泥42.542.5R17.022.042.542.53.54.06.56.552.552.5R23.027.052.552.54.05.07.07.062.562.5R28.032.062.562.55.05.58.08.0（2）凝结时间

是指水泥从加水拌合起至失去流动性，即从可塑性发展到固体状态所需的时间，分为初凝时间和终凝时间。初凝时间是水泥从加水拌合起至水泥浆开始失去可塑性所需的时间；终凝时间是从水泥加水拌合起至水泥浆完全失去可塑性所需的时间。水泥的初凝时间不宜过早，以便施工时有足够的时间，保证施工工艺的需要（如混凝土搅拌、运输和浇捣所需的时间）；水泥的终凝时间不宜过迟，以免影响水泥硬化后的性质和拖延工期，影响工程进度。（硅酸盐水泥：初凝45min终凝390min）

（普通硅酸盐水泥：初凝45min终凝600min）（3）水泥的体积安定性

是指水泥浆体硬化后，体积变化的稳定性。水泥体积安定性不良，会使结构产生膨胀性裂缝，甚至破坏。其主要原因是水泥熟料中含有过量的有害成分，如游离氧化钙（f-CaO），游离氧化镁(f-MgO）或掺入过量的石膏等。安定性不良的水泥严禁用于工程中。

3.选择性指标（1）细度：是指水泥颗粒的粗细程度。同样成分同样质量的水泥，颗粒越细，其总表面积越大，水化速度越快，水化作用越充分，因此水泥的早期强度较高。但颗粒过细，硬化时体积收缩较大，易产生裂缝。同时粉磨过程中能耗大，会使水泥成本提高。

（2）碱含量：水泥中的碱含量按Na2O+0.658K2O计算值表示。若使用活性骨料，用户要求低碱水泥时，水泥中的碱含量不得大于0.60%或由供需双方商定。活性骨料指骨料岩石含有一些碱活性的硅质矿物（二氧化硅），在常温活性下有反应活性，能够缓慢地与水泥石孔隙溶液中的钠、钾离子反应，产生碱-硅凝胶，凝胶吸水会产生膨胀，膨胀压力达到一定程度会使混凝土开裂。

3.2.3硅酸水泥的性质及应用P331．强度高主要用于重要结构的高强度等级的混凝土。2．快硬早强适用于早期强度要求高的、需要尽快拆模的、冬期施工的混凝土工程和预应力混凝土工程。3．耐冻性好适用于寒冷地区和严寒地区遭受反复冻融作用的工程。4．水化热大适用于冬期施工的混凝土工程，但不适用于大体积工程或厚大结构的工程。5．耐腐蚀性较差不适用于经常受流动淡水冲刷及有压水作用的工程，也不适用于其他受腐蚀介质作用的工程。6．耐热性差当受热到250~300℃时，由于水化物脱水收缩，强度开始下降；400~600℃时强度明显下降；700~1000℃时完全破坏。因此，不适用于长期受200℃以上高温作用的工程。7．抗碳化性能好水泥石中的Ca(OH)2的含量较多，不容易被空气中的CO2完全碳化，能保持一定的碱度，对钢筋提供良好的碱性保护，故适用于浓度较高的工程。

8．干缩小、耐磨性好可用于干燥环境和路面、地面等工程。体积安定性的检测取样试样成形沸煮检测结果的判定

凝结时间的检测取样试件制备初凝时间的测定终凝时间的测定评价3.3掺大量混合材料的通用硅酸盐水泥

3.3.1: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.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%且≤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％～50％；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％。4.复合硅酸盐水泥由硅酸盐水泥熟料、两种或两种以上规定的混合材料和适量石膏磨细制成的水泥，称为复合硅酸盐水泥，简称复合水泥，代号P•C。水泥中混合材料的掺加量按质量百分比计为＞20%且≤50%。

3.3.2技术要求1.化学指标2.物理指标强度: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)3d28d3d28d32.510.032.52.55.532.5R15.032.53.55.542.515.042.53.56.542.5R19.042.54.06.552.521.052.54.07.052.5R23.052.54.57.0凝结时间：初凝时间不早于45min,终凝时间不迟于600min。水泥的体积安定性：用沸煮法检验必须合格。3选择性指标碱含量：同硅酸盐水泥。细度：GB175-2007规定：矿渣硅酸盐水泥、火山灰硅酸盐水泥、粉煤灰硅酸盐水泥、复合硅酸盐水泥的细度以标准筛的筛余百分率表示（即筛余物的质量占试样总质量的百分比），其80μm方孔筛筛余不得大于10%或45μm方孔筛筛余不得大于30%1.几种水泥的共性（1）凝结硬化慢，早期强度低，后期强度高；（2）水化放热量小；（3）抗软水、海水和硫酸盐腐蚀的能力较强；（4）抗渗差。对温度敏感，适合高温养护；（5）抗冻性差（6）抗碳化能力差和耐磨性较差2、几种水泥的特性（1）矿渣水泥耐热性较好，可用于高温环境中；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）火山灰水泥保水性好，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。（3）粉煤灰水泥干缩性小，抗裂性好，抗碳化能力差。（4）复合水泥同火山灰水泥3.4专用硅酸盐水泥和特性硅酸盐水泥3.4.1专用硅酸盐水泥1.砌筑水泥：P37

凡由一种或一种以上的水泥混合材料，加入适量硅酸盐水泥熟料和石膏，经磨细制成的工作性较好的水硬性胶凝材料，称为砌筑水泥，代号M。水泥中混合材料掺加量按质量百分比计应大于50%，允许掺入适量的石灰石或窑灰。

砌筑水泥分为12.5和22.5两个强度等级。(1)技术要求：(GB/T3183-2003)三氧化硫、细度、凝结时间、安定性、保水率：(2)性质和用途

砌筑水泥强度等级较低，硬化慢，工作性好，主要用于配制砌筑和抹面砂浆、垫层混凝土等，不应用于结构混凝土。2.白色水泥（代号P·W）

凡以适当成分的生料烧至部分熔融，所得以硅酸钙为主要成分、氧化铁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。

氧化铁含量（%）0.35～0.4白色；0.45～0.7淡绿色；3～4暗灰色。(1).技术要求

GB/T2015-2005强度：分为32.5、42.5、52.5、62.5几个强度等级。白度：分为特级、一级、二级、三级四个等级。白度（%）分别不低于86、84、80、75。细度、凝结时间及体积安定性细度：0.08mm方孔筛筛余不得超过10%，初凝不得早于45min，终凝不得迟于10h，各龄期强度：必须合格。体积安定性：用沸煮法检验必须合格*彩色硅酸盐水泥

2.性质与应用

白水泥早期强度较高，水化放热量较大，用于建筑装饰工程配制白色和彩色水泥浆，、砂浆、及混凝土等；以及制造各种色彩的水刷石、人造大理石及水磨石等制品。白色水泥还用于各种缝等。将硅酸盐水泥熟料（白水泥熟料或普通水泥熟料）、适量石膏和碱性颜料共同磨细而成。（即染色法）3.道路水泥代号：P·R

随着我国高等级道路的迅速发展，水泥混凝土路面已成为主要路面类型之一。道路硅酸盐水泥是专供公路、城市道路和机场道面用的一种水泥。以适当成分生料烧至部分熔融，得到以硅酸钙为主要成分和较多量的铁铝酸四钙的硅酸盐水泥熟料，加0～10％活性混合材料和适量石膏磨细制成的水硬性胶凝材料，称为道路硅酸盐水泥（简称道路水泥）。矿物组成：高铁（铁铝酸四钙）低铝（铝酸三钙）（1）技术要求：GB/T1393-2005强度：表3-6规定的数值。氧化镁：应不大于5.0%。三氧化硫：应不超过3.5%。烧失量：（将在105—110℃烘干的原料在1000—1100℃灼烧后失去的重量百分比）应不大于3.0%。比表面积：（比表面积是指单位质量物料所具有的总面积，粒径越大，比表面积越小）为300m2/kg~450m2/kg。凝结时间：初凝时间不早于1.5h，,终凝时间不迟于10h。安定性：用沸煮法检验必须合格。干缩率：28d干缩率应不大于0.10%。耐磨性：28d磨耗量应不大于3.00kg/m2。碱含量：

（2）性质和用途：道路硅酸盐水泥强度高，特别是抗折强度高，耐磨性好，干缩小，抗冲击性好，抗冻性好，抗硫酸盐腐蚀性能好。适用于道路路面、机场跑道道面、城市广场等工程。1.抗硫酸盐硅酸盐水泥

抗硫酸盐硅酸盐水泥按其抗硫酸盐性能分为中抗硫酸盐硅酸盐水泥和高抗硫酸盐硅酸盐水泥两类。(1)中抗硫酸盐硅酸盐水泥以特定矿物组成的硅酸盐水泥熟料，加入适量石膏，磨细制成的具有抵抗中等浓度硫酸根离子侵蚀的水硬性胶凝材料，称为中抗硫酸盐硅酸盐水泥。简称中抗水泥，代号P·MSR。(2)高抗硫酸盐硅酸盐水泥以特定矿物组成的硅酸盐水泥熟料，加入适量石膏，磨细制成的具有抵抗较高浓度硫酸根离子侵蚀的水硬性胶凝材料，称为高抗硫酸盐硅酸盐水泥。简称高抗水泥，代号P·HSR。

3.4.2特性硅酸盐水泥（1）强度：表3-7规定的数值。（2）烧失量：应不大于3.0%。（3）氧化镁：应不大于5.0%。（4）三氧化硫：应不超过2.5%。（5）不溶物：应不大于1.5%。（6）比表面积：应不小于280m2/kg。（7）凝结时间：初凝时间不早于45min，,终凝时间不迟于10h