林建好土木工程材料本科水泥

目录基本要求4.1硅酸盐水泥、普通硅酸盐水泥4.2掺混合材料的硅酸盐系水泥4.3其他品种水泥基本要求内容学习的基础是硅酸盐水泥，可按“原材料—熟料矿物及其特性—水化硬化—水化产物—水泥石结构—技术性质—水泥石腐蚀与防止”这一主线来学习。硅酸盐类水泥根据特性相近性可分为两大部分：第一部分是硅酸盐水泥和普通水泥，第二部分是矿渣水泥、粉煤灰水泥、火山灰水泥和复合水泥。水泥的特性决定了其适用条件与范围。重点硅酸盐类水泥水泥的特性和适用条件基本要求难点硅酸盐水泥和掺混合材料硅酸水泥的性质、技术性质及选用原则硅酸盐水泥和掺混合材料硅酸水泥的矿物组成、水化产物、检测方法、水泥石的腐蚀与防止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水泥：

凡细磨成粉状，加入适量的水后成为塑性浆体，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在一起的水硬性胶凝材料。水泥的分类:按用途和性能不同：通用水泥、专用水泥、特性水泥按化学成分不同：硅酸盐系列水泥、铝酸盐系列水泥、硫铝酸盐系列水泥、铁铝酸盐系列水泥及氟铝酸盐系列水泥等。第4章水泥4.1硅酸盐水泥、普通硅酸盐水泥Back

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（波特兰水泥）。P·I：不掺加混合材料的称I型硅酸盐水泥。P·Ⅱ：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料的称Ⅱ型硅酸盐水泥。P·O：凡由硅酸盐水泥熟料、6%～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)。4.1硅酸盐水泥、普通硅酸盐水泥4.1.1硅酸盐水泥的生产1.硅酸盐水泥的生产硅酸盐水泥生产的大体步骤：把几种原材料按适当比例配合后在磨机中磨成生料；将制得的生料入窑进行煅烧；把烧好的熟料配以适当的石膏（和混合材料）在磨机中磨成细粉，即得到水泥。4.1硅酸盐水泥、普通硅酸盐水泥4.1.1硅酸盐水泥的生产2.水泥熟料矿物组成硅酸盐水泥的主要熟料矿物的名称和含量范围如下：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%。4.1硅酸盐水泥、普通硅酸盐水泥4.1.2硅酸盐水泥的水化与硬化水化是水泥产生凝结硬化的前提，而凝结硬化则是水泥水化的必然结果。1.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，生成水化产物。各矿物的水化反应如下：

2(3CaO•SiO2)+6H2O═===3CaO•2SiO2•3H2O+3Ca(OH)2

硅酸三钙水化硅酸钙氢氧化钙

2(2CaO•SiO2)+4H2O═===3CaO•2SiO2•3H2O+Ca(OH)2

硅酸二钙

3CaO•Al2O3+6H2O═===3CaO•Al2O3•6H2O

铝酸三钙水化铝酸三钙

4CaO•Al2O3•Fe2O3+7H2O═===3CaO•Al2O3•6H2O+CaO•Fe2O3•H2O

铁铝酸四钙水化铁酸一钙4.1硅酸盐水泥、普通硅酸盐水泥4.1.2硅酸盐水泥的水化与硬化四种熟料矿物的水化特性各不相同，对水泥的强度、凝结硬化速度及水化放热等的影响也不相同；各种水泥熟料矿物水化所表现的特性如下所示。4.1硅酸盐水泥、普通硅酸盐水泥4.1.2硅酸盐水泥的水化与硬化2.硅酸盐水泥的凝结硬化“凝结”：水泥加水拌合后，成为可塑的水泥浆，水泥浆逐渐变稠失去塑性，但尚不具有强度的过程。“硬化”：随后产生明显的强度并逐渐发展而成为坚强的人造石——水泥石的过程。

1882年雷·查特理(LeChatelier)首先提出水泥凝结硬化理论。4.1硅酸盐水泥、普通硅酸盐水泥4.1.2硅酸盐水泥的水化与硬化2.硅酸盐水泥的凝结硬化4.1硅酸盐水泥、普通硅酸盐水泥4.1.2硅酸盐水泥的水化与硬化2.硅酸盐水泥的凝结硬化4.1硅酸盐水泥、普通硅酸盐水泥4.1.2硅酸盐水泥的水化与硬化3.影响水泥凝结硬化的因素

影响水泥凝结硬化的因素，除矿物成分、细度、用水量外，还有养护时间、环境的温湿度以及石膏掺量等。（1）养护时间（2）温度和湿度（3）石膏掺量4.1硅酸盐水泥、普通硅酸盐水泥4.1.3硅酸盐水泥、普通硅酸盐水泥的技术性质1.细度2.凝结时间3.体积安定性4.强度及强度等级5.碱含量和氯离子含量6.水热化4.1硅酸盐水泥、普通硅酸盐水泥4.1.4水泥石的腐蚀与防止1.软水的侵蚀（溶出性侵蚀）2.盐类腐蚀(1)硫酸盐的腐蚀(2)镁盐的腐蚀3.酸类腐蚀(1)碳酸腐蚀(2)一般酸的腐蚀4.强碱的腐蚀4.1硅酸盐水泥、普通硅酸盐水泥5．腐蚀的防止(1)根据侵蚀环境特点，合理选用水泥品种。(2)提高水泥石的密实度。(3)加做保护层。当侵蚀作用较强时，可在混凝土及砂浆表面加上耐腐蚀性高而且不透水的保护层，一般可用耐酸石料、耐酸陶瓷、玻璃、塑料、沥青等。4.1硅酸盐水泥、普通硅酸盐水泥4.1.5硅酸盐水泥、普通硅酸盐水泥的特性、应用与存储1.硅酸盐水泥、普通硅酸盐水泥的性质与应用（1）强度等级高，强度发展快;适用于现浇混凝土工程、预应力混凝土工程、高强混凝土工程及冬季施工工程等。（2）水化热高,对大型基础、水坝、桥墩等大体积混凝土，由于水化热聚集在内部不易散发，而形成温差应力，可导致混凝土产生裂纹。所以，硅酸盐水泥不得用于大体积混凝土。（3）耐腐蚀性差;不宜用于受流动的和有压力的软水作用的混凝土工程，也不宜用于受海水及其他腐蚀性介质作用的混凝土工程。4.1硅酸盐水泥、普通硅酸盐水泥4.1.5硅酸盐水泥、普通硅酸盐水泥的特性、应用与存储1.硅酸盐水泥、普通硅酸盐水泥的性质与应用（4）抗冻性好,适用于严寒地区遭受反复冻融的混凝土工程。（5）抗碳化性好。（6）耐热性差,不适用于耐热、耐高温要求的混凝土工程。（7）干缩小,可用于干燥环境下的混凝土工程。（8）耐磨性好，可用于地面和道路工程。4.1硅酸盐水泥、普通硅酸盐水泥4.1.5硅酸盐水泥、普通硅酸盐水泥的特性、应用与存储2.硅酸盐水泥和普通硅酸盐水泥的存储（1）水泥储运时应注意防潮。（2）包装标识清楚。（3）储运时不得混入杂物。4.1硅酸盐水泥、普通硅酸盐水泥第4章水泥4.2掺混合材料的硅酸盐系水泥Back4.2.1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。1.活性混合材料—混合材料磨成细粉，与石灰或与石膏拌合在一起，并加水后，在常温下，能生成具有胶凝性的水化产物，既能在水中，又能在空气中的材料。（1）粒化高炉矿渣。（2）火山灰质混合材料。（3）硅粉。（4）粉煤灰。4.2掺混合材料的硅酸盐系水泥4.2.1混合材料2.非活性混合材料—凡常温下与石灰、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混合材料。（1）石灰石。（2）石英砂。（3）慢冷矿渣。4.2掺混合材料的硅酸盐系水泥4.2.2掺混合材料的硅酸盐水泥的水化硬化

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：

（水化硅酸钙）

yCa(OH)2+活性A12O3+n2H2O→yCaO•A12O3•(n2+y)H2O（水化铝酸钙）4.2掺混合材料的硅酸盐系水泥4.2.3矿渣硅酸盐水泥、火山灰质硅酸盐水泥和粉煤灰硅酸盐水泥1.定义与组成

1)矿渣硅酸盐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。

2)火山灰质硅酸盐水泥（P·P）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。

3)粉煤灰硅酸盐水泥(P·F)

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4.2掺混合材料的硅酸盐系水泥4.2.3矿渣硅酸盐水泥、火山灰质硅酸盐水泥和粉煤灰硅酸盐水泥2.技术性质1)细度、凝结时间和体积安定性。要求与普通硅酸盐水泥相同。2)氧化镁。3)三氧化硫。矿渣水泥中三氧化硫的含量不得超过4.0%；火山灰水泥和粉煤灰水泥中三氧化硫的含量不得超过3.5%。4)强度。5)碱。水泥中碱含量按Na2O+0.658K2O计算值来表示。若使用活性骨料要限制水泥中的碱含量时，由供需双方商定。4.2掺混合材料的硅酸盐系水泥4.2.3矿渣硅酸盐水泥、火山灰质硅酸盐水泥和粉煤灰硅酸盐水泥3.特性与应用（1）三种水泥的共性特点与应用

1)凝结硬化慢、早期强度低和后期强度增长快。掺混合材料水泥的强度增长与硅酸盐水泥的比较如图所示。4.2掺混合材料的硅酸盐系水泥4.2.3矿渣硅酸盐水泥、火山灰质硅酸盐水泥和粉煤灰硅酸盐水泥3.特性与应用（1）三种水泥的共性特点与应用

2)温度敏感性高，适宜高温湿热养护。养护温度对掺混合材料水泥和硅酸盐水泥的强度增长比较如图所示。4.2掺混合材料的硅酸盐系水泥4.2.3矿渣硅酸盐水泥、火山灰质硅酸盐水泥和粉煤灰硅酸盐水泥3.特性与应用（1）三种水泥的共性特点与应用

3)水化热低，适合大体积混凝土工程。

4)耐腐蚀性能强。

5)抗冻性差，耐磨性差。

6)抗碳化能力差。4.2掺混合材料的硅酸盐系水泥4.2.3矿渣硅酸盐水泥、火山灰质硅酸盐水泥和粉煤灰硅酸盐水泥3.特性与应用（2)三种水泥的个别特性

1)矿渣硅酸盐水泥。具有较强的耐热性。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的基础等；也可用于温度达300℃～400℃的热气体通道等耐热工程。粒化高炉矿渣玻璃体对水的吸附力差，导致矿渣水泥的保水性差，易泌水产生较多的连通孔隙，水分的蒸发增加，使矿渣水泥的抗渗性差，干燥收缩较大，易在表面产生较多的细微裂缝，影响其强度和耐久性。4.2掺混合材料的硅酸盐系水泥4.2.3矿渣硅酸盐水泥、火山灰质硅酸盐水泥和粉煤灰硅酸盐水泥3.特性与应用（2)三种水泥的个别特性

2)火山灰质硅酸盐水泥。火山灰水泥具有较好的抗渗性和耐水性。可优先用于有抗渗性要求的工程。火山灰水泥的干燥收缩比矿渣水泥更加显著，在长期干燥的环境中，其水化反应会停止，已经形成的凝胶还会脱水收缩，形成细微裂缝，影响水泥石的强度和耐久性。因此，火山灰水泥施工时要加强养护，较长时间保持潮湿状态，且不宜用于干热环境中。4.2掺混合材料的硅酸盐系水泥4.2.3矿渣硅酸盐水泥、火山灰质硅酸盐水泥和粉煤灰硅酸盐水泥3.特性与应用（2)三种水泥的个别特性

3)粉煤灰水泥。干缩性较小，甚至优于硅酸盐水泥和普通水泥，具有较好的抗裂性。因为，粉煤灰颗粒呈球形，较为致密，吸水性差，加水拌合时的内摩擦阻力小，需水性小，所以其干缩小，抗裂性好，同时配制的混凝土、砂浆和易性好。由于粉煤灰吸水性差，水泥易泌水，形成较多连通孔隙，干燥时易产生细微裂缝，抗渗性较差，不宜用于干燥环境和抗渗要求高的工程。4.2掺混合材料的硅酸盐系水泥4.2.4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、适量石膏磨细制成的水硬性胶凝材料，代号P·C。复合硅酸盐水泥的强度等级分为：32.5、32.5R、42.5、42.5R、52.5、52.5R。复合硅酸盐水泥的特性与所掺的混合材料种类有关，复合硅酸盐水泥可用于一般混凝土工程及大体积混凝土工程，也可用于拌制砂浆。4.2掺混合材料的硅酸盐系水泥第4章水泥4.3其他品种水泥Back4.3.1白色与彩色硅酸盐水泥1.白色硅酸盐水泥—由白色硅酸盐水泥熟料、适量石膏及规定的混合材料（石灰石或窑灰）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），代号P•W。白水泥的制造原理及要求。下表为水泥中氧化铁含量与水泥颜色的关系。4.3其他品种水泥4.3.1白色与彩色硅酸盐水泥1.白色硅酸盐水泥白水泥的技术性质。1）细度。白水泥的细度要求为80µm，方孔筛筛余应不超过10%。2)凝结时间。初凝时间不早于45min，终凝时间不迟于lOh。3)体积安定性。4)强度。5)白度。4.3其他品种水泥4.3.1白色与彩色硅酸盐水泥1.白色硅酸盐水泥应用。白水泥具有强度高、色泽洁白等特点，在建筑装饰工程中常用来配制彩色水泥浆，用于建筑物内、外墙的粉刷及天棚、柱子的粉刷，还可用于贴面装饰材料的勾缝处理，配制各种彩色砂浆用于抹灰，如常用于水刷石、斩假石等。可模仿天然石材的色彩、质感，具有较好的装饰效果。还可配制彩色混凝土，制作彩色水磨石等。4.3其他品种水泥4.3.1白色与彩色硅酸盐水泥2.彩色硅酸盐水泥—凡由硅酸盐水泥熟料加适量石膏（或白色硅酸盐水泥）、规定的混合材料及着色剂磨细或者混合制成的带有色彩的水硬性胶凝材料（简称彩色水泥）。生产方法：（1）由白水泥熟料，适量石膏和碱性颜料共同磨细制成。（2）在白水泥的生料中加入少量金属氧化物直接烧制彩色水泥熟料，然后加入适量石膏磨细而成。4.3其他品种水泥4.3.2快硬硅酸盐水泥—凡以硅酸盐水泥熟料和适量石膏磨细制成的，以3d抗压强度表示标号的水硬性胶凝材料。快硬硅酸盐水泥的性质按国家标准GB199-90规定：细度：0.08mm方孔筛，筛余量不得超过l0%。凝结时间：初凝不得早于45min，终凝不得迟于10h。体积安定性：三氧化硫不超过4.0%，其他与硅酸盐水泥同。强度与标号：各标号各龄期强度数值不得低于表中的数值。4.3其他品种水泥4.3.3道路硅酸盐水泥—由较高铁铝酸钙含量的硅酸盐道路水泥熟料，O～l0%活性混合材料和适量石膏磨细制成的水硬性胶凝材料。1.性能：耐磨性好、收缩小、抗冻性好、抗冲击性好，有高的抗折强度和良好的耐久性。道路水泥的上述特性，主要依靠改变水泥熟料的矿物组成、粉磨细度、石膏加入量及外加剂来达到。2.应用：道路水泥主要用于公路路面、机场跑道、车站、公共广场等混凝土工程，也可用于要求较高的工厂地面和停车场等工程。4.3其他品种水泥4.3.3道路硅酸盐水泥3.技术要求

(1)氧化镁含量。道路水泥中氧化镁含量应不大于5.0%。

(2)三氧化硫含量。道路水泥中三氧化硫含量应不大于3.5%。

(3)烧失量。道路水泥中的烧失量应不大于3.0%。

(4)比表面积。比表面积为300～450m2/kg。

(5)凝结时间。初凝应不早于1.5h，终凝不得迟于10h。

(6)安定性。用沸煮法检验必须合格。

(7)干缩率。28d干缩率应不大于0.10%。

(8)耐磨性。28d磨耗量应不大于3.00kg/m2。

(9)碱含量。碱含量由供需双方商定。若使用活性骨料，用户要求提供低碱水泥时，水泥中碱含量应不超过0.60%。碱含量按w(Na2O)+0.658w(K2O)计算值表示。4.3其他品种水泥4.3.4膨胀硅酸盐水泥与自应力硅酸盐水泥1.概念：

一般硅酸盐水泥在水化过程中产生一定的收缩，因而使混凝土结构或构件出现裂纹，影响结构的力学性能和耐久性。膨胀水泥和自应力水泥在凝结硬化过程中不仅不收缩，反而有不同程度的膨胀。当膨胀变形受到来自外部的约束或钢筋的内部约束时．就会使硬化后混凝土受到相应的压应力作用，从而达到了预应力的效果，因为这种预加压应力来自于水泥本身的水化，所以成为自应力，并以自应力表示所产生压应力的大小。自应力大于或等于2.0MPa的称为自应力水泥，自应力小于2.0MPa（通常为0.50MPa左右）的称为膨胀水泥。4.3其他品种水泥4.3.4膨胀硅酸盐水泥与自应力硅酸盐水泥2.膨胀水泥的品种：（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。（4）铁铝酸盐膨胀水泥。4.3其他品种水泥4.3.4膨胀硅酸盐水泥与自应力硅酸盐水泥3.膨胀水泥的用途：

（1）配制防水砂浆和防水混凝土。（2）填灌构件的接缝及管道接头。（3）结构的加固与修补。（4）固结机器底座及地脚螺栓。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。4.3其他品种水泥4.3.5中热硅酸盐水泥低热硅酸盐水泥低热矿渣硅酸盐水泥4.3其他品种水泥4.3.6抗硫酸盐硅酸盐水泥中抗硫酸盐硅酸盐水泥—以适当成分的硅酸盐水泥熟料，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。高抗硫酸盐硅酸盐水泥—以适当成分的硅酸盐水泥熟料，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。

抗硫酸盐水泥适用于一般受硫酸盐侵蚀的海港、水利、地下、隧涵、道路和桥梁基础等工程设施。4.3其他品种水泥4.3.7砌筑水泥—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，经磨细制成的和易性较好的水硬性胶凝材料，称为砌筑水泥，代号M。技术要求：

(1)水泥中三氧化硫含量应不大于4.0%；

(2)细度：0.08mm方孔筛筛余不大于10.0%；

(3)初凝不早于60min，终凝不迟于12h；

(4)体积安定性用沸煮法检验，应合格；

(5)保水率应不低于80%；．

(6)强度：砌筑水泥分12.5和22.5两个强度等级，各等级水泥的各龄期强度不得低于表4-15中的数值。4.3其他品种水泥4.3.8铝酸盐水泥1.定义：以铝矾土和石灰石为原料，经煅烧至全部或部分熔融，得到以铝酸钙为主、氧化铝含量约占50%的矿物熟料，经磨细制成的水硬性胶凝材料，代号为CA。2.矿物组成：铝酸一钙（CaO•Al2O3，简写CA），其含量约占70%，还有二铝酸一钙（CaO•2Al2O3，简写CA2）、硅铝酸二钙（2CaO•Al2O