第三章 无机凝胶材料

1建筑材料---胶凝材料2

胶凝材料概述定义：在一定条件下，经过自身的一系列物理、化学作用后，能将散粒或块状材料粘结成为具有一定强度的整体的材料，统称为胶凝材料。分类：有机胶凝材料气硬性胶凝材料水硬性胶凝材料只能在空气中硬化，也只能在空气中保持或发展其强度。如：石灰、石膏、水玻璃、菱苦土不仅能在空气中硬化，而且能更好地在水中硬化保持并发展其强度。如：水泥如：沥青、各种合成树脂无机胶凝材料胶凝材料3第一节石灰原料：以碳酸钙为主的天然原料：石灰岩（limestone）、白垩、白云质石灰岩、贝壳等。岩石名称

方解石含量（%）

白云石含量（%）

石灰岩含白云质灰岩白云质灰岩100--9595--7575--500--55--2525--50钙质白云岩含钙质白云岩白云岩50--2525--55--050--7575--9595--1004原料：石灰石白云质石灰石白垩贝壳5一、石灰的生产与分类石灰：包含不同化学组成和物理形态的生石灰、消石灰、水硬性石灰的统称。将主要成分为碳酸钙的天然岩石（石灰岩、白垩等）煅烧，排除分解出的二氧化碳后，所得以CaO为主要成分的产品即为生石灰。欠火石灰CaO含量低，质量等级低，利用率低过火石灰质地密实，颜色较深，消化缓慢，容易造成墙体开裂温度过低或时间不足温度过高或时间过长石灰6二、石灰的消化与硬化消化（熟化）：生石灰（CaO）与水作用生成氢氧化钙（熟石灰，又称消石灰）的过程。生石灰的消化反应如下：CaO＋H2O→Ca(OH)2＋64.9×103J石灰的消化过程会放出大量的热，熟化时体积增大1～2.5倍。

过烧石灰消化速度慢，易引起墙面隆起、开裂，所以使用前需洗灰陈伏。7

石灰膏多存放在工地现场的贮灰坑中，产品含水量约为50%，表观密度为1300~1400kg/m3。由于过火石灰熟化缓慢，为防止过火石灰在建筑物中吸收空气中水分继续熟化，造成建筑物局部膨胀开裂，石灰膏应在贮灰坑中隔绝空气存放2周以上，使生石灰熟化后再用于工程，这种过程成为“陈伏”。8石灰熟化示意图陈伏：石灰浆在储灰坑内陈伏2周以上。9石灰的凝结硬化胶凝材料的凝结硬化时一个连续的物理、化学变化过程，具有可塑性的胶凝材料能逐渐变成坚硬的固体物质。通常将具有可塑性的浆体逐渐失去塑性的过程，成为凝结；随着物理、化学作用的延续，浆体产生强度，并逐渐提高，最终变成坚硬的固体物质的过程，成为硬化。石灰的硬化干燥——多余水分蒸发或被吸收而使粒子紧密接触，获得一定强度。结晶——游离水减少，溶液饱和，氢氧化钙结晶析出，强度增大。碳化——强度进一步提高，但进行缓慢：10AB石灰抹面裂纹比较和分析案例分析分析答案11分析：在煅烧过程中，如果煅烧时间过长或温度过高，将生成颜色较深、块体致密的“过烧石灰”。过烧石灰水化极慢，当石灰变硬后才开始熟化，产生体积膨胀，引起已变硬石灰体的隆起鼓包和开裂。为了消除过烧石灰的危害，保持石灰膏表面有水的情况下，在贮存池中放置一周以上，这一过程称为陈伏。陈伏期间，石灰浆表面应保持一层水，隔绝空气，防止Ca(OH)2与CO2发生碳化反应。

石灰砂浆A为凸出放射性裂纹，这是由于石灰浆的陈伏时间不足，致使其中部分过烧石灰在石浆砂浆制作时尚未水化，导致在硬化的石灰砂浆中继续水化成Ca(OH)2，产生体积膨胀，从而形成膨胀性裂纹。

石灰砂浆B为网状干缩性裂纹，是因石灰砂浆在硬化过程中干燥收缩所致。尤其是水灰比过小，石灰过多，易产生此类裂纹。12三、石灰的技术要求及特性石灰的分类及技术要求建筑工程中所用的石灰常分三个品种：建筑生石灰、建筑生石灰粉和建筑消石灰粉。根据石灰中氧化镁的含量分为：钙质石灰：MgO≦5%镁质石灰：MgO﹥5%钙质消石灰粉：MgO≦4%镁质消石灰粉：4%﹤MgO﹤24%白云石质消石灰粉：24%﹤MgO﹤30%13根据成品加工方法不同分为：名称加工方法状态主要成分块灰直接煅烧块状CaO生石灰粉块状生石灰磨细粉末CaO消石灰粉生石灰用适量水经消化和干燥粉末Ca(OH)2石灰膏块状生石灰用过量水消化（或将消石灰粉和水拌合）一定稠度的膏状物Ca(OH)2和水石灰乳生石灰加大量水消化乳状液体Ca(OH)2和水各种石灰根据其种类、成分、细度等划分为优等品、一等品及合格品。14石灰的特性可塑性和保水性好：可调成石灰砂浆。吸湿性强：是传统的干燥剂；储存时注意防潮。凝结硬化慢，强渡低。体积收缩大：不宜单独使用，可掺入砂、各种纤维材料等减少收缩。耐水性差：不宜在潮湿的环境中使用，也不宜单独用于建筑物基础。15四、石灰的应用制作石灰乳涂料石灰乳涂料可用于建筑室内墙面和顶棚粉刷。掺入少量佛青颜料，可使其呈纯白色；掺入107胶或少量水泥粒化高炉矿渣(或粉煤灰)，可提高粉刷层的防水性；掺入各种色彩的耐碱材料，可获得更好的装饰效果。配制砂浆石灰浆和消石灰粉可以单独或与水泥一起配制成砂浆，前者称石灰砂浆，后者称混合砂浆，用于墙体的砌筑和抹面。为了克服石灰浆收缩性大的缺点，配制时常要加入纸筋等纤维质材料。保水性好16拌制灰土和三合土：消石灰粉与粘土的拌合物，称为灰土，若再加入砂（或碎石、炉渣等），即成三合土。灰土和三合土在夯实或压实下，密实度大大提高，而且在潮湿的环境中，粘土颗粒表面的少量活性氧化硅和氧化铝与Ca(OH)2发生反应，生成水硬性的水化硅酸钙和水化铝酸钙，使粘土的抗渗能力、抗压强度、耐水性得到改善。三合土和灰土主要用于建筑物基础、路面和地面的垫层。制作碳化石灰板：用作非承重的内墙板、天花板等。生产硅酸盐制品：如灰砂砖、粉煤灰砖、粉煤灰砌块、硅酸盐砌块等。配制无熟料水泥17各类石灰的用途

品种名称适用范围生石灰配制石灰膏；磨细成生石灰粉石灰膏用于调制石灰砌筑砂浆或抹面砂浆

稀释成石灰乳(石灰水)涂料，用于内墙和平顶刷白生石灰粉

(磨细生石灰粉)用于调制石灰砌筑砂浆或抹面砂浆

配制无熟料水泥

制作硅酸盐制品(如灰砂砖等)

制作碳化制品(如碳化石灰空心板)

用于石灰土(灰土)和三合土消石灰粉制作硅酸盐制品

用于石灰土(石灰+粘土)和三合土总结18一、石膏的生产及分类

石膏的生产：原料在不同压力和温度下煅烧、脱水，再经磨细而成。CaSO4·2H2O二水石膏107～170℃0.13MPa蒸压125℃加热、脱水170～360℃400～750℃800℃加热、脱水建筑石膏高强石膏可溶性硬石膏不溶性硬石膏高温煅烧石膏第二节石膏19石膏的分类名称特点建筑石膏白色粉末，晶体细小，需水量大；制品孔隙率大，强度较低；便于生产成本低，应用最广高强石膏白色粉末，晶粒粗大，需水量小；制品密实度大，强度高；用于建筑抹灰，装饰品及石膏板可溶性硬石膏需水量大，凝结快，强渡低；需陈化转变为半水石膏后才可使用不溶性石膏死烧石膏；难溶于水，不可凝结凝结硬化；掺入激发剂可制成无水石膏水泥高温煅烧石膏高温下才稳定20二、建筑石膏的凝结硬化建筑石膏与适量的水相混合，最初成为可塑的浆体，但很快就失去塑性并产生强度，并发展成为坚硬的固体。石膏与水搅拌后发生如下反应：21初凝：建筑石膏拌水后形成流动的可塑性胶凝体溶解于水中，很快形成饱和溶液，溶液中的半水石膏与水反应生成二水石膏，二水石膏胶体微粒由于溶解度低将从溶液中析出，并促使半水石膏进一步溶解，直至半水石膏全部转化为二水石膏。在这个过程中，浆体中的水分逐渐减少，浆体失去流动性，可塑性也开始下降，称为石膏的初凝。终凝：随着水分蒸发和水化的继续进行，浆体完全失去可塑性，这个过程称为终凝。1—半水石膏；２—二水石膏胶体微粒；３—二水石膏晶体；４—交错的晶体。建筑石膏凝结硬化示意图22硬化石膏的结构23三、建筑石膏的技术要求及特性

建筑石膏的技术要求外观：色白，密度为2.60～2.75g/cm3,堆积密度为800～1100kg/m3。质量标准：建筑石膏按强度、细度、凝结时间指标分为优等品、一等品和合格品三个等级。石膏24产品标记：产品名称+抗折强度+标准号建筑石膏的技术指标（GB9776-88）技术指标优等品一等品合格品抗折强度/MPa,不小于2.52.11.8抗压强度/MPa,不小于4.93.92.9细度(0.2mm方孔筛筛余/％),不大于5.010.015.0凝结时间初凝时间不早于6min；终凝时间不迟于30min

抗折强度为2.5MPa的建筑石膏记为：

建筑石膏2.5GB9776例如25建筑石膏的特性凝结硬化快硬化制品的孔隙率大，体积密度小，保温、吸声性能好具有一定的调温调湿性凝固时体积微膨胀防火性好耐水性、抗冻性差26四、建筑石膏的应用室内抹灰及粉刷

建筑石膏凝结快，用于抹灰、粉刷时需加缓凝剂及附加材料制成粉刷石膏。粉刷石膏粘接力高、不裂、不起鼓、表面光洁、防火、保温，并且施工方便，可实现机械化施工，是一种高档抹面材料，可用于办公室、住宅等的墙面、顶棚等。27制作石膏制品建筑石膏制品的种类很多。如纸面石膏板、空心石膏板、石膏砌块、装饰石膏板、石膏角线、灯圈、罗马柱等，主要用于分室墙，内隔墙、吊顶及装饰。石膏制品质量轻，可锯、可刨、可钉，加工性能好，可连续生产，生产效率高，有广阔的发展前途。石膏立柱石膏吊顶282930请观察建筑石膏粉，并分析是否宜用此石膏粉作粘结或制作石膏制品。观察与讨论分析答案建筑石膏粉的质量

建筑石膏粉31分析：从图可见该建筑石膏粉已吸潮结粒，对凝结硬化性能及强度均有影响，已不宜使用。

由于建筑石膏粉易吸潮，影响其以后使用时的凝结硬化性能和强度，长期储存也会降低强度，因此建筑石膏粉存贮时必须防潮，储存时间不得过长，一般不得超过三个月。32某住户喜爱石膏制品，全宅均用普通石膏浮雕板作装饰。使用一段时间后，客厅、卧室效果相当好，但厨房、厕所、浴室的石膏制品出现发霉变形。请分析原因。

案例分析分析答案33分析：厨房、厕所、浴室等处一般较潮湿，普通石膏制品具有强的吸湿性和吸水性，在潮湿的环境中，晶体间的粘结力削弱，强度下降、变形，且还会发霉。

建筑石膏一般不宜在潮湿和温度过高的环境中使用。欲提高其耐水性，可于建筑石膏中掺入一定量的水泥或其它含活性SiO2、Al2O3及CaO的材料。如粉煤灰、石灰。掺入有机防水剂亦可改善石膏制品的耐水性。

34某工人用建筑石膏粉拌水为一桶石膏浆，用以在光滑的天花板上直接粘贴，石膏饰条前后半小时完工。几天后最后粘贴的两条石膏饰条突然坠落，请分析原因。案例分析分析答案35分析：①建筑石膏拌水后一般于数分钟至半小时左右凝结，后来粘贴石膏饰条的石膏浆已初凝，粘结性能差。可掺入缓凝剂，延长凝结时间；或者分多次配制石膏浆，即配即用。

②在光滑的天花板上直接贴石膏条，粘贴难以牢固，宜对表面予以打刮，以利粘贴。或者，在粘结的石膏浆中掺入部分粘结性强的粘结剂。36第三节水玻璃

一、水玻璃的组成和硬化

二、水玻璃的性质与应用37一、水玻璃的组成和硬化

组成俗称泡花碱，是由不同比例的碱金属氧化物和二氧化硅化合而成的一种可溶于水的硅酸盐。建筑常用的为钠水玻璃(Na2O·nSiO2)；钾水玻璃(K2O·nSiO2)液体水玻璃是一种具有胶体特征，又具有溶液特征的胶体溶液。38一、水玻璃的组成和硬化

硬化水玻璃在空气中吸收二氧化碳，析出二氧化硅凝胶，并逐渐干燥脱水成为氧化硅而硬化。由于空气中二氧化碳的浓度较低，为加速水玻璃的硬化，常加入氟硅酸钠(Na2SiF6)作为促硬剂，加速二氧化硅凝胶的析出。39二、水玻璃的性质与应用水玻璃在凝结硬化后，黏结力强,强度较高,耐酸性好,耐热性好,耐碱性和耐水性差。利用水玻璃凝结硬化后的性能，在建筑工程中主要有以下几方面用途：涂刷材料表面，提高抗风化能力；加固土壤；配制速凝防水剂；修补砖墙裂缝。40第四节镁质胶凝材料又称菱苦土或氯氧镁水泥；主要成分为MgO。硬化后的主要产物为xMgO·yMgCl2·zH2O，其吸湿性大，耐水性差。遇水或吸湿后易产生翘曲变形，表面泛霜，且强度大大降低。因此菱苦土制品不宜用于潮湿环境。使用玻璃纤维增强的菱苦土制品具有很高的抗折强度和抗冲击能力，其主要产品为玻璃纤维增强菱苦土波瓦。411.石膏浆、石灰浆和水泥浆三种胶凝材料浆体硬化时收缩最大的是水泥浆。课堂练习2.一般建筑石膏适用于室外。3.石灰陈伏是为了消除过烧石灰的危害。4.石膏浆体的水化、凝结和硬化实际上是碳化作用。5.在水泥中，石膏加入的量越多越好。

否是否是是否否是否是42太棒了！43继续努力哦！44作业1.材料的密度、表观密度、孔隙率之间有何关系？2.某砌块外形的尺寸为150mm×150mm×150mm，已知其孔隙率为38%，干燥质量为2488g，浸水饱和后质量为3014g。试求该砌块的密度、表观密度及质量吸水率。3.天然岩石的主要技术性质有哪些？选用石材需考虑技术条件是什么？4.烧结砖为什么要对泛霜和石灰爆裂情况进行测定?5.生石灰熟化是为什么要进行“陈伏”？建筑材料水泥46本章内容水泥概述5.1硅酸盐水泥

5.1.1硅酸盐水泥5.1.2掺混合材料的通用硅酸盐水泥

5.1.3通用硅酸盐水泥的特性及应用5.2水泥的验收与储存5.3水泥的取样规定5.4水泥主要技术性质的检测方法与检测报告5.5通用硅酸盐水泥的质量标准5.7水泥石的腐蚀与防止课堂练习复习思考题

⑴熟悉硅酸盐水泥的矿物组成，了解其硬化机理；⑵熟练掌握硅酸盐水泥等几种通用水泥的性能特点，相应的检测方法及选用原则；⑶了解特性水泥和专用水泥的主要性能及使用特点；⑷掌握水泥的检验及质量合格标准的判定。教学目标47我国水泥工业的优势我国水泥工业的劣势前沿讨论48

作为主要的建筑材料，水泥产量变化客观反映了建筑业的发展。在过去的100年中，中国的建筑业以惊人的速度发展，特别是近二十年来更是盛况空前，从表中水泥产量的变化中可以得到充分证明。

我国水泥工业发展现状年1908194919621978199020032005200620072008产量0.010.666.0065.242108231069123613361388我国水泥产量(106t)达到世界水泥总量的50％新型干法产量所占比例超过50％49水泥检测

5.1概述水泥是工程中广泛使用的水硬性胶凝材料，是水利水电工程混凝土结构的主要建筑材料，常用于拌制水泥砂浆、水泥混凝土，也常用作灌浆材料加固地基。水泥的种类繁多，按所含水硬性物质的不同，可分为硅酸盐系水泥、铝酸盐系水泥及硫铝酸盐系水泥等，其中以硅酸盐系水泥应用最广；按水泥的用途及性能，可分为通用水泥、专用水泥与特性水泥三类，见表5.1。分类主要品种通用水泥

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、石灰石硅酸盐水泥等专用水泥油井水泥、砌筑水泥、耐酸水泥、耐碱水泥、道路水泥等特性水泥

白色硅酸盐水泥、快硬硅酸盐水泥、高铝水泥、硫铝酸盐水泥、抗硫酸盐水泥、膨胀水泥、自应力水泥等表5.1水泥分类505.1.1.1硅酸盐水泥概述国家标准GB175-2007《通用硅酸盐水泥》规定：通用硅酸盐水泥是一般土木工程通常采用的水泥，是以硅酸盐水泥熟料、适量石膏和混合材料制成的水硬性胶凝材料。包括硅酸盐水泥、普通硅酸盐水泥、矿渣硅酸盐水泥、火山灰硅酸盐水泥、粉煤灰硅酸盐水泥和复合硅酸盐水泥。（1）硅酸盐水泥分类硅酸盐水泥分两种类型，不掺加混合材料的称Ⅰ型硅酸盐水泥，代号P·Ⅰ。在硅酸盐水泥熟料粉磨时掺加不超过水泥质量5％的粒化高炉矿渣混合材料的称为Ⅱ型硅酸盐水泥，代号P·Ⅱ。（2）硅酸盐水泥熟料由主要含CaO、SiO2、Al2O3、Fe2O3的原料，按适当比例磨成细粉烧制部分熔融所得以硅酸钙为主要矿物成分的水硬性胶凝物质。其中硅酸钙矿物不小于66％，氧化钙和氧化硅的质量比不小于2.0。51小知识“矿渣”的全称是“粒化高炉矿渣”。它是钢铁厂冶炼生铁时产生的废渣。在高炉炼铁过程中，除了铁矿石和燃料（焦炭）之外，为降低冶炼温度，还要加入适当数量的石灰石和白云石作为熔剂。它们在高炉内分解所得到的氧化钙、氧化镁、和铁矿石中的废矿、以及焦炭中的灰分相熔化，生成了以硅酸盐与硅铝酸盐为主要成分的熔融物，浮在铁水表面，定期从排渣口排出，经空气或水急冷处理，形成粒状颗粒物，这就是粒化高炉矿渣，简称：矿渣。每生产一吨生铁，要排出0.3～1吨矿渣。矿渣的化学成分与水泥熟料相似，只是氧化钙含量略低。什么是“矿渣”？

525.1.1.2硅酸盐水泥的原料和生产工艺（1）硅酸盐水泥的原料硅酸盐水泥的原料主要是石灰质原料（石灰石、白垩等）和粘土质原料（粘土、页岩等）。原料配比的确定，应满足原料中氧化钙含量占75％~78％，氧化硅、氧化铝及氧化铁含量占22％～25％。为满足上述各矿物含量要求，原料中常加人富含某种矿物成分的辅助原料，如铁矿石、砂岩等。（2）硅酸盐水泥的生产工艺硅酸盐水泥的生产可概括为“两磨一烧”，即生料的配制与磨细、生料锻烧至部分熔融（1450℃）形成熟料，熟料与适量石膏（2％～5％）等混合磨细。生产过程中的关键环节是生料配制与煅烧，其目的是使水泥熟料中的矿物成分及含量符合要求。53硅酸盐水泥的生产工艺石灰质原料CaO黏土质原料SiO2、Al2O3、

Fe2O3校正原料生料熟料石膏石灰石或粒化矿渣按比例混合磨细煅烧1450℃水泥磨细“两磨一烧”54硅酸盐水泥熟料矿物组成生料SiO2CaO化合反应800～1450℃800℃左右分解反应Al2O3Fe2O32CaO·SiO23CaO·SiO23CaO·Al2O34CaO·Al2O3·Fe2O3555.1.1.3硅酸盐水泥熟料的矿物组成硅酸盐水泥熟料的主要矿物成分有4种，其名称及含量范围见表5.2。矿物名称分子式缩写形式含量（%）硅酸三钙硅酸二钙铝酸三钙铁铝酸四钙3CaO·SiO22CaO·SiO23CaO·Al2O34CaO·Al2O3·Fe2O3C3SC2SC3AC4AF37～6015～3775～827～1510～1818～25除4种主要矿物成分外，硅酸盐水泥熟料中还含有少量游离氧化钙、游离氧化镁及碱类物质（K2O及Na2O），其总量不超过水泥熟料的10％。表5.2硅酸盐水泥熟料的主要矿物成分565.1.1.4硅酸盐水泥的凝结硬化硅酸盐水泥的凝结硬化是一个复杂的物理、化学变化过程。（1）硅酸盐水泥的水化特性及水化生成物水泥与水发生的化学反应，简称为水泥的水化反应。硅酸盐水泥熟料矿物的水化反应如下：575.1.1.4硅酸盐水泥的凝结硬化硅酸盐水泥的凝结硬化是一个复杂的物理、化学变化过程硅酸盐水泥熟料矿物的水化

硅酸盐水泥拌合水后，四种主要熟料矿物与水反应。①硅酸三钙水化硅酸三钙在常温下的水化反应生成水化硅酸钙(C-S-H凝胶和氢氧化钙。2(3CaO·SiO2)＋6H2O＝3CaO·2SiO2·3H2O＋3Ca(OH)2②硅酸二钙的水化

C2S的水化与C3S相似，只不过水化速度慢而已。

2(2CaO·SiO2)＋4H2O=3CaO·2SiO2·3H2O＋Ca(OH)258③铝酸三钙的水化

由于铝酸三钙的水化反应极快，使水泥产生瞬时凝结，为了方便施工，在生产硅酸盐水泥时需掺加适量的石膏，达到调节凝结时间的目的。铝酸三钙的水化迅速，放热快，其水化产物组成和结构受液相CaO浓度和温度的影响很大，先生成介稳状态的水化铝酸钙，最终转化为水石榴石（C3AH6）。3CaO·Al2O3＋6H2O＝3CaO·Al2O3·6H2O

在有石膏的情况下，C3A水化的最终产物与起石膏掺入量有关。最初形成的三硫型水化硫铝酸钙，简称钙矾石，常用AFt表示。若石膏在C3A完全水化前耗尽，则钙矾石与C3A作用转化为单硫型水化硫铝酸钙(AFm)。59

石膏和铝酸三钙的水化产物水化铝酸钙发生反应，生成水化硫铝酸钙针状晶体（钙矾石），反应式如下：3CaO·AI2O3·6H2O＋3(CaSO4·2H2O)＋19H2O＝3CaO·AI2O3·3CaSO4·31H2O水化硫铝酸钙难溶于水，生成时附着在水泥颗粒表面，能减缓水泥的水化反应速度。④铁相固溶体的水化

水泥熟料中铁相固溶体可用C4AF作为代表。它的水化速率比C3A略慢，水化热较低，即使单独水化也不会引起快凝。其水化反应及其产物与C3A很相似。4CaO·Al2O3·Fe2O3＋7H2O＝3CaO·Al2O3·6H2O＋CaO·Fe2O3·H2O60硅酸盐水泥的水化与凝结硬化硅酸盐水泥的主要水化产物水化产物分子式名称所占比例(%)3CaO·2SiO2·3H2O水化硅酸钙50~703Ca(OH)2氢氧化钙203CaO·Al2O3·6H2O水化铝酸钙不定CaO·Fe2O3·H2O水化铁酸一钙不定3CaO·Al2O3·3CaSO4·32H2O高硫型水化硫铝酸钙（钙矾石）不定通常认为，水化硅酸钙凝胶体对水泥石的强度和其它性质起着决定性的作用。61性质C3SC2SC3AC4AF凝结硬化速度快慢最快较快水化时放出热量大小最大中强度高低高早期低、后期高低中发展快慢快较快4种熟料矿物水化反应时所表现出的水化特性62(2)硅酸盐水泥的凝结硬化

硅酸盐水泥水化初期，水化产物的数量较少，水泥浆还具有良好的可塑性。随后水化产物的数量不断增加，自由水分不断减少，水化产物颗粒间逐渐接近，部分颗粒黏结在一起形成了一定的网状结构，水泥浆体失去可塑性，产生凝结。石膏对硅酸盐水泥水化起缓凝剂作用。

随着水化的进一步进行，水化产物不断生成并填充水泥颗粒的空隙。更多的水化产物颗粒间产生黏结作用使所形成的网状结构更加密实，此时水泥浆体逐步产生强度进入硬化阶段。63硬化后的水泥石是由胶体粒子、晶体粒子、凝胶孔、毛细孔及未水化的水泥颗粒所组成。其结构如图所示。

A－－未水化水泥颗粒B－－胶体粒子C－－晶体粒子D－－毛细孔（毛细孔水）E－－凝胶孔64影响凝结硬化的因素①水泥的熟料矿物组成及细度

水泥熟料中各种矿物的凝结硬化特点不同，当水泥中个矿物的相对含量不同时，水泥的凝结硬化特点就不同。

水泥磨得愈细，水泥颗粒平均粒径小，比表面积大，水化时与水的接触面大，水化速度快，凝结硬化快，早期强度就高。②水泥浆的水灰比

水泥浆的水灰比是指水泥浆中水与水泥的质量之比。当水泥浆中加水较多时，水灰比较大，此时水泥的初期水化反应得以充分进行；但是水泥颗粒间原来被水隔开的距离较远，颗粒间相互连接形成骨架结构所需的凝结时间长，所以水泥浆凝结较慢,且空隙多，降低水泥石的强度。

65③石膏的掺量

硅酸盐水泥中加入适量的石膏会起到良好的缓凝效果，且由于钙矾石的生成，还能提高水泥石的强度。但是石膏掺量过多时，可能危害水泥石的安定性。（一般so3不超过3.5%）④环境温度和湿度

水泥水化反应的速度与环境的温度有关，只有处于适当温度下，水泥的水化、凝结和硬化才能进行。通常，温度较高时，水泥的水化、凝结和硬化速度就较快。当环境温度低于0℃时水泥水化趋于停止，就难以凝结硬化。

水泥水化是水泥与水之间的反应，必须在水泥颗粒表面保持有足够的水分，水泥的水化、凝结硬化才能充分进行。保持水泥浆温度和湿度的措施，称水泥的养护。⑤龄期

水泥浆随着时间的延长水化物增多，内部结构就逐渐致密，一般来说，强度不断增长。

66

某立窑水泥厂生产的普通水泥游离氧化钙含量较高，加水拌和后初凝时间仅40min，本属于废品。但后放置1个月，凝结时间又恢复正常，而强度下降，请分析原因。①该立窑水泥厂的普通硅酸盐水泥泥游离氧化钙含量较高，该氧化钙相当部分的煅烧温度较低。加水拌和后，水与氧化钙迅速反应生成氢氧化钙，并放出水化热，使浆体的温度升高，加速了其它熟料矿物的水化速度。从而产生了较多的水化产物，形成了凝聚－结晶网结构，所以短时间凝结。

②水泥放置一段时间后，吸收了空气中的水汽，大部分氧化钙生成氢氧化钙，或进一步与空气中的二氧化碳反应，生成碳酸钙。故此时加入拌和水后，不会再出现原来的水泥浆体温度升高、水化速度过快、凝结时间过短的现象。但其它水泥熟料矿物也会和空气中的水汽反应，部分产生结团、结块，使强度下降。67某工地使用某厂生产的硅酸盐水泥，加水拌和后，水泥浆体在短时间内迅速凝结。后经剧烈搅拌，水泥浆体又恢复塑性，随后过三小时才凝结。请讨论形成这种现象的原因。

此为水泥假凝现象。假凝是指水泥的一种不正常的早期固化或过早变硬现象。假凝与快凝不同，前者放热量甚微，且经剧烈搅拌后浆体可恢复塑性，并达到正常凝结，对强度无不利影响。

假凝现象与很多因素有关，一般认为主要是由于水泥粉磨时磨内温度较高，使二水石膏脱水成半水石膏的缘故。当水泥拌水后，半水石膏迅速水化为二水石膏，形成针状结晶网状结构，从而引起浆体固化。另外，某些含碱较高的水泥，硫酸钾与二水石膏生成钾石膏迅速长大，也会造成假凝。685.1.2掺混合材料的通用硅酸盐水泥

5.1.2.1混合材料为了改善硅酸盐水泥的某些性能或调节水泥强度等级，生产水泥时,在水泥熟料中掺入人工或天然矿物材料，这种矿物材料称为混合材料。混合材料分活性混合材料和非活性混合材料两种。（1）活性混合材料活性混合材料是其本身不具备水硬性，但在激发剂的作用下，能生成水硬性物质的矿物。混合材料的这种性质，称为火山灰性。常用的激发剂有碱性激发剂（石灰）与硫酸盐激发剂（石膏）两类。69

活性混合材料常经过骤冷处理，结构呈非晶体（玻璃体）状态，内部贮存有大量的化学潜能。活性混合材料的化学成分以活性氧化硅及活性氧化铝为主，在氢氧化钙饱和溶液中，发生化学反应，生成具有水硬性的水化硅酸钙及水化铝酸钙，反应式如下：xCa(OH)2＋SiO2＋m1H2O＝xCaO·SiO2·n1H2OyCa(OH)2＋AI2O3＋m2H2O＝yCaO·AI2O3·n2H2O

水化铝酸钙在石膏的作用下，生成水化硫铝酸钙。水化硅酸钙、水化铝酸钙及水化硫铝酸钙均同水泥的水化生成物。70

工程上常用的活性混合材料有以下三类：①粒化高炉矿渣（或粒化高炉矿渣粉）。粒化高炉矿渣（或粒化高炉矿渣粉）是冶炼生铁时高炉中的熔融矿渣，经骤冷处理而成的粒状矿物。粒化高炉矿渣质地疏松、呈玻璃体结构，主要化学成分为二氧化硅及三氧化二铝。②火山灰质混合材料。凡具有火山灰性的天然或人工的矿物质材料，统称为火山灰质混合材料。火山灰质材料中含有较多的活性氧化硅及活性氧化铝，能与石灰在常温下反应，生成水化硅酸钙及水化铝酸钙。火山灰质混合材料品种较多，天然的主要有火山灰、凝灰岩、浮石、沸石岩、硅藻土等，人工的主要有煤矸石、烧页岩、烧粘土、硅质渣、硅粉等。③粉煤灰。粉煤灰是火山灰质混合材料的一种。粉煤灰是从火力发电厂的煤粉炉烟道气体中收集的粉末，主要化学成分为氧化硅及氧化铝，含少量氧化钙，具有火山灰性质。71（2）非活性混合材料凡不具有活性或活性甚低的人工或天然矿物质材料，统称为非活性混合材料。非活性混合材料经磨细后，掺加到水泥中，可以调节水泥强度等级，节约水泥熟料，还可以降低水泥的水化热。常用的非活性混合材料，主要有磨细的石灰岩、砂岩以及活性指标低于国家标准规定的活性混合材料。非活性混合材料应具有足够的细度，不含或较少含有对水泥有害的杂质。725.1.2.2掺混合材料的通用硅酸盐水泥的组成注：a.该组分为硅酸盐水泥熟料和石膏的总和。b.该组分材料为符合标准的活性混合材料，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。c.本组分材料为符合GB/T203或GB/T18046的活性混合材料，其中允许用不超过水泥质量8%的活性混合材料或非活性混合材料或窑灰中的任一种材料代替。d.本组分材料为符合GB/T2847的活性混合材料。e.本组分材料为符合GB/T1596的活性混合材料。f.本组分材料由两种或两种活性混合材料或非活性混合材料组成，其中允许用不超过水泥质量8%的窑灰来代替。掺矿渣时混合材料掺量不得与矿渣硅酸盐水泥重复。735.1.3通用硅酸盐水泥的特性及应用5.1.3.1硅酸盐水泥的特性及应用硅酸盐水泥是最早生产的水泥品种，主要具有凝结硬化较快，早期强度较高；水化热高，放热集中；抗冻性较好；抗碳化性能好；干缩小，不易产生干缩裂纹；耐磨性好；抗腐蚀性能差；耐热性差等特点。主要用于配制高强混凝土、生产预制构件，以及道路、低温下施工的工程。不适用于大体积混凝土、地下工程，以及受化学侵蚀的工程。5.1.3.2普通硅酸盐水泥特性及应用普通硅酸盐水泥的组成与硅酸盐水泥非常相似，因此其性能也与硅酸盐水泥相近。但由于掺入的混合材料量相对较多，与硅酸盐水泥相比，其早期硬化速度稍慢，3d的抗压强度稍低，抗冻性与耐磨性能也稍差。在应用范围方面，与硅酸盐水泥也相同，广泛用于各种混凝土或钢筋混凝土工程，是我国主要水泥品种之一。74

由于矿渣水泥、火山灰水泥及粉煤灰水泥在生产时掺加了较多的混合材料，使得三种水泥中水泥熟料大为减少，又由于活性混合材料能与水泥中的水化产物发生二次反应，故三种水泥与硅酸盐水泥、普通水泥相比较，表现出不同的特性。三种水泥的共同特性为：（1）凝结硬化速度较慢，早期强度较低，后期强度增长较快由于水泥熟料的减少，三种水泥中硅酸三钙及铝酸三钙的含量相应减少，使得三种水泥凝结硬化较慢，早期强度较低。随着熟料矿物的水化反应的进行，水化生成的氢氧化钙，与活性混合材料中的活性氧化硅、活性氧化铝发生二次反应，生成水化硅酸钙和水化铝酸钙等水硬性物质，故后期强度增长较快。5.1.3.3矿渣硅酸盐水泥、火山灰硅酸盐水泥、粉煤灰硅酸盐水泥特性及应用75（2）水化热低由于熟料矿物的减少，使发热量大的硅酸三钙、铝酸三钙含量相对减少，三种水泥水化放热速度减缓，水化热低，故三种水泥适合于大体积混凝土工程的混凝土配制。（3）抗侵蚀能力强由于熟料水化产物氢氧化钙与活性混合材料发生二次反应，易受侵蚀的氢氧化钙含量大为减少，故三种水泥具有较强的抗溶出性侵蚀能力及抗硫酸盐侵蚀能力。（4）抗冻、耐磨性较差水泥熟料矿物的减少，硅酸三钙、铝酸三钙这些决定水泥早强及水化热高的矿物相应减少，三种水泥早期强度较低，故抗冻及耐磨性能较差。76（5）抗碳化能力差熟料中的水化产物氢氧化钙参与二次反应后，水泥石中石灰浓度（碱度）降低，水泥石表层的碳化发展速度加快，碳化深度加大，容易造成钢筋混凝土中的钢筋锈蚀。由于三种水泥中所掺混合材料的数量及品种有所不同，矿渣水泥、火山灰水泥及粉煤灰水泥又具有各自的特性。矿渣难于磨细，且矿渣玻璃体亲水性差，故矿渣水泥的泌水性较大，干缩性较大；由于矿渣的耐火性强，矿渣水泥具有较高的耐热性（温度不大于200℃）。火山灰水泥颗粒较细，泌水性较小，在潮湿环境下养护时，水泥石结构致密，抗渗性强；但在干燥环境下，硬化时会产生较大的干缩。粉煤灰颗粒细且呈球形（玻璃微珠），吸水性较小，故粉煤灰水泥的干缩性较小，抗裂能力强。77水泥品种硅酸盐水泥掺混合材料的硅酸盐水泥普通水泥矿渣水泥火山灰水泥粉煤灰水泥复合水泥凝结硬化速度快较快慢抗渗性好；干缩性大；耐热性不及矿渣水泥；其它性质与矿渣水泥相同。干缩性较小，抗裂性较好；其它性质与矿渣水泥相同。早期强度较高；其它性质与矿渣水泥相同。强度强度高早期强度高强度较高早强较高早期强度低，后期强度增长快水化热高较高低耐腐蚀性差较差好抗冻性好较好差耐热性差较差好耐磨性好较好差抗渗性好较好差适用于高强度混凝土；有早强要求的混凝土；预应力混凝土；抗冻混凝土；道路、低温条件下施工的混凝土工程。适应性强，如无特殊要求的混凝土工程都可以使用。水中、地下的混凝土工程；大体积混凝土工程；采用蒸汽养护的预制构件；有耐热要求的混凝土工程。水中、地下的混凝土工程；大体积混凝土工程；采用蒸汽养护的预制构件；有抗渗要求的混凝土工程。水中、地下的混凝土工程；大体积混凝土工程；采用蒸汽养护的预制构件；干燥环境的混凝土工程。水中、地下的混凝土工程；大体积混凝土工程；采用蒸汽养护的预制构件；早期强度较高的混凝土工程。不适宜大体积混凝土；受腐蚀的环境；耐热混凝土；蒸汽养护的混凝土。早强要求高的混凝土；严寒地区处于水位升降范围内的混凝土；抗渗要求高的混凝土。干燥环境及处于水位升降范围内的混凝土；有耐磨要求的混凝土；其它与矿渣水泥相同。抗碳化要求的混凝土；有抗渗要求的混凝土；其它与火山灰水泥相同。受到冻融循环和干湿交替的混凝土；其它与矿渣水泥类似。785.2水泥的验收与储存5.2.1水泥验收

5.2.1.1包装标志验收水泥的包装方法有袋装和散装两种。散装水泥一般采用散装输送车运输至施工现场，采用气动输送至散装水泥贮仓中贮存。散装水泥与袋装水泥相比，免去了包装，可减少纸或塑料的使用，符合绿色环保，且能节约包装费用，降低成本。袋装水泥采用多层纸袋或多层塑料编织袋进行包装。水泥包装袋上应清楚标明：生产者名称、生产许可证编号、水泥名称、代号、强度等级、出厂编号、执行标准号、包装日期。包装袋两侧应印有水泥名称和强度等级，其中硅酸盐水泥和普通硅酸盐水泥的两侧印刷采用红色；矿渣硅酸盐水泥的两侧印刷采用绿色；火山灰质硅酸盐水泥、粉煤灰硅酸盐水泥和复合硅酸盐水泥的两侧印刷采用黑色或蓝色。7980815.2.1.2数量验收袋装水泥每袋净含量为50kg，且应不少于标志质量的98%；随机抽取20袋总质量（含包装袋）应不少于1000kg。其他包装形式由供需双方协商确定，但有关袋装质量要求，必须符合上述原则规定。水泥包装袋应符合GB9774的规定。5.2.1.3质量验收（1）检查出厂合格证和出厂检验报告（2）复验按照《混凝土结构工程施工质量验收规范》GB50204-2002以及工程质量管理的有关规定，用于承重结构的水泥，用于使用部位有强度等级要求的混凝土用水泥，或水泥出厂超过三个月（快硬硅酸盐水泥为超过一个月）和进口水泥，在使用前必须进行复验，并提供试验报告。水泥复验的项目，在水泥标准中作了规定，包括不溶物、氧化镁、三氧化硫、烧失量、细度、凝结时间、安定性、强度和碱含量等九个项目。水泥生产厂家在水泥出厂时已经提供了标准规定的有关技术要求的试验结果，通常复验项目只检测水泥的安定性、凝结时间和胶砂强度三个项目。（3）仲裁检验825.2.2水泥储存（1）不同品种和不同强度等级的水泥要分别存放，并应用标牌加以明确标示;

（2）防水防潮，做到“上盖下垫”。（3）袋装水泥一般采用水平叠放，堆垛不宜过高，一般不超过10袋，场地狭窄时最多不超过15袋。（4）贮存期不能过长。通用水泥贮存期不超过3个月，贮存期若超过3个月，水泥会受潮结块，强度大幅度降低，从而会影响水泥的使用。过期水泥应按规定进行取样复验，并按复验结果使用，但不允许用于重要工程和工程的重要部位。835.3水泥的取样规定5.3.1.1取样单位水泥出厂前按同品种、同强度等级进行编号和取样。袋装水泥和散装水泥应分别进行编号和取样。每一编号为一取样单位。5.3.1.2取样工具（1）机械取样器：机械取样器采用图5.2所示自动连续取样器，其他能够取得有代表性样品的机械取样装置亦可采用。图5.2机械取样器示意图1－入料处；2－调节手柄；3－混料筒；4－电机；5－配重锤；6－出料口84（2）手工取样器：手工取样器分为散装水泥取样管和袋装水泥取样管，如图5.3和图5.4所示。图5.3散装水泥取样管L＝1000～2000

图5.4袋装水泥取样管1－气孔；2－手柄

85865.3.1.4取样数量（1）混合样：是指从一个取样单位内取得的全部试样，经充分混均后制得的水泥试样。其取样数量应符合各相应水泥标准的规定。（2）分割样：是指在一个取样单位内按每1/10编号取得的水泥试样。（1）散装水泥：每1/10编号在5min内取至少6kg。（2）袋装水泥：每1/10编号从一袋中取至少6kg。5.3.1.5取样步骤（1）自动取样器取样：采用图5.2自动连续取样器在尽量接近于水泥包装机的管路中，从流动的水泥流中取出样品，然后将样品放入洁净、干燥、不易受污染的容器中。（2）槽形管状取样器取样：当所取水泥深度不超过2m时，取样器取样，通过转动取样器内开关，在适当位置插入水泥一定深度，关闭后小心抽出。将所取水泥样品放入洁净、干燥、不易受污染的容器中。（3）取样管取样：采用取样管取样，随机选择20个以上不同的部位，将取样管插入水泥袋中适当深度，用大拇指按住气孔，小心抽出取样管。将所取水泥样品放入洁净，干燥、不易受污染的容器中。875.3.1.6试样制备（1）试验样及封存样：将每一编号所取水泥混合样均分为试验样和封存样。（2）试样缩分：试样缩分可采用两分器，一次或多次将样品缩分到标准要求的规定量。（3）分割样：每一编号所取10个分割样应分别按分割样品质试验方法进行试验，不得混杂。注：样品不得混入杂物及结块。5.3.1.7试样包装与贮存（1）取样后，应将试样存放在密封的金属容器中，加封条。容器应洁净、干燥、防潮、密封、不易破损、不与水泥发生反应。（2）封存样应贮存于干燥、通风的环境中。885.3.2水泥使用单位现场取样水泥使用单位现场取样按下述方法进行。（1）散装水泥。按同一生产厂家、同一等级、同一品种、同一批号且连续进场的水泥为一批，总重量不超过500t。随机从不少于3个罐车中抽取等量水泥，经混拌均匀后称取不少于12kg。取样工具为散装水泥取样管。（2）袋装水泥。按同一生产厂家、同一等级、同一品种、同一批号且连续进场的水泥为一批，总重量不超过200t。取样应有代表性，可以从20个以上不同部位的袋中取等量水泥，经混拌均匀后称取不少于12kg。取样工具为袋装水泥取样管。（3）按照上述方法取得的水泥试样，按标准进行检验前，将其分成两等份。一份用于检验，一份密封保管三个月，以备有疑问时复验。（4）当在使用中对水泥质量有怀疑或水泥出厂超过三个月时，应进行复验，并按复验结果使用。（5）对水泥质量发生疑问需作仲裁时，应按仲裁检验的办法进行。89

国家标准GB175-1999《硅酸盐水泥、普通硅酸盐水泥》对硅酸盐水泥的不溶物、烧失量、氧化镁、三氧化硫、细度、凝结时间、安定性、强度和碱9个方面提出了技术要求。⑴不溶物

Ⅰ型硅酸盐水泥中不溶物不得超过0.75%；Ⅱ型硅酸盐水泥中不溶物不得超过1.50%。

不溶物是指经盐酸处理后的残渣，再以氢氧化钠溶液处理，经盐酸中和过滤后所得的残渣经高温灼烧所剩的物质。不溶物含量高对水泥质量有不良影响。⑵烧失量

Ⅰ型硅酸盐水泥中烧失量不得超过3.0%，Ⅱ型硅酸盐水泥中烧失量不得超过3.5%。烧失量是用来限制石膏和混合材中杂质的，以保证水泥质量。5.4水泥主要技术性质的检测方法与检测报告90⑶氧化镁

水泥中氧化镁的含量不宜超过5.0%。如果水泥经压蒸安定性试验合格，则水泥中氧化镁的含量允许放宽到6.0%。

因氧化镁水化生成氢氧化镁，体积膨胀，而其水化速度慢，须以压蒸的方法加快其水化，方可判断其安定性。⑷三氧化硫

水泥中三氧化硫的含量不得超过3.5%。

水泥中过量的三氧化硫会与铝酸三钙形成较多的钙矾石，体积膨胀，危害安定性。⑸细度

硅酸盐水泥比表面积大于300m2/kg。

水泥颗粒过粗既不利于水泥活性的发挥，又影响了其保水成浆的性能。91讨论与分析水泥越细总表面积越大，与水发生水化反应的速度越快，水泥石的早期强度越高。硬化收缩越大；易受潮而降低活性；成本越高。

水泥的细度对水泥的性质影响很大。通常水泥颗粒越细，凝结硬化越快，早期强度增长越快，收缩也增大。若颗粒过细，易吸收空气中的水分而受潮，反而会使水泥活性降低，强度受到影响。同时，细度提高还会使水泥粉磨时的能耗增加，成本上升。水泥细度通常用筛析法或比表面积法（勃式法）测定。筛析法是以80μm方孔筛的筛余百分数表示其细度；比表面积是以1kg水泥所具有的总表面积来表示。单位是m2/kg。通常用透气法比表面积仪测定水泥的比表面积。92⑹凝结时间

硅酸盐水泥初凝时间不得早于45min，终凝时间不得迟于6h30min。

初凝为水泥加水拌合时起至标准稠度净浆开始失去可塑性所需的时间；终凝为水泥加水拌和时起至标准稠度净浆完全失去可塑性并开始产生强度所需的时间。为使水泥混凝土和砂浆有充分的时间进行搅拌、运输、浇捣和砌筑，水泥初凝时间不能过短。当施工完成，则要求尽快硬化，具有强度，故终凝时间不能太长。93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。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。94⑺安定性

用沸煮法检验必须合格。

安定性是指水泥在凝结硬化过程中体积变化的均匀性。当水泥浆体硬化过程发生了不均匀的体积变化，会导致水泥石膨胀开裂、翘曲，即安定性不良。安定性不良的水泥会降低建筑物质量，甚至引起严重事故。引起水泥安定性不良的原因有三个：①熟料中游离氧化镁过多。水泥中的氧化镁（MgO）在水泥凝结硬化后，会与水生成Mg(OH)2。该反应比过烧的氧化钙与水的反应更加缓慢，且体积膨胀，会在水泥硬化几个月后导致水泥石开裂。

②石膏掺量过多。当石膏掺量过多时，水泥硬化后，在有水存在的情况下，它还会继续与固态的水化铝酸钙反应生成高硫型水化硫铝酸钙（俗称钙矾石，简写成AFt），体积约增大1.5倍，引起水泥石开裂。

③熟料中游离氧化钙过多。水泥熟料中含有游离氧化钙，其中部分过烧的氧化钙CaO在水泥凝结硬化后，会缓慢与水生成Ca(OH)2。该反应体积膨胀，使水泥石发生不均匀体积变化。因为氧化镁和三氧化硫已作定量限制，而游离氧化钙对安定性的影响不仅与其含量有关，还与水泥的煅烧温度有关，故难以定量。沸煮可加速氧化钙的熟化，故需用沸煮法检验水泥的体积安定性，测试方法可以用试饼法也可用雷氏法。95⑻强度

水泥等级按规定龄期的抗压强度和抗折强度来划分，按水泥胶砂强度检验方法（ISO法）测定其强度，各强度等级水泥的各龄期强度不得低于表中数值。

强度等级抗压强度（MPa）抗折强度（MPa）3d28d3d28d42.5

42.5R

52.5

52.5R

62.5

62.5R17.0

22.0

23.0

27.0

28.0

32.042.5

42.5

52.5

52.5

62.5

62.53.5

4.0

4.0

5.0

5.0

5.56.5

6.5

7.0

7.0

8.0

8.0带R的为早强型硅酸盐水泥各龄期的强度要求96

水泥强度是指水泥胶砂试件单位面积上所能承受的破坏荷载。水泥的强度是评定水泥质量的重要指标。国家标准《水泥胶砂强度检验方法（ISO）》（GB/T17671-1999）规定：水泥胶砂按标准配合比水泥∶标准砂∶水＝1∶3.0∶0.5，用标准方法制成40mm×40mm×160mm的标准试件，在标准养护条件下“1d温度为（20±1）℃，相对湿度90％以上的空气中带模养护；1d后拆模，放入（20±1）℃的水中养护”，测定其达到规定龄期（3d、28d）的抗折强度和抗压强度，即为水泥的胶砂强度。然后用规定龄期的抗压强度和抗折强度值来划分水泥的强度等级。97⑼碱

水泥中碱含量按Na2O＋0.653K2O计算值来表示。若使用活性骨料，用户要求提供低碱水泥时，水泥中碱含量不得大于0.60%或由供需双方商定。

国家标准GB175-1999《硅酸盐水泥、普通硅酸盐水泥》还规定：凡氧化镁、三氧化硫、初凝时间、安定性中任一项不符合本标准规定时，均为废品。凡细度、终凝时间中的任一项不符合本标准规定或混合材料掺加量超过最大限量和强度低于商品强度等级的指标时为不合格品。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也属于不合格品。98

标准稠度用水量水泥浆的稠度对其凝结时间、体积变化会产生较大的影响。因此在测定水泥的凝结时间和体积安定性时，需要在一个统一的稠度条件下进行测定，这个稠度就是标准稠度。水泥净浆达到标准稠度时的用水量，即为水泥的标准稠度用水量。用水泥净浆达到标准稠度时的用水量与水泥用量的比值来表示。标准稠度用水量采用维卡仪测定。一般硅酸盐水泥的标准稠度用水量为24％～32％。标准稠度用水量的大小与水泥熟料矿物组成、水泥的细度以及混合材料的种类和掺入量有关。一般地，C3A和C3S含量较多，则需水量较大；水泥颗粒越细，则需水量越大；多孔性的混合材料掺入量越大，则需水量越大。99

水化热水泥在水化过程中放出的热称为水化热。水化放热量和放热速度不仅取决于水泥的矿物组成，而且还与水泥细度、水泥中掺混合材料及外加剂的品种、数量等有关。水化热大部分在7d之内放出，以后逐渐减少。大型基础、水坝、桥墩等大体积混凝土构筑物，由于水化热聚集在内部不易散热，内部温度常上升到50℃～60℃以上，内外温度差引起的应力，可使混凝土产生裂缝，因此水化热对大体积混凝土是有害因素。对于非大体积混凝土的冬季施工，水化热有利于混凝土的凝结硬化。1005.4.2检验前的准备及注意事项（1）水泥试样应存放在密封干燥的容器内（一般使用铁桶或塑料桶），并在容器上注明水泥生产厂名称、品种、强度等级、出厂日期、送样日期等。（2）检验前，一切检验用材料水泥试样、拌和水、标准砂及时仪器和用具的温度应与试验室一致（即20±2℃），试验室空气温度和相对湿度工作期间每天至少记录一次。（3）仲裁试验或其它重要试验用蒸馏水，其它试验可用饮用水。（4）检验时不得使用铝制或锌制模具、钵器和匙具等（因铝、锌的器皿易与水泥发生化学作用并易磨损变形，以使用铜、铁器具较好）。（5）水泥试样应充分拌匀，通过0.9mm方孔筛，并记录筛余百分率及筛余物情况。（6）养护箱温度为（20±1）℃，相对湿度应大于90%；养护池水温为（20±1）℃。1015.4.3细度检测水泥细度的表示方法和检验方法有两种：用80μm方孔筛筛余表示细度的水泥，采用80μm筛筛析法；用比表面积表示细度的水泥，采用比表面积测定方法（勃式法）。本书主要介绍80μm筛筛析法。5.4.3.1采用标准采用标准：《水泥细度检验方法80μm筛筛析法）》GB1345-2005。80μm筛筛析法又分为负压筛法、水筛法和手工干筛法三种，当三种方法检测的结果有争议时，以负压筛法为准。102（1）试验筛：由圆形筛框和筛网组成，分负压筛、水筛和手工筛三种，负压筛和水筛的结构尺寸见图5.5和图5.6，手工筛的结构参见GB/T6003.1，其中筛框高度为50mm、直径为150mm。筛网应紧绷在筛框上，筛网和筛框接触处应用防水胶密封，防止水泥颗粒嵌入。图5.5负压筛图5.6水筛

1－筛网；2－筛框1－筛网；2－筛框试验筛必须保持洁净，筛孔通畅，如筛孔被水泥堵塞影响筛析时，应用专门清洗剂清洗（不可用弱酸浸泡）；用毛刷轻轻地刷洗，再用淡水冲净，晾干。103（2）负压筛析仪：筛座、负压筛、负压源及吸尘器组成，其中筛座由转速为30±2r/min的喷气嘴、负压表、控制板、微电机及壳体等构成，如图5.7所示。筛析仪负压可调范围为4000～6000Pa。喷气嘴上口平面与筛网之间距离为2～8mm。负压源和收尘器由功率≥600W的工业吸尘器和小型收尘筒组成。1－喷气嘴；2－微电机；3－控制板开关；4－负压表接口；5－负压源及吸尖器接口；6－壳体（3）水筛架和喷头：水筛架上筛座内径为140mm。（4）天平：最大称量为100g，最小分度值不大于0.01g。1041055.4.3.3试验步骤（1）试验准备试验前所用实验筛应保持清洁，负压筛和手工筛应保持干燥。试验时，称取试样25g。（2）负压筛法①筛析试验前，应把负压筛放在筛座上，盖上筛盖，接通电源，检查控制系统，调节负压至4000～6000Pa范围内。②称取水泥试样25g，置于洁净的负压筛中，盖上筛盖，放在筛座上，开动筛析仪连续筛析2min，在此期间，应轻轻敲击筛盖，使附在筛盖上的试样落下。筛毕，用天平称量全部筛余物的质量。③当工作负压小于4000Pa时，应清理吸尘器内水泥，使负压恢复正常。106（3）水筛法①筛析试验前，应检查水中无泥、砂，调整好水压及水筛架的位置，使其能正常运转。喷头底面和筛网之间的距离为35～75mm。②称取规定数量的试样，置于洁净的水筛中，立即用淡水冲洗至大部分细粉通过，然后将筛子放在水筛架上，用水压为0.05±0.02MPa的喷头连续冲洗3min。③筛毕，用少量水把筛余物冲至蒸发皿中，等水泥颗粒全部沉淀后，小心倒出清水，烘干并用天平称量全部筛余物的质量。（4）手工干筛法①称取规定数量的试样，倒入干筛中。②用一只手执筛往复摇动，另一只手轻轻拍打，往复摇动和轻轻拍打过程应保持近于水平。拍打速度120次/min，每40次向同一方向转动60°，使试样均匀分布在筛网上，直至每分钟通过的试样量不超过0.03g为止。③用天平称量全部筛余物的质量。1075.4.3.4试验结果按公式5.1计算水泥试样筛余百分率，计算结果精确至0.1%。

（5.1）式中F——水泥试样筛余百分数（%）；

Rs——水泥筛余物的质量，g；

W——水泥试样的质量，g。当筛余百分率F≤10.0%时为合格，否则为不合格。一次检验结果作为鉴定结果。1085.4.4标准调度用水量测定5.4.4.1采用标准采用标准：《水泥标准稠度用水量，凝结时间，安定性检验方法》GB/T1346-2001。5.4.4.2标准法（1）试验仪器设备①水泥净浆搅拌机：主要由主机、搅拌叶和搅拌锅组成，如图5.8所示，符合JC/T729的要求。图5.8水泥净浆搅拌机109②标准法维卡仪：如图5.9所示。测定标准稠度用水量用试杆（见图5.10a）有效长度为50mm±1mm、由直径为10mm±0.05mm的圆柱形耐腐蚀金属制成。110（a）标准稠度试杆（b）初凝用试针（c）终凝用试针图5.10测定水泥标准稠度和凝结时间用的试杆和试针111

测定凝结时间时取下试杆，用试针（见图5.10b、c）代替试杆。试针由钢制成，其有效长度初凝针为50mm±1mm，终凝针为30mm±1mm、直径为φ1.13mm±0.05mm的圆柱体。滑动部分的总质量为300g±1g。与试杆、试针联结的滑动杆表面应光滑，能靠重力自由下落。③试模：由耐腐蚀的、有足够硬度的金属制成，用于盛装水泥净浆。试模为深40±0.2mm、顶内径φ65mm±0.5mm、底内径φ75mm±0.5mm的截项圆锥体。每只试模应配备一个大于试模、厚度≥2.5mm的平板玻璃底板。④其他：量水器（最小刻度0.1ml）、天平、小刀等。112（3）试验步骤①调整维卡仪并检查水泥净浆搅拌机。使得维卡仪上的金属棒能自由滑动，并调整至试杆接触玻璃板时的指针对准零点。搅拌机运行正常，并用湿布将搅拌锅和搅拌叶片擦湿。②称取水泥试样500g，拌和水量按经验确定并用量筒量好。③将拌和水倒入搅拌锅内，然后在5s～10s内将水泥试样加入水中。将搅拌锅放在锅座上，升至搅拌位，启动搅拌机，先低速搅拌120s，停15s，再快速搅拌120s，然后停机。④拌和结束后，立即将水泥净浆装入已置于玻璃底板上的试模中，用小刀插捣，轻轻振动数次排出气泡，刮去多余净浆；抹平后迅速将试模和底板移到维卡仪上，调整试杆至与水泥净浆表面接触，拧紧螺丝1—2s后，然后突然放松，试杆垂直自由地沉入水泥净浆中。⑤在试杆停止沉入或释放试杆30s时记录试杆距底板之间的距离。整个操作应在搅拌后1.5min内完成。113（4）试验结果以试杆沉入净浆并距底板6mm±1mm的水泥净浆为标准稠度水泥净浆。标准稠度用水量（P）以拌和标准稠度水泥净浆的水量除以水泥试样总质量的百分数为结果。

5.4.4.3代用法（1）方法：可用调整水量和不变水量两种方法的任一种测定，但当其发生冲突时以调整水量法为准。采用调整水量法时拌和水量按经验确定，采用不变水量方法时拌和水量用142.5ml。（2）试验仪器设备：代用法维卡仪，符合JC/T727的要求，如图5.11所示。1－试锥；2－水泥净浆；3－锥形试模。图5.11代用法维卡仪示意图114（3）试验步骤：秤量500g水泥和适量的水，采用标准稠度用水量相同的方法搅拌水泥净浆；拌和结束后，立即将拌制好的水泥净浆装入锥模中，用小刀插捣，轻轻振动数次，刮去多余的净浆；抹平后迅速放到试锥下面固定的位置上，将试锥降至净浆表面，拧紧螺丝1s～2s后，突然放松，让试锥垂直自由地沉入水泥净浆中。到试锥停止下沉或释放试锥30s时记录试锥下沉深度。整个操作应在搅拌后1.5min内完成。115（4）试验结果①采用调整水量方法测定时，以试锥下沉深度28mm±2mm时的净浆为标准稠度净浆。其拌和水量为该，计算公式如下。（5.2）式中P——水泥的标准稠度用水量（%）；

mw——拌合标准稠度水泥净浆所用水量，g；

mc——拌合标准稠度水泥净浆水泥用量，g。如下沉深度超出范围需另称试样，调整水量，重新试验，直至达到28mm±2mm为止。②采用不变水量方法测定时，根据测得的试锥下沉深度S（mm）按公式5.3计算得到标准稠度用水量P（%）。

P=33.4－0.185S（5.3）当试锥下沉深度＜13mm时，应改用调整水量法。1165.4.5凝结时间测定5.4.5.1采用标准采用标准：《水泥标准稠度用水量，凝结时间，安定性检验方法》GB/T1346-2001。5.4.5.2试验仪器设备（1）标准法维卡仪：将试杆更换为试针，仪器主要由试针和试模两部分组成，如图5.9所示。（2）其他仪器设备同标准稠度用水量测定。（3）湿气养护箱等。1175.4.5.3试验步骤（1）称取水泥试样500g，按标准稠度用水量制备标准稠度水泥净浆，并一次装满试模，振动数次刮平，立即放入湿气养护箱中。记录水泥全部加入水中的时间，作为凝结时间的起始时间。（2）测定初凝时间①调整凝结时间测定仪，使其试针接触玻璃板时的指针为零。②试模在湿气养护箱中养护至加水后30min时进行第一次测定：将试模放在试针下，调整试针与水泥净浆表面接触，拧紧螺丝1~2s后突然放松，试针垂直自由地沉入水泥净浆。③观察试针停止下沉或释放指针30s时指针的读数。④临近初凝时，每隔5min测定一次，当试针沉至距底板4mm±1mm时为水泥达到初凝状态。118（3）测定终凝时间①在试针上安装一个环形附件（见图5.10c）。②在完成水泥初凝时间测定后，立即将试模连同浆体以平移的方式从玻璃板取下，翻转180°，直径大端向上，小端向下放在玻璃板上，再放入湿气养护箱中继续养护。③临近终凝时间时每隔15min测定一次。④当试针沉入水泥净浆只有0.5mm时，既环形附件开始不能在水泥浆上留下痕迹时，为水泥达到终凝状态。（4）达到初凝或终凝时应立即重复一次，当两次结论相同时才能定为到达初凝或终凝状态。每次测定不能让试针落入原针孔，每次测定后，须将试模放回湿气养护箱内，并将试针擦净，而且要防止试模受振。5.4.5.4试验结果（1）由水泥全部加入水中至初凝状态的时间为水泥的初凝时间，用“min”表示。（2）由水泥全部加入水中至终凝状态的时间为水泥的终凝时间，用“min”表示。1195.4.6安定性测定水泥体积安定性的检测采用沸煮法，沸煮法又分雷氏法和试饼法两种。如两种方法检测的结果有争议时，以雷式法为准。5.4.6.1采用标准采用标准：《水泥标准稠度用水量，凝结时间，安定性检验方法》GB/T1346-2001。5.4.6.2试验仪器设备（1）雷式夹膨胀测定仪：其标尺最小刻度为0.5mm，如图5.12所示。图5.12雷式夹膨胀测定仪示意图120（2）雷式夹：由铜质材料制成，其结构如图5.13所示。当用300g砝码校正时，两根针的针尖距离增加应在17.5mm±2.5mm范围内，如图5.14所示。图5.13雷式夹示意图图5.14雷式夹校正图121（3）沸煮箱：有效容积约为410mm×240mm×3