水泥特性介绍

第3章

水泥

——水硬性胶凝材料

Cement--WaterSetInorganicBinders湖北工业大学土木工程与建筑学院CivilEngineering&Architecture-HBUT什么是水泥1、定义：之一：水泥是以水化活性矿物为主要成分的水硬性胶凝材料。之二：水泥是指加水拌合成塑性浆体后，能胶结砂、石等适当材料并能在空气和水中硬化的粉状水硬性胶凝材料。2、复习(与石灰、石膏对比)气硬性胶凝材料：只能在空气中硬化且在空气中保持和发展其强度。水硬性胶凝材料：不仅能在空气中，而且能更好地在水中硬化，保持并发展其强度。3、要点：水泥——水硬性无机胶凝材料水泥的种类有哪些水泥中的主要矿物硅酸盐系水泥铝酸盐系水泥硫铝酸盐系水泥磷酸盐系水泥硫铝酸钙硅酸钙铝酸钙磷酸钙,镁根据水泥的主要矿物成分，有：硅酸盐系水泥、铝酸盐系水泥、硫铝酸盐系水泥、磷酸盐系水泥等。水泥的用途道路水泥砌筑水泥大坝水泥油井水泥根据水泥的用途，如：道路水泥、砌筑水泥、大坝水泥、油井水泥等——统称专用水泥。水泥的种类有哪些水泥的特性膨胀水泥快硬水泥低热水泥抗腐蚀水泥硬化时膨胀硬化速度快水化热低耐腐蚀性好根据水泥的特性，有：膨胀水泥、快硬水泥、低热水泥、抗硫酸盐水泥等——统称特性水泥。水泥的种类有哪些硅酸盐系水泥硅酸盐水泥普通硅酸盐水泥掺混合材硅酸盐水泥专用与特性水泥硅酸盐水泥(P·Ⅰ、P·Ⅱ)通用水泥普通硅酸盐水泥(P·O)

掺混合材的硅酸盐水泥

特性水泥硅酸盐系水泥有哪些品种专用水泥矿渣水泥(P·S·A、P·S·B)

粉煤灰水泥(P·F)

火山灰水泥(P·P)

复合水泥(P·C)通用水泥各品种代号释义：通用水泥——Commonportlandcement，旧称常用水泥，俗称六大水泥)P·Ⅰ、P·Ⅱ——Ⅰ型、Ⅱ型的PortlandCement(波特兰水泥，即硅酸盐水泥)；P·O——Portlandoriginalcement，简称“普通水泥”；P·S·A、P·S·B——A型、B型的Portlandslagcement(矿渣水泥)。P·F——Portlandfly-ashCementP·P——PortlandpozzolanacementP·C——Portlandcompositecement什么是水泥？

水泥是以水化活性矿物为主要成分的水硬性胶凝材料。★Summary水泥的种类有哪些？

△根据水泥的主要矿物成分有：硅酸盐系水泥、铝酸盐系水泥、硫铝酸盐系水泥、磷酸盐系水泥。△根据水泥的应用及特性有：通用水泥、专用水泥、特性水泥。硅酸盐系水泥有哪些品种？硅酸盐水泥(P·Ⅰ、P·Ⅱ)通用水泥普通硅酸盐水泥(P·O)

掺混合材的硅酸盐水泥

特性水泥专用水泥矿渣水泥(P·S·A、P·S·B)粉煤灰水泥(P·F)

火山灰水泥(P·P)

复合水泥(P·C)水泥颗粒宏观形貌※水泥颗粒的形貌水泥熟料颗粒细观形貌水泥熟料矿物微观结构※水泥在土木工程中的重要作用建筑工业的粮食。水泥是当今产量与用量最大的土木工程材料！全国水泥产值占全部建筑材料的近50%。水泥及其砂浆、混凝土与纤维水泥等水泥基材料普遍用于各种土木工程和钢筋混凝土结构！水泥的性能和正确选用对土木工程的功能与质量至关重要！埃及时代，煅烧石膏—金字塔希腊与罗马人，煅烧石灰石—快硬石灰—砖石结构砂浆希腊与罗马人黏土或泥土、石灰与砂—胶凝材料罗马人用火山灰、石灰与砂—水硬性胶凝材料(史称罗马砂浆)—混凝土、砌块1824年，英国的砖瓦匠阿斯普丁发明了现代生产硅酸盐水泥的专利技术1871年，美国宾夕法尼亚，发明世界上第一台回转窑，使水泥生产规模化※历史碎片……※我国水泥工业发展概况

1889年在唐山建立第一座立窑厂，1906年开始回转窑（启新洋灰公司、即现启新水泥厂）。旧中国水泥最高产量229.8万吨（1942年），1985年开始居世界排名第一，2008年13.88亿吨，约占世界总产量的一半(2007是51%)；但人均年生产率800吨，国外先进水平3000吨，日本已达到15000吨/人·年。目前能生产水泥品种100多种。大而不强。存在技术落后、标号低、能耗高、污染严重等问题。本章主要内容3.1硅酸盐水泥及通用水泥

(PortlandCement/CommonPortlandCement)3.2专用与特性水泥

(SpecialCement)3.1硅酸盐水泥及通用水泥硅酸盐水泥定义：凡由硅酸盐水泥熟料和适量石膏、及0～5％石灰石或粒化高炉矿渣、磨细制成的水硬性胶凝材料，称为硅酸盐水泥(PortlandCement)。其中：不掺混合材料的称Ⅰ型硅酸盐水泥，其代号P·Ⅰ；掺入不超过水泥质量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，其代号P·Ⅱ。通用水泥定义：以硅酸盐水泥熟料和适量石膏、及规定的混合材料制成的水硬性胶凝材料，称为通用硅酸盐水泥(CommonPortlandCement).附注：水泥包括三个组份：①硅酸盐水泥熟料；②适量石膏；和③规定的混合材料；硅酸盐水泥是六大水泥的基础。解剖一个麻雀，其余5种水泥就更易学习把握；故本章重点是硅酸盐水泥。硅酸盐水泥熟料＋石膏＋＋＋＋＋5~20%活性混合材普通硅酸盐水泥50~70%矿渣20~50%矿渣型矿渣水泥20~40%火山灰火山灰硅酸盐水泥20~40%粉煤灰粉煤灰硅酸盐水泥20~50%两种混合材复合硅酸盐水泥掺混合材硅酸盐水泥的凝结硬化和性能与所掺混合材的种类与掺量密切相关！※掺混合材的硅酸盐水泥品种有哪些AB本节要点通用水泥的分类及组成水泥的生产硅酸盐水泥熟料的组成硅酸盐水泥的凝结硬化影响水泥凝结硬化的主要因素通用水泥的技术要求水泥的耐腐蚀性硅酸盐水泥、普通水泥的特性及应用掺混合材水泥的特性及应用一、通用水泥的分类及组成通用水泥的组成：硅酸盐水泥熟料(Clinkers)石膏(CaSO4

2H2O)混合材(料)硅酸盐水泥熟料：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的产物。各物质的作用：熟料：主要胶凝物质—提供强度的主要组份；石膏：调节水泥的凝结时间—缓凝剂；混合材：增加产量，降低成本，调节水泥的强度等级,改善水泥性能、扩大水泥品种。必要组分表：通用水泥品种及组分★品种代号组分熟料+石膏粒化高炉矿渣火山灰质混合材料粉煤灰石灰石硅酸盐水泥P·I100----P·Ⅱ≥95≤5---≥95---≤5普通硅酸盐水泥P·O≥80且

<95>5且≤20a-矿渣硅酸盐水泥P·S·A≥50且

<80>20且≤50b---P·S·B≥30且

<50>50且≤70b---火山灰质硅酸盐水泥P·P≥60且<80->20且≤40c--粉煤灰硅酸盐水泥P·F≥60且<80-->20且≤40d-复合硅酸盐水泥P·C≥50且<80>20且≤50e★引自国标：GB175-2007通用硅酸盐水泥b: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%且符合本标准第5.2.3条的活性混合材料或符合本标准第5.2.4条的非活性混合材料或符合本标准第5.2.5条的窑灰中的任一种材料代替。e:本组分材料为由两种（含）以上符合本标准第5.2.3条的活性混合材料或/和符合本标准第5.2.4条的非活性混合材料组成，其中允许用不超过水泥质量8%且符合本标准第5.2.5条的窑灰代替。掺矿渣时混合材料掺量不得与矿渣硅酸盐水泥重复。d:本组分材料为符合GB/T1596的活性混合材料。c:本组分材料为符合GB/T2847的活性混合材料。a:本组分材料为符合本标准5.2.3的活性混合材料，其中允许用不超过水泥质量8%且符合本标准5.2.4的非活性混合材料或不超过水泥质量5%且符合本标准5.2.5的窑灰代替。※通用水泥中的各组成材料及质量要求硅酸盐水泥熟料：由主要含CaO、SiO2、Al2O3、Fe2O3的原料，按适当比例磨成细粉烧至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%，氧化钙和氧化硅质量比不小于2.0。石膏天然石膏：应符合GB/T5483中规定的G类或M类二级（含）以上的石膏或混合石膏。

工业副产石膏：以硫酸钙为主要成分的工业副产物。采用前应经过试验证明对水泥性能无害。活性混合材料：符合GB/T203、GB/T18046、GB/T1596、GB/T2847标准要求的粒化高炉矿渣、粒化高炉矿渣粉、粉煤灰、火山灰质混合材料。非活性混合材料：活性指标分别低于GB/T203、GB/T18046、GB/T1596、GB/T2847标准要求的粒化高炉矿渣、粒化高炉矿渣粉、粉煤灰、火山灰质混合材料；石灰石和砂岩，其中石灰石中的三氧化二铝含量应不大于2.5%。窑灰：符合JC/T742的规定。二、水泥的生产原料石灰质原料(CaO)

：石灰石、白垩等，占2/3粘土质原料(SiO2、Al2O3)：粘土，占1/3校正原料：补充两种原料中所缺少的铁。制造工艺原料经粉磨混合后得到水泥生料——生料磨生料经窑内煅烧得到水泥熟料——回转窑水泥熟料＋石膏(或再＋混合材）一起经粉磨混合后得到水泥——水泥磨“两磨一烧”硅质(粘土)钙质(石灰石)1450℃校正原料(铁矿粉)石膏水泥生料熟料混合材水泥生产的“两磨一烧”工艺流程粉磨煅烧粉磨

带旋风预热器的窑外分解的干法回转窑三、硅酸盐水泥熟料的组成1、化学组成化学组成主要成分少量杂质CaOSiO2Al2O3Fe2O3MgO、K2O、Na2O、SO3、P2O5等。简写CSAF含量（%）62～6720～242～64～7总量（％）＞95％＜5％矿物名称矿物式缩写含量(%)附注硅酸三钙3CaO·SiO2C3S37～6075硅酸盐矿物硅酸二钙2CaO·SiO2C2S15～37铝酸三钙3CaO·Al2O3C3A7～1522熔剂矿物铁铝酸四钙4CaO·Al2O3·Fe2O3C4AF10～182、矿物组成

硅酸盐水泥熟料主要含有四种矿物，还含有少量成分不定的玻璃体、f—CaO、f—MgO及含碱矿物。熟料中水化活性矿物含量3、熟料中主要矿物的特点

C3S：为主要强度组分，与水作用快，硬化快，强度最高，凝结时间正常；但水化热高，抗水性差，煅烧困难（1450℃）。C2S：常以β--C2S形式存在。水化较慢，凝结硬化慢，早强低，后强高，一年后可赶上A矿，抗硫酸盐侵蚀性好，抗水性好，水化热低，煅烧较容易（800℃）。C3A

水化迅速，放热多，凝结快，易急凝，硬化快，早强高，但强度值不高，后期甚至倒缩，干缩变形大，抗硫酸盐性能差。C4AF：是一平均成分为C4AF的铁相固溶体。水化速度早期C3S＜C4AF＜C3A，后期C4AF＜C3S。早强～C3A，后强～C2S，抗冲击及抗硫酸盐侵蚀性好，水化热较低。表：硅酸盐水泥主要矿物组成与特性矿物组成硅酸三钙C3S硅酸二钙C2S铝酸三钙C3A铁铝酸四钙C4AF与水反应速度中慢快中水化热中低高中对强度的作用早期优差良良后期优优中中耐化学侵蚀中良差优干缩性中小大小※例：由矿物含量判断硅酸盐水泥的特点C3S48653142C2S24114034C3A138122C4AF991215

特点：

ABCD

CaO66676464SiO221212223Al2O37574Fe2O33345

f-CaO1111SO32222水泥化学组成矿物组成普通早强低热抗硫酸盐f—CaO

（游离氧化钙）定义：在熟料煅烧过程中，没被吸收的呈游离状态存在的氧化钙。危害：f—CaO+H2OCH

死烧f—CaO结构致密，水化很慢，在混凝土硬化后水化，体积膨胀97.9%，使制品胀裂，造成安定性不良。来源：配料不当——组成出现偏差。生料过粗煅烧不良指标要求：干回转窑＜1.5%。4、熟料中其它矿物成份的特点

——CaO没有被充分地吸收生成C3Sf—MgO

（游离氧化镁）

以方镁石晶体形式存在，结构更致密，水化更慢（几年、几月才明显），体积胀大148%，危害更大。玻璃体高温熟料急冷时，部分液相来不及析晶成为玻璃体，主要成分为Al2O3、Fe2O3、CaO、MgO、R2O及f—CaO、f—MgO等。四、硅酸盐水泥的凝结硬化水泥浆通过水泥熟料矿物的水化反应、浆体的凝结硬化过程变成坚硬固体。三个阶段：水化－凝结－硬化。水化是基础，凝结是关键，硬化是结果。水化——水泥中各矿物与水发生化学反应，生成各种水化物，水化物能相互凝聚成三维网络结构；凝结——水泥与水混合形成可塑浆体，随着水化进程的推移，可塑性下降，但还不具备强度，此过程即为“凝结”；硬化——随后浆体失去可塑性，强度逐渐增长，形成坚硬固体，这个过程即为“硬化”。1、硅酸盐水泥的水化特征：四种矿物同时进行水化反应(水化速度有快慢)；均是放热反应()；水化反应是固－液异相反应。水化反应将结合占水泥质量30％左右的拌和水；反应速度序列：铝酸三钙C3A的水化硅酸三钙C3S、铁铝酸四钙C4AF的水化硅酸二钙

-C2S的水化⑴硅酸钙C3S与

C2S的水化硅酸钙水化生成水化硅酸钙C3S2H3（C-S-H凝胶）和Ca(OH)2（羟钙石），并放出热：

硅酸三钙：2C3S+6H

C3S2H3+3CH+120cal/g

硅酸二钙：2C2S+4H

C3S2H3+CH+62cal/g

(C-S-H)羟钙石

水化硅酸钙

硅酸钙矿物颗粒的电镜照片硅酸钙矿物水化后的电镜照片※硅酸钙矿物水化物的特征硅酸钙的水化产物——C-S-H与Ca(OH)2⑵铝酸三钙C3A的水化纯C3A与水的反应水化反应极其迅速，生成水化铝酸钙：

C3A+18H2OC3AH6

(稳定产物)

这一反应导致水泥浆闪凝或假凝，必须避免！避免闪凝的有效途径——加入石膏CaSO4

2H2O作为缓凝剂。

这就是硅酸盐水泥生产中，必须加入石膏与水泥熟料一起粉磨的根本原因！这一发明是硅酸盐水泥发展史上的一个里程碑。铝酸三钙C3A在石膏存在下的水化反应C3A与石膏反应首先形成三硫型硫铝酸钙(钙矾石)晶体，并放出大量热：

C3A+3CŜ·H2+26H

C3A·3CŜ·H32+300cal/g(1)

(钙钒石)反应后期，石膏量不足时，水化生成单硫型硫铝酸钙水化物：

C3A+C3A·3CŜ·H32+4H

C3A·CŜ·H12

(2)石膏消耗完后，C3A直接水化形成C3AH6：C3A+18H2O

C3AH6(3)石膏缓凝机理：钙钒石的形成反应(1)速度比纯C3A的反应(3)慢；在水泥颗粒表面析出钙矾石晶体构成阻碍层，延缓了水泥颗粒的水化，避免闪凝或假凝。Ŝ：SO3CŜ=CaO·SO3=CaSO4⑶铁铝酸四钙C4AF的水化铁铝酸四钙C4AF的水化反应：

C4AF+7HC3AH6

＋CFH

铁铝酸四钙水化铝酸三钙水化铁酸钙C4AF水化物的组成可变，是铝酸盐与铁酸盐的固溶体，并由铁相凝胶产生。C4AF的水化反应对整个水泥的行为影响较小。⑷水化反应产物汇总

水泥浆中不断增加的水化产物主要有：水化硅酸钙C3S2H3（C-S-H凝胶），约占70%氢氧化钙Ca(OH)2（羟钙石晶体）水化铁酸钙CFH水化硫铝酸钙：三硫型C3A·3CŜ·H32(钙钒石晶体)单硫型C3A·CŜ·H12水化铝酸钙C3AH6约占20%约占7%⑸水化过程回放零时：当水泥颗粒分散在水中，石膏和熟料矿物溶解进入溶液中，液相被各种离子饱和；几分钟内：Ca2＋、SO42－、

Al3＋、

OH－离子间反应，形成钙钒石；几小时后：Ca(OH)2晶体和硅酸钙水化物C-S-H开始填充原来由水占据、并溶解熟料矿物的空间；几天后：因石膏量不足，钙钒石开始分解，单硫型硫铝酸钙水化物开始形成。此后：水化物不断形成，不断填充孔隙或空隙。水泥水溶解沉淀水泥浆的凝结硬化示意图扩散2、水泥浆的凝结硬化先在固－液界面发生剧烈水化反应，自由水分减少，同时水化物围绕水泥颗粒未水化的内核区域沉积；随着水化的不断进行，水占据的空间越来越少，水化物越来越多，水化物颗粒逐渐接近，构成较疏松的空间网状结构，水泥浆可塑性开始降低——初凝；由于C3A水化会导致闪凝，加入缓凝剂石膏可与C3A反应生成针状钙矾石晶体，形成保护膜阻碍了进一步反应，使初凝时间得以延缓；当石膏耗尽，钙矾石覆盖层破裂，导致水化再次迅速进行，水化物颗粒更加接近，相互作用增强，直至完全失去可塑性，并开始产生强度——终凝；随着水化进一步进行，水化物不断填充结构网中的毛细孔隙，使之越来越致密，水化物颗粒间作用增强，强度逐渐提高，形成坚硬的水泥石——硬化。硬化后的水泥石是由晶体（羟钙石、钙矾石等）、胶体（C-S-H）、未完全水化颗粒、游离水及气孔组成的不均质体。※水泥浆凝结硬化过程水泥矿物组成石膏掺量水泥细度养护条件（温度、湿度）与时间拌合用水量水泥外加剂五、影响水泥凝结硬化的主要因素

水泥浆的凝结硬化主要取决于水泥的水化速度，水泥水化速度是矿物组成及其含量、粉磨细度、养护条件和水灰比的函数。1、水泥熟料矿物组成的影响水泥熟料矿物的水化速度：

C3A＞C3A＋CaSO42H2O＞C3S~C4AF＞C2S水泥的C3A和C3S含量越高，凝结硬化速度越快；水泥的C3A和C3S含量越低，凝结硬化速度越慢；2、石膏掺量的影响石膏主要降低C3A的水化速度，起缓凝作用；掺量太少，凝结过快；掺量过多，对凝结硬化影响不大，反而对硬化水泥的体积安定性有副作用。3、水泥颗粒细度的影响水泥颗粒越细，比表面积越大，水化时与水的接触面就越大，因此水化速度越快，相应凝结硬化就快，早期强度高。如果水泥过细，尽管有利于水化加快，但需水量大大增加，硬化后孔隙增多，强度下降。另外水泥生产能耗增大。4、温度与湿度的影响温度升高，水化反应加快，凝结硬化加速。保持一定湿度，有利于水泥水化的充分进行，强度正常增长。温度与湿度决定了养护条件。5、拌和用水量的影响重要概念：水灰比(W/C)

——水泥浆体中拌和水量与水泥质量之比；水泥熟料矿物完全水化的理论水灰比＝0.23；水灰比越大，需要水化物固相填充的孔隙越多，凝结硬化所需时间越长，强度越低。水灰比过小，水化反应难以充分进行。小结——影响水泥凝结硬化的主要因素C3S、C3A含量多，凝结硬化快。掺加混合材，熟料减少，凝结硬化速度减慢。有些化合物——外加剂可以使水泥浆体促凝或缓凝。

细度越小，水化反应越快，凝结硬化越快。

水灰比越大，浆体需填充的孔隙越多，凝结硬化速度越慢。提高温度，保持足够的水分，均有利于水泥的凝结硬化。应用水泥凝结硬化机理分析与解答问题水泥生产中为什么掺加石膏？C3A在水中溶解度大，反应很快，引起水泥浆闪凝；水泥的凝结速度取决于水泥浆体中水化物凝胶微粒的聚集，Al3＋对凝胶微粒聚集有促进作用；石膏与C3A反应形成难溶的硫铝酸钙水化物，反应速度减缓，并减少了溶液中的Al3＋浓度，延缓了水泥浆的凝结速度。为什么水泥硬化后能产生强度？水泥浆体硬化后转变为越来越致密的固体；在浆体硬化过程中，随着水泥矿物的水化，比表面较大的水化物颗粒不断增多，颗粒间相互作用力不断增强，产生的强度越来越高。水泥浆体强度的增长规律是什么？

水泥浆体的强度随龄期而逐渐增长，早期增长快，后期增长较慢，但是只要维持一定的温度和湿度，其强度可在相当长的时期内增长。这与水泥矿物的水化反应规律是一致的。为什么强度发展与环境温、湿度有关？

水泥的水化需要水，如果没有水，水泥的水化就将停止；提高温度可加快水泥的凝结硬化，而降低温度就会减缓水泥的凝结硬化。为什么水泥的储存与运输时应防止受潮？

水泥受潮，因表面水化结块，丧失凝胶能力，强度大为降低。

六、通用水泥的技术要求7.1化学指标包括：不溶物烧失量三氧化硫氧化镁氯离子7.2碱含量（选择性指标）7.3物理指标

7.3.1凝结时间

7.3.2安定性

7.3.3强度

7.3.4细度（选择性指标）要点（依据GB175-2007通用硅酸盐水泥）：1、细度（选择性指标）

定义：细度是指水泥粉体的粗细程度。测量方法比表面积法：用于硅酸盐水泥、普通水泥；筛分析法：用于其它通用水泥。国标要求

硅酸盐水泥和普通硅酸盐水泥以比表面积表示，不小于300m2/kg；矿渣硅酸盐水泥、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以筛余表示，80μm方孔筛筛余不大于10%或45μm方孔筛筛余不大于30%。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；且过细水泥需水量大，后强下降；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。２、凝结时间

定义水泥加水开始到水泥浆失去流动性，即从可塑性发展到固体状态所需要的时间叫凝结时间。初凝时间从水泥加水拌和到水泥浆开始失去可塑性所需的时间；终凝时间从水泥加水拌和到水泥浆完全失去可塑性，并开始具有强度所需的时间。测定方法用标准稠度的水泥净浆，在规定的温湿度下，用凝结时间测定仪来测定。国标要求硅酸盐水泥：初凝时间≥45min；终凝时间＜390min。其它通用水泥：初凝时间≥45min；终凝时间＜600min。※水泥凝结时间的测定标准稠度水泥浆离底1～2mm为初凝园弧形压痕终凝

国标规定：凡初凝时间或终凝时间不符合规定的水泥为不合格品。为什么？答：水泥凝结时间的规定是为了有足够的时间进行施工操作和硬化的混凝土质量；初凝时间太短，来不及施工，水泥石结构疏松、性能差，水泥无使用价值；终凝时间太长，强度增长缓慢，也会影响施工。※标准稠度及标准稠度用水量

标准稠度：

按规定的方法拌制的水泥净浆，在水泥标准稠度测定仪上，试锥下沉（28

2）mm时的水泥净浆的稠度。

标准稠度用水量：

是指水泥净浆达到标准稠度时所需要的水量，用水与水泥质量的比来表示。硅酸盐水泥的标准稠度用水量一般在21%~28%。

凝结时间、安定性等技术指标均涉及到标准稠度的概念，有必要对其有所了解。试锥下降高度，标准稠度时28mm水泥浆试锥标准稠度测定仪3、体积安定性

基本概念水泥凝结硬化过程中，体积变化是否均匀适当的性质称为体积安定性。若水泥石的体积变化均匀适当，则水泥的体积安定性良好；若水泥石发生不均匀体积变化：翘曲、开裂等，则水泥的体积安定性不良。检测方法：

沸煮法。包括试饼法和雷氏夹法。国标要求：用沸煮法检验必须合格。试饼法雷氏夹法合格标准：＜5mm。肉眼观察表面有无裂纹用直尺检查有无弯曲合格标准：无裂纹、无弯曲。试饼法用标准稠度的水泥净浆做成试饼，在水中经恒沸3h后，用肉眼观察没有裂纹，用直尺检查没有弯曲，则体积安定合格，反之，体积安定性不合格。雷氏夹法测量雷氏夹中的水泥净浆，经沸煮3h后的膨胀值。该值不大于5.0mm时，则体积安定性合格，否则，为体积安定性不合格。※体积安定性检测方法——沸煮法

水泥熟料中含有过多的游离CaO、MgO和石膏。因为水泥熟料中的游离CaO、MgO都是过烧的。水化速度很慢。在已硬化的水化石中继续与水反应，其固体体积增大1.98和2.48倍。产生不均匀体积变化，造成水泥石开裂、翘曲。石膏量过多，在水泥凝结硬化后，会有钙钒石形成，产生膨胀。※水泥体积安定性不良的原因4、强度

检验方法——软练胶砂法。测量规定龄期（3d、28d）的抗压强度和抗折强度。试件尺寸：40

40

160mm棱柱体；胶砂配比：水泥:ISO标准砂:水=1:3:0.5；振动成型：在频率为2800~3000次/min，振幅0.75mm的振实台上成型。振动时间120s。试件养护：在20

C

1

C，相对湿度不低于90%的雾室或养护箱中24h，然后脱模在20

C

1

C的水中养护至测试龄期；100mm160mmP抗折强度试验PP抗压强度试验强度测量将试件从水中取出，先进行抗折强度试验，折断后每截再进行抗压强度试验。受压面积为40

40=1600mm2。结果计算抗折强度以三个试件的平均值，抗压强度以六个试件的平均值。强度等级：用28天抗压强度的MPa值表示。硅酸盐水泥六个等级：42.5、42.5R、52.5、52.5R、62.5、62.5R。

普通水泥四个等级：42.5、42.5R、52.5、52.5R。

其它水泥六个等级：32.5、32.5R、42.5、42.5R、52.5、52.5R。代号R：指早强型。3天强度有较高要求。注意：各强度等级水泥任一龄期、任一强度

国标规定数值。国标要求：不同品种不同强度等级的通用硅酸盐水泥，其不同各龄期的强度应符合下表的规定：≮品种强度等级抗压强度/MPa抗折强度/MPa3d28d3d28d硅酸盐水泥42.5≥17.0≥42.5≥3.5≥6.542.5R≥22.0≥4.052.5≥23.0≥52.5≥4.0≥7.052.5R≥27.0≥5.062.5≥28.0≥62.5≥5.0≥8.062.5R≥32.0≥5.5普通硅酸盐水泥42.5≥17.0≥42.5≥3.5≥6.542.5R≥22.0≥4.052.5≥23.0≥52.5≥4.0≥7.052.5R≥27.0≥5.0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32.5≥10.0≥32.5≥2.5≥5.532.5R≥15.0≥3.542.5≥15.0≥42.5≥3.5≥6.542.5R≥19.0≥4.052.5≥21.0≥52.5≥4.0≥7.052.5R≥23.0≥4.53d28d时间（d）强度（MPa）※水泥强度发展规律早期增长快，随后逐渐减慢；28天，基本达到极限强度的80％以上；在合适的温湿度条件下，强度增长可以持续几十天乃至几十年。※水泥石强度的影响因素水泥石强度来自水化物颗粒间的相互作用力；水泥石内部水化物颗粒的表面积很大，因此，理论强度大于600MPa；影响水泥石强度的关键因素是孔隙率P。影响孔隙率的因素均影响水泥石的强度。水灰比水灰比越大，孔隙率越大，强度越低水泥组成：熟料矿物、混合材养护条件：温度、湿度、龄期水泥细度：水泥颗粒越细，强度发展越快5、水泥中氧化镁含量

a.硅酸盐水泥、普通水泥中氧化镁含量不大于5.0%。如果水泥压蒸试验合格，则水泥中氧化镁的含量(质量分数)允许放宽至6.0%。

b.除P·S·B没有规定，混合材水泥中氧化镁含量不大于6.0%

。如果水泥中氧化镁的含量(质量分数)大于6.0%时，需进行水泥压蒸安定性试验并合格。6、三氧化硫含量

a.两类矿渣水泥P·S·A和P·S·B中，均SO3≯4.0%，

b.其它水泥中，SO3≯3.5%。★三氧化硫主要是从石膏中带入的，三氧化硫含量超标会严重影响水泥及水泥制品的安定性，产生膨胀、开裂等不良后果。7、氯离子含量

国标要求：水泥中氯离子含量(质量分数)不大于0.06%。当有更低要求时，该指标由买卖双方确定。氯离子危害：使水泥混凝土内部发生“电化学反应”，导致钢筋锈蚀、造成水泥混凝土结构危害。此外，也会诱导水泥混凝土结构内发生“碱骨料反应”、“酸碱腐蚀反应”等，导致结构劣化。氯离子来源：混合材：水泥助磨剂：过去大量使用氯盐作为助磨剂。８、不溶物与烧失量不溶物指水泥经酸和碱处理后，不能被溶解的残余物。烧失量指水泥经高温灼烧后的质量损失率。国标要求：不溶物(质量分数)：P·I≤0.75，P·Ⅱ≤1.50；其他水泥没有要求。烧失量(质量分数)：P·I≤3.0，P·Ⅱ≤3.5；P·O≤5.0；其他水泥没有要求。这两项指标超标表示水泥中不能水化的杂质含量大，影响水泥硬化后的性能。品种代号不溶物(质量分数)烧失量(质量分数)三氧化硫(质量分数)氧化镁(质量分数)氯离子(质量分数)硅酸盐水泥P·I≤0.75≤3.0≤3.5≤5.0a

≤0.06cP·Ⅱ≤1.50≤3.5普通水泥P·O-≤5.0矿渣水泥P·S·A--≤4.0≤6.0bP·S·B---火山灰水泥P·P--≤3.5

≤6.0b粉煤灰水泥P·F--复合水泥P·C--a如果水泥压蒸试验合格，则水泥中氧化镁的含量（质量分数）允许放宽至6.0%。b如果水泥中氧化镁的含量（质量分数）大于6.0%时，需进行水泥压蒸安定性试验并合格。c当有更低要求时，该指标由买卖双方协商确定。通用水泥的化学指标规定

9、碱含量（选择性指标）

国标要求：水泥中碱含量按Na2O+0.658K2O计算值表示。若使用活性骨料，用户要求提供低碱水泥时，水泥中的碱含量应不大于0.60%或由买卖双方协商确定。碱含量超标的危害：碱含量能起到早强剂的作用。但超标会使水泥发生快凝、结块及需水量增加；还容易发生碱骨料反应，产生局部膨胀，引起构筑物开裂变形，甚至崩溃。碱还能使混凝土表面起霜（白斑）。不合格品凡化学指标、凝结时间、安定性、强度中任一项不符合标准规定时，均为不合格品。化学指标包括不溶物、烧失量、三氧化硫、氧化镁、氯离子5项指标。※注意：国标中没有废品的规定。

※水泥质量的判定七、水泥的耐腐蚀性

基本概念

水泥石的各种水化产物必须在一定的Ca(OH)2浓度(PH＝12.5～13.5)下才能稳定存在。

在使用环境中，硅酸盐水泥石受某些腐蚀性介质的作用，会使水泥石碱度降低，其组成和结构会逐渐发生变化或受到损害，导致性能改变、强度下降等。水泥石抵抗环境破坏作用而保持性能不变的能力称为耐腐蚀性。

※导致水泥石腐蚀性破坏的原因外因

环境中的腐蚀性介质，如：软水；酸、碱、盐的水溶液等。内因水泥石内存在原始裂缝和孔隙，为腐蚀性介质侵入提供了通道；水泥石内有在某些腐蚀性介质下不稳定的组分，如：Ca(OH)2，水化铝酸钙等；腐蚀与毛细孔通道的共同作用加剧水泥石结构的破坏。

1、软水侵蚀（溶出性侵蚀）

定义：不含或含较少可溶性钙、镁化合物的水叫做软水，如雨水、雪水、冷凝水、含碳酸氢盐少的河水和湖水。破坏机理：当水泥石处在软水中，软水能使水泥石中的Ca(OH)2溶解、并溶出水泥石，留下孔隙；流动软水环境下侵蚀速度更快；随着水泥石中钙离子浓度降低，导致其它水化产物分解、溶失和转变，产生大量孔隙。

后果：

水化物的分解、溶失，造成水泥石密实度下降，孔缝增多、强度降低，直至整体破坏。2、硫酸盐的腐蚀

含有硫酸盐的水：海水、盐沼水、工业污水等腐蚀机理：含有硫酸盐的水渗入到水泥石中，与氢氧化钙反应生成硫酸钙。硫酸钙再与水泥石中的铝酸钙反应，生成钙矾石，体积膨胀引起水泥石的破坏。当硫酸钙浓度高时，他们可直接析出二水石膏结晶造成膨胀压力，引起破坏。水泥石受硫酸盐侵蚀后，因膨胀性结晶产物引起的开裂3、酸类腐蚀

（工业废水、地下水、沼泽水等）腐蚀机理：水泥石中的水化物都是碱性化合物，与碳酸、盐酸、硫酸、硝酸、氢氟酸、醋酸、蚁酸、乳酸等酸反应生成可溶性盐或沉淀；其反应产物或溶于水而流失，或发生体积膨胀造成结构物的局部被涨裂；另一方面，氢氧化钙浓度的降低，会导致水泥石中其它水化物的分解，使腐蚀作用加剧。

水泥石受酸腐蚀后，表面溶失、脱落※除了软水、硫酸盐和酸类，有些其他物质也能腐蚀水泥石，如强碱、镁盐等。※防止水泥石腐蚀的措施

根据使用环境条件，合理选用水泥品种，或适当掺混合材，降低水泥石中不稳定组分。如处于软水环境的工程常选用掺大量混合材的水泥，这些水泥Ca(OH)2含量低，抗软水侵蚀能力强；提高水泥石的密实度，减少腐蚀性介质的通道，如降低水灰比、掺加外加剂等；表面防护处理，堵塞通道。如防腐涂层。

八、硅酸盐水泥、普通水泥的特性和应用名称优

点缺

点用

途不适于硅酸盐水泥凝结硬化快，强度(特别是早强)高；抗冻耐磨；抗碳化性好；抗渗性好；干缩小。水化热高；耐蚀性差；耐热性差。高强及早强要求高混凝土；受冻、耐磨、施工温度低工程，干燥环境大体积混凝土工程；受蚀严重工程普通水泥早期凝结硬化速度较快，早强较高；抗冻性及耐磨性较好；干缩性较小。水化热较高；耐蚀性较差；耐热性较差。一般环境、干燥环境；受冻水位变动地区；抗渗、耐磨工程大体积混凝土工程；受蚀严重工程※储存运输不同品种、强度等级的水泥不能随意混用。储存：干燥库房内。防潮、防水：水化、碳化失去胶结能力储存期：3个月（强度约降低10～20％）过期要筛去硬块，重新检验合格后才能用。1、水泥混合材

定义

在水泥生产过程中，为改善性能、调节强度等级所加入的天然或人工矿物材料，均称为水泥混合材料。种类活性非活性作用

在水泥中主要其填充作用，调节强度等级、节省能源、降低成本、增加产量、降低水化热等。九、掺混合材水泥的特性和应用⑴、非活性混合材

定义

与水泥矿物成分或水化产物不发生化学反应或化学反应很弱的混合材料，为非活性混合材。常见的有磨细石英砂石灰石粉粘土慢冷矿渣⑵、活性混合材

定义

本身水硬性小，但与石灰混合后加水具有水化活性的混合材。活性组分：SiO2、Al2O3常用品种粒化高炉矿渣：炼钢铁的废料火山灰质混合材：天然火山灰、浮石和烧粘土等粉煤灰：火电厂煤粉燃烧后从烟气中收下的废料2、掺活性混合材水泥的水化

水化反应

磨细活性混合材与水拌和水硬性很弱，但遇Ca(OH)2（碱性激发剂）或石膏（硫酸盐激发剂）在常温下会明显水化。

⑴

xCa(OH)2+SiO2+mH2O=xCaO

SiO2

nH2O

⑵

xCa(OH)2+Al2O3+mH2O=xCaO

Al2O3

nH2O

石膏存在时会形成水化硫铝酸钙。作用减少水泥中熟料矿物含量，降低水化热；减少水泥石中Ca(OH)2的含量。超细粉末的密实填充效应例如火山灰混合材，颗粒非常细，填充效应显著。掺活性混合材的硅酸盐水泥的水化过程与水拌合后，首先是水泥熟料水化，之后是水泥熟料的水化产物Ca(OH)2与活性混合材料中的活性SiO2和活性Al2O3发生水化反应（亦称二次水化反应）生成水化产物。掺活性混合材料的硅酸盐系水泥的水化速度较慢，故早期强度较低，但后期也能形成大量水化产物，后强甚至超过硅酸盐水泥。而由于水泥中熟料含量相对减少，故水化热较低。3、混合材水泥的性质和应用共性密度较小2.70～3.10。早期强度较低，后期强度增长率高。对养护温湿度敏感，适合蒸汽养护。水化热较小。耐腐蚀性较好。抗冻性、耐磨性及抗碳化能力不及硅酸盐水泥和普通硅酸盐水泥。特性矿渣水泥保水性差，泌水性大，干缩较大，抗渗性差，耐热性较好。

——不宜抗渗及冻融循环工程。火山灰水泥：火山灰细，易吸水，易反应，结构较致密，抗渗性好，泌水小，干缩大易起粉，抗硫酸盐能力较差。

——不宜干燥、干湿交替环境及耐磨性环境。粉煤灰水泥粉煤灰结构致密，需水量较低，早强更低，干缩较小，抗裂性较好。但泌水大，保水性差，干燥养护易失水开裂。

——不宜干燥、干湿交替环境复合水泥：取决于所掺的混合材种类。通用水泥的性质项目硅酸盐水泥普通水泥矿渣水泥火山灰水泥粉煤灰水泥早期强度高稍低低后期强度高高高水化热大较大小抗碳化性好较好较差抗冻性好较好较差耐腐蚀性差稍差好耐磨性好较好差耐热性差较差较好较好较好干缩小较小较大大小抗渗性好较好差好差通用水泥的应用应用硅酸盐水泥普通水泥矿渣水泥火山灰水泥粉煤灰水泥优先使用早强高、耐磨、严寒地区、抗碳化要求高、掺混合材混凝土水下、海港、大体积、耐腐蚀要求较高、高温养护混凝土高强度混凝土一般及干燥环境、有抗渗要求、受干湿交替混凝土有耐热要求混凝土有抗渗要求混凝土受载较晚混凝土可以使用一般工程高强度、水下、高温养护、耐热混凝土普通气候环境混凝土抗冻要求较高、有耐磨要求混凝土不宜用于大体积、耐腐蚀要求高混凝土早强要求高、抗冻要求高、掺混合材、低温或冬季施工、抗碳化要求高混凝土耐热、高温养护混凝土抗渗性要求高混凝土干燥环境、有耐磨要求混凝土有抗渗要求混凝土3.3专用与特性水泥道路硅酸盐水泥白色及彩色硅酸盐水泥快硬硅酸盐水泥中热硅酸盐水泥和低热矿渣硅酸盐水泥抗硫酸盐水泥膨胀水泥和自应力水泥高铝水泥本节要点一、道路硅酸盐水泥道路水泥（GB13693—2005）道路水泥熟料＋0～10%