情境五 水泥-水泥是指加水拌合成塑性浆体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无机胶凝材料84课件讲解

水泥是指加水拌合成塑性浆体，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无机胶凝材料。

按主要水硬性物质名称分按用途及性能分硅酸盐系水泥铝酸盐系水泥硫铝酸盐系水泥铁铝酸盐系水泥氟铝酸盐系水泥通用水泥专用水泥水泥的分类情境五

水泥特性水泥一、通用硅酸盐水泥的组成及分类

表5-1定义通用硅酸盐水泥是以硅酸盐水泥熟料和适量的石膏，及规定的混合材料制成的水硬性胶凝材料组成硅酸盐水泥熟料是以硅酸钙为主要矿物成分的水硬性胶凝物质。它是生产水泥的关键成分，也是水泥具有水硬性的物质基础

适量石膏一般掺量为水泥质量的3%～5%，主要起调节凝结时间的作用。包括天然石膏和工业副产石膏

混合材料

定义：混合材料是水泥生产过程中掺入的天然或人工的矿物质材料。

作用：改善水泥的某些性能，如降低水化热、提高耐蚀性等；调整水泥的强度等级；节约熟料，增加品种，提高产量，降低成本，扩大水泥的使用范围；可充分利用工业废料，保护环境，是实现水泥产业可持续发展的重要途径。

分类：根据是否参与水化反应，可分为活性混合材料和非活性混合材料。

常用的活性混合材料：粒化高炉矿渣、火山灰质混合材料、粉煤灰；常用的非活性混合材料：活性指标低于标准要求的粒化高炉矿渣、粉煤灰、火山灰质混合材料；石灰石；砂岩、磨细的石英砂；黏土、黄土、慢冷矿渣等分类按混合材料的品种和掺量分为：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、复合硅酸盐水泥模块一通用硅酸盐水泥

硅酸盐水泥熟料石膏粉煤灰粒化高炉矿渣二、硅酸盐水泥

Ⅰ型（P·Ⅰ）Ⅱ型（P·Ⅱ）熟料石膏熟料硅酸盐水泥石膏混合材料100%≥95%≤5%

（一）硅酸盐水泥的原料及生产

硅酸盐水泥的生产示意图

（二）硅酸盐水泥熟料

1.硅酸盐水泥熟料的矿物组成

主要矿物组成硅酸三钙硅酸二钙铝酸三钙铁铝酸四钙游离氧化钙游离氧化镁碱三氧化硫有害成分矿物组成2.硅酸盐水泥熟料的矿物特性

表5-2矿物名称水化反应速度水化放热量强度耐蚀性硅酸三钙快大高差硅酸二钙慢小早期低，后期高好铝酸三钙最快最大低最差铁铝酸四钙快中低中

不同熟料矿物的强度增长曲线不同熟料矿物的水化热释放曲线

（三）硅酸盐水泥的水化与凝结硬化

1.硅酸盐水泥的水化

（1）熟料矿物与水发生水化反应

2(3CaOSiO2)＋6H2O→3CaO·

2SiO2

·

3H2O＋3Ca(OH)2

硅酸三钙水化硅酸钙（凝胶体）氢氧化钙（晶体）

2(2CaOSiO2)＋4H2O→

3CaO·

2SiO2

·3H2O＋Ca(OH)2硅酸二钙水化硅酸钙（凝胶体）氢氧化钙（晶体）

3CaO·Al2O3＋6H2O→3CaO·Al2O3

·6H2O铝酸三钙水化铝酸钙（晶体）

4CaO·Al2O3

·Fe2O3＋7H2O→

3CaO·Al2O3

·

6H2O＋CaO·Fe2O3

·H2O铁铝酸四钙水化铝酸钙（晶体）水化铁酸钙（凝胶体）

（2）石膏与水化铝酸钙发生反应

3CaO·Al2O3·

6H2O＋3(CaSO4

·2H2O)＋19H2O→CaO·Al2O3

·

3CaSO4

·

31H2O水化铝酸钙石膏水化硫铝酸钙（钙矾石晶体）石膏的缓凝机理：石膏与反应最快的铝酸三钙的水化产物水化铝酸钙作用形成高硫型水化硫铝酸钙，包裹在熟料颗粒的表面，形成保护膜，阻止水分子及离子的扩散，从而延缓熟料颗粒特别是铝酸三钙的水化速度，起到缓凝的作用。硅酸盐水泥的水化产物主要有:水化硅酸钙凝胶体、水化铁酸钙凝胶体、氢氧化钙晶体、水化铝酸钙晶体、水化硫铝酸钙晶体等。

1—

水泥颗粒

2—水分

3—凝胶

4—晶体5—水泥颗粒未水化的内核6—毛细孔

初始反应期硬化期凝结期潜伏期水泥凝结硬化过程示意图2.凝结硬化硅酸盐水泥的凝结硬化是一个由表及里，由快到慢的过程且伴随着体积收缩，其实质是水泥的水化过程，且水化贯穿凝结硬化的始终。

（四）影响硅酸盐水泥凝结硬化的主要因素

影响硅酸盐水泥凝结硬化的主要因素矿物组成水泥的细度石膏掺量养护的温度、湿度龄期水灰比

（五）硅酸盐水泥的技术要求

1.物理、力学指标

（1）细度（选择性指标）定义：细度是指水泥颗粒的粗细程度；要求：细度应适宜，既不能过粗，也不能过细；指标：比表面积；标准规定：比表面积不小于300m2/kg。影响：水泥细度直接影响水泥的水化、凝结硬化、强度、干缩及水化热等。

（2）标准稠度用水量

1）定义：标准稠度用水量是指水泥净浆达到标准稠度时所需的拌合水量（P），以拌合水量占水泥质量的百分数表示。硅酸盐水泥的标准稠度用水量一般在24%～33%之间。

2）影响水泥标准稠度用水量的主要因素：熟料的矿物组成、细度、混合材料的种类与数量等。

3）测定方法

测定方法调整水量法不变水量法代用法（试锥法）标准法（试杆法）

（3）凝结时间

1）定义凝结时间是指水泥从加水开始至标准稠度的净浆失去流动性所需要的时间或从可塑状态发展到开始形成固体状态所需要的时间。

2）分类

根据物理形态不同分为初凝时间和终凝时间。

水泥凝结时间示意图

3）国标规定硅酸盐水泥的初凝时间不小于45min，终凝时间不大于390min。

4）凝结时间对施工的重要意义初凝表示可施工时间的极限。初凝不宜过早，以保证各施工过程在初凝之前完成；终凝表示力学强度开始快速发展。终凝不能过迟，成型后应尽快硬化，产生强度，以利于下一道施工工序的进行，以免拖延施工工期，影响工程进度。

5）凝结时间的测定

用标准维卡仪测定凝结时间示意图

（4）体积安定性

1）定义体积安定性：是指水泥浆体在凝结硬化过程中体积变化的均匀性。安定性不良：是指在凝结硬化过程中产生了不均匀的体积膨胀，使水泥石出现龟裂、翘曲、松脆或崩溃等现象，即安定性不合格。

2）引起安定性不良的主要原因

安定性不良的水泥严禁用于工程中。

引起安定性不良的主要原因水泥中含有过多的游离氧化钙水泥中含有过多的游离氧化镁石膏掺量过多3）检验方法沸煮法，包括标准法（雷氏法）和代用法（饼法），当二者有争议时以标准法为主。国家标准规定，硅酸盐水泥的体积安定性用沸煮法检验必须合格。

雷氏夹雷氏法是用装有水泥净浆的雷氏夹沸煮后的膨胀值来检验安定性。

饼法是以试饼沸煮后的外观变化（有无裂纹与翘曲）来检验安定性。即用标准稠度净浆制成试饼，经养护、沸煮后，观察试饼的外形变化，检验试饼有无翘曲和裂纹，以此判断水泥体积安定性是否合格。试饼成型安定性不合格试饼

（5）水化热

1）定义水化热是水泥水化过程中所放出的热量。硅酸盐水泥是通用硅酸盐水泥中水化热最大的水泥品种。

2）影响水化热的主要因素有矿物组成、细度、混合材料、外加剂、水泥的强度等级等。

3）水化热对工程的影响水化热对工程既有有利影响，又有不利影响。水化热对混凝土工程冬季施工是有利的，有利于水泥的凝结硬化和防止冰冻破坏。水化热对大体积混凝土工程极为不利，会使混凝土产生开裂，因此大体积混凝土工程应选用水化热低的水泥。

安定性不良的水泥会使混凝土产生膨胀裂缝、从而降低建筑物的质量，甚至引起严重的工程质量事故。因此，严禁用于工程中。

（6）强度

1）定义水泥的强度用水泥胶砂强度表示。水泥胶砂强度是按国家标准规定的试验方法将水泥、标准砂、水按一定的比例（水泥︰标准砂︰水＝1︰3.00︰0.50），制成规格为40mm×40mm×160mm标准试件，在标准条件下养护到规定龄期所测得的强度值。

水泥胶砂试模水泥胶砂试件

2）强度等级硅酸盐水泥根据3d、28d的抗折强度、抗压强度划分为6个等级。其中，“R”表示早强型水泥。硅酸盐水泥各龄期的强度值

表5-3强度等级抗压强度（MPa）抗折强度（MPa）3d28d3d28d42.5≥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

2.化学指标化学指标的技术要求

化学指标质量分数（%）不溶物≤0.75（P·Ⅰ）；≤1.50（P·Ⅱ）烧失量≤3.0（P·Ⅰ）；

≤3.5（P·Ⅱ）三氧化硫≤3.5氧化镁≤5.0氯离子≤0.06碱含量（选择性指标）≤0.60表5-4

（六）水泥石的腐蚀与防止水泥石的腐蚀是指硬化后的水泥石长期处于腐蚀性介质中（如流动的淡水、酸类、盐类溶液、强碱等），水泥石结构会逐渐变得疏松，孔隙率不断增大，强度不断下降甚至完全破坏的现象。

酸类腐蚀后水泥石表面的溶失、脱落硫酸盐腐蚀后水泥石的开裂1.腐蚀的类型

2.腐蚀的原因

软水腐蚀酸类腐蚀盐类腐蚀强碱腐蚀腐蚀的类型腐蚀的原因内因外因存在易被腐蚀的成分本身不致密腐蚀介质的存在3.防止腐蚀的措施

防止腐蚀的措施根据腐蚀介质的类型，合理选用水泥品种提高水泥石的密实度设置隔离层或保护层（七）硅酸盐水泥的性质及应用

快凝快硬高强适用于早期强度要求高的工程（现浇梁、板、柱）、冬季施工的工程、重要结构的高强混凝土和预应力混凝土工程抗冻性好适用于严寒地区遭受反复冻融的工程及干湿交替的部位耐腐蚀性差不宜用于有海水和侵蚀介质存在的环境中碱度高，抗碳化能力强

适用于空气中二氧化碳浓度较高的环境，如

铸造车间水化热大

不宜用于大体积混凝土工程

耐热性差不宜用于高温环境的工程耐磨性好适用于公路、地面等有耐磨要求的工程常温养护效果好，高温养护效果差

适合常温养护，不适宜蒸汽或蒸压养护的混

凝土工程表5-5三、普通硅酸盐水泥普通硅酸盐水泥是由熟料、石膏和少量混合材料组成。其中，熟料+石膏≥80%且＜95%

，活性混合材料掺加量＞5%

且≤20%

，其中允许用不超过水泥质量8%且符合要求的非活性混合材料来代替或允许用不超过水泥质量5%且符合要求的窑灰来代替。代号P·O。（一）普通硅酸盐水泥的水化

普通硅酸盐水泥的水化一次水化反应二次水化反应

1.二次水化反应的原理

Ca(OH)2＋SiO2＋H2O→CaO·SiO2·(

＋)H2OCa(OH)2＋Al2O3＋H2O→CaO·Al2O3·

(

＋)H2O

3CaO·Al2O3·

6H2O＋3(CaSO4

·

2H2O)＋19H2O

→3CaO·Al2O3

·

3CaSO4

·

31H2O

氢氧化钙和石膏称为激发剂，起着激发水化促进凝结硬化的作用。

2.二次水化反应的特点

（1）水化速度慢，生成的水化产物少，强度低；

（2）水化热小；

（3）对温度和湿度较敏感；

（4）消耗氢氧化钙。

（二）普通硅酸盐水泥的技术要求

1.物理、力学指标（与硅酸盐水泥相比）

（1）相同点

初凝时间、安定性、细度与硅酸盐水泥相同。（2）不同点

终凝时间：不大于600min；

强度等级：根据3d、28d的抗折、抗压强度划分为42.5、42.5R、52.5、52.5R四个强度等级。

普通硅酸盐水泥各龄期的强度值

2.化学指标（与硅酸盐水泥相比）相同点：氧化镁、三氧化硫、烧失量、氯离子、碱含量同硅酸盐水泥；不同点：烧失量≤5.0%。

表5-6强度等级抗压强度（MPa）抗折强度（MPa）3d28d3d28d42.5≥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（三）性质及应用

1.早期强度略低，后期强度高；2.抗冻性、耐磨性、抗碳化性略有降低；3.水化热略小；4.耐腐蚀性略有提高；5.耐热性稍好。普通硅酸盐水泥广泛用于各种混凝土和钢筋混凝土工程，是建筑行业里应用面最广，使用量最大的水泥品种。

四、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（一）组分、代号及混合材料的掺加量

表5-7品种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代号P·S·AP·S·BP·P

P·F

P·C组分（%）熟料＋石膏≥50且＜80≥30且＜50≥60且＜80≥60且＜80≥50且＜80粒化高炉矿渣＞20且≤50＞50且≤70——＞20且≤50火山灰质混合材料——＞20且≤40—粉煤灰———＞20且≤40石灰石————（二）技术要求

1.化学指标化学指标的技术要求

表5-8品种代号质量分数（%）不溶物烧失量三氧化硫氧化镁氯离子碱含量矿渣硅酸盐水泥P·S·A——≤4.0≤6.0≤0.06≤0.60P·S·B———火山灰硅酸盐水泥P·P——≤3.5≤6.0粉煤灰硅酸盐水泥P·F——复合硅酸盐水泥P·C——2.物理、力学指标（与硅酸盐水泥相比）

（1）相同点

初凝时间、安定性与硅酸盐水泥相同。（2）不同点

终凝时间：不大于600min；

细度（选择性指标）：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以筛余表示，80

方孔筛筛余不大于10%或45

方孔筛筛余不大于30%。

强度等级：按3d、28d的抗折和抗压强度划分为32.5、32.5R、42.5、42.5R、52.5、52.5R六个强度等级。

矿渣硅酸盐水泥、火山灰硅酸盐水泥、粉煤灰硅酸盐水泥、复合硅酸盐水泥各龄期的强度值

表5-9强度等级抗压强度（MPa）抗折强度（MPa）3d28d3d28d32.5≥10.0≥32.5≥2.5≥5