1、第五章 水 泥,按使用性质及分为三种类型：一、通用水泥：通用硅酸盐水泥,包括: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；二、专用水泥：道路硅酸盐水泥、砌筑水泥等；三、特性水泥：膨胀水泥、快硬水泥、低热水泥等。,第五章 水 泥,第一节 硅酸盐水泥的基本组成与生产原理 第二节 硅酸盐水泥的硬化机理 第三节 硅酸盐水泥的技术性质及其性能特点 第四节 掺混合材料的硅酸盐水泥 第五节 常用水泥的选用原则第六节 其它品种水泥,第一节 硅酸盐水泥的基本组成与生产原理,定义：凡是由硅酸盐水泥熟料、05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
2、，称为硅酸盐水泥(国外称波特兰水泥)。硅酸盐水泥分两种类型，不掺混合材料的为I型硅酸盐水泥，代号PI；在硅酸盐水泥熟料中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为II型硅酸盐水泥，代号PII。 一、硅酸盐水泥的生产工艺概述 二、硅酸盐水泥熟料的矿物组成及其特性,一、硅酸盐水泥的生产工艺概述,生 料,水 泥,煅烧（约（14500C）,熟 料,一、硅酸盐水泥的生产工艺概述,水泥生产线示意图：,1.生料贮存；2.磨细设施； 3.生料混合设施；4.预热/预煅烧装置；5.回转窑；6.熟料贮存；7.外加剂；8.熟料磨细；9. 水泥贮存&灌装,二、硅酸盐水泥熟料的矿物组成及其特性,1. 硅酸盐水
3、泥熟料的矿物组成 硅酸三钙 3CaOSiO2（C3S）：3660%， 硅酸二钙 2CaOSiO2（C2S）：1537%， 铝酸三钙 3CaOAl2O3（C3A）：715%， 铁铝酸四钙 4CaOAl2O3Fe2O3（C4AF）：1018%。 硅酸三钙和硅酸二钙称为硅酸钙矿物，一般占总量的7582(国家标准中规定不小于66%, CaO与SiO2的质量比不小于2.0)。,二、硅酸盐水泥熟料的矿物组成及其特性,2水泥熟料主要矿物与水作用时的特性磨细后能与水发生水化反应，生成具有水硬性的水化产物。C3S、C3A、C4AF水化快，C2S水化慢， C3AC3SC4AFC2S水化反应过程中会放出热量, C3
4、A、C3S放热量大， C3AC3SC4AFC2SC3S早期强度和后期强度均较高，C2S早期强度低，后期强度高。C3A、C4AF强度均不高。四个矿物的强度均随龄期成曲线变化，见图3.2。,图5-2 水泥熟料各矿物的强度增长曲线,图5-3 水泥熟料各矿物的放热曲线,第二节 硅酸盐水泥的硬化机理,水泥加水拌和后，最初形成具有可塑性和流动性的浆体，经过一定时间，水泥浆体逐渐变稠失去可塑性，这一过程称为凝结。随着时间继续增长，水泥产生强度且逐渐提高，并形成坚硬的石状体水泥石，这一过程称为硬化。 水泥的凝结与硬化是一个连续的复杂的物理化学变化过程，这些变化决定了水泥一系列的技术性能。因此，了解水泥的凝结与
5、硬化过程，对于了解水泥的性能有着重要的意义。,一、硅酸盐水泥的水化,水泥颗粒与水接触后，水泥熟料各矿物立即与水发生水化作用，生成新的水化物，并放出一定的热量。,一、硅酸盐水泥的水化,水化硅酸钙几乎不溶于水，形成后立即以胶体微粒析出，并逐渐凝聚而成为凝胶体。氢氧化钙呈六方晶体。由于氢氧化钙可溶于水，但溶解度不大，所以溶液的CaO浓度很快达到饱和状态。因此，各矿物成分的水化主要是在CaO饱和溶液中进行的。式中水化硅酸钙的组成只是理论上的组成，实际上各氧化物之间的比例是不确定的，通常随水化时的温度、溶液中的CaO浓度等因素的变化而变化。,电镜下的水泥水化产物图,CH氢氧化钙晶体,C-S-H 水化硅酸
6、钙凝胶,一、硅酸盐水泥的水化,水化铝酸钙为立方晶体。由于铝酸三钙的水化、凝结和硬化速度很快，为了调节水泥的凝结时间，在水泥中掺入了少量石膏。铝酸三钙水化后形成的水化铝酸钙会与石膏作用，生成三硫型水化硫铝酸钙，也称钙矾石晶体（以AFt表示），其反应式如下：,一、硅酸盐水泥的水化,钙矾石呈针状（或柱状）晶体，它难溶于水。当石膏耗尽后，钙钒石将与水化铝酸钙反应生成单硫型水化硫铝酸钙晶体（以AFm表示）：铁铝酸四钙与水反应后生成水化铝酸钙晶体和水化铁酸钙凝胶体。,一、硅酸盐水泥的水化,综上所述，硅酸盐水泥与水作用后，生成的主要水化产物有两类：凝胶体：水化硅酸钙和水化铁酸钙凝胶体；晶体：氢氧化钙、水化铝
7、酸钙和水化硫铝酸钙晶体。由于水泥熟料中硅酸三钙和硅酸二钙的含量高，所以在完全水化的水泥石中，水化硅酸钙凝胶体约占70，而氢氧化钙约占20，钙矾石和单硫型水化硫铝酸钙约占7。,水泥浆扫描电镜照片（7d龄期）,C-S-H,钙矾石,硬化前未水化水泥颗粒水C-S-H钙矾石氢氧化钙硬化后,水灰比,二、硅酸盐水泥的凝结硬化,水泥浆,开始凝结,完全凝结,人工石材,初凝时间,终凝时间,硬化,凝结,水 泥,水,水化产物,水,水 泥,水 泥,水 泥,水,水,水化产物,水化产物,水泥颗粒的水化是从表面向内部进行的，水化程度受水和水化物的扩散所控制，水泥颗粒的内核很难完全水化。因此。硬化的水泥石是由水化产物(凝胶体和
8、结晶体)、未水化的水泥颗粒、水和孔隙(毛细孔和凝胶孔)组成的。水泥石的工程性质决定于水泥石的组成和结构。水泥的凝结硬化过程，也是水泥强度发展的过程。水泥的水化是随着时间的延长而不断进行的，水化产物也会不断增加并填充毛细孔，使毛细孔孔隙率减少，凝胶孔孔隙率增大。水泥加水拌合后的前28d的水化速度较快，强度发展也快，随后水化速度减慢，强度增加幅度减小。,二、硅酸盐水泥的凝结硬化,三、影响水泥凝结和硬化的主要因素,1.水泥熟料的矿物组成 水泥中C3S和C3A含量越高，凝结硬化也越快。2.水泥的细度水泥越细，颗粒就越小，其与水接触的面积也就越大，则水化速度越快，凝结硬化也越快。3水泥浆体的水灰比水灰比
9、是拌制水泥浆时水与水泥的质量之比，水泥完全水化所需的用水量约为水泥质量的25，但这样的水量很难形成具有足够流动性的浆体，因而实际工程中必须加入较多的水，以便取得较好的塑性。水灰比决定了水泥浆体的稠度，水灰比越大，则水泥浆体的稠度越小（即越稀），凝结硬化也越慢。,三、影响水泥凝结和硬化的主要因素,4.水泥的水化程度 水灰比相同时，水化程度愈高，则水泥浆体中水化产物愈多，凝结硬化也越快。5石膏掺量 石膏(常用CaSO42H2O)是水泥的缓凝剂，能调节水泥的凝结硬化速度。在磨制水泥时，若不掺入少量石膏，则水泥浆凝结很快。当掺入少量石膏后，硫酸钙将与水化铝酸钙作用，生成难溶的水化硫铝酸钙晶体(钙矾石)
10、，减少了溶液中的铝离子，延缓了水泥浆体的凝结速度。但石膏掺量必须适当，掺入过多的石膏不仅缓凝作用不大，而且会引起凝结硬化后的水泥石出现开裂。,三、影响水泥凝结和硬化的主要因素,5环境的温度和湿度环境因素（主要是温度和湿度）对水泥的凝结硬化有着明显的影响。温度越高，水泥水化速度越快，凝结硬化的速度就越快。环境湿度大，水泥浆中的水分不仅不易蒸发，使水泥石中保持有水泥水化及凝结硬化所需要的化学用水，而且在水泥石中水分不足时，能使水泥石吸收环境中的水分，保证水泥进行水化和硬化。如果环境干燥，水泥浆中的水分蒸发过快，当水分蒸发完后，水化作用将无法进行，硬化停止，强度不再增长，甚至还会在制品表面产生干缩裂
11、缝。,第三节 硅酸盐水泥的技术性质 及其性能特点,一、硅酸盐水泥的主要技术性质二、硅酸盐水泥的技术标准三、硅酸盐水泥的腐蚀四、硅酸盐水泥的主要特性及工程应用,一、硅酸盐水泥的主要技术性质,1.密度2.细度3.标准稠度用水量4.凝结时间5.体积安定性6.强度和强度等级7.其它技术指标,一、硅酸盐水泥的主要技术性质,1.密度 硅酸盐水泥的密度一般在3.053.15gcm3，平均可取为3.10 gcm3，其大小主要取决于水泥熟料的矿物组成。堆积密度为10001600kg/m3。,一、硅酸盐水泥的主要技术性质,2.细度水泥颗粒的粗细程度。对水泥性质有很大影响。水泥颗粒粒径一般在7200m范围内，颗粒愈
12、细，与水起反应的表面积就愈大，因而水化速度较快，而且较完全，早期强度和后期强度都较高。水泥颗粒过粗，则不利于水泥活性的发挥，但水泥过细，在空气中的硬化收缩性较大，生产成本也较高。硅酸盐水泥的细度采用比表面积法检验。,一、硅酸盐水泥的主要技术性质,比表面积单位质量的粉末所具有的总表面积，用m2kg表示。比表面积法是根据一定量空气通过一定空隙率和厚度的水泥层时，所受阻力不同而引起流速的变化来测定水泥的比表面积。硅酸盐水泥的细度采用勃氏透气法比表面积仪（GB/T8074-2008）进行检验，要求其比表面积大于300m2kg。,一、硅酸盐水泥的主要技术性质,3.标准稠度用水量水泥净浆达到标准稠度时的拌
13、和用水量，按水泥质量百分比计；水泥的标准稠度是指水泥净浆对标准试杆（或试锥）的沉入达到一定阻力时的稠度。我国国标（GB/T1346-2001）中规定，水泥标准稠度的标准测定方法为试杆法（标准法），或试锥法（代用法）。硅酸盐水泥的标准稠度用水量通常在24 30之间。标准稠度用水量的大小，可以反映出水泥的需水性，标准稠度用水量愈大，表明其需水性愈大。,标准稠度和凝结时间测定仪,一、硅酸盐水泥的主要技术性质,4.凝结时间凝结时间分为初凝时间和终凝时间。初凝时间是指水泥与水拌和至标准稠度净浆达到初凝状态（即开始失去可塑性）所需的时间；终凝时间是水泥与水拌和至标准稠度净浆达到终凝状态（即完全失去可塑性并
14、开始产生强度）所需的时间。国家标准（GB 175-2007）规定，硅酸盐水泥的初凝时间不得早于45min，终凝时间不得迟于6.5h。为何这样规定?,规定初凝时间和终凝时间的意义：,为使混凝土和砂浆有充分的时间进行搅拌、运输、浇捣和砌筑，水泥的初凝时间不能过短。当施工完毕，则要求尽快硬化而产生强度，故终凝时间不能太长，否则会使施工周期变长。影响水泥凝结时间的主要因素：（1）铝酸三钙含量与石膏掺量的匹配；（2）水泥的细度；（3）水灰比；（4）凝结时的温度；（5）混合材料掺量。,一、硅酸盐水泥的主要技术性质,5.体积安定性水泥净浆硬化过程中体积变化的均匀性和稳定性。如果在水泥硬化过程中，产生不均匀的
15、体积变化，就会使水泥石产生膨胀性裂缝，这种现象称为水泥体积安定性不良。引起水泥体积安定性不良的原因及控制方法：游离 CaO过多；控制方法：沸煮法（雷氏夹法或试饼法）检验合格；游离 MgO过多；控制方法：压蒸法检验合格，或生产控制， MgO含量5%掺入的石膏过多，生产控制, SO3含量3.5%,一、硅酸盐水泥的主要技术性质,6.强度及强度等级强度是评价水泥质量、确定水泥强度等级的重要指标。水泥强度除了与水泥矿物组成和细度有关外，还与水灰比、试件制作方法、养护条件和龄期等因素有关。根据现行国标（GB 17671-1999）中规定，水泥胶砂强度检验方法是：将水泥和标准砂以13的比例混合后，以0.5的
16、水灰比拌制成一组塑性胶砂，用标准方法制成40mm40mm160mm的标准试件，在标准条件（201，相对湿度不小于90%或水中）下养护，达到规定龄期（3d、28d）时，测定其抗折强度和抗压强度。,6.强度及强度等级,水泥的强度等级是根据规定龄期（3d和28d）测定的抗压强度和抗折强度来划分的，各强度等级水泥在各龄期的强度不得低于表5-2规定的数值。按国家标淮(GBl752007)规定，硅酸盐水泥的强度等级有42.5、42.5R、52.5、52.5R、62.5、62.5R六种。强度等级中有R的为早强型，无R的为普通型。早强型水泥的3d抗压强度可达28d抗压强度的50%左右，并比同强度等级的普通型水
17、泥的3d强度提高10%以上。,一、硅酸盐水泥的主要技术性质,7.其它技术指标（1）有害成分含量为了保证水泥的使用质量，要求水泥中的氧化镁MgO和三氧化硫SO3含量、碱含量不得超过标准规定的限量（见表5-3）。碱含量(选择性指标): 指水泥中Na2O和K2O的含量。水泥中Na2O和K2O含量较高时，可能在混凝土中与活性集料发生碱集料反应，使混凝土出现开裂、强度降低或破坏。 用户要求低碱时： Na2O+0.685 K2O0.60%,7.其它技术指标,（2）不溶物含量不溶物将影响水泥的有效成分含量，所以不溶物含量不得超过标准规定的限量（见表5-3）。（3）烧失量 不得超过标准规定的限量（见表5-3）
18、。(4)氯离子含量 不得超过0.06% 。,二、硅酸盐水泥的技术标准,我国现行的硅酸盐水泥国家标准为通用硅酸盐水泥（GB 175-2007） 。标准规定，凡化学指标(包括氧化镁含量、三氧化硫SO3含量、碱含量、不溶物含量、烧失量、氯离子含量)、凝结时间、安定性和强度符合规定要求的为合格品，凡化学指标、凝结时间、安定性和强度中的任何一项技术指标不符合规定要求的为不合格品。,三、硅酸盐水泥的腐蚀,当水泥石长期处在某些介质中，水泥石中的水化产物会与介质发生各种物理、化学作用，并导致水泥石强度降低，甚至发生破坏，这种现象称为水泥石腐蚀。 1.水泥石腐蚀的主要类型 （1）软水腐蚀(溶出性腐蚀) 软水是指
19、暂时硬度较小的水。在流动的软水中，特别是在有水压作用而且水泥石的渗透性又较大的情况下，水流不断将氢氧化钙溶出并带走，从而使水泥石中氢氧化钙的含量不断减少。随着氢氧化钙含量的降低，其他水化产物，如水化硅酸钙、水化铝酸钙等，亦将发生分解，从而使水泥石结构逐渐遭到破坏，强度不断降低，严重时会引起整个建筑物的毁坏。,三、硅酸盐水泥的腐蚀,（2）硫酸盐的腐蚀 以硫酸钠为例，反应式如下： 由于是在已经固化的水泥石中发生上述反应，所以生成三硫型水化硫铝酸钙（钙矾石）时，产生的体积增加对水泥石将产生破坏作用。由于钙矾石呈针状或杆状结晶，故常称其为“水泥杆菌”。,三、硅酸盐水泥的腐蚀,（3）镁盐腐蚀在海水及地下
20、水中常含有大量镁盐，主要是硫酸镁及氯化镁。它们与水泥石中的氢氧化钙起置换作用，生成松软而无胶结能力的氢氧化镁，或易溶于水的氯化钙，生成的二水石膏则引起上述的硫酸盐破坏作用。化学反应式如下：,三、硅酸盐水泥的腐蚀,（4）碳酸性腐蚀 若天然水中游离的二氧化碳过多时，将会起破坏作用。首先，硬化水泥石中的氢氧化钙受到碳酸的作用，生成碳酸钙，反应式为：由于水中含有较多的二氧化碳，它与生成的碳酸钙之间可发生下列可逆反应：水泥石中的氢氧化钙通过转变为易溶的重碳酸钙而流失。随着水泥石中氢氧化钙含量的降低，还会导致水泥石中其他水化物的分解，使腐蚀作用进一步加剧。,三、硅酸盐水泥的腐蚀,（5）一般酸性腐蚀在工业废
21、水、地下水、沼泽水中常含有无机酸和有机酸。各种酸类对水泥石有不同程度的腐蚀作用。它们与水泥石中的氢氧化钙反应后生成的化合物，或溶于水，或体积膨胀，对水泥石产生破坏作用。以上论述了水泥石腐蚀的几种主要类型，但在实际工程中水泥石的腐蚀很少只是单一因素造成的，而可能是两种或几种腐蚀同时发生，并互相影响，使腐蚀程度更加严重。,2.水泥石腐蚀的原因及防止措施,腐蚀的原因（内因）：（1）水泥石中含有氢氧化钙和水化铝酸钙；（2）水泥石中有孔隙。腐蚀的预防措施：根据侵蚀特点，合理选择水泥品种 ；减小孔隙率，提高水泥石的密实程度；采用保护层，构件表面敷设防护物质。,四、硅酸盐水泥的主要特性及工程应用,1、硬化快
22、、强度高硅酸盐水泥中C3S及C3A含量较多，它们水化速度快，所以硅酸盐水化凝结硬化快，强度高，尤其早期强度高，适用于早期强度要求高和冬季施工的混凝土工程。一般用于配制C40以上的混凝土，主要用于地上、地下和水中重要结构钢筋混凝土和预应力混凝土工程。 2水化热高、抗冻性好 水化速度快，放热量大，因而不宜用于大体积混凝土工程。但放热量大对水泥石的抗冻性有利。硅酸盐水泥如采用适宜的水灰比，并经充分养护，可获得密实的水泥石，具有较高的抗冻性。因此，这种水泥适用于严寒地区会遭受反复冻融作用的混凝土工程。,四、硅酸盐水泥的主要特性及工程应用,3耐腐蚀性和耐热性较差 硅酸盐水泥水化后形成较多的氢氧化钙和水化
23、铝酸钙，所以不宜用于受流动及压力水作用的混凝土工程，也不宜用于海水、矿物水等腐蚀性作用的工程。硅酸盐水泥石的主要成分在高温下会发生脱水和分解，使其结构遭受破坏。此外，水泥石经高温作用后，其中的氢氧化钙已经分解为氧化钙，如再受水润湿或长期置放时，由于氧化钙重新与水反应，在生成氢氧化钙的同时，产生体积膨胀，从而对水泥石造成破坏。,第四节 掺混合材料的硅酸盐水泥,一、混合材料概述二、普通硅酸盐水泥三、矿渣硅酸盐水泥、火山灰质硅酸盐水泥及粉煤灰硅酸盐水泥四、复合硅酸盐水泥,一、混合材料概述,混合材料是指在生产水泥时加入的各种矿物质材料。通常分为活性混合材料和非活性混合材料两类。1. 活性混合材料能与石
24、灰、石膏或硅酸盐水泥一起，加水拌和后能发生化学反应，并生成具有胶凝性和水硬性水化物的混合材料。活性混合材料的这种性质也称为火山灰性。活性混合材料中一般均含有活性SiO2和活性Al2O3，它们是主要的活性成分，能与水泥水化生成的氢氧化钙作用，生成水硬性水化产物。常用的活性混合材料有粒化高炉矿渣、火山灰质混合材料和粉煤灰等。,一、混合材料概述,（1）粒化高炉矿渣钢铁厂用水淬方法，将炼铁高炉的熔融矿渣进行急速冷却处理后得到的质地疏松、多孔的粒状物。在一般矿渣中CaO、SiO2、Al203含量占90以上。国家标准规定，水泥用粒化高炉矿渣的质量系数不得小于1.2。 （2）火山灰质混合材料泛指天然的或人工
25、的以活性氧化硅和活性氧化铝为主要成分，具有火山灰活性的矿物质材料，其本身一般无水硬性，但在常温下能与石灰和水作用，生成水硬性的水化物。 （3）粉煤灰火力发电厂从煤粉炉烟道气体中收集的粉末状废渣。粉煤灰中含有较多的活性SiO2和活性Al2O3，两者总含量可达60以上。由于它是由煤粉在煤粉炉中，经悬浮态燃烧后急冷而成，所以多呈直径为150m的实心或空心的玻璃态球粒状。,粉煤灰的球形颗粒,一、混合材料概述,2.非活性混合材料不具有活性或活性非常低的人工或天然的矿物质材料。这类材料在水泥水化过程中不发生化学反应，或者化学反应甚微。石英砂、石灰石、粘土、慢冷矿碴以及不符合质量标准的活性混合材料均可以作为
26、非活性混合材料应用。非活性混合材料掺入到水泥中仅能起调节水泥强度等级、增加水泥产量、降低水化热等作用。非活性混合材料应具有足够的细度，不含或极少含对水泥有害的杂质。,二、普通硅酸盐水泥,1. 概述根据国家标准(GBl752007)，普通硅酸盐水泥是由硅酸盐水泥熟料、规定掺加量的混合材料、适量石膏磨细制成的水硬性胶凝材料，简称普通水泥，代号PO。普通水泥中混合材料的掺加量按重量百分比计，活性混合材料的掺加量5且20，其中允许用不超过水泥质量5的窑灰(水泥回转窑窑尾废气中收集下的粉尘)或不超过水泥质量8的非活性混合材料来代替。,二、普通硅酸盐水泥,2. 普通硅酸盐水泥的技术性质国家标准规定，普通硅
27、酸盐的水泥强度等级分为42.5、42.5R、52.5和52.5R等4个等级。各种强度等级水泥在不同龄期的强度均不得低于表5-5所规定的数值。国家标准规定，普通水泥的细度用比表面积法检验，要求其比表面积大于300m2kg；初凝时间不小于45min，终凝时间不大于600min (即10h)。对体积安定性的要求与硅酸盐水泥相同。,二、普通硅酸盐水泥,3. 普通硅酸盐水泥的特性及应用 与硅酸盐水泥的工程特性略有差异：水化凝结硬化较快，早期强度较高；水化热较大；抗冻性较好；耐腐蚀性较差；耐热性较差。普通水泥与硅酸盐水泥的用途基本相同，但较硅酸盐水泥的用途更广。,三、矿渣硅酸盐水泥、火山灰质硅酸盐水泥及粉
28、煤灰硅酸盐水泥,1. 概述（1）矿渣硅酸盐水泥：由硅酸盐水泥熟料、20%70%的粒化高炉矿渣和适量石膏磨细制成的水硬性胶凝材料。代号为PSA和PSB。（2）火山灰质硅酸盐水泥：由硅酸盐水泥熟料、20%40%的火山灰质混合材料和适量石膏磨细制成的水硬性胶凝材料，代号为PP。（3）粉煤灰硅酸盐水泥：由硅酸盐水泥熟料、20%40%的粉煤灰和适量石膏磨细制成的水硬性胶凝材料，代号为PF。,三、矿渣硅酸盐水泥、火山灰质硅酸盐水泥及粉煤灰硅酸盐水泥,2. 三种水泥的水化反应特点具有二次水化的特点：首先是水泥熟料矿物与水作用，生成氢氧化钙、水化硅酸钙、水化铝酸钙等水化产物；当氢氧化钙生成之后，它就与混合材料
29、中的活性氧化硅和活性氧化铝进行二次反应，生成水化硅酸钙和水化铝酸钙。即：,三、矿渣硅酸盐水泥、火山灰质硅酸盐水泥及粉煤灰硅酸盐水泥,上述二次反应过程就是“火山灰反应”，其中，溶液中的氢氧化钙是激发混合材料活性的物质，所以称为激发剂（碱性激发剂）。而磨细时加入的石膏为硫酸盐激发剂，它的作用是进一步与水化铝酸钙化合而生成水化硫铝酸钙。,三、矿渣硅酸盐水泥、火山灰质硅酸盐水泥及粉煤灰硅酸盐水泥,3. 三种水泥的主要技术性质国家标准对于这三种水泥的凝结时间和体积安定性的技术要求与普通硅酸盐水泥基本相同。这三种水泥有六个强度等级：32.5、32.5R、42.5、42.5R、52.5、52.5R。各强度等
30、级水泥在不同龄期的强度不得低于表5-6所规定的数值。细度:0.08mm方孔筛筛余不大于10%或0.045mm方孔筛筛余不大于30% 。由于火山灰质混合材料一般具有多孔性，比表面积较大，所以火山灰水泥的标椎稠度用水量较大。,三、矿渣硅酸盐水泥、火山灰质硅酸盐水泥及粉煤灰硅酸盐水泥,4. 三种水泥的特性及应用共同的特点： （1）早期凝结硬化慢，强度低，后期强度高，并且对温度影响的敏感性比较大。不宜用于早期强度要求高的混凝土工程，但对承受荷载较迟的工程更为适用，并且适用于制作蒸汽养护的预制构件。 （2）具有较强的抗腐蚀能力。可用于需要抗溶出性侵蚀或抗硫酸盐侵蚀的水工混凝土、海洋混凝土等工程。（3）水
31、化热低，抗冻性较差。适用于大体积混凝土工程。但它们的抗冻性较差，不宜用于严寒地区会遭受反复冻融作用的混凝土工程。,共同特性,1-硅酸盐水泥，2-矿渣水泥，3粒化矿渣,由于这三种水泥所掺加的混合材料的品种不同，所以在性能上也存在各自的特点：,矿渣水泥具有较好的耐热性，可用于高温车间的混凝土结构。火山灰水泥颗粒较细，泌水性小。在潮湿环境中或在水中养护时，因能生成较多的水化硅酸钙胶体，使水泥石结构致密，因而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。但在硬化过程中干缩现象较矿渣水泥更显著，如果养护不当，易产生干缩裂缝，所以不宜用于干燥地区及高温车间。由于粉煤灰的球形颗粒表面很致密，吸水能
32、力弱，其标准稠度需水量较小，干缩性也小，因而抗裂性较高。但球形颗粒的保水性差，泌水较快，若养护不当，也易引起混凝土失水而产生裂缝。,四、复合硅酸盐水泥,根据国家标准(GBl752007) 的规定：由硅酸盐水泥熟料和两种或两种以上的混合材料、适量石膏磨细制成的水硬性胶凝材料称为复合硅酸盐水泥(简称复合水泥)，代号PC。复合硅酸盐水泥中混合材料的掺加量按质量百分比计为2050。复合水泥的主要技术要求与粉煤灰水泥相同。复合水泥的特性取决于其所掺两种或两种以上混合材料的种类、掺量及相对比例，其特性与矿渣水泥、火山灰水泥、粉煤灰水泥有不同程度的相似之处，可根据其掺入的混合材料的种类，参照掺相同混合材料的
33、水泥的适用范围进行选用。,第五节 常用水泥的选用原则,一、常用水泥的特性常用水泥的特性可总结如表5-7。 二、常用水泥的选用各类建筑工程，可针对其工程性质、结构部位、施工要求和使用环境条件等，按照表5-8进行选用。,1. 硅酸盐水泥和普通硅酸盐水泥,用于配制高强混凝土和预应力混凝土；用于要求早期强度高、凝结快的工程；用于有抗冻融要求和冬季施工的工程；不宜用于受侵蚀性介质作用的混凝土；不宜用于大体积混凝土工程 。,2. 矿渣硅酸盐水泥,适宜用于水工和海港工程，特别是用于需要抗淡水或抗硫酸盐侵蚀的工程；可用于耐热混凝土工程；适于采用蒸汽养护；宜用于浇筑大体积混凝土工程。可用于有耐磨性要求的混凝土；
34、不宜用于要求早期强度高、凝结快的工程；不宜用于有抗渗要求的混凝土工程。,3. 火山灰硅酸盐水泥,最适宜用于地下或水下工程，特别是用于需要抗渗、抗淡水或抗硫酸盐侵蚀的工程；宜用于蒸汽养护；宜用于浇筑大体积混凝土工程。不宜用于低温施工，不宜用于受冻部位；不宜用于干燥地区；不宜用于有耐磨性要求的混凝土；不宜用于要求早期强度高、凝结快的工程。,4. 粉煤灰硅酸盐水泥,宜用于承受荷载较迟的工程；宜用于大体积混凝土工程 ；宜用于需要抗淡水或抗硫酸盐侵蚀的工程；不宜用于要求早期强度高、凝结快的工程；不宜用于干燥地区；不宜用于有耐磨性要求的混凝土；不宜用于有抗渗要求的混凝土工程。,第六节 其他水泥品种,一、铝
35、酸盐水泥二. 膨胀水泥三. 白色硅酸盐水泥和彩色硅酸盐水泥四. 道路硅酸盐水泥,一、铝酸盐水泥,(1)定义：以铝酸钙为主要成分的水泥熟料，经磨细制成的水硬性胶凝材料，称为铝酸盐水泥，其Al2O3含量约为50%，所以又称为高铝水泥。（原料是铝矾土和石灰石，又称为矾土水泥。）(2)矿物成分：主要矿物成分为铝酸一钙（CA）、二铝酸一钙（CA2），此外含有少量的C2S及其他铝酸盐（C12A7等）。,一、铝酸盐水泥,(3)水化反应：水化产物的组成随温度变化而不同，当温度30时：3CA + 12H2OC3AH6 （水化铝酸三钙）+2AH3 （铝胶） CA2水化慢，早强低，C12A7水化快，但强度不高，C2
36、S生成C-S-H。,一、铝酸盐水泥,(4)硬化特点 CAH10和C2AH8为针片状晶体，形成骨架。AH3填充于空隙之中，形成较密实的结构，因此使初期强度增长很快、很高。但后期强度增长不显著。 CAH10和C2AH8是亚稳态晶体，会逐渐转化为C3AH6，这是自发过程，可随环境温度的升高而加速。晶体转化的反应式为： 3（C2AH8）2（C3AH6）+ AH3 + 9H2O 3（CAH10）C3AH6 + 2（AH3）+ 18H2O 晶体转化会造成长期使用时强度有退缩现象，在湿热条件下，强度下降严重，一般5年以后降低4060%。最低稳定强度可通过快速试验确定。,一、铝酸盐水泥,(5)质量标准和技术要
37、求(见表5-9) 质量标准为铝酸盐水泥（GB201-2000），类型：CA-50、CA-60、CA-70、CA-80（根据氧化铝含量划分）。技术要求主要有：细度：比表面积大于300m2kg 或0.045mm方孔筛筛余不得超过20%；凝结时间：CA-60型初凝时间不得早于60min，终凝时间不得迟于18h;其它类型初凝时间不得早于30min，终凝时间不得迟于6h 。,一、铝酸盐水泥,(6)特性凝结硬化快、早期强度高;水化热大，放热集中; 耐热性好;抗酸和抗硫酸盐性能强（水化时不生成Ca(OH)2），但抗碱性极差;长期强度会降低。(7)应用 可用于紧急军事工程、抢修工程（堵漏）、配制耐热混凝土，不
38、宜用于永久性工程或大体积混凝土工程，不能用于蒸汽养护的混凝土构件。,二. 膨胀水泥,(1)定义：自应力值2.0MPa（通常约为0.5MPa）的水泥(2)主要品种：按矿物组成分为四种：1）硅酸盐膨胀水泥以硅酸盐水泥为主，外加铝酸盐水泥和石膏配制而成。2）铝酸盐膨胀水泥以铝酸盐为主，外加石膏配制而成。3）硫铝酸盐膨胀水泥以无水硫铝酸钙和硅酸二钙为主要成分，外加石膏配制而成。4）铁铝酸盐膨胀水泥以铁相、无水硫铝酸钙和硅酸二钙为主要成分，外加石膏配制而成。,二.膨胀水泥,(3)膨胀机理：水化铝酸钙与石膏反应生成钙矾石或无水硫铝酸钙转变为钙矾石，钙矾石形成时体积增加1.52倍，从而引起水泥浆体的体积增大
39、。(4)用途：配制收缩补偿混凝土，用于混凝土构件接缝及管道接头、混凝土结构的加固、修补、防渗堵漏、机器底座及地脚螺栓的固定等。,三. 白色硅酸盐水泥和 彩色硅酸盐水泥,白色硅酸盐水泥是在严格控制水泥中着色物质含量的情况下生产出的一种硅酸盐水泥，其组成和性能与硅酸盐水泥基本相同。着色物质主要有氧化铁、氧化锰、氧化钛、氧化铬等。国家标准GB20152005规定：白色硅酸盐水泥的细度要求为0.080方孔筛筛余量不得超过10%；其初凝时间不得早于45分钟，终凝时间不得迟于12小时；根据强度划分为3个等级（32.5、42.5、52.5），各等级的强度要求见表5-12；白度:要求不得低于87。,三.白色硅
40、酸盐水泥和 彩色硅酸盐水泥,彩色硅酸盐水泥是采用不同方法生产的具有特定颜色的硅酸盐水泥。生产方法主要有三种：（1）在水泥生料中加入着色物质，经过煅烧，制成彩色水泥熟料，再粉磨成彩色水泥；（2）将白水泥或硅酸盐水泥、适量石膏和碱性着色物质共同磨细制成彩色水泥；（3）将干燥状态的着色物质掺入白水泥或硅酸盐水泥中。,三.白色硅酸盐水泥和 彩色硅酸盐水泥,白水泥和彩色水泥主要用于建筑装饰工程，常用于配制各类彩色水泥浆、砂浆和混凝土，用以制造各种水磨石、水刷石、斩假石等饰面，以及制作各种雕塑和装饰部件等制品。,四. 道路硅酸盐水泥,（1）定义：凡由适当成分的生料烧至部分熔融，得到以硅酸钙为主要成分和较多
41、量铁铝酸钙的硅酸盐水泥熟料，称为道路硅酸盐水泥熟料。由道路硅酸盐水泥熟料、010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。（2）按照国家标准道路硅酸盐水泥(GB13693-2005)的要求，道路水泥熟料中C3A含量不得大于5.0，C4AF含量不得小于16。限制C3A的含量主要是因为水化铝酸三钙孔隙较多、干缩较大，降低其水化物含量，可以减少水泥的干缩率。提高C4AF的含量是为了增加水泥的抗折强度和耐磨性，因为C4AF脆性小，硬化时体积收缩小。,四. 道路硅酸盐水泥,国家标准还规定道路水泥中氧化镁含量不得超过5.0，三氧化硫含量不得超过3.5；水泥的初凝时间不得早于90min，终凝时间不得迟于600min(10h)；细度：比表面积300400m2kg ；沸煮法检验安定性必须合格；28d干缩率不得大于0.10；耐磨性以磨损量表示，不得大于3.0kg/m2。强度等级:分为32.5、42.5、52.5(各等级的强度要求见表5-11)；,四. 道路硅酸盐水泥,（3）道路水泥的主要特性： 抗折强度高、干缩小，并且耐磨性、抗冻性和抗冲击性能好。（4）用途： 主要用于道路路面、飞机跑道、车站、公共广场等对抗折强度、耐磨性、抗干缩性能要求较高的面层混凝土。,
