建筑材料第四章课件.pptx

1、建筑材料之第 2 页第四章.水泥水泥按性质和用途不同，可分为通用水泥、专用水泥和特性水泥；按其矿物组成不同，可分为硅酸盐类水泥、铝酸盐类水泥、硫铝酸盐类水泥、铁铝酸盐类水泥、氟铝酸盐类水泥等。本章主要讲解硅酸盐水泥的主要成分、水化、凝结硬化、主要技术要求、特性、腐蚀及应用等内容，各种混合材料的硅酸盐水泥的技术要求、性能和应用场合，以及水泥的验收、运输及储存等。第 3 页目录硅酸盐水泥掺混合材料的硅酸盐水泥Part Part 1 1Part Part 2 2Part Part 3 3通用硅酸盐水泥概述其他品种水泥Part Part 4 4水泥的验收、运输与储存Part Part 5 5第 4 页

2、第四章.第一节 41 通用硅酸盐水泥概述硅酸盐水泥掺混合材料的硅酸盐水泥Part Part 1 1Part Part 2 2Part Part 3 3通用硅酸盐水泥概述其他品种水泥Part Part 4 4水泥的验收、运输与储存Part Part 5 5第 5 页第四章.第一节 41 通用硅酸盐水泥概述4.1.1 通用硅酸盐水泥的种类和代号根据国家标准通用硅酸盐水泥（GB 1752007）的规定，通用硅酸盐水泥是以硅酸盐水泥熟料、适量石膏和规定混合材料制成的水硬性胶凝材料。通用硅酸盐水泥（GB 1752007）规定，通用硅酸盐水泥按混合材料的品种和掺量不同，可分为硅酸盐水泥、普通硅酸盐水泥、矿

3、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，各品种水泥的组分和代号应符合表4-1中的规定。第 6 页第四章.第一节 41 通用硅酸盐水泥概述品 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PI100P955955普通硅酸盐水泥PO80且955且20普通硅酸盐水泥PO矿渣硅酸盐水泥PSA50且8020且50PSB30且5050且70火山灰质硅酸盐水泥PP60且8020且40粉煤灰硅酸盐水泥PF60且8020且40复合硅酸盐水泥PC50且8020且50表4-1 通用硅酸盐水泥的组分和代号第 7 页第四章.第一节 41 通用硅酸盐水泥概述通用

4、硅酸盐水泥的生产过程为：将原料按一定比例混合磨细并调配均匀，制得具有适当化学成分的生料（制备生料），再将生料在水泥窑中经过1 4001 450的高温煅烧至部分熔融，冷却后得到硅酸盐水泥熟料（煅烧生料），最后将煅烧好的熟料、适量石膏，以及粒化高炉矿渣、火山灰质混合材料等混合材料共同磨细，即得水泥成品（粉磨水泥）。4.1.2 通用硅酸盐水泥的生产第 8 页第四章.第一节 41 通用硅酸盐水泥概述水泥的生产过程可概括为“两磨一烧”，即磨细生料、磨细熟料、生料煅烧成熟料。通用硅酸盐水泥的生产工艺流程如图4-1所示。图4-1 硅酸盐水泥的生产工艺硅酸盐水泥石灰岩黏土铁矿粉按比例混合磨细生料1 450煅烧

5、熟料石膏混合材料磨细第 9 页第四章.第一节 41 通用硅酸盐水泥概述由图4-1可知，通用硅酸盐水泥的生料主要是由石灰质原料和黏土质原料两大类组成。其中，石灰质原料主要提供氧化钙（CaO），常用的石灰质原料有石灰岩、凝灰岩、白垩、贝壳等；黏土质原料主要提供氧化硅（SiO2）、氧化铝（Al2O3）及少量的氧化铁（Fe2O3），常用的黏土质原料有黏土、黄土、页岩、泥岩等。此外，为了调节生料各物体间的化学成分，还需要加入辅助性的硅质校正原料、铝质校正原料或铁质校正原料。例如，原料中Fe2O3含量不足时可加入铁质校正原料，如黄铁矿渣、铁矿粉等；硅质校正原料主要补充SiO2，可采用砂岩、粉砂岩等。第 1

6、0 页第四章.第一节 41 通用硅酸盐水泥概述石灰岩、黏土和铁矿粉生料在煅烧过程中会分解出CaO、SiO2、Al2O3和Fe2O3，在高温下会形成以硅酸钙为主的熟料矿物。硅酸盐水泥的主要矿物组成及其含量如表4-2所示。4.1.3 通用硅酸盐水泥熟料的主要矿物组成主要矿物组成简 式含 量密 度硅酸三钙（3CaOSiO2）C3S37%60%3.25g/cm3硅酸二钙（2CaOSiO2）C2S15%37%3.28 g/cm3铝酸三钙（3CaOAl2O3）C3A7%15%3.04 g/cm3铁铝酸四钙（4CaOAl2O3Fe2O3）C4AF10%18%3.77 g/cm3表4-2 硅酸盐水泥的主要矿物

7、组成及其含量第 11 页第四章.第一节 41 通用硅酸盐水泥概述表4-2所示硅酸盐水泥熟料的4种矿物中，前两种称为硅酸盐矿物，一般占总量的75%82%；后两种称为熔剂矿物，一般占总量的18%25%。除了这些主要矿物外，硅酸盐水泥中还含有少量的游离氧化钙、游离氧化镁和碱等。第 12 页第四章.第一节 41 通用硅酸盐水泥概述水泥的技术性能，主要是由水泥熟料中的主要矿物水化作用的结果。水泥熟料中，这4种主要矿物单独与水作用时所表现出的基本特性如表4-3所示。矿物名称C3SC2SC3AC4AF凝结硬化速度快慢最快快水化放热量大小最大中强 度高早期低、后期高最低中耐化学腐蚀性差好最差中表4-3 硅酸盐

8、水泥熟料矿物的基本特性第 13 页第四章.第一节 41 通用硅酸盐水泥概述从表4-3中可以看出，不同熟料矿物单独与水作用时所表现的性能是不同的。水泥熟料由多种不同特性的矿物组成，当改变熟料中矿物组成的相对含量时，水泥的技术性能也会发生变化。例如：提高熟料中C2S的含量，降低C3A和C3S的含量，就可以使水泥具有较低的水化热；提高熟料中C3S的含量，就可以使水泥的强度提高。第 14 页第四章.第二节 42 硅酸盐水泥硅酸盐水泥掺混合材料的硅酸盐水泥Part Part 1 1Part Part 2 2Part Part 3 3通用硅酸盐水泥概述其他品种水泥Part Part 4 4水泥的验收、运输

9、与储存Part Part 5 5第 15 页第四章.第二节 42 硅酸盐水泥国家标准通用硅酸盐水泥（GB 1752007）规定，凡由硅酸盐水泥熟料、05%石灰石或粒化高炉矿渣，以及适量石膏磨细制成的水硬性胶凝材料，称为硅酸盐水泥（即为国外通称的波特兰水泥）。硅酸盐水泥分为两种，不掺入混合材料的称为I型硅酸盐水泥，代号为PI；在硅酸盐水泥粉磨时，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为型硅酸盐水泥，代号为P。第 16 页第四章.第二节 42 硅酸盐水泥4.2.1 硅酸盐水泥的水化和凝结硬化硅酸盐水泥与水接触后，熟料中的各种矿物立即与水发生水化作用，生成新的水化产物并放出一定热量

10、，熟料中的4种主要矿物与水的反应如下：1硅酸盐水泥熟料的水化2（3CaO SiO2）6H2O 3CaO 2SiO2 3H2O3Ca（OH）2 （反应较快）硅酸三钙 水 水化硅酸三钙凝胶 氢氧化钙2（2CaO SiO2）4H2O 3CaO 2SiO2 3H2OCa（OH）2 （反应较慢）硅酸二钙 水 水化硅酸三钙凝胶 氢氧化钙3CaO Al2O36H2O 3CaO Al2O3 6H2O （反应极快）铝酸三钙 水 水化铝酸三钙晶体4CaO Al2O3 Fe2O37H2O 3CaO Al2O3 6H2OCaO Fe2O3 H2O（反应较快）铝铁酸四钙 水 水化铝酸三钙晶体 水化铁酸钙凝胶 第 17

11、页第四章.第二节 42 硅酸盐水泥上式反映中，两种硅酸钙的水化反应非常相似，不同的是氢氧化钙的生成量、水化热和水化反应速度存在差别，它们的主要产物水化硅酸三钙几乎不溶于水。尽管水化硅酸三钙胶凝的尺寸非常小，但却是水泥强度的最重贡献者。第 18 页第四章.第二节 42 硅酸盐水泥此外，纯熟料磨细加水后，凝结时间很短，不便使用。为了调节水泥的凝结时间，熟料磨细时掺有适量（3%左右）石膏，这些石膏与部分水化铝酸三钙反应，生成难溶于水的水化硫铝酸钙，并覆盖在未水化的铝酸三钙周围，从而阻止其继续快速水化，其反应为：3CaO Al2O3 6H2O3（CaSO4 2H2O）20H2O 3CaO Al2O3

12、3CaSO4 32H2O 水化铝酸三钙 石膏 水 高硫型水化硫铝酸钙（钙矾石）当石膏耗尽时，水中未水化的铝酸三钙会与钙矾石作用生成低硫型的水化硫铝酸钙，其反应为：3CaO Al2O3 3CaSO4 32H2O2（3CaO Al2O3）4H2O 3（3CaO Al2O3 CaSO4 12H2O）钙矾石 铝酸三钙 水 低硫型水化硫铝酸钙综上所述，硅酸盐水泥水化生成的主要水化产物有：水化硅酸钙凝胶CHS（非化学计量表示）、氢氧化钙、水化铝酸钙凝胶或晶体、水化铁酸钙凝胶。在充分水化的水泥石中，CHS凝胶约占70%，氢氧化钙约占20%，钙矾石和低硫型水化硫铝酸钙约占7%。第 19 页第四章.第二节 42

13、 硅酸盐水泥关于水泥凝结硬化理论至今仍在不断完善。下面以硅酸盐水泥为例，来讲解水泥凝结和硬化的一般过程。水泥加水拌和后，水泥颗粒分散于水中，成为水泥浆体，如图4-2（a）所示。此时，水泥颗粒表面与水发生化学反应，生成的水化产物聚集在颗粒表面，并形成凝胶薄膜，如图4-2（b）所示。随着熟料矿物水化的不断进行，水化产物逐渐增多，颗粒之间水分减少，颗粒相互接触，水泥浆黏度增加，渐渐失去可塑性而出现凝结现象，如图4-2（c）所示。随着水泥水化的不断进行，水泥浆逐渐硬化，随着水化硅酸钙凝胶不断增多，并填充了硬化水泥石的毛细孔，使毛细孔越来越少，密实度增加而产生强度，如图4-2（d）所示。2硅酸盐水泥的凝

14、结和硬化（a）（b）（c）（d）1未水化水泥颗粒 2胶凝粒子 3Ca（OH）2等晶体 4毛细孔（毛细孔水）图4-2 水泥凝结硬化过程示意图第 20 页第四章.第二节 42 硅酸盐水泥由此可见，水泥的水化和硬化是一个连续过程，而凝结和硬化又是这一过程的不同阶段。其中，凝结标志着水泥浆失去流动性而具有一定塑性强度，硬化则表示水泥浆固化后所建立的网状结构，具有一定机械强度。硬化后的水泥石是由水泥凝胶、未完全水化的水泥颗粒、毛细孔（含毛细孔水）等组成的。第 21 页第四章.第二节 42 硅酸盐水泥3影响硅酸盐水泥凝结和硬化的因素综上所述，水泥的凝结和硬化，除了与水泥熟料中的矿物组成有关外，还与水泥的细

15、度、石膏的掺量、温度、湿度、硬化时间及水灰比等有关。下面介绍温度、湿度、水灰比。第 22 页第四章.第二节 42 硅酸盐水泥温度：一般情况下，提高温度可以加速硅酸盐水泥的早期水化，使早期强度能较快发展，但后期强度反而可能会降低。在较低温度下进行水化，虽然凝结硬化慢，但水化产物比较致密，可以获得较高的最终强度。但当温度低于0时，水泥强度不仅不增长，而且还会因水的结冰而导致水泥石的破坏。因此，冬季施工时需要采取保温等措施。湿度：在缺乏水的干燥环境中，水泥的水化反应不能正常进行，其硬化也将停止。潮湿环境下的水泥石能够保持足够的水分进行水化和凝结硬化，从而保证其强度不断提高。在工程中，保持环境中的温度

16、和湿度，使水泥石强度不断增长的措施叫做养护。水泥混凝土在浇注后的一段时间里应十分注意温度和湿度的养护。水灰比：拌和水泥浆时，水与水泥的质量比称为水灰比。拌和水泥浆时，为使浆体具有一定的塑性和流动性，所加入的水量通常要大大超过水泥充分水化时所需用水量，多余的水在硬化的水泥石内形成毛细孔。因此拌和水越多，硬化后水泥石中的毛细孔就越多。在熟料矿物成分含量大致相近的情况下，水灰比的大小是影响水泥石强度的主要因素。第 23 页第四章.第二节 42 硅酸盐水泥硅酸盐水泥的主要技术要求有：细度、凝结时间、体积安定性、标准稠度用水量、强度等，实际工程中有时还需要了解水泥的水化热及化学指标等。4.2.2 硅酸盐

17、水泥的技术要求1细度（选择性指标）细度是影响水泥性能的重要物理指标。水泥颗粒越细，与水接触的表面积越大，因此水化速度越快越充分，水泥的早期强度和后期强度都很高，但硬化时收缩率较大，水泥易于受潮。此外，水泥愈细，磨制过程能耗愈大，水泥的生产成本愈高。因此，水泥的细度应控制在合理的范围内。水泥的细度有两种表示方法：一种是用80 m或45 m方孔筛的筛余百分数表示，另一种是用比表面积（即单位质量水泥粉末总表面积）表示。比表面积越大，说明水泥颗粒越细。国家标准规定硅酸盐水泥的细度用比表面积表示，比表面积应大于300 m2/kg。第 24 页第四章.第二节 42 硅酸盐水泥2标准稠度用水量将水泥调制成具

18、有标准稠度的净浆所需的用水量即为标准稠度用水量，用水占水泥质量的百分数来表示。标准稠度用水量主要取决于熟料的矿物组成及水泥的细度。对于品种不同的水泥，其标准稠度用水量各不相同，一般在24%33%之间。标准稠度用水量的大小对水泥的凝结时间、体积安定性等的测定值有较大影响。在其他条件相同的情况下，标准稠度用水量越小越好。3凝结时间（强制性指标）凝结时间分为初凝时间和终凝时间。从水泥加水拌和开始起至水泥浆体开始失去可塑性所需的时间，称为初凝时间；从水泥加水开始起至水泥浆体完全失去可塑性所需的时间，称为终凝时间。水泥初凝时间不宜过早，以便使用时有足够的时间进行搅拌、运输、浇捣或砌筑等施工操作，硅酸盐水

19、泥初凝时间要求不小于45 min。水泥终凝时间不宜过迟，以便水泥能尽快硬化并达到一定强度，以利于进行下一道施工工序，硅酸盐水泥的终凝时间要求不大于390 min。第 25 页第四章.第二节 42 硅酸盐水泥4体积安定性（强制性指标）水泥的体积安定性是指水泥浆在硬化过程中体积变化的均匀性。如果水泥浆硬化后体积安定性不良，会使混凝土产生膨胀性裂缝，降低工程质量。1）体积安定性不良的原因引起水泥体积安定性不良的原因，主要有以下两个方面。石膏的掺量过多：当石膏掺量过多时，在水泥浆体硬化后，过量石膏还会继续与水化铝酸钙反应生成高硫型水化硫铝酸钙，体积约增大1.5倍，从而导致水泥石开裂。熟料中有较多过烧的

20、氧化钙或氧化镁：熟料煅烧工艺上的原因，使得熟料中所含较多过烧的氧化钙或氧化镁，这些过烧的氧化钙或氧化镁的水化速度很慢，往往在水泥硬化后才开始水化。这些过烧氧化物在水化时体积剧烈膨胀，从而使水泥石开裂。第 26 页第四章.第二节 42 硅酸盐水泥2）体积安定性的检验方法体积安定性测定的方法有两种，即雷氏法和试饼法。雷氏法是通过测定水泥标准稠度净浆在雷氏夹中沸煮后，用试针的相对位移表示其体积膨胀的程度。试饼法是通过观测水泥标准稠度净浆试饼沸煮后的外形变化情况，来表示其体积安定性。当发生争议时，一般以雷氏法为准，其具体检验方法参见建筑材料实训（水泥部分）。国家标准规定，硅酸盐水泥的体积安定性经沸煮法

21、检验必须合格，即硅酸盐水泥中的MgO含量不得超过5.0%，SO3含量不得超过3.5%，氯离子含量不得超过0.06%。当有更低要求时，MgO和SO3的含量由买卖双方协商确定。第 27 页第四章.第二节 42 硅酸盐水泥5强度（强制性指标）强度是水泥性能的重要指标，也是评定水泥强度等级的主要依据。水泥的强度按水泥胶砂强度检验方法（ISO法）（GB/T 176711999）中的规定方法进行，其规定如下：将水泥、标准砂和水按规定比例（1 3 0.5）用标准制作方法制成40 mm 40 mm 160 mm的标准试件，在标准养护条件下养护，然后测定其3 d和28 d的抗折强度和抗压强度。第 28 页第四章

22、.第二节 42 硅酸盐水泥按照3 d和28 d龄期的强度将硅酸盐水泥划分为42.5，42.5R，52.5，52.5R，62.5和62.5R共6个强度等级，将普通水泥划分为42.5，42.5R，52.5和52.5R共4个强度等级。硅酸盐水泥各龄期的强度不得低于表4-4中的数值。品 种强度等级抗压强度（MPa）抗折强度（MPa）3 d28 d3 d28 d硅酸盐水泥42.517.042.53.56.542.5R22.04.052.523.052.54.07.052.5R27.05.062.528.062.55.08.062.5R32.05.5普通硅酸盐水泥42.517.042.53.56.542.

23、5R22.04.052.523.052.54.07.052.5R27.05.0表4-4 硅酸盐水泥和普通硅酸盐水泥的强度（摘自GB 1752007）第 29 页第四章.第二节 42 硅酸盐水泥水泥与水发生水化反应所放出的热量称为水化热。水化热的大小主要与水泥的细度及矿物组成有关。颗粒愈细，水化热愈大；矿物中C3S和C3A含量愈多，水化放热愈高。大部分的水化热集中在早期放出，3 d7 d以后逐步减少。水化放热对冬季施工的混凝土是有利的，但对大体积混凝土工程是不利的。这是因为大面积的水化热积聚在混凝土内部不易散出，致使内外温差较大而引起温度应力，从而使混凝土产生裂缝。对于大体积混凝土工程，应采用低

24、热水泥，否则应采取必要的降温措施。6水化热第 30 页第四章.第二节 42 硅酸盐水泥国标（GB 1752007）除对上述内容作了规定外，还对硅酸盐水泥中的不溶物、烧失量、碱含量等提出了要求。I型硅酸盐水泥中不溶物含量不得超过0.75%，烧失量不得大于3.0%；型硅酸盐水泥中不溶物含量不得超过1.50%，烧失量不得大于3.5%。水泥中碱含量用Na2O0.658 K2O计算值来表示。若使用活性骨料（即在碱性环境中能与水泥中的碱发生反应的集料），且用户要求提供低碱水泥时，水泥中碱含量不得大于0.60%，或由买卖双方协商确定。7化学指标注意：凡凝结时间、安定性、强度、不溶物、烧失量、三氧化硫、氧化镁

25、、氯离子中的任何一项不符合标准规定，或混合材料掺入量超过最大限量的硅酸盐水泥，均为不合格品；反之，上述各项均符合标准规定的硅酸盐水泥为合格品。第 31 页第四章.第二节 42 硅酸盐水泥4.2.3 硅酸盐水泥的腐蚀和防腐硅酸盐水泥硬化后，在一般条件下具有较好的耐久性，但若长期处在某些腐蚀性气体或液化环境中，其强度会逐渐降低，甚至遭到破坏或完全崩溃，这种现象称为水泥的腐蚀。引起硅酸盐水泥腐蚀的原因很多，现列举几种主要且常见的腐蚀作用。雨水、雪水、冷凝水，以及含重碳酸盐甚少的河水、湖水等均属于软水。水泥石中的氢氧化钙易溶解于软水。当水泥石受到软水溶析时，首先溶解的是氢氧化钙。如果在静水或无压力水中

26、，其溶解仅限于表面，对水泥石影响不大。但如果在流动水或有压力的水中，氢氧化钙不断溶出被带走，从而促使水泥石中的其他水化物分解，引起水泥石强度降低和结构破坏。1）软水腐蚀（溶出性腐蚀）1水泥腐蚀的类型第 32 页第四章.第二节 42 硅酸盐水泥工业污水及地下水中常溶解有较多的二氧化碳。水中的二氧化碳和水泥石中的氢氧化钙反应，生成不溶于水的碳酸钙，而碳酸钙又与水中的二氧化碳反应，生成一种易溶于水的碳酸氢钙。由于碳酸氢钙的不断溶解，造成氢氧化钙不断溶出，水泥石的其他水化产物不断分解，使水泥石结构破坏，其化学反应式如下：2）碳酸腐蚀Ca（OH）2CO2H2O CaCO32H2OCaCO3CO2H2O

27、Ca（HCO3）2第 33 页第四章.第二节 42 硅酸盐水泥工业污水、地下水、沼泽水中常含有游离的酸性物质，这种酸性物质能与水泥石中的氢氧化钙作用，生成的化合物有的易溶于水，有的在水泥石孔隙内形成结晶。随着结晶不断增多，体积膨胀，使水泥石受到破坏。其中，硫酸、盐酸、氢氟酸、醋酸、蚁酸及乳酸等对水泥石的腐蚀最为严重。3）一般酸性水的腐蚀第 34 页第四章.第二节 42 硅酸盐水泥海水、地下水及其他矿物水中常含有大量镁盐，其主要有硫酸镁和氯化镁等。这些镁盐能与水泥石中的氢氧化钙发生置换反应，其反应式为：4）盐类腐蚀Ca（OH）2MgSO42H2O CaSO4 2H2OMg（OH）2Ca（OH）2

28、MgCl2 CaCl2Mg（OH）2在生成物中，氯化钙易溶于水，氢氧化镁松软无胶结力，石膏则与水泥石中的水化铝酸钙反应生成水化硫铝酸钙。由此可见，镁盐的侵蚀程度除了取决于 的含量外，还与水中的 含量有关。除上述4种主要腐蚀因素外，其他物质，如糖类、强碱（如氢氧化钠）、含大量环烷酸的石油产品等对水泥石也有一定腐蚀作用。一般来说，碱的溶液对水泥无害，因为水泥水化物中的氢氧化钙本身就是碱性化合物。只有当碱溶液的浓度较高时，对硬化水泥石能发生缓慢腐蚀，温度升高时会使腐蚀作用加速。24SO2Mg第 35 页第四章.第二节 42 硅酸盐水泥通过上述几种腐蚀类型可以看出，硅酸盐水泥遭受腐蚀的根本原因有3个：

29、水泥石本身存在有引起水泥腐蚀作用的氢氧化钙、水化铝酸钙等水化物；水泥石本身不够密实，使腐蚀性介质易于进入其内部；水泥石周围有以液相形式存在的腐蚀性介质。2水泥腐蚀的原因和防腐措施根据硅酸盐水泥产生腐蚀的原因，可采取下列防腐措施：（1）根据环境特点，选用适宜的水泥品种。（2）尽量提高水泥石的密实度，减少孔隙率。水泥石越密实，抗渗能力越强，腐蚀介质也越难进入，可通过降低水灰比、掺加外加剂、改善施工方法等措施提高其密实度。（3）设置隔离层和保护层。当腐蚀作用较强，采用上述措施也难以满足防腐要求时，可用耐腐蚀性的材料在混凝土或砂浆表面做水泥表面保护层，以达到抗腐蚀的目的，如采用耐酸石材、耐酸陶瓷、塑料

30、及沥青等。第 36 页第四章.第二节 42 硅酸盐水泥硅酸盐水泥凝结硬化快、强度高，尤其是早期强度增长率高，因此主要用于配制高强混凝土、钢筋混凝土、预应力混凝土及对有早期强度有要求的重要混凝土结构中。4.2.4 硅酸盐水泥的性质与应用1凝结硬化快、强度高由于硅酸盐水泥凝结硬化后孔隙率低，早期强度高，故具有优良的抗冻性，适用于冬季施工、遭受反复冻融的混凝土工程及干湿交替的部位。2抗冻性好第 37 页第四章.第二节 42 硅酸盐水泥硅酸盐水泥硬化后的水泥石中，氢氧化钙和水化铝酸钙含量较多，其抗软水侵蚀和抗化学侵蚀性差，所以不宜用于受流动的软水和有水压作用的工程，也不宜用于受海水和矿物水作用的工程。

31、3腐蚀性差由于硅酸盐水泥中含有大量的C3S，C3A，故放热速度快且热量多，不适用于大体积混凝土工程中，但有利于混凝土的冬季施工。4水化热大第 38 页第四章.第二节 42 硅酸盐水泥水泥石中的氢氧化钙与空气中的二氧化碳作用称为碳化。碳化使水泥石的碱度降低，引起钢筋锈蚀和水泥石收缩。硅酸盐水泥中含较多氢氧化钙，碳化时碱度不易降低。这种水泥制成的混凝土抗碳化性好，适用于空气中二氧化碳含量较高的环境中。5抗碳化性好硅酸盐水泥在凝结硬化过程中生成大量的水化硅酸钙凝胶，游离水分少，水泥石密实，不易产生干缩裂纹，可用于干燥环境中的混凝土工程。6干缩小第 39 页第四章.第二节 42 硅酸盐水泥硅酸盐水泥中

32、的一些重要成分在250温度时会发生脱水或分解，使水泥石强度下降。当受热700以上时将遭受破坏、所以硅酸盐水泥不适用于耐热混凝土工程。7耐热性差硅酸盐水泥强度高，耐磨性好，适用于道路、地面等对耐磨性要求高的工程。8耐磨性好第 40 页第四章.第三节 43 掺混合材料的硅酸盐水泥硅酸盐水泥掺混合材料的硅酸盐水泥Part Part 1 1PartPart 2 2Part Part 3 3通用硅酸盐水泥概述其他品种水泥Part Part 4 4水泥的验收、运输与储存Part Part 5 5第 41 页第四章.第三节 43 掺混合材料的硅酸盐水泥掺混合材料的硅酸盐水泥是由硅酸盐水泥熟料，加入适量混合材

33、料及石膏共同磨细而成的水硬性胶凝材料。掺入混合材料，可以改善水泥的某些性能，如调节水泥的强度等级、增加品种、提高产量、节约熟料、降低成本等。水泥熟料磨细时，掺入到水泥或混凝土中的人工或天然矿物材料称为混合材料。混合材料按其参与水化的程度不同，可分为活性混合材料（又称水硬性混合材料）和非活性混合材料（又称填充性混合材料）两类。4.3.1 混合材料常温下不与水泥发生化学反应或化学反应很微弱的矿物材料，称为非活性混合材料。非活性混合材料在水泥中主要起填充作用，将它们掺入水泥中的目的主要是为了调节水泥的强度等级、降低水化热、提高产量、降低成本等。常用的非活性混合材料主要有石灰石、石英砂、慢冷矿渣、黏土

34、等。1非活性混合材料第 42 页第四章.第三节 43 掺混合材料的硅酸盐水泥常温下能与氢氧化钙和水发生化学反应，生成水硬性水化产物，并能逐渐凝结硬化以产生强度的混合材料，称为活性混合材料。常用的活性混合材料有粒化高炉矿渣、火山灰质混合材料及粉煤灰3种。2活性混合材料1）粒化高炉矿渣将炼铁高炉中的熔融矿渣经水淬等急冷方式处理而成的松软颗粒称为高炉矿渣，又称淬矿渣。矿渣中的主要化学成分是CaO，SiO2和Al2O3，约占总量的90%以上，它们是决定矿渣活性的主要成分。如果CaO和Al2O3含量越高，则矿渣的活性越大，质量较好。矿渣活性的大小还取决于其结构状态。急速冷却的矿渣结构为不稳定的玻璃体，储

35、有较高的潜在活性，在有激发剂的情况下，具有水硬性。如果经水淬处理时，熔融状态的矿渣缓慢冷却，其中的SiO2等形成活性极小的晶体，这种矿渣称为慢冷矿渣。慢冷矿渣不具有活性。第 43 页第四章.第三节 43 掺混合材料的硅酸盐水泥具有火山灰活性的天然或人工矿物材料，称为火山灰质混合材料。所谓火山灰性，是指一种材料磨成细粉后，单独加水拌和不具有水硬性，但在常温下与少量石灰等一起遇水后能形成具有水硬性化合物的性质。火山灰质混合材料中含有较多活性SiO2和Al2O3，它们分别能与Ca（OH）2在常温下反应，生成水化硅酸钙和水化铝酸钙，因为具有水硬性。火山灰质混合材料的品种很多，天然的有火山喷发时随同熔岩

36、一起喷发的大量碎屑，如浮石、火山灰、凝灰岩等，还有一些天然材料或工业废料，如硅藻土、沸石、烧黏土、煤矸石、煤渣等均属于火山灰质混合材料。2）火山灰质混合材料第 44 页第四章.第三节 43 掺混合材料的硅酸盐水泥粉煤灰是火力发电厂燃煤锅炉排出的烟道灰。为了大量利用这些工业废渣，保护环境、节约资源，国家标准（GB/T 15962005）将粉煤灰列入水泥混合材料的范畴，并对其规定了相应的技术要求。粉煤灰的主要化学成分是SiO2，Al2O3，Fe2O3和CaO，其颗粒直径一般为0.0010.050 mm，呈玻璃态实心或空心的球状颗粒，表面比较致密。3）粉煤灰第 45 页第四章.第三节 43 掺混合材

37、料的硅酸盐水泥活性混合材料中都含有大量的活性SiO2和Al2O3，它们在氢氧化钙溶液中，会发生水化反应，生成水化硅酸钙和水化铝酸钙，其反应式为：3活性混合材料的水化当液相中有石膏存在时，石膏将与水化铝酸钙反应生成水化硫铝酸钙。因此，水泥熟料的水化产物Ca（OH）2和熟料中的石膏具备了使活性混合材料发挥活性的条件，即氢氧化钙和石膏起着激发水化、促进水泥硬化的作用，故氢氧化钙和石膏被称为激发剂。由此可见，掺活性混合材料的硅酸盐水泥与水拌和后，首先反应的是硅酸盐水泥熟料水化，生成氢氧化钙，氢氧化钙与掺入的石膏作为活性混合材料的激发剂，产生上述反应（称二次水化反应）。二次水化反应速度较慢，受温度影响敏

38、感。Ca（OH）2SiO2nH2O xCaO SiO2（xn）H2Oxy Ca（OH）2Al2O3mH2O yCaO Al2O3（ym）H2O第 46 页第四章.第三节 43 掺混合材料的硅酸盐水泥我国目前生产的掺混合材料的硅酸盐水泥主要有普通硅酸盐水泥、矿渣硅酸盐水泥、火山灰质硅酸盐水泥、粉煤灰硅酸盐水泥和复合硅酸盐水泥共5种。各种水泥中粒化高炉矿渣、火山灰质混合材料及粉煤灰等混合材料的掺量，应符合国家标准通用硅酸盐水泥（GB 1752007）中的相关参数。4.3.2 掺混合材料的硅酸盐水泥种类及技术要求第 47 页第四章.第三节 43 掺混合材料的硅酸盐水泥矿渣硅酸盐水泥：简称矿渣水泥，分

39、为A型和B型两种。矿渣水泥中，允许用石灰石、窑灰、粉煤灰和火山灰质混合材料中的一种材料代替粒化高炉矿渣，代替数量不得超过水泥质量的8%，代替后的水泥中，粒化高炉矿渣不得少于20%。普通硅酸盐水泥：简称普通水泥。普通水泥中，活性混合材料的最大掺量不得超过20%，其中允许用不超过水泥质量5%且符合标准（JC/T 7422009）的窑灰，或用不超过水泥质量8%且符合国家标准的非活性混合材料来代替。复合硅酸盐水泥：简称复合水泥。水泥中混合材料允许用不超过水泥质量8%的窑灰代替部分混合材料。掺矿渣时混合材料掺量不得与矿渣硅酸盐水泥重复。第 48 页第四章.第三节 43 掺混合材料的硅酸盐水泥国家标准规定

40、，普通水泥、矿渣水泥、火山灰水泥、粉煤灰水泥和复合水泥的初凝时间不早于45 min，终凝时间不迟于600 min。矿渣水泥、火山灰水泥、粉煤灰水泥和复合水泥有32.5，32.5R，42.5，42.5R，52.5和52.5R共6个强度等级，其各龄期的强度值不得低于表4-5中的规定。品 种强度等级抗压强度（MPa）抗折强度（MPa）3 d28 d3 d28 d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32.510.032.52.55.532.5R15.03.542.515.042.53.56.54.042.5R19.052.521.052.54.07.052.5R23.04.5表

41、4-5 硅酸盐水泥和普通硅酸盐水泥的强度（摘自GB 1752007）第 49 页第四章.第三节 43 掺混合材料的硅酸盐水泥此外，水泥中各项化学指标应符合表4-6中的规定。关于掺混合材料的硅酸盐水泥的安定性、细度、碱含量及其他化学指标，读者查阅国家标准通用硅酸盐水泥（GB 1752007）中的相关规定。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PI0.753.03.55.0a0.06cP1.503.5普通硅酸盐水泥PO5.0矿渣硅酸盐水泥PSA4.06.0bPSB粉煤灰硅酸盐水泥PF表4-6 水泥中各项化学指标注：如果水泥

42、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%。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。当有更低要求时，该指标由买卖双方协商确定。提示通用硅酸盐水泥（GB 1752007）规定，通用水泥的检验结果，符合本标准中规定的化学指标、凝结时问、安定性、强度要求的为合格品；检验结果不符合本标准中规定的化学指标、凝结时间、安定性、强度要求中任何一项的为不合格品。第 50 页第四章.第三节 43 掺混合材料的硅酸盐水泥4.3.3 掺混合材料的硅酸盐水泥的特性与应用1普通硅酸盐水泥普通水泥成分中，绝大部分仍为硅酸盐水泥熟料，由于掺入的混合材料较少，其

43、性质与硅酸盐水泥比较相近，主要表现为：早期强度较硅酸盐水泥略低；水化热较硅酸盐水泥略低；抗冻性、抗碳化能力略有降低；耐腐蚀性略有提高；耐热性稍好；耐磨性略有降低。在应用方面，普通硅酸盐水泥与硅酸盐水泥基本相同，甚至在一些不宜用硅酸盐水泥的场合可采用普通水泥，这使得普通水泥在建筑行业中使用广泛。第 51 页第四章.第三节 43 掺混合材料的硅酸盐水泥2矿渣硅酸盐水泥矿渣水泥加水后，首先是水泥熟料开始水化，当矿渣颗粒遇到熟料水化时析出的Ca（OH）2时，活性SiO2和Al2O3与Ca（OH）2作用生成具有胶凝性能的水化硅酸钙和水化铝酸钙。与硅酸盐水泥和普通硅酸盐水泥相比，矿渣硅酸盐水泥主要具有：具

44、有较强的抗硫酸盐侵蚀能力；水化热低；早期强度低、后期强度增长率大；环境温度对凝结硬化的影响较大；抗冻性和耐磨性差；碳化速度较快，深度较大；耐热性较强。其中，矿渣硅酸盐水泥具有较强的抗硫酸盐侵蚀能力，这是因为水泥熟料水化生成的Ca（OH）2与矿渣中的SiO2和Al2O3作用，生成较稳定的水化硅酸钙和水化铝酸钙，使得游离的Ca（OH）2和易受硫酸盐侵蚀的水化铝酸钙都大为减少，从而提高了抗硫酸盐侵蚀能力，故矿渣硅酸盐水泥适用于具有硫酸盐侵蚀的水工建筑、海港及地下工程。第 52 页第四章.第三节 43 掺混合材料的硅酸盐水泥火山灰质硅酸盐水泥的水化热、强度及其增长率、环境温度与凝结硬化的影响、碳化速度

45、等，都与矿渣水泥有相同点。此外，由于火山灰水泥中掺用的是黏土质混合材料，其抗硫酸盐侵蚀性能一般较差，火山灰水泥的抗冻性及耐磨性比矿渣水泥还要差一些。处于干热环境中施工的工程，不宜使用火山灰水泥。3火山灰质硅酸盐水泥第 53 页第四章.第三节 43 掺混合材料的硅酸盐水泥粉煤灰水泥的凝结硬化过程与火山灰水泥基本相同，在性能上也与火山灰水泥有很多相似之处。粉煤灰水泥的主要特点是干缩性较小，因而抗裂性较好。此外，粉煤灰水泥的水化热较硅酸盐水泥及普通水泥低，抗侵蚀性较强，特别适用于水利工程及大体积混凝土建筑物。4粉煤灰硅酸盐水泥第 54 页第四章.第三节 43 掺混合材料的硅酸盐水泥复合水泥是一种新型

46、的通用水泥。与普通水泥相比，其混合材料的掺量不同，普通水泥掺量不超过15%，而复合水泥掺量应大于15%；与矿渣水泥、火山灰水泥及粉煤灰水泥相比，其混合材料由两种或两种以上材料混合而成，这些混合材料会相互补充、取长补短，从而使得复合水泥的性能比掺单一混合材料的水泥有所改善。由此可见，复合水泥的性能取决于所掺混合材料的种类、掺量及相对比例。5复合硅酸盐水泥第 55 页第四章.第三节 43 掺混合材料的硅酸盐水泥此外，复合水泥的水化热较低，早期强度较高。实际应用时，应根据所掺混合材料的种类、混凝土的工程特点、所处环境和工程实践经验选用。目前我国使用广泛的6种水泥，其适用场合、环境及工程特点如表4-7

47、所示。混凝土工程特点及所处环境优先使用可以使用不得使用环境条件 在普通气候环境中的混凝土普通水泥 矿渣水泥、火山灰水泥、粉煤灰水泥 在干燥环境中的混凝土普通水泥 矿渣水泥 火山灰水泥、粉煤灰水泥 在高温度环境中或永远处在水下的混凝土矿渣水泥 普通水泥、火山灰水泥、粉煤灰水泥 严寒地区的露天混凝土普通水泥 矿渣水泥 火山灰水泥、粉煤灰水泥 严寒区域处在水位升降范围内的混凝土 普通水泥（强度等级42.5）火山灰水泥、粉煤灰水泥、矿渣水泥 受侵蚀性环境水或侵蚀性气体作用的混凝土根据侵蚀性介质的种类、浓度等具体条件，按专门（或设计）规定选用工程特点 厚大体积的混凝土 粉煤灰水泥、矿渣水泥 普通水泥、火

48、山灰水泥 快硬硅酸盐水泥、硅酸盐水泥 要求快硬的混凝土 快硬硅酸盐水泥、硅酸盐水泥普通水泥 火山灰水泥、粉煤灰水泥、矿渣水泥 高强（大于C40）的混凝土硅酸盐水泥普通水泥、矿渣水泥 火山灰水泥、粉煤灰水泥 有抗渗要求的混凝土 普通水泥、火山灰水泥 不宜使用矿渣水泥 有耐磨要求的混凝土 硅酸盐水泥、普通水泥矿渣水泥 火山灰水泥、粉煤灰水泥表4-7 常用水泥的适用场合第 56 页第四章.第四节 44 其他品种水泥硅酸盐水泥掺混合材料的硅酸盐水泥Part Part 1 1PartPart 2 2Part Part 3 3通用硅酸盐水泥概述其他品种水泥Part Part 4 4水泥的验收、运输与储存P

49、art Part 5 5第 57 页第四章.第四节 44 其他品种水泥其他品种水泥主要指专用水泥和特性水泥。专用水泥是指专门用于某种工程的水泥，一般以适用的工程命名，如砌筑水泥、道路水泥、油井水泥、大坝水泥等；特性水泥是指与通用水泥相比较有突出特性的水泥，其品种繁多，如快硬硅酸盐水泥、低热矿渣硅酸盐水泥、膨胀水泥等。本节仅对常用的水泥品种作简要介绍。第 58 页第四章.第四节 44 其他品种水泥随着公路交通现代化建设的快速发展，发展水泥混凝土路面已经放到道路建设的重要位置。由于混凝土路面比沥青路面具有使用寿命长、施工简单、维修费用低等优势，同时还具有良好的耐磨性和抗冲击性特点，因此在世界各国广

50、泛采用。4.4.1 道路硅酸盐水泥道路硅酸盐水泥，简称道路水泥，是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，其代号为PR。道路硅酸盐水泥熟料中铝酸三钙的含量应不超过5.0%，铁铝酸四钙的含量应不低于16.0%。与同等级的通用水泥相比，道路水泥的化学指标和物理指标均比通用水泥严格，这是因为道路水泥中水泥的耐久性、强度、干缩性、耐磨性等必须具有良好的性能，否则会给道路的施工造成障碍，或使施工质量下降。第 59 页第四章.第四节 44 其他品种水泥道路水泥的强度等级按规定龄期的抗压和抗折强度划分，各龄期的强度不得低于表4-8所规定的数值。关于道路水泥的其他化学指标