建筑材料3-水泥

水泥§4－1

硅酸鹽水泥

水泥是重要的建筑材料之一，廣泛應用于建筑工程、道路、橋梁、水利、國防工程等。水泥作為膠凝材料可以用來制作混凝土、鋼筋混凝土和預應力混凝土構(gòu)件，也可用來配制各類砂漿用于建筑物的砌筑、抹面、裝飾等，被稱為建筑工業(yè)的“糧食”。目前我國的水泥產(chǎn)量高居世界各國之首?！笆濉币詠須v年全國水泥散裝水泥發(fā)展示意1600001400001200001000008000060000400002000002001年2002年2003年2004年2005年2006年2007年2008年

水泥產(chǎn)量（萬噸）散裝水泥供應量（萬噸）單位：萬噸散裝水泥運輸車袋裝水泥水泥材質(zhì)漏窗水泥的特點和適用范圍水泥的特點水泥是一種典型的水硬性膠凝材料，加水后拌合均勻形成的漿體，不僅能夠在干燥環(huán)境中凝結(jié)硬化，而且能更好地在水中硬化，保持或發(fā)展其強度，形成具有堆聚結(jié)構(gòu)的人造石材。水泥適用范圍

不僅適合用于干燥環(huán)境中的工程部位，而且也適合用于潮濕環(huán)境及水中的工程部位。水泥的分類按性能和用途分水泥通用水泥專用水泥特性水泥硅酸鹽水泥普通硅酸鹽水泥礦渣硅酸鹽水泥粉煤灰硅酸鹽水泥火山灰質(zhì)硅酸鹽水泥復合硅酸鹽水泥石灰石硅酸鹽水泥如砌筑水泥、油井水泥、道路水泥、大壩水泥等如白色硅酸鹽水泥、快凝快硬硅酸鹽水泥等硅酸鹽水泥

一、硅酸鹽水泥熟料的礦物組成及其特性

硅酸鹽水泥是由硅酸鹽水泥熟料，0~5%的混合材料、適量石膏共同磨細而成的水硬性膠凝材料。按照混合材料的摻入情況，硅酸鹽水泥可分為：

Ⅰ型硅酸鹽水泥（不摻混合材料），代號P?ⅠⅡ型硅酸鹽水泥（摻不超過5%混合材料）,代號P?Ⅱ

水泥熟料礦物硅酸二鈣鐵鋁酸四鈣游離氧化鈣和氧化鎂鋁酸三鈣硅酸三鈣堿類及雜質(zhì)2CaO?SiO2，C2S4CaO?Al2O3?Fe2O3，C4AFf－CaO和f－MgO3CaO?Al2O3，C3A3CaO?SiO2，C3S化學式及簡寫1、硅酸鹽水泥熟料的礦物組成2、水泥熟料礦物的主要特性礦物名稱硅酸三鈣硅酸二鈣鋁酸三鈣鐵鋁酸四鈣含量范圍（質(zhì)量％）37～6715～307～1510～18水化反應速度快慢最快快強度高早期低，后期高低低（含量多時對抗折強度有利）水化熱較高低最高中2、水泥的生產(chǎn)工藝和流程二、硅酸鹽水泥的凝結(jié)和硬化

1、熟料礦物的水化反應硅酸三鈣2（3CaO·SiO2）＋6H2O=3CaO·2SiO2·3H2O＋3Ca（OH）2硅酸二鈣2（2CaO·SiO2）＋4H2O=3CaO·2SiO2·3H2O＋Ca（OH）2

鋁酸三鈣3CaO·Al2O3＋H2O=3CaO·Al2O3·6H2O3CaO·Al2O3·6H2O＋3（CaSO4·2H2O）＋19H2O=3CaO·Al2O3·3CaSO4·31H2O鐵鋁酸四鈣4CaO·Al2O3·Fe2O3＋7H2O=3CaO·Al2O3·6H2O＋CaO·Fe2O3·H2O2、熟料礦物的水化反應過程

水化初期

熟料礦物與水反應的速度較快，使水化產(chǎn)物不斷地從液相中析出并聚集在水泥顆粒表面，形成以水化硅酸鈣凝膠為主體的凝膠薄膜，大約在1h左右即在凝膠薄膜外側(cè)及液相中形成粗短的針狀鈣礬石晶體。

鈣礬石顯微電鏡照片

水化中期

以水化硅酸鈣（C－S－H）和氫氧化鈣的快速形成為特征。

水泥水化3d電鏡圖

水化后期

由于新生成的水化產(chǎn)物的壓力，水泥顆粒薄膜的凝膠薄膜破裂，使水進入未水化水泥顆粒的表面，水化反應繼續(xù)進行。水化產(chǎn)物之間互相交叉連生，不斷密實，固體之間的空隙不斷減小，網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)不斷加強，結(jié)構(gòu)逐漸緊密。

水化28d電鏡圖3、凝結(jié)硬化的概念凝結(jié)：水泥加水拌合而成的漿體，經(jīng)過一系列物理化學變化，漿體逐漸變稠失去可塑性而成為水泥石的過程；硬化：水泥石強度逐漸發(fā)展的過程稱為硬化。4、水泥凝結(jié)硬化特征

水泥的凝結(jié)過程和硬化過程是連續(xù)進行的。凝結(jié)過程較短暫，一般幾個小時即可完成；硬化過程是一個長期的過程，在一定溫度和濕度下可持續(xù)幾十年。三、硅酸鹽水泥的主要技術(shù)性質(zhì)1、密度、堆積密度和各成分含量技術(shù)性質(zhì)質(zhì)量標準密度，kg/m33100～3200堆積密度，kg/m31300～1600不溶物Ⅰ型：不溶物不得超過0.75％；Ⅱ型：不溶物不得超過1.50％燒失量Ⅰ型：燒失量不得大于3.0％；Ⅱ型：燒失量不得大于3.5％氧化鎂水泥中氧化鎂含量不宜超過5.0％。如果水泥經(jīng)壓蒸法檢驗安定性合格，則水泥中氧化鎂含量可放寬至6.0％三氧化硫3.5％堿含量水泥中堿含量按Na2O＋0.658K2O計算值來表示。若使用活性集料，用戶要求提供低堿水泥時，水泥中堿含量不得大于0.60％或由供需雙方商定（表中百分數(shù)均為質(zhì)量百分數(shù)）2、細度細度是指水泥顆粒的粗細程度。水泥顆粒的粗細，直接影響其水化反應速度、活性和強度。國家標準中規(guī)定，水泥的細度用篩析法和比表面積法來測定。硅酸鹽水泥的細度為其比表面積大于300m2/kg。3、凝結(jié)時間凝結(jié)時間分為初凝時間和終凝時間。初凝時間是從加水至水泥漿開始失去塑性的時間；終凝時間是從加水至水泥漿完全失去塑性的時間。水泥初凝時間不宜過早，終凝時間不宜過遲。國家標準GB175－2007規(guī)定：硅酸鹽水泥初凝不得早于45min，終凝不得遲于390min。4、體積安定性體積安定性是指水泥漿體硬化后體積變化的穩(wěn)定性。水泥在硬化過程中體積變化不穩(wěn)定，即為體積安定性不良。國家標準GB175－2007規(guī)定，硅酸鹽水泥的安定性用沸煮法檢驗必須合格。體積安定性不良的水泥嚴禁用于工程中。體積安定性不良體積安定性的測定雷氏夾法體積安定性測定儀水泥安定性不良的原因：熟料中含有過量的游離氧化鈣（f－CaO），或含有

過量的游離氧化鎂（f－MgO）；按照水泥質(zhì)量新標準：要求f-CaO<1.5%，MgO含量<5.0%生產(chǎn)水泥時摻入的石膏過量,導致SO3含量超標。5、強度及強度等級（1）膠砂強度國家標準《規(guī)定，水泥和標準砂按1：3.0質(zhì)量比混合，加入規(guī)定量的水（水灰比為0.50），經(jīng)標準試驗方法攪拌成型。制成40mm×40mm×160mm的標準試件，在標準條件（1d溫度為20±1℃，相對濕度90％以上的空氣中帶模養(yǎng)護；1d以后拆模，放入20±1℃的水中養(yǎng)護）下養(yǎng)護。根據(jù)水泥品種不同，分別測定3d、28d的抗折強度和抗壓強度，即為水泥的膠砂強度。（2）強度等級根據(jù)水泥的膠砂強度劃分的級別稱為強度等級。硅酸鹽水泥的強度等級劃分為42.5，42.5R，52.5，52.5R，62.5，62.5R共六個等級。強度等級抗壓強度（Mpa）抗折強度（Mpa）3d28d3d28d42.542.5R52.552.5R62.562.5R17.022.023.027.028.032.042.542.552.552.562.562.53.54.04.05.05.05.56.56.57.07.08.08.0注：R型為早強型，主要是3d強度較高。6、水化熱

水泥的水化熱是指在水化過程中的放熱量，單位為kJ/kg。

水化熱的高低與熟料礦物的相對含量有關(guān)。鋁酸三鈣、硅酸三鈣的水化熱高，而鐵鋁酸四鈣、硅酸二鈣的水化熱低，因此要降低水化熱，可適當減少鋁酸三鈣和硅酸三鈣的含量。

水化熱主要對大體積混凝土工程有影響。對于大體積混凝土工程，應選擇水化熱較低的水泥，或者采取特殊措施降低水化熱的危害。7.堿含量指的是水泥中NA2O和K2O的含量。國家規(guī)定水泥中堿含量不得大于0.6%或由供需雙方商定。四、水泥石的腐蝕及防止水泥石腐蝕的方式（1）軟水侵蝕（溶出性侵蝕）（2）酸的腐蝕（溶解性化學腐蝕）a、一般酸的腐蝕b、碳酸水的腐蝕（3）硫酸鹽腐蝕（膨脹性化學腐蝕）（4）強堿腐蝕比較常見的水泥石生物腐蝕防止水泥石腐蝕的措施（1）根據(jù)工程的環(huán)境特點，合理選擇水泥品種。（2）提高混凝土的密實度。（3）在水泥石結(jié)構(gòu)的表面設(shè)置保護層。乙烯基樹脂重防腐水泥地板五、硅酸鹽水泥的特性及應用1.快凝快硬高強，早期及后期強度均高，適用于有早強要求的工程。2.抗凍性好，適合水工混凝土和抗凍性要求高的工程。3.耐腐蝕性差，因水化后氫氧化鈣和水化鋁酸鈣的含量較多。4.水化熱高，不宜用于大體積混凝土工程。但有利于低溫季節(jié)蓄熱法施工。5.抗碳化性好。因水化后氫氧化鈣含量較多，故水泥石的堿度不易降低，對鋼筋的保護作用強。適用于空氣中二氧化碳濃度高的環(huán)境。6.耐熱性差。因水化后氫氧化鈣含量高。不適用于承受高溫作用的混凝土工程。7.耐磨性好，適用于高速公路、道路和地面工程。一、普通硅酸鹽水泥（代號P·O）1、定義硅酸鹽水泥熟料＋6～20％的混合材料＋適量石膏2、技術(shù)性質(zhì)要求（與硅酸鹽水泥相比）相同點MgO含量、SO3含量、初凝時間、安定性的技術(shù)要求相同。不同點

細度：80μm方孔篩篩余量不超過10.0%；

終凝時間：不遲于10h；

燒失量：不得大于5.0%；

3、強度等級：普通硅酸鹽水泥分為32.5、32.5R、42.5、42.5R、52.5、52.5R六個強度等級。各齡期的強度不低于下表的規(guī)定。強度等級抗壓強度（Mpa）抗折強度（Mpa）3d28d3d28d32.532.5R42.542.5R52.552.5R11.016.016.021.022.026.032.532.542.542.552.552.52.53.53.54.04.05.05.55.56.56.57.07.04、主要特性（1）早期強度略低，后期強度高。（2）水化熱略低。（3）抗?jié)B性好，抗凍性較好，抗碳化能力較強。（4）抗侵蝕、抗腐蝕能力略差。（5）耐磨性較好；耐熱性能較好。5、應用普通硅酸鹽水泥的應用范圍和硅酸鹽水泥相同。二、礦渣水泥、粉煤灰水泥、火山灰水泥1、定義熟料＋適量石膏＋20%～70%?；郀t礦渣20%～40%粉煤灰20%～50%火山灰質(zhì)混合材料礦渣水泥（P·S）粉煤灰水泥（P·F）火山灰水泥（P·P）磨細磨細磨細2、技術(shù)性質(zhì)要求（與普通水泥相比）相同點MgO含量、細度、凝結(jié)時間、安定性的技術(shù)要求相同。不同點

三氧化硫含量：礦渣水泥不超過4.0％；火山灰質(zhì)水泥、粉煤灰水泥不得超過3.5％。

強度等級：強度等級劃分為32.5，32.5R，42.5，42.5R，52.5，52.5R共六個等級。各齡期的強度要求見下表。密度：水泥的密度為2800～3000kg/m3。強度等級抗壓強度，MPa）抗折強度，MPa3d28d3d28d32.510.032.52.55.532.5R15.032.53.55.542.515.042.53.56.542.5R19.042.54.06.552.521.052.54.07.052.5R23.052.54.57.03、主要特性（與硅酸鹽水泥、普通水泥相比）三種水泥的共同特性凝結(jié)硬化較慢，早強強度較低，后期強度增長快；水化熱較低，放熱速度慢；抗硫酸鹽腐蝕和抗水性較好；蒸汽養(yǎng)護適應性好；抗凍性、耐磨性及抗碳化性能較差。三種水泥各自特性礦渣水泥的抗?jié)B性較差，但耐熱性好，可用于溫度不高于200℃的混凝土工程中?；鹕交宜嗟目?jié)B性好，但干縮較大，不適用于長期處于干燥環(huán)境中的混凝土工程。

粉煤灰水泥干縮小，抗裂性好。三、復合硅酸鹽水泥（P·C）與硅酸鹽水泥相比，由于摻入了兩種或兩種以上的混合材料，復合水泥的水化熱較低；早期強度較高，其強度要求與普通水泥的強度要求相同。四、通用水泥的驗收1、包裝標志和數(shù)量的驗收包裝標志的驗收包裝有袋裝和散裝兩種袋裝水泥在包裝袋上應清楚地標明產(chǎn)品名稱、代號、凈含量、強度等級、生產(chǎn)許可證編號、生產(chǎn)者名稱和地址、出廠編號、執(zhí)行標準號、包裝年月日等主要包裝標志。摻火山灰質(zhì)混合材料的普通硅酸鹽水泥，必須在包裝上標上“摻火山灰”字樣。包裝袋兩側(cè)應印有水泥名稱和強度等級。印刷字體顏色：硅酸鹽水泥和普通硅酸鹽水泥——紅色；礦渣硅酸鹽水泥——綠色；

火山灰質(zhì)硅酸鹽水泥和粉煤灰硅酸鹽水泥——黑色。

散裝水泥供應時須提交與袋裝水泥標志內(nèi)容相同的卡片。2、數(shù)量的驗收

袋裝水泥每袋凈含量為50kg，且不得少于標志質(zhì)量的98％；

隨機抽取20袋總質(zhì)量不得少于1000kg。3、質(zhì)量的驗收

檢查出廠合格證和試驗報告；復驗（試驗室檢驗）；仲裁檢驗。

4、廢品及不合格品的規(guī)定

廢品凡氧化鎂、三氧化硫、初凝時間、安定性中的任一項不符合相應標準規(guī)定的通用水泥，均為廢品。

不合格品對于通用水泥，凡有下列情況之一者，均為不合格品。

硅酸鹽水泥，普通水泥：凡不溶物、燒失量、細度、終凝時間中任一項不符合標準規(guī)定者；

礦渣水泥、火山灰水泥、粉煤灰水泥、復合水泥：凡細度、終凝時間中任一項不符合標準規(guī)定者。

摻混合材料硅酸鹽水泥混合材料摻量超過最大限值或強度低于商品強度等級規(guī)定的指標者。

水泥出廠的主要包裝標志中水泥品種、強度等級、工廠名稱和出廠編號不全者。5、水泥的儲存不同品種和不同強度等級的水泥要分別存放，不得混雜。防水防潮，做到“上蓋下墊”。

堆垛不宜過高，一般不超過10袋，場地狹窄時最多不超過15袋。

儲存期不能過長，通用水泥不超過三個月。水泥儲存期超過三個月，水泥會受潮結(jié)塊，強度大幅度降低，會影響水泥的使用。其它品種水泥一、鋁酸鹽水泥1、定義以石灰?guī)r和礬土為主要原料，配制成適當成分的生料，燒至全部或部分熔融所得以鋁酸鈣為主要礦物的熟料，經(jīng)磨細而成的水硬性膠凝材料，代號CA。2、主要礦物成分

鋁酸一鈣（CaO·Al2O3簡寫CA）凝結(jié)正常，硬化迅速，為鋁酸鹽水泥強度的主要來源。

二鋁酸一鈣（CaO·2Al2O3簡寫CA2），其特點是凝結(jié)硬化慢，早期強度較低，后期強度高。此外還有少量水化極快、凝結(jié)迅速而強度不高的七鋁酸十二鈣（Ｃ12Ａ7）以及膠凝性極差的鋁方柱石（C2AS）、六鋁酸一鈣（CA6）等礦物。3、鋁酸鹽水泥的技術(shù)要求

細度比表面積不小于300m2/kg或0.045mm篩余不大于20%。

凝結(jié)時間按GB201-2000規(guī)定的標準稠度膠砂測得的凝結(jié)時間應符合如下要求：CA-50、CA-70、CA-80鋁酸鹽水泥的初凝時間不早于30min，終凝時間應不遲于6ｈ；CA-60鋁酸鹽水泥的初凝時間不早于60min，終凝時間應不遲于18ｈ。強度鋁酸鹽水泥按照Al2O3含量分為四類。各類型鋁酸鹽水泥的不同齡期強度值不得低于GB201-2000的規(guī)定。

鋁酸鹽水