水泥特性介紹

第3章

水泥

——水硬性膠凝材料

Cement--WaterSetInorganicBinders湖北工業(yè)大學土木工程與建筑學院CivilEngineering&Architecture-HBUT什么是水泥1、定義：之一：水泥是以水化活性礦物為主要成分的水硬性膠凝材料。之二：水泥是指加水拌合成塑性漿體后，能膠結(jié)砂、石等適當材料并能在空氣和水中硬化的粉狀水硬性膠凝材料。2、復習(與石灰、石膏對比)氣硬性膠凝材料：只能在空氣中硬化且在空氣中保持和發(fā)展其強度。水硬性膠凝材料：不僅能在空氣中，而且能更好地在水中硬化，保持并發(fā)展其強度。3、要點：水泥——水硬性無機膠凝材料水泥的種類有哪些水泥中的主要礦物硅酸鹽系水泥鋁酸鹽系水泥硫鋁酸鹽系水泥磷酸鹽系水泥硫鋁酸鈣硅酸鈣鋁酸鈣磷酸鈣,鎂根據(jù)水泥的主要礦物成分，有：硅酸鹽系水泥、鋁酸鹽系水泥、硫鋁酸鹽系水泥、磷酸鹽系水泥等。水泥的用途道路水泥砌筑水泥大壩水泥油井水泥根據(jù)水泥的用途，如：道路水泥、砌筑水泥、大壩水泥、油井水泥等——統(tǒng)稱專用水泥。水泥的種類有哪些水泥的特性膨脹水泥快硬水泥低熱水泥抗腐蝕水泥硬化時膨脹硬化速度快水化熱低耐腐蝕性好根據(jù)水泥的特性，有：膨脹水泥、快硬水泥、低熱水泥、抗硫酸鹽水泥等——統(tǒng)稱特性水泥。水泥的種類有哪些硅酸鹽系水泥硅酸鹽水泥普通硅酸鹽水泥摻混合材硅酸鹽水泥專用與特性水泥硅酸鹽水泥(P·Ⅰ、P·Ⅱ)通用水泥普通硅酸鹽水泥(P·O)

摻混合材的硅酸鹽水泥

特性水泥硅酸鹽系水泥有哪些品種專用水泥礦渣水泥(P·S·A、P·S·B)

粉煤灰水泥(P·F)

火山灰水泥(P·P)

復合水泥(P·C)通用水泥各品種代號釋義：通用水泥——Commonportlandcement，舊稱常用水泥，俗稱六大水泥)P·Ⅰ、P·Ⅱ——Ⅰ型、Ⅱ型的PortlandCement(波特蘭水泥，即硅酸鹽水泥)；P·O——Portlandoriginalcement，簡稱“普通水泥”；P·S·A、P·S·B——A型、B型的Portlandslagcement(礦渣水泥)。P·F——Portlandfly-ashCementP·P——PortlandpozzolanacementP·C——Portlandcompositecement什么是水泥？

水泥是以水化活性礦物為主要成分的水硬性膠凝材料。★Summary水泥的種類有哪些？

△根據(jù)水泥的主要礦物成分有：硅酸鹽系水泥、鋁酸鹽系水泥、硫鋁酸鹽系水泥、磷酸鹽系水泥?！鞲鶕?jù)水泥的應用及特性有：通用水泥、專用水泥、特性水泥。硅酸鹽系水泥有哪些品種？硅酸鹽水泥(P·Ⅰ、P·Ⅱ)通用水泥普通硅酸鹽水泥(P·O)

摻混合材的硅酸鹽水泥

特性水泥專用水泥礦渣水泥(P·S·A、P·S·B)粉煤灰水泥(P·F)

火山灰水泥(P·P)

復合水泥(P·C)水泥顆粒宏觀形貌※水泥顆粒的形貌水泥熟料顆粒細觀形貌水泥熟料礦物微觀結(jié)構(gòu)※水泥在土木工程中的重要作用建筑工業(yè)的糧食。水泥是當今產(chǎn)量與用量最大的土木工程材料！全國水泥產(chǎn)值占全部建筑材料的近50%。水泥及其砂漿、混凝土與纖維水泥等水泥基材料普遍用于各種土木工程和鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)！水泥的性能和正確選用對土木工程的功能與質(zhì)量至關(guān)重要！埃及時代，煅燒石膏—金字塔希臘與羅馬人，煅燒石灰石—快硬石灰—磚石結(jié)構(gòu)砂漿希臘與羅馬人黏土或泥土、石灰與砂—膠凝材料羅馬人用火山灰、石灰與砂—水硬性膠凝材料(史稱羅馬砂漿)—混凝土、砌塊1824年，英國的磚瓦匠阿斯普丁發(fā)明了現(xiàn)代生產(chǎn)硅酸鹽水泥的專利技術(shù)1871年，美國賓夕法尼亞，發(fā)明世界上第一臺回轉(zhuǎn)窯，使水泥生產(chǎn)規(guī)?；鶜v史碎片……※我國水泥工業(yè)發(fā)展概況

1889年在唐山建立第一座立窯廠，1906年開始回轉(zhuǎn)窯（啟新洋灰公司、即現(xiàn)啟新水泥廠）。舊中國水泥最高產(chǎn)量229.8萬噸（1942年），1985年開始居世界排名第一，2008年13.88億噸，約占世界總產(chǎn)量的一半(2007是51%)；但人均年生產(chǎn)率800噸，國外先進水平3000噸，日本已達到15000噸/人·年。目前能生產(chǎn)水泥品種100多種。大而不強。存在技術(shù)落后、標號低、能耗高、污染嚴重等問題。本章主要內(nèi)容3.1硅酸鹽水泥及通用水泥

(PortlandCement/CommonPortlandCement)3.2專用與特性水泥

(SpecialCement)3.1硅酸鹽水泥及通用水泥硅酸鹽水泥定義：凡由硅酸鹽水泥熟料和適量石膏、及0～5％石灰石或?；郀t礦渣、磨細制成的水硬性膠凝材料，稱為硅酸鹽水泥(PortlandCement)。其中：不摻混合材料的稱Ⅰ型硅酸鹽水泥，其代號P·Ⅰ；摻入不超過水泥質(zhì)量5%的石灰石或?；郀t礦渣混合材料的稱Ⅱ型硅酸鹽水泥，其代號P·Ⅱ。通用水泥定義：以硅酸鹽水泥熟料和適量石膏、及規(guī)定的混合材料制成的水硬性膠凝材料，稱為通用硅酸鹽水泥(CommonPortlandCement).附注：水泥包括三個組份：①硅酸鹽水泥熟料；②適量石膏；和③規(guī)定的混合材料；硅酸鹽水泥是六大水泥的基礎(chǔ)。解剖一個麻雀，其余5種水泥就更易學習把握；故本章重點是硅酸鹽水泥。硅酸鹽水泥熟料＋石膏＋＋＋＋＋5~20%活性混合材普通硅酸鹽水泥50~70%礦渣20~50%礦渣型礦渣水泥20~40%火山灰火山灰硅酸鹽水泥20~40%粉煤灰粉煤灰硅酸鹽水泥20~50%兩種混合材復合硅酸鹽水泥摻混合材硅酸鹽水泥的凝結(jié)硬化和性能與所摻混合材的種類與摻量密切相關(guān)！※摻混合材的硅酸鹽水泥品種有哪些AB本節(jié)要點通用水泥的分類及組成水泥的生產(chǎn)硅酸鹽水泥熟料的組成硅酸鹽水泥的凝結(jié)硬化影響水泥凝結(jié)硬化的主要因素通用水泥的技術(shù)要求水泥的耐腐蝕性硅酸鹽水泥、普通水泥的特性及應用摻混合材水泥的特性及應用一、通用水泥的分類及組成通用水泥的組成：硅酸鹽水泥熟料(Clinkers)石膏(CaSO4

2H2O)混合材(料)硅酸鹽水泥熟料：以適當成分的生料燒至部分熔融，所得以硅酸鈣為主要成分的產(chǎn)物。各物質(zhì)的作用：熟料：主要膠凝物質(zhì)—提供強度的主要組份；石膏：調(diào)節(jié)水泥的凝結(jié)時間—緩凝劑；混合材：增加產(chǎn)量，降低成本，調(diào)節(jié)水泥的強度等級,改善水泥性能、擴大水泥品種。必要組分表：通用水泥品種及組分★品種代號組分熟料+石膏?；郀t礦渣火山灰質(zhì)混合材料粉煤灰石灰石硅酸鹽水泥P·I100----P·Ⅱ≥95≤5---≥95---≤5普通硅酸鹽水泥P·O≥80且

<95>5且≤20a-礦渣硅酸鹽水泥P·S·A≥50且

<80>20且≤50b---P·S·B≥30且

<50>50且≤70b---火山灰質(zhì)硅酸鹽水泥P·P≥60且<80->20且≤40c--粉煤灰硅酸鹽水泥P·F≥60且<80-->20且≤40d-復合硅酸鹽水泥P·C≥50且<80>20且≤50e★引自國標：GB175-2007通用硅酸鹽水泥b:本組分材料為符合GB/T203或GB/T18046的活性混合材料，其中允許用不超過水泥質(zhì)量8%且符合本標準第5.2.3條的活性混合材料或符合本標準第5.2.4條的非活性混合材料或符合本標準第5.2.5條的窯灰中的任一種材料代替。e:本組分材料為由兩種（含）以上符合本標準第5.2.3條的活性混合材料或/和符合本標準第5.2.4條的非活性混合材料組成，其中允許用不超過水泥質(zhì)量8%且符合本標準第5.2.5條的窯灰代替。摻礦渣時混合材料摻量不得與礦渣硅酸鹽水泥重復。d:本組分材料為符合GB/T1596的活性混合材料。c:本組分材料為符合GB/T2847的活性混合材料。a:本組分材料為符合本標準5.2.3的活性混合材料，其中允許用不超過水泥質(zhì)量8%且符合本標準5.2.4的非活性混合材料或不超過水泥質(zhì)量5%且符合本標準5.2.5的窯灰代替?！ㄓ盟嘀械母鹘M成材料及質(zhì)量要求硅酸鹽水泥熟料：由主要含CaO、SiO2、Al2O3、Fe2O3的原料，按適當比例磨成細粉燒至部分熔融所得以硅酸鈣為主要礦物成分的水硬性膠凝物質(zhì)。其中硅酸鈣礦物不小于66%，氧化鈣和氧化硅質(zhì)量比不小于2.0。石膏天然石膏：應符合GB/T5483中規(guī)定的G類或M類二級（含）以上的石膏或混合石膏。

工業(yè)副產(chǎn)石膏：以硫酸鈣為主要成分的工業(yè)副產(chǎn)物。采用前應經(jīng)過試驗證明對水泥性能無害?；钚曰旌喜牧希悍螱B/T203、GB/T18046、GB/T1596、GB/T2847標準要求的粒化高爐礦渣、?；郀t礦渣粉、粉煤灰、火山灰質(zhì)混合材料。非活性混合材料：活性指標分別低于GB/T203、GB/T18046、GB/T1596、GB/T2847標準要求的?；郀t礦渣、?；郀t礦渣粉、粉煤灰、火山灰質(zhì)混合材料；石灰石和砂巖，其中石灰石中的三氧化二鋁含量應不大于2.5%。窯灰：符合JC/T742的規(guī)定。二、水泥的生產(chǎn)原料石灰質(zhì)原料(CaO)

：石灰石、白堊等，占2/3粘土質(zhì)原料(SiO2、Al2O3)：粘土，占1/3校正原料：補充兩種原料中所缺少的鐵。制造工藝原料經(jīng)粉磨混合后得到水泥生料——生料磨生料經(jīng)窯內(nèi)煅燒得到水泥熟料——回轉(zhuǎn)窯水泥熟料＋石膏(或再＋混合材）一起經(jīng)粉磨混合后得到水泥——水泥磨“兩磨一燒”硅質(zhì)(粘土)鈣質(zhì)(石灰石)1450℃校正原料(鐵礦粉)石膏水泥生料熟料混合材水泥生產(chǎn)的“兩磨一燒”工藝流程粉磨煅燒粉磨

帶旋風預熱器的窯外分解的干法回轉(zhuǎn)窯三、硅酸鹽水泥熟料的組成1、化學組成化學組成主要成分少量雜質(zhì)CaOSiO2Al2O3Fe2O3MgO、K2O、Na2O、SO3、P2O5等。簡寫CSAF含量（%）62～6720～242～64～7總量（％）＞95％＜5％礦物名稱礦物式縮寫含量(%)附注硅酸三鈣3CaO·SiO2C3S37～6075硅酸鹽礦物硅酸二鈣2CaO·SiO2C2S15～37鋁酸三鈣3CaO·Al2O3C3A7～1522熔劑礦物鐵鋁酸四鈣4CaO·Al2O3·Fe2O3C4AF10～182、礦物組成

硅酸鹽水泥熟料主要含有四種礦物，還含有少量成分不定的玻璃體、f—CaO、f—MgO及含堿礦物。熟料中水化活性礦物含量3、熟料中主要礦物的特點

C3S：為主要強度組分，與水作用快，硬化快，強度最高，凝結(jié)時間正常；但水化熱高，抗水性差，煅燒困難（1450℃）。C2S：常以β--C2S形式存在。水化較慢，凝結(jié)硬化慢，早強低，后強高，一年后可趕上A礦，抗硫酸鹽侵蝕性好，抗水性好，水化熱低，煅燒較容易（800℃）。C3A

水化迅速，放熱多，凝結(jié)快，易急凝，硬化快，早強高，但強度值不高，后期甚至倒縮，干縮變形大，抗硫酸鹽性能差。C4AF：是一平均成分為C4AF的鐵相固溶體。水化速度早期C3S＜C4AF＜C3A，后期C4AF＜C3S。早強～C3A，后強～C2S，抗沖擊及抗硫酸鹽侵蝕性好，水化熱較低。表：硅酸鹽水泥主要礦物組成與特性礦物組成硅酸三鈣C3S硅酸二鈣C2S鋁酸三鈣C3A鐵鋁酸四鈣C4AF與水反應速度中慢快中水化熱中低高中對強度的作用早期優(yōu)差良良后期優(yōu)優(yōu)中中耐化學侵蝕中良差優(yōu)干縮性中小大小※例：由礦物含量判斷硅酸鹽水泥的特點C3S48653142C2S24114034C3A138122C4AF991215

特點：

ABCD

CaO66676464SiO221212223Al2O37574Fe2O33345

f-CaO1111SO32222水泥化學組成礦物組成普通早強低熱抗硫酸鹽f—CaO

（游離氧化鈣）定義：在熟料煅燒過程中，沒被吸收的呈游離狀態(tài)存在的氧化鈣。危害：f—CaO+H2OCH

死燒f—CaO結(jié)構(gòu)致密，水化很慢，在混凝土硬化后水化，體積膨脹97.9%，使制品脹裂，造成安定性不良。來源：配料不當——組成出現(xiàn)偏差。生料過粗煅燒不良指標要求：干回轉(zhuǎn)窯＜1.5%。4、熟料中其它礦物成份的特點

——CaO沒有被充分地吸收生成C3Sf—MgO

（游離氧化鎂）

以方鎂石晶體形式存在，結(jié)構(gòu)更致密，水化更慢（幾年、幾月才明顯），體積脹大148%，危害更大。玻璃體高溫熟料急冷時，部分液相來不及析晶成為玻璃體，主要成分為Al2O3、Fe2O3、CaO、MgO、R2O及f—CaO、f—MgO等。四、硅酸鹽水泥的凝結(jié)硬化水泥漿通過水泥熟料礦物的水化反應、漿體的凝結(jié)硬化過程變成堅硬固體。三個階段：水化－凝結(jié)－硬化。水化是基礎(chǔ)，凝結(jié)是關(guān)鍵，硬化是結(jié)果。水化——水泥中各礦物與水發(fā)生化學反應，生成各種水化物，水化物能相互凝聚成三維網(wǎng)絡結(jié)構(gòu)；凝結(jié)——水泥與水混合形成可塑漿體，隨著水化進程的推移，可塑性下降，但還不具備強度，此過程即為“凝結(jié)”；硬化——隨后漿體失去可塑性，強度逐漸增長，形成堅硬固體，這個過程即為“硬化”。1、硅酸鹽水泥的水化特征：四種礦物同時進行水化反應(水化速度有快慢)；均是放熱反應()；水化反應是固－液異相反應。水化反應將結(jié)合占水泥質(zhì)量30％左右的拌和水；反應速度序列：鋁酸三鈣C3A的水化硅酸三鈣C3S、鐵鋁酸四鈣C4AF的水化硅酸二鈣

-C2S的水化⑴硅酸鈣C3S與

C2S的水化硅酸鈣水化生成水化硅酸鈣C3S2H3（C-S-H凝膠）和Ca(OH)2（羥鈣石），并放出熱：

硅酸三鈣：2C3S+6H

C3S2H3+3CH+120cal/g

硅酸二鈣：2C2S+4H

C3S2H3+CH+62cal/g

(C-S-H)羥鈣石

水化硅酸鈣

硅酸鈣礦物顆粒的電鏡照片硅酸鈣礦物水化后的電鏡照片※硅酸鈣礦物水化物的特征硅酸鈣的水化產(chǎn)物——C-S-H與Ca(OH)2⑵鋁酸三鈣C3A的水化純C3A與水的反應水化反應極其迅速，生成水化鋁酸鈣：

C3A+18H2OC3AH6

(穩(wěn)定產(chǎn)物)

這一反應導致水泥漿閃凝或假凝，必須避免！避免閃凝的有效途徑——加入石膏CaSO4

2H2O作為緩凝劑。

這就是硅酸鹽水泥生產(chǎn)中，必須加入石膏與水泥熟料一起粉磨的根本原因！這一發(fā)明是硅酸鹽水泥發(fā)展史上的一個里程碑。鋁酸三鈣C3A在石膏存在下的水化反應C3A與石膏反應首先形成三硫型硫鋁酸鈣(鈣礬石)晶體，并放出大量熱：

C3A+3C?·H2+26H

C3A·3C?·H32+300cal/g(1)

(鈣釩石)反應后期，石膏量不足時，水化生成單硫型硫鋁酸鈣水化物：

C3A+C3A·3C?·H32+4H

C3A·C?·H12

(2)石膏消耗完后，C3A直接水化形成C3AH6：C3A+18H2O

C3AH6(3)石膏緩凝機理：鈣釩石的形成反應(1)速度比純C3A的反應(3)慢；在水泥顆粒表面析出鈣礬石晶體構(gòu)成阻礙層，延緩了水泥顆粒的水化，避免閃凝或假凝。?：SO3C?=CaO·SO3=CaSO4⑶鐵鋁酸四鈣C4AF的水化鐵鋁酸四鈣C4AF的水化反應：

C4AF+7HC3AH6

＋CFH

鐵鋁酸四鈣水化鋁酸三鈣水化鐵酸鈣C4AF水化物的組成可變，是鋁酸鹽與鐵酸鹽的固溶體，并由鐵相凝膠產(chǎn)生。C4AF的水化反應對整個水泥的行為影響較小。⑷水化反應產(chǎn)物匯總

水泥漿中不斷增加的水化產(chǎn)物主要有：水化硅酸鈣C3S2H3（C-S-H凝膠），約占70%氫氧化鈣Ca(OH)2（羥鈣石晶體）水化鐵酸鈣CFH水化硫鋁酸鈣：三硫型C3A·3C?·H32(鈣釩石晶體)單硫型C3A·C?·H12水化鋁酸鈣C3AH6約占20%約占7%⑸水化過程回放零時：當水泥顆粒分散在水中，石膏和熟料礦物溶解進入溶液中，液相被各種離子飽和；幾分鐘內(nèi)：Ca2＋、SO42－、

Al3＋、

OH－離子間反應，形成鈣釩石；幾小時后：Ca(OH)2晶體和硅酸鈣水化物C-S-H開始填充原來由水占據(jù)、并溶解熟料礦物的空間；幾天后：因石膏量不足，鈣釩石開始分解，單硫型硫鋁酸鈣水化物開始形成。此后：水化物不斷形成，不斷填充孔隙或空隙。水泥水溶解沉淀水泥漿的凝結(jié)硬化示意圖擴散2、水泥漿的凝結(jié)硬化先在固－液界面發(fā)生劇烈水化反應，自由水分減少，同時水化物圍繞水泥顆粒未水化的內(nèi)核區(qū)域沉積；隨著水化的不斷進行，水占據(jù)的空間越來越少，水化物越來越多，水化物顆粒逐漸接近，構(gòu)成較疏松的空間網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，水泥漿可塑性開始降低——初凝；由于C3A水化會導致閃凝，加入緩凝劑石膏可與C3A反應生成針狀鈣礬石晶體，形成保護膜阻礙了進一步反應，使初凝時間得以延緩；當石膏耗盡，鈣礬石覆蓋層破裂，導致水化再次迅速進行，水化物顆粒更加接近，相互作用增強，直至完全失去可塑性，并開始產(chǎn)生強度——終凝；隨著水化進一步進行，水化物不斷填充結(jié)構(gòu)網(wǎng)中的毛細孔隙，使之越來越致密，水化物顆粒間作用增強，強度逐漸提高，形成堅硬的水泥石——硬化。硬化后的水泥石是由晶體（羥鈣石、鈣礬石等）、膠體（C-S-H）、未完全水化顆粒、游離水及氣孔組成的不均質(zhì)體?！酀{凝結(jié)硬化過程水泥礦物組成石膏摻量水泥細度養(yǎng)護條件（溫度、濕度）與時間拌合用水量水泥外加劑五、影響水泥凝結(jié)硬化的主要因素

水泥漿的凝結(jié)硬化主要取決于水泥的水化速度，水泥水化速度是礦物組成及其含量、粉磨細度、養(yǎng)護條件和水灰比的函數(shù)。1、水泥熟料礦物組成的影響水泥熟料礦物的水化速度：

C3A＞C3A＋CaSO42H2O＞C3S~C4AF＞C2S水泥的C3A和C3S含量越高，凝結(jié)硬化速度越快；水泥的C3A和C3S含量越低，凝結(jié)硬化速度越慢；2、石膏摻量的影響石膏主要降低C3A的水化速度，起緩凝作用；摻量太少，凝結(jié)過快；摻量過多，對凝結(jié)硬化影響不大，反而對硬化水泥的體積安定性有副作用。3、水泥顆粒細度的影響水泥顆粒越細，比表面積越大，水化時與水的接觸面就越大，因此水化速度越快，相應凝結(jié)硬化就快，早期強度高。如果水泥過細，盡管有利于水化加快，但需水量大大增加，硬化后孔隙增多，強度下降。另外水泥生產(chǎn)能耗增大。4、溫度與濕度的影響溫度升高，水化反應加快，凝結(jié)硬化加速。保持一定濕度，有利于水泥水化的充分進行，強度正常增長。溫度與濕度決定了養(yǎng)護條件。5、拌和用水量的影響重要概念：水灰比(W/C)

——水泥漿體中拌和水量與水泥質(zhì)量之比；水泥熟料礦物完全水化的理論水灰比＝0.23；水灰比越大，需要水化物固相填充的孔隙越多，凝結(jié)硬化所需時間越長，強度越低。水灰比過小，水化反應難以充分進行。小結(jié)——影響水泥凝結(jié)硬化的主要因素C3S、C3A含量多，凝結(jié)硬化快。摻加混合材，熟料減少，凝結(jié)硬化速度減慢。有些化合物——外加劑可以使水泥漿體促凝或緩凝。

細度越小，水化反應越快，凝結(jié)硬化越快。

水灰比越大，漿體需填充的孔隙越多，凝結(jié)硬化速度越慢。提高溫度，保持足夠的水分，均有利于水泥的凝結(jié)硬化。應用水泥凝結(jié)硬化機理分析與解答問題水泥生產(chǎn)中為什么摻加石膏？C3A在水中溶解度大，反應很快，引起水泥漿閃凝；水泥的凝結(jié)速度取決于水泥漿體中水化物凝膠微粒的聚集，Al3＋對凝膠微粒聚集有促進作用；石膏與C3A反應形成難溶的硫鋁酸鈣水化物，反應速度減緩，并減少了溶液中的Al3＋濃度，延緩了水泥漿的凝結(jié)速度。為什么水泥硬化后能產(chǎn)生強度？水泥漿體硬化后轉(zhuǎn)變?yōu)樵絹碓街旅艿墓腆w；在漿體硬化過程中，隨著水泥礦物的水化，比表面較大的水化物顆粒不斷增多，顆粒間相互作用力不斷增強，產(chǎn)生的強度越來越高。水泥漿體強度的增長規(guī)律是什么？

水泥漿體的強度隨齡期而逐漸增長，早期增長快，后期增長較慢，但是只要維持一定的溫度和濕度，其強度可在相當長的時期內(nèi)增長。這與水泥礦物的水化反應規(guī)律是一致的。為什么強度發(fā)展與環(huán)境溫、濕度有關(guān)？

水泥的水化需要水，如果沒有水，水泥的水化就將停止；提高溫度可加快水泥的凝結(jié)硬化，而降低溫度就會減緩水泥的凝結(jié)硬化。為什么水泥的儲存與運輸時應防止受潮？

水泥受潮，因表面水化結(jié)塊，喪失凝膠能力，強度大為降低。

六、通用水泥的技術(shù)要求7.1化學指標包括：不溶物燒失量三氧化硫氧化鎂氯離子7.2堿含量（選擇性指標）7.3物理指標

7.3.1凝結(jié)時間

7.3.2安定性

7.3.3強度

7.3.4細度（選擇性指標）要點（依據(jù)GB175-2007通用硅酸鹽水泥）：1、細度（選擇性指標）

定義：細度是指水泥粉體的粗細程度。測量方法比表面積法：用于硅酸鹽水泥、普通水泥；篩分析法：用于其它通用水泥。國標要求

硅酸鹽水泥和普通硅酸鹽水泥以比表面積表示，不小于300m2/kg；礦渣硅酸鹽水泥、火山灰質(zhì)硅酸鹽水泥、粉煤灰硅酸鹽水泥和復合硅酸鹽水泥以篩余表示，80μm方孔篩篩余不大于10%或45μm方孔篩篩余不大于30%。問題：為什么需要規(guī)定水泥的細度？解答：水泥顆粒細度影響水化活性和凝結(jié)硬化速度，水泥顆粒太粗，水化活性越低，不利于凝結(jié)硬化；雖然水泥越細，凝結(jié)硬化越快，早期強度會越高，但是水化放熱速度也快，水泥收縮也越大，對水泥石性能不利；且過細水泥需水量大，后強下降；水泥越細，生產(chǎn)能耗越高，成本增加；水泥越細，對水泥的儲存也不利，容易受潮結(jié)塊，反而降低強度。２、凝結(jié)時間

定義水泥加水開始到水泥漿失去流動性，即從可塑性發(fā)展到固體狀態(tài)所需要的時間叫凝結(jié)時間。初凝時間從水泥加水拌和到水泥漿開始失去可塑性所需的時間；終凝時間從水泥加水拌和到水泥漿完全失去可塑性，并開始具有強度所需的時間。測定方法用標準稠度的水泥凈漿，在規(guī)定的溫濕度下，用凝結(jié)時間測定儀來測定。國標要求硅酸鹽水泥：初凝時間≥45min；終凝時間＜390min。其它通用水泥：初凝時間≥45min；終凝時間＜600min。※水泥凝結(jié)時間的測定標準稠度水泥漿離底1～2mm為初凝園弧形壓痕終凝

國標規(guī)定：凡初凝時間或終凝時間不符合規(guī)定的水泥為不合格品。為什么？答：水泥凝結(jié)時間的規(guī)定是為了有足夠的時間進行施工操作和硬化的混凝土質(zhì)量；初凝時間太短，來不及施工，水泥石結(jié)構(gòu)疏松、性能差，水泥無使用價值；終凝時間太長，強度增長緩慢，也會影響施工?！鶚藴食矶燃皹藴食矶扔盟?/p>

標準稠度：

按規(guī)定的方法拌制的水泥凈漿，在水泥標準稠度測定儀上，試錐下沉（28

2）mm時的水泥凈漿的稠度。

標準稠度用水量：

是指水泥凈漿達到標準稠度時所需要的水量，用水與水泥質(zhì)量的比來表示。硅酸鹽水泥的標準稠度用水量一般在21%~28%。

凝結(jié)時間、安定性等技術(shù)指標均涉及到標準稠度的概念，有必要對其有所了解。試錐下降高度，標準稠度時28mm水泥漿試錐標準稠度測定儀3、體積安定性

基本概念水泥凝結(jié)硬化過程中，體積變化是否均勻適當?shù)男再|(zhì)稱為體積安定性。若水泥石的體積變化均勻適當，則水泥的體積安定性良好；若水泥石發(fā)生不均勻體積變化：翹曲、開裂等，則水泥的體積安定性不良。檢測方法：

沸煮法。包括試餅法和雷氏夾法。國標要求：用沸煮法檢驗必須合格。試餅法雷氏夾法合格標準：＜5mm。肉眼觀察表面有無裂紋用直尺檢查有無彎曲合格標準：無裂紋、無彎曲。試餅法用標準稠度的水泥凈漿做成試餅，在水中經(jīng)恒沸3h后，用肉眼觀察沒有裂紋，用直尺檢查沒有彎曲，則體積安定合格，反之，體積安定性不合格。雷氏夾法測量雷氏夾中的水泥凈漿，經(jīng)沸煮3h后的膨脹值。該值不大于5.0mm時，則體積安定性合格，否則，為體積安定性不合格?！w積安定性檢測方法——沸煮法

水泥熟料中含有過多的游離CaO、MgO和石膏。因為水泥熟料中的游離CaO、MgO都是過燒的。水化速度很慢。在已硬化的水化石中繼續(xù)與水反應，其固體體積增大1.98和2.48倍。產(chǎn)生不均勻體積變化，造成水泥石開裂、翹曲。石膏量過多，在水泥凝結(jié)硬化后，會有鈣釩石形成，產(chǎn)生膨脹?！囿w積安定性不良的原因4、強度

檢驗方法——軟練膠砂法。測量規(guī)定齡期（3d、28d）的抗壓強度和抗折強度。試件尺寸：40

40

160mm棱柱體；膠砂配比：水泥:ISO標準砂:水=1:3:0.5；振動成型：在頻率為2800~3000次/min，振幅0.75mm的振實臺上成型。振動時間120s。試件養(yǎng)護：在20

C

1

C，相對濕度不低于90%的霧室或養(yǎng)護箱中24h，然后脫模在20

C

1

C的水中養(yǎng)護至測試齡期；100mm160mmP抗折強度試驗PP抗壓強度試驗強度測量將試件從水中取出，先進行抗折強度試驗，折斷后每截再進行抗壓強度試驗。受壓面積為40

40=1600mm2。結(jié)果計算抗折強度以三個試件的平均值，抗壓強度以六個試件的平均值。強度等級：用28天抗壓強度的MPa值表示。硅酸鹽水泥六個等級：42.5、42.5R、52.5、52.5R、62.5、62.5R。

普通水泥四個等級：42.5、42.5R、52.5、52.5R。

其它水泥六個等級：32.5、32.5R、42.5、42.5R、52.5、52.5R。代號R：指早強型。3天強度有較高要求。注意：各強度等級水泥任一齡期、任一強度

國標規(guī)定數(shù)值。國標要求：不同品種不同強度等級的通用硅酸鹽水泥，其不同各齡期的強度應符合下表的規(guī)定：≮品種強度等級抗壓強度/MPa抗折強度/MPa3d28d3d28d硅酸鹽水泥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普通硅酸鹽水泥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礦渣硅酸鹽水泥火山灰硅酸鹽水泥粉煤灰硅酸鹽水泥復合硅酸鹽水泥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時間（d）強度（MPa）※水泥強度發(fā)展規(guī)律早期增長快，隨后逐漸減慢；28天，基本達到極限強度的80％以上；在合適的溫濕度條件下，強度增長可以持續(xù)幾十天乃至幾十年?！嗍瘡姸鹊挠绊懸蛩厮嗍瘡姸葋碜运镱w粒間的相互作用力；水泥石內(nèi)部水化物顆粒的表面積很大，因此，理論強度大于600MPa；影響水泥石強度的關(guān)鍵因素是孔隙率P。影響孔隙率的因素均影響水泥石的強度。水灰比水灰比越大，孔隙率越大，強度越低水泥組成：熟料礦物、混合材養(yǎng)護條件：溫度、濕度、齡期水泥細度：水泥顆粒越細，強度發(fā)展越快5、水泥中氧化鎂含量

a.硅酸鹽水泥、普通水泥中氧化鎂含量不大于5.0%。如果水泥壓蒸試驗合格，則水泥中氧化鎂的含量(質(zhì)量分數(shù))允許放寬至6.0%。

b.除P·S·B沒有規(guī)定，混合材水泥中氧化鎂含量不大于6.0%

。如果水泥中氧化鎂的含量(質(zhì)量分數(shù))大于6.0%時，需進行水泥壓蒸安定性試驗并合格。6、三氧化硫含量

a.兩類礦渣水泥P·S·A和P·S·B中，均SO3≯4.0%，

b.其它水泥中，SO3≯3.5%?！锶趸蛑饕菑氖嘀袔氲?，三氧化硫含量超標會嚴重影響水泥及水泥制品的安定性，產(chǎn)生膨脹、開裂等不良后果。7、氯離子含量

國標要求：水泥中氯離子含量(質(zhì)量分數(shù))不大于0.06%。當有更低要求時，該指標由買賣雙方確定。氯離子危害：使水泥混凝土內(nèi)部發(fā)生“電化學反應”，導致鋼筋銹蝕、造成水泥混凝土結(jié)構(gòu)危害。此外，也會誘導水泥混凝土結(jié)構(gòu)內(nèi)發(fā)生“堿骨料反應”、“酸堿腐蝕反應”等，導致結(jié)構(gòu)劣化。氯離子來源：混合材：水泥助磨劑：過去大量使用氯鹽作為助磨劑。８、不溶物與燒失量不溶物指水泥經(jīng)酸和堿處理后，不能被溶解的殘余物。燒失量指水泥經(jīng)高溫灼燒后的質(zhì)量損失率。國標要求：不溶物(質(zhì)量分數(shù))：P·I≤0.75，P·Ⅱ≤1.50；其他水泥沒有要求。燒失量(質(zhì)量分數(shù))：P·I≤3.0，P·Ⅱ≤3.5；P·O≤5.0；其他水泥沒有要求。這兩項指標超標表示水泥中不能水化的雜質(zhì)含量大，影響水泥硬化后的性能。品種代號不溶物(質(zhì)量分數(shù))燒失量(質(zhì)量分數(shù))三氧化硫(質(zhì)量分數(shù))氧化鎂(質(zhì)量分數(shù))氯離子(質(zhì)量分數(shù))硅酸鹽水泥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礦渣水泥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--復合水泥P·C--a如果水泥壓蒸試驗合格，則水泥中氧化鎂的含量（質(zhì)量分數(shù)）允許放寬至6.0%。b如果水泥中氧化鎂的含量（質(zhì)量分數(shù)）大于6.0%時，需進行水泥壓蒸安定性試驗并合格。c當有更低要求時，該指標由買賣雙方協(xié)商確定。通用水泥的化學指標規(guī)定

9、堿含量（選擇性指標）

國標要求：水泥中堿含量按Na2O+0.658K2O計算值表示。若使用活性骨料，用戶要求提供低堿水泥時，水泥中的堿含量應不大于0.60%或由買賣雙方協(xié)商確定。堿含量超標的危害：堿含量能起到早強劑的作用。但超標會使水泥發(fā)生快凝、結(jié)塊及需水量增加；還容易發(fā)生堿骨料反應，產(chǎn)生局部膨脹，引起構(gòu)筑物開裂變形，甚至崩潰。堿還能使混凝土表面起霜（白斑）。不合格品凡化學指標、凝結(jié)時間、安定性、強度中任一項不符合標準規(guī)定時，均為不合格品?；瘜W指標包括不溶物、燒失量、三氧化硫、氧化鎂、氯離子5項指標。※注意：國標中沒有廢品的規(guī)定。

※水泥質(zhì)量的判定七、水泥的耐腐蝕性

基本概念

水泥石的各種水化產(chǎn)物必須在一定的Ca(OH)2濃度(PH＝12.5～13.5)下才能穩(wěn)定存在。

在使用環(huán)境中，硅酸鹽水泥石受某些腐蝕性介質(zhì)的作用，會使水泥石堿度降低，其組成和結(jié)構(gòu)會逐漸發(fā)生變化或受到損害，導致性能改變、強度下降等。水泥石抵抗環(huán)境破壞作用而保持性能不變的能力稱為耐腐蝕性。

※導致水泥石腐蝕性破壞的原因外因

環(huán)境中的腐蝕性介質(zhì)，如：軟水；酸、堿、鹽的水溶液等。內(nèi)因水泥石內(nèi)存在原始裂縫和孔隙，為腐蝕性介質(zhì)侵入提供了通道；水泥石內(nèi)有在某些腐蝕性介質(zhì)下不穩(wěn)定的組分，如：Ca(OH)2，水化鋁酸鈣等；腐蝕與毛細孔通道的共同作用加劇水泥石結(jié)構(gòu)的破壞。

1、軟水侵蝕（溶出性侵蝕）

定義：不含或含較少可溶性鈣、鎂化合物的水叫做軟水，如雨水、雪水、冷凝水、含碳酸氫鹽少的河水和湖水。破壞機理：當水泥石處在軟水中，軟水能使水泥石中的Ca(OH)2溶解、并溶出水泥石，留下孔隙；流動軟水環(huán)境下侵蝕速度更快；隨著水泥石中鈣離子濃度降低，導致其它水化產(chǎn)物分解、溶失和轉(zhuǎn)變，產(chǎn)生大量孔隙。

后果：

水化物的分解、溶失，造成水泥石密實度下降，孔縫增多、強度降低，直至整體破壞。2、硫酸鹽的腐蝕

含有硫酸鹽的水：海水、鹽沼水、工業(yè)污水等腐蝕機理：含有硫酸鹽的水滲入到水泥石中，與氫氧化鈣反應生成硫酸鈣。硫酸鈣再與水泥石中的鋁酸鈣反應，生成鈣礬石，體積膨脹引起水泥石的破壞。當硫酸鈣濃度高時，他們可直接析出二水石膏結(jié)晶造成膨脹壓力，引起破壞。水泥石受硫酸鹽侵蝕后，因膨脹性結(jié)晶產(chǎn)物引起的開裂3、酸類腐蝕

（工業(yè)廢水、地下水、沼澤水等）腐蝕機理：水泥石中的水化物都是堿性化合物，與碳酸、鹽酸、硫酸、硝酸、氫氟酸、醋酸、蟻酸、乳酸等酸反應生成可溶性鹽或沉淀；其反應產(chǎn)物或溶于水而流失，或發(fā)生體積膨脹造成結(jié)構(gòu)物的局部被漲裂；另一方面，氫氧化鈣濃度的降低，會導致水泥石中其它水化物的分解，使腐蝕作用加劇。

水泥石受酸腐蝕后，表面溶失、脫落※除了軟水、硫酸鹽和酸類，有些其他物質(zhì)也能腐蝕水泥石，如強堿、鎂鹽等?！乐顾嗍g的措施

根據(jù)使用環(huán)境條件，合理選用水泥品種，或適當摻混合材，降低水泥石中不穩(wěn)定組分。如處于軟水環(huán)境的工程常選用摻大量混合材的水泥，這些水泥Ca(OH)2含量低，抗軟水侵蝕能力強；提高水泥石的密實度，減少腐蝕性介質(zhì)的通道，如降低水灰比、摻加外加劑等；表面防護處理，堵塞通道。如防腐涂層。

八、硅酸鹽水泥、普通水泥的特性和應用名稱優(yōu)

點缺

點用

途不適于硅酸鹽水泥凝結(jié)硬化快，強度(特別是早強)高；抗凍耐磨；抗碳化性好；抗?jié)B性好；干縮小。水化熱高；耐蝕性差；耐熱性差。高強及早強要求高混凝土；受凍、耐磨、施工溫度低工程，干燥環(huán)境大體積混凝土工程；受蝕嚴重工程普通水泥早期凝結(jié)硬化速度較快，早強較高；抗凍性及耐磨性較好；干縮性較小。水化熱較高；耐蝕性較差；耐熱性較差。一般環(huán)境、干燥環(huán)境；受凍水位變動地區(qū)；抗?jié)B、耐磨工程大體積混凝土工程；受蝕嚴重工程※儲存運輸不同品種、強度等級的水泥不能隨意混用。儲存：干燥庫房內(nèi)。防潮、防水：水化、碳化失去膠結(jié)能力儲存期：3個月（強度約降低10～20％）過期要篩去硬塊，重新檢驗合格后才能用。1、水泥混合材

定義

在水泥生產(chǎn)過程中，為改善性能、調(diào)節(jié)強度等級所加入的天然或人工礦物材料，均稱為水泥混合材料。種類活性非活性作用

在水泥中主要其填充作用，調(diào)節(jié)強度等級、節(jié)省能源、降低成本、增加產(chǎn)量、降低水化熱等。九、摻混合材水泥的特性和應用⑴、非活性混合材

定義

與水泥礦物成分或水化產(chǎn)物不發(fā)生化學反應或化學反應很弱的混合材料，為非活性混合材。常見的有磨細石英砂石灰石粉粘土慢冷礦渣⑵、活性混合材

定義

本身水硬性小，但與石灰混合后加水具有水化活性的混合材?；钚越M分：SiO2、Al2O3常用品種?；郀t礦渣：煉鋼鐵的廢料火山灰質(zhì)混合材：天然火山灰、浮石和燒粘土等粉煤灰：火電廠煤粉燃燒后從煙氣中收下的廢料2、摻活性混合材水泥的水化

水化反應

磨細活性混合材與水拌和水硬性很弱，但遇Ca(OH)2（堿性激發(fā)劑）或石膏（硫酸鹽激發(fā)劑）在常溫下會明顯水化。

⑴

xCa(OH)2+SiO2+mH2O=xCaO

SiO2

nH2O

⑵

xCa(OH)2+Al2O3+mH2O=xCaO

Al2O3

nH2O

石膏存在時會形成水化硫鋁酸鈣。作用減少水泥中熟料礦物含量，降低水化熱；減少水泥石中Ca(OH)2的含量。超細粉末的密實填充效應例如火山灰混合材，顆粒非常細，填充效應顯著。摻活性混合材的硅酸鹽水泥的水化過程與水拌合后，首先是水泥熟料水化，之后是水泥熟料的水化產(chǎn)物Ca(OH)2與活性混合材料中的活性SiO2和活性Al2O3發(fā)生水化反應（亦稱二次水化反應）生成水化產(chǎn)物。摻活性混合材料的硅酸鹽系水泥的水化速度較慢，故早期強度較低，但后期也能形成大量水化產(chǎn)物，后強甚至超過硅酸鹽水泥。而由于水泥中熟料含量相對減少，故水化熱較低。3、混合材水泥的性質(zhì)和應用共性密度較小2.70～3.10。早期強度較低，后期強度增長率高。對養(yǎng)護溫濕度敏感，適合蒸汽養(yǎng)護。水化熱較小。耐腐蝕性較好?？箖鲂浴⒛湍バ约翱固蓟芰Σ患肮杷猁}水泥和普通硅酸鹽水泥。特性礦渣水泥保水性差，泌水性大，干縮較大，抗?jié)B性差，耐熱性較好。

——不宜抗?jié)B及凍融循環(huán)工程。火山灰水泥：火山灰細，易吸水，易反應，結(jié)構(gòu)較致密，抗?jié)B性好，泌水小，干縮大易起粉，抗硫酸鹽能力較差。

——不宜干燥、干濕交替環(huán)境及耐磨性環(huán)境。粉煤灰水泥粉煤灰結(jié)構(gòu)致密，需水量較低，早強更低，干縮較小，抗裂性較好。但泌水大，保水性差，干燥養(yǎng)護易失水開裂。

——不宜干燥、干濕交替環(huán)境復合水泥：取決于所摻的混合材種類。通用水泥的性質(zhì)項目硅酸鹽水泥普通水泥礦渣水泥火山灰水泥粉煤灰水泥早期強度高稍低低后期強度高高高水化熱大較大小抗碳化性好較好較差抗凍性好較好較差耐腐蝕性差稍差好耐磨性好較好差耐熱性差較差較好較好較好干縮小較小較大大小抗?jié)B性好較好差好差通用水泥的應用應用硅酸鹽水泥普通水泥礦渣水泥火山灰水泥粉煤灰水泥優(yōu)先使用早強高、耐磨、嚴寒地區(qū)、抗碳化要求高、摻混合材混凝土水下、海港、大體積、耐腐蝕要求較高、高溫養(yǎng)護混凝土高強度混凝土一般及干燥環(huán)境、有抗?jié)B要求、受干濕交替混凝土有耐熱要求混凝土有抗?jié)B要求混凝土受載較晚混凝土可以使用一般工程高強度、水下、高溫養(yǎng)護、耐熱混凝土普通氣候環(huán)境混凝土抗凍要求較高、有耐磨要求混凝土不宜用于大體積、耐腐蝕要求高混凝土早強要求高、抗凍要求高、摻混合材、低溫或冬季施工、抗碳化要求高混凝土耐熱、高溫養(yǎng)護混凝土抗?jié)B性要求高混凝土干燥環(huán)境、有耐磨要求混凝土有抗?jié)B要求混凝土3.3專用與特性水泥道路硅酸鹽水泥白色及彩色硅酸鹽水泥快硬硅酸鹽水泥中熱硅酸鹽水泥和低熱礦渣硅酸鹽水泥抗硫酸鹽水泥膨脹水泥和自應力水泥高鋁水泥本節(jié)要點一、道路硅酸鹽水泥道路水泥（GB13693—2005）道路水泥熟料＋0～10%