情境五 水泥-水泥是指加水拌合成塑性漿體能膠結砂石等適當材料并能在空氣和水中硬化的粉狀水硬性無機膠凝材料84課件講解

水泥是指加水拌合成塑性漿體，能膠結砂、石等適當材料并能在空氣和水中硬化的粉狀水硬性無機膠凝材料。

按主要水硬性物質名稱分按用途及性能分硅酸鹽系水泥鋁酸鹽系水泥硫鋁酸鹽系水泥鐵鋁酸鹽系水泥氟鋁酸鹽系水泥通用水泥專用水泥水泥的分類情境五

水泥特性水泥一、通用硅酸鹽水泥的組成及分類

表5-1定義通用硅酸鹽水泥是以硅酸鹽水泥熟料和適量的石膏，及規(guī)定的混合材料制成的水硬性膠凝材料組成硅酸鹽水泥熟料是以硅酸鈣為主要礦物成分的水硬性膠凝物質。它是生產水泥的關鍵成分，也是水泥具有水硬性的物質基礎

適量石膏一般摻量為水泥質量的3%～5%，主要起調節(jié)凝結時間的作用。包括天然石膏和工業(yè)副產石膏

混合材料

定義：混合材料是水泥生產過程中摻入的天然或人工的礦物質材料。

作用：改善水泥的某些性能，如降低水化熱、提高耐蝕性等；調整水泥的強度等級；節(jié)約熟料，增加品種，提高產量，降低成本，擴大水泥的使用范圍；可充分利用工業(yè)廢料，保護環(huán)境，是實現水泥產業(yè)可持續(xù)發(fā)展的重要途徑。

分類：根據是否參與水化反應，可分為活性混合材料和非活性混合材料。

常用的活性混合材料：?；郀t礦渣、火山灰質混合材料、粉煤灰；常用的非活性混合材料：活性指標低于標準要求的?；郀t礦渣、粉煤灰、火山灰質混合材料；石灰石；砂巖、磨細的石英砂；黏土、黃土、慢冷礦渣等分類按混合材料的品種和摻量分為：硅酸鹽水泥、普通硅酸鹽水泥、礦渣硅酸鹽水泥、火山灰硅酸鹽水泥、粉煤灰硅酸鹽水泥、復合硅酸鹽水泥模塊一通用硅酸鹽水泥

硅酸鹽水泥熟料石膏粉煤灰?；郀t礦渣二、硅酸鹽水泥

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

（一）硅酸鹽水泥的原料及生產

硅酸鹽水泥的生產示意圖

（二）硅酸鹽水泥熟料

1.硅酸鹽水泥熟料的礦物組成

主要礦物組成硅酸三鈣硅酸二鈣鋁酸三鈣鐵鋁酸四鈣游離氧化鈣游離氧化鎂堿三氧化硫有害成分礦物組成2.硅酸鹽水泥熟料的礦物特性

表5-2礦物名稱水化反應速度水化放熱量強度耐蝕性硅酸三鈣快大高差硅酸二鈣慢小早期低，后期高好鋁酸三鈣最快最大低最差鐵鋁酸四鈣快中低中

不同熟料礦物的強度增長曲線不同熟料礦物的水化熱釋放曲線

（三）硅酸鹽水泥的水化與凝結硬化

1.硅酸鹽水泥的水化

（1）熟料礦物與水發(fā)生水化反應

2(3CaOSiO2)＋6H2O→3CaO·

2SiO2

·

3H2O＋3Ca(OH)2

硅酸三鈣水化硅酸鈣（凝膠體）氫氧化鈣（晶體）

2(2CaOSiO2)＋4H2O→

3CaO·

2SiO2

·3H2O＋Ca(OH)2硅酸二鈣水化硅酸鈣（凝膠體）氫氧化鈣（晶體）

3CaO·Al2O3＋6H2O→3CaO·Al2O3

·6H2O鋁酸三鈣水化鋁酸鈣（晶體）

4CaO·Al2O3

·Fe2O3＋7H2O→

3CaO·Al2O3

·

6H2O＋CaO·Fe2O3

·H2O鐵鋁酸四鈣水化鋁酸鈣（晶體）水化鐵酸鈣（凝膠體）

（2）石膏與水化鋁酸鈣發(fā)生反應

3CaO·Al2O3·

6H2O＋3(CaSO4

·2H2O)＋19H2O→CaO·Al2O3

·

3CaSO4

·

31H2O水化鋁酸鈣石膏水化硫鋁酸鈣（鈣礬石晶體）石膏的緩凝機理：石膏與反應最快的鋁酸三鈣的水化產物水化鋁酸鈣作用形成高硫型水化硫鋁酸鈣，包裹在熟料顆粒的表面，形成保護膜，阻止水分子及離子的擴散，從而延緩熟料顆粒特別是鋁酸三鈣的水化速度，起到緩凝的作用。硅酸鹽水泥的水化產物主要有:水化硅酸鈣凝膠體、水化鐵酸鈣凝膠體、氫氧化鈣晶體、水化鋁酸鈣晶體、水化硫鋁酸鈣晶體等。

1—

水泥顆粒

2—水分

3—凝膠

4—晶體5—水泥顆粒未水化的內核6—毛細孔

初始反應期硬化期凝結期潛伏期水泥凝結硬化過程示意圖2.凝結硬化硅酸鹽水泥的凝結硬化是一個由表及里，由快到慢的過程且伴隨著體積收縮，其實質是水泥的水化過程，且水化貫穿凝結硬化的始終。

（四）影響硅酸鹽水泥凝結硬化的主要因素

影響硅酸鹽水泥凝結硬化的主要因素礦物組成水泥的細度石膏摻量養(yǎng)護的溫度、濕度齡期水灰比

（五）硅酸鹽水泥的技術要求

1.物理、力學指標

（1）細度（選擇性指標）定義：細度是指水泥顆粒的粗細程度；要求：細度應適宜，既不能過粗，也不能過細；指標：比表面積；標準規(guī)定：比表面積不小于300m2/kg。影響：水泥細度直接影響水泥的水化、凝結硬化、強度、干縮及水化熱等。

（2）標準稠度用水量

1）定義：標準稠度用水量是指水泥凈漿達到標準稠度時所需的拌合水量（P），以拌合水量占水泥質量的百分數表示。硅酸鹽水泥的標準稠度用水量一般在24%～33%之間。

2）影響水泥標準稠度用水量的主要因素：熟料的礦物組成、細度、混合材料的種類與數量等。

3）測定方法

測定方法調整水量法不變水量法代用法（試錐法）標準法（試桿法）

（3）凝結時間

1）定義凝結時間是指水泥從加水開始至標準稠度的凈漿失去流動性所需要的時間或從可塑狀態(tài)發(fā)展到開始形成固體狀態(tài)所需要的時間。

2）分類

根據物理形態(tài)不同分為初凝時間和終凝時間。

水泥凝結時間示意圖

3）國標規(guī)定硅酸鹽水泥的初凝時間不小于45min，終凝時間不大于390min。

4）凝結時間對施工的重要意義初凝表示可施工時間的極限。初凝不宜過早，以保證各施工過程在初凝之前完成；終凝表示力學強度開始快速發(fā)展。終凝不能過遲，成型后應盡快硬化，產生強度，以利于下一道施工工序的進行，以免拖延施工工期，影響工程進度。

5）凝結時間的測定

用標準維卡儀測定凝結時間示意圖

（4）體積安定性

1）定義體積安定性：是指水泥漿體在凝結硬化過程中體積變化的均勻性。安定性不良：是指在凝結硬化過程中產生了不均勻的體積膨脹，使水泥石出現龜裂、翹曲、松脆或崩潰等現象，即安定性不合格。

2）引起安定性不良的主要原因

安定性不良的水泥嚴禁用于工程中。

引起安定性不良的主要原因水泥中含有過多的游離氧化鈣水泥中含有過多的游離氧化鎂石膏摻量過多3）檢驗方法沸煮法，包括標準法（雷氏法）和代用法（餅法），當二者有爭議時以標準法為主。國家標準規(guī)定，硅酸鹽水泥的體積安定性用沸煮法檢驗必須合格。

雷氏夾雷氏法是用裝有水泥凈漿的雷氏夾沸煮后的膨脹值來檢驗安定性。

餅法是以試餅沸煮后的外觀變化（有無裂紋與翹曲）來檢驗安定性。即用標準稠度凈漿制成試餅，經養(yǎng)護、沸煮后，觀察試餅的外形變化，檢驗試餅有無翹曲和裂紋，以此判斷水泥體積安定性是否合格。試餅成型安定性不合格試餅

（5）水化熱

1）定義水化熱是水泥水化過程中所放出的熱量。硅酸鹽水泥是通用硅酸鹽水泥中水化熱最大的水泥品種。

2）影響水化熱的主要因素有礦物組成、細度、混合材料、外加劑、水泥的強度等級等。

3）水化熱對工程的影響水化熱對工程既有有利影響，又有不利影響。水化熱對混凝土工程冬季施工是有利的，有利于水泥的凝結硬化和防止冰凍破壞。水化熱對大體積混凝土工程極為不利，會使混凝土產生開裂，因此大體積混凝土工程應選用水化熱低的水泥。

安定性不良的水泥會使混凝土產生膨脹裂縫、從而降低建筑物的質量，甚至引起嚴重的工程質量事故。因此，嚴禁用于工程中。

（6）強度

1）定義水泥的強度用水泥膠砂強度表示。水泥膠砂強度是按國家標準規(guī)定的試驗方法將水泥、標準砂、水按一定的比例（水泥︰標準砂︰水＝1︰3.00︰0.50），制成規(guī)格為40mm×40mm×160mm標準試件，在標準條件下養(yǎng)護到規(guī)定齡期所測得的強度值。

水泥膠砂試模水泥膠砂試件

2）強度等級硅酸鹽水泥根據3d、28d的抗折強度、抗壓強度劃分為6個等級。其中，“R”表示早強型水泥。硅酸鹽水泥各齡期的強度值

表5-3強度等級抗壓強度（MPa）抗折強度（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.化學指標化學指標的技術要求

化學指標質量分數（%）不溶物≤0.75（P·Ⅰ）；≤1.50（P·Ⅱ）燒失量≤3.0（P·Ⅰ）；

≤3.5（P·Ⅱ）三氧化硫≤3.5氧化鎂≤5.0氯離子≤0.06堿含量（選擇性指標）≤0.60表5-4

（六）水泥石的腐蝕與防止水泥石的腐蝕是指硬化后的水泥石長期處于腐蝕性介質中（如流動的淡水、酸類、鹽類溶液、強堿等），水泥石結構會逐漸變得疏松，孔隙率不斷增大，強度不斷下降甚至完全破壞的現象。

酸類腐蝕后水泥石表面的溶失、脫落硫酸鹽腐蝕后水泥石的開裂1.腐蝕的類型

2.腐蝕的原因

軟水腐蝕酸類腐蝕鹽類腐蝕強堿腐蝕腐蝕的類型腐蝕的原因內因外因存在易被腐蝕的成分本身不致密腐蝕介質的存在3.防止腐蝕的措施

防止腐蝕的措施根據腐蝕介質的類型，合理選用水泥品種提高水泥石的密實度設置隔離層或保護層（七）硅酸鹽水泥的性質及應用

快凝快硬高強適用于早期強度要求高的工程（現澆梁、板、柱）、冬季施工的工程、重要結構的高強混凝土和預應力混凝土工程抗凍性好適用于嚴寒地區(qū)遭受反復凍融的工程及干濕交替的部位耐腐蝕性差不宜用于有海水和侵蝕介質存在的環(huán)境中堿度高，抗碳化能力強

適用于空氣中二氧化碳濃度較高的環(huán)境，如

鑄造車間水化熱大

不宜用于大體積混凝土工程

耐熱性差不宜用于高溫環(huán)境的工程耐磨性好適用于公路、地面等有耐磨要求的工程常溫養(yǎng)護效果好，高溫養(yǎng)護效果差

適合常溫養(yǎng)護，不適宜蒸汽或蒸壓養(yǎng)護的混

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

，活性混合材料摻加量＞5%

且≤20%

，其中允許用不超過水泥質量8%且符合要求的非活性混合材料來代替或允許用不超過水泥質量5%且符合要求的窯灰來代替。代號P·O。（一）普通硅酸鹽水泥的水化

普通硅酸鹽水泥的水化一次水化反應二次水化反應

1.二次水化反應的原理

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

氫氧化鈣和石膏稱為激發(fā)劑，起著激發(fā)水化促進凝結硬化的作用。

2.二次水化反應的特點

（1）水化速度慢，生成的水化產物少，強度低；

（2）水化熱?。?/p>

（3）對溫度和濕度較敏感；

（4）消耗氫氧化鈣。

（二）普通硅酸鹽水泥的技術要求

1.物理、力學指標（與硅酸鹽水泥相比）

（1）相同點

初凝時間、安定性、細度與硅酸鹽水泥相同。（2）不同點

終凝時間：不大于600min；

強度等級：根據3d、28d的抗折、抗壓強度劃分為42.5、42.5R、52.5、52.5R四個強度等級。

普通硅酸鹽水泥各齡期的強度值

2.化學指標（與硅酸鹽水泥相比）相同點：氧化鎂、三氧化硫、燒失量、氯離子、堿含量同硅酸鹽水泥；不同點：燒失量≤5.0%。

表5-6強度等級抗壓強度（MPa）抗折強度（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）性質及應用

1.早期強度略低，后期強度高；2.抗凍性、耐磨性、抗碳化性略有降低；3.水化熱略?。?.耐腐蝕性略有提高；5.耐熱性稍好。普通硅酸鹽水泥廣泛用于各種混凝土和鋼筋混凝土工程，是建筑行業(yè)里應用面最廣，使用量最大的水泥品種。

四、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（一）組分、代號及混合材料的摻加量

表5-7品種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代號P·S·AP·S·BP·P

P·F

P·C組分（%）熟料＋石膏≥50且＜80≥30且＜50≥60且＜80≥60且＜80≥50且＜80?；郀t礦渣＞20且≤50＞50且≤70——＞20且≤50火山灰質混合材料——＞20且≤40—粉煤灰———＞20且≤40石灰石————（二）技術要求

1.化學指標化學指標的技術要求

表5-8品種代號質量分數（%）不溶物燒失量三氧化硫氧化鎂氯離子堿含量礦渣硅酸鹽水泥P·S·A——≤4.0≤6.0≤0.06≤0.60P·S·B———火山灰硅酸鹽水泥P·P——≤3.5≤6.0粉煤灰硅酸鹽水泥P·F——復合硅酸鹽水泥P·C——2.物理、力學指標（與硅酸鹽水泥相比）

（1）相同點

初凝時間、安定性與硅酸鹽水泥相同。（2）不同點

終凝時間：不大于600min；

細度（選擇性指標）：礦渣硅酸鹽水泥、火山灰硅酸鹽水泥、粉煤灰硅酸鹽水泥和復合硅酸鹽水泥以篩余表示，80

方孔篩篩余不大于10%或45

方孔篩篩余不大于30%。

強度等級：按3d、28d的抗折和抗壓強度劃分為32.5、32.5R、42.5、42.5R、52.5、52.5R六個強度等級。

礦渣硅酸鹽水泥、火山灰硅酸鹽水泥、粉煤灰硅酸鹽水泥、復合硅酸鹽水泥各齡期的強度值

表5-9強度等級抗壓強度（MPa）抗折強度（MPa）3d28d3d28d32.5≥10.0≥32.5≥2.5≥5