1、第第5 5章章 水水 泥泥 5.1 5.1 通用硅酸盐水泥通用硅酸盐水泥 1 1、硅酸盐水泥、硅酸盐水泥的组成、水化过程、的组成、水化过程、凝结硬化过程、技术性质特点及应用；凝结硬化过程、技术性质特点及应用；2 2、掺加混合料的硅酸盐水泥、掺加混合料的硅酸盐水泥 5.2 5.2 特种水泥和专用水泥特种水泥和专用水泥主要内容主要内容 主要内容主要内容学习目标学习目标 学习目标学习目标 熟悉硅酸盐水泥的组成；熟悉硅酸盐水泥的组成；了解其水化过程、凝结硬化过程；了解其水化过程、凝结硬化过程；掌握硅酸盐水泥的性能与特点及在掌握硅酸盐水泥的性能与特点及在施工中正确选用水泥。施工中正确选用水泥。水泥的定义
2、和分类水泥的定义和分类水泥是一种水泥是一种细磨成粉末状，加入适量水后成为可塑细磨成粉末状，加入适量水后成为可塑性的浆体，既能在空气中硬化，又能在水中硬化，性的浆体，既能在空气中硬化，又能在水中硬化，并能将砂、石等材料牢固地胶结成具有一定强度的并能将砂、石等材料牢固地胶结成具有一定强度的整体的水硬性胶凝材料。整体的水硬性胶凝材料。水泥水泥通用水泥通用水泥专用水泥专用水泥特特种种水泥水泥用于一般土木建筑工程中的水泥，如硅酸用于一般土木建筑工程中的水泥，如硅酸盐水泥、矿渣硅酸盐水泥等；盐水泥、矿渣硅酸盐水泥等；具有专门用途水泥具有专门用途水泥 ，如道路水泥等、砌筑，如道路水泥等、砌筑水泥、大坝水泥等
3、；水泥、大坝水泥等；某种性能比较突出的水泥，如快硬硅酸盐某种性能比较突出的水泥，如快硬硅酸盐水泥、中、低热水泥水泥、中、低热水泥，白色硅酸盐水泥、白色硅酸盐水泥、膨胀水泥、抗硫酸盐水泥等。膨胀水泥、抗硫酸盐水泥等。按用途和性能分类按用途和性能分类按其化学成分类按其化学成分类 虽然水泥品种繁多，分类方法各异，但我国水泥虽然水泥品种繁多，分类方法各异，但我国水泥产量的产量的90%90%左右属以硅酸盐左右属以硅酸盐为主要水硬性硅酸盐水泥。为主要水硬性硅酸盐水泥。5.1 5.1 通用硅酸盐水泥通用硅酸盐水泥 5.1.15.1.1通用硅酸盐水泥的生产与组成通用硅酸盐水泥的生产与组成 1.1.通用硅酸盐水
4、泥的定义：通用硅酸盐水泥的定义：是以硅酸盐水泥熟料、是以硅酸盐水泥熟料、适量的石膏以及规定的混合材料制成的水硬性胶凝适量的石膏以及规定的混合材料制成的水硬性胶凝材料。材料。2.2.分类及代号：分类及代号：P P、P P、P P O O、P P P P、P P S S A A、P P S S B B、P P F F、P P C C。品种品种代号代号 组分组分熟料熟料+石膏石膏矿渣矿渣火山灰火山灰粉煤灰粉煤灰 石灰石石灰石硅酸盐水泥硅酸盐水泥P I100P 95955 595955 5普通水泥普通水泥P O8080且且 95955且且2020a a矿渣硅酸盐矿渣硅酸盐水泥水泥P S A5050且且
5、 808020且且5050b bP S B3030且且 505050且且7070b b火山灰水泥火山灰水泥P P6060且且 808020且且4040c c粉煤灰水泥粉煤灰水泥P F6060且且 808020且且4040d d复合水泥复合水泥P C5050且且 808020且且5050e e表表5-1 5-1 通用硅酸盐水泥的品种、代号和组成通用硅酸盐水泥的品种、代号和组成 （P50P50）3.3.硅酸盐水泥的生产硅酸盐水泥的生产生产原料生产原料 主要是石灰质原料和粘土质原料两类。主要是石灰质原料和粘土质原料两类。石灰质原料石灰质原料：如石灰石、白垩等，主要提供：如石灰石、白垩等，主要提供Ca
6、OCaO，粘土质原料粘土质原料：如粘土、粘土质页岩等，主要提供：如粘土、粘土质页岩等，主要提供SiOSiO2 2、AlAl2 2O O3 3、FeFe2 2O O3 3 。有时两种原料化学组成不能满足要求，还要加有时两种原料化学组成不能满足要求，还要加入少量校正原料入少量校正原料(如如铁矿粉铁矿粉等等)调整。调整。生产工艺概述：生产工艺概述：硅酸盐水泥的生产工艺可概括为三个阶段：硅酸盐水泥的生产工艺可概括为三个阶段：生料配制、磨细：生料配制、磨细：以石灰石、粘土和铁矿粉为主要以石灰石、粘土和铁矿粉为主要原料，将其按一定比例原料，将其按一定比例配制、磨细配制、磨细，制得具有适当，制得具有适当化学
7、成分、质量均匀的生料。化学成分、质量均匀的生料。熟料煅烧熟料煅烧：将生料在水泥窑内经：将生料在水泥窑内经14501450高温煅烧高温煅烧至至部分熔融，得到以部分熔融，得到以硅酸钙硅酸钙为主要成分的硅酸盐水泥为主要成分的硅酸盐水泥熟料。熟料。水泥制成水泥制成：将熟料加适量石膏和：将熟料加适量石膏和0 05 5的石灰石或的石灰石或粒化高炉矿渣共同粒化高炉矿渣共同磨细磨细得到硅酸盐水泥。得到硅酸盐水泥。硅酸盐水泥生产工艺可概括为硅酸盐水泥生产工艺可概括为“两磨一烧两磨一烧”。石灰质原料石灰质原料粘土质原料粘土质原料铁矿石铁矿石熟料熟料生料生料水泥水泥石膏和混合材料石膏和混合材料磨细磨细按比例配合按比
8、例配合14501450煅烧煅烧磨细磨细图图5-1 5-1 水泥生产流程图水泥生产流程图 加入石膏是为了延缓水泥的凝结时间，满足使用要求；加入石膏是为了延缓水泥的凝结时间，满足使用要求；加入混合材料是为了改善其品种和性能，扩大使用范围。加入混合材料是为了改善其品种和性能，扩大使用范围。石膏作用石膏作用 加入石膏是为了延缓水泥的凝结时间，满足使用要求；加入石膏是为了延缓水泥的凝结时间，满足使用要求；加入混合材料是为了改善其品种和性能，扩大使用范围。加入混合材料是为了改善其品种和性能，扩大使用范围。生料生料SiO2CaO化合反应化合反应8001450800左右左右分解反应分解反应Al2O3Fe2O3
9、2CaOSiO23CaOSiO23 CaO Al2O34CaOAl2O3Fe2O34.4.硅酸盐水泥熟料组成：硅酸盐水泥熟料组成：是以硅酸盐为主要矿物成分的水硬性胶凝物质。其组成：是以硅酸盐为主要矿物成分的水硬性胶凝物质。其组成：硅酸盐水泥熟料的矿物组成硅酸盐水泥熟料的矿物组成矿物名称矿物名称化学成分化学成分 缩写符号缩写符号 含量含量硅酸三钙硅酸三钙3CaOSiO3CaOSiO2 2 C C3 3S S50506060硅酸二钙硅酸二钙2CaOSiO2CaOSiO2 2 C C2 2S S 15153737铝酸三钙铝酸三钙3CaOAl3CaOAl2 2O O3 3 C C3 3A A 7 71
10、515铁铝酸四钙铁铝酸四钙4CaOAl4CaOAl2 2O O3 3FeFe2 2O O3 3 C C4 4AF AF 101018185.1.25.1.2硅酸盐水泥的水化与硬化硅酸盐水泥的水化与硬化1 1、硅酸盐水泥熟料矿物的水化、硅酸盐水泥熟料矿物的水化（1 1）硅酸三钙水化）硅酸三钙水化 硅酸三钙硅酸三钙 水化硅酸钙水化硅酸钙 氢氧化钙氢氧化钙（2 2）硅酸二钙水化）硅酸二钙水化 硅酸二钙硅酸二钙 水化硅酸钙水化硅酸钙 氢氧化钙氢氧化钙22222)(33236)3(2OHCaOHSiOCaOOHSiOCaO 22222)(33234)2(2OHCaOHSiOCaOOHSiOCaO （3）
11、铝酸三钙水化）铝酸三钙水化铝酸三钙铝酸三钙 水化铝酸钙水化铝酸钙（4）铁铝酸四钙水化）铁铝酸四钙水化OHOFeCaOOHOAlCaOOHOFeOAlCaO232232232326374 铁铝酸四钙铁铝酸四钙 水化铝酸钙水化铝酸钙 水化铁酸钙水化铁酸钙OHOAlCaOOHOAlCaO2322326363 各种熟料矿物的特性各种熟料矿物的特性性能指标性能指标 熟料矿物熟料矿物 C3S C2S C3A C4AF 水化速率水化速率 快快 慢慢 最快最快 快，仅次于快，仅次于C3A 凝结硬化速率凝结硬化速率 快快 慢慢 快快 快快 放热量放热量 多多 少少 最多最多 中中 强度强度高高 早期低早期低后期
12、高后期高低低 较低较低 干缩干缩中中中中 大大 小小表中所列各种矿物的放热量和强度，是指全部放热量和最终强度。表中所列各种矿物的放热量和强度，是指全部放热量和最终强度。2、硅酸盐水泥的凝结硬化、硅酸盐水泥的凝结硬化 水泥的水泥的凝结凝结是指水泥加水拌合后从流动状态到固体是指水泥加水拌合后从流动状态到固体状态的变化，即水泥浆失去流动性而具有一定的强度。状态的变化，即水泥浆失去流动性而具有一定的强度。水泥的水泥的硬化硬化是指凝结的水泥浆体固化后所建立的网是指凝结的水泥浆体固化后所建立的网状结构具有一定的机械强度，并不断发展的过程。状结构具有一定的机械强度，并不断发展的过程。水泥的凝结硬化大致可划分
13、为以下水泥的凝结硬化大致可划分为以下四个阶段四个阶段：P54P54图图5-25-2为硅酸盐水泥凝结硬化过程示意图。为硅酸盐水泥凝结硬化过程示意图。图图5-25-2 水泥的硬化期可以延续至很长时间，但水泥的硬化期可以延续至很长时间，但2828天天基基本表现出大部分强度。本表现出大部分强度。只要温度、湿度适合且无外只要温度、湿度适合且无外界腐蚀，水泥强度在几年、甚至几十年后还能继续界腐蚀，水泥强度在几年、甚至几十年后还能继续增长。增长。实际上，水泥的水化过程很慢，较粗水泥颗粒实际上，水泥的水化过程很慢，较粗水泥颗粒的内部很难完全水化。因此，硬化后的的内部很难完全水化。因此，硬化后的水泥石是由水泥石
14、是由晶体、胶体、未完全水化颗粒、游离水及气孔等组晶体、胶体、未完全水化颗粒、游离水及气孔等组成的不均质体。成的不均质体。v水泥凝结硬化过程的各个阶段不是彼此截然分开，水泥凝结硬化过程的各个阶段不是彼此截然分开，而是交错进行的。而是交错进行的。4 4、影响硅酸盐水泥凝结硬化的主要因素、影响硅酸盐水泥凝结硬化的主要因素（）矿物组成（）矿物组成 不同矿物成分和水起反应时所表现出来的特点不同矿物成分和水起反应时所表现出来的特点是不同的，如是不同的，如C C3 3A A水化速率最快，放热量最大而强度水化速率最快，放热量最大而强度不高；不高；C C2 2S S水化速率最慢，放热量最少，早期强度低，水化速率
15、最慢，放热量最少，早期强度低，后期强度增长迅速等。因此，改变水泥的矿物组成，后期强度增长迅速等。因此，改变水泥的矿物组成，其凝结硬化情况将产生明显变化。水泥的矿物组成其凝结硬化情况将产生明显变化。水泥的矿物组成是影响水泥凝结硬化的最重要的因素。是影响水泥凝结硬化的最重要的因素。（2 2）水泥的细度）水泥的细度 在矿物组成相同的条件下，水泥磨得在矿物组成相同的条件下，水泥磨得愈细，水泥颗粒平均粒径小，比表面积大，愈细，水泥颗粒平均粒径小，比表面积大，水化时与水的接触面大，水化时与水的接触面大，水化速度快，相水化速度快，相应地水泥凝结硬化速度就快，早期强度就应地水泥凝结硬化速度就快，早期强度就高。
16、高。（3 3）拌和用水量）拌和用水量 水泥浆的水泥浆的水灰比水灰比是指水泥浆中水与水泥的质量是指水泥浆中水与水泥的质量之比。当水泥浆中加水较多时，之比。当水泥浆中加水较多时，水灰比较大水灰比较大，此时，此时水泥的初期水泥的初期水化反应得以充分进行水化反应得以充分进行；但是水泥颗粒；但是水泥颗粒间原来被水隔开的距离较远，颗粒间间原来被水隔开的距离较远，颗粒间相互连接形成相互连接形成骨架结构所需的凝结时间长，所以水泥浆凝结较慢。骨架结构所需的凝结时间长，所以水泥浆凝结较慢。v 水泥浆的水灰比较大时，多余的水泥浆的水灰比较大时，多余的水分蒸发后形水分蒸发后形成的孔隙较多成的孔隙较多,造成水泥石的强度
17、较低造成水泥石的强度较低，因此水泥，因此水泥浆的水灰比过大时，会明显降低水泥石的强度。浆的水灰比过大时，会明显降低水泥石的强度。（4 4）环境温度和湿度）环境温度和湿度 水泥水化反应速度随温度的升高而加快。水泥水化反应速度随温度的升高而加快。当温当温度低于度低于0 00 0C C时，水结冰，水泥石结构会破坏。时，水结冰，水泥石结构会破坏。水的存在是水泥水化反应的必要条件。水的存在是水泥水化反应的必要条件。当环境当环境湿度十分干燥时，水泥中的水分将很快蒸发，以致湿度十分干燥时，水泥中的水分将很快蒸发，以致水泥不能充分水化，硬化也将停止；反之，水泥的水泥不能充分水化，硬化也将停止；反之，水泥的水化
18、将得以充分进行，强度正常增长。水化将得以充分进行，强度正常增长。保持环境足够的温度和湿度，使水泥石强度不保持环境足够的温度和湿度，使水泥石强度不断增长的措施，称为断增长的措施，称为水泥的养护。水泥的养护。（5 5）龄期（养护时间）龄期（养护时间）水泥的凝结硬化是随时间延长而渐进的过程，水泥的凝结硬化是随时间延长而渐进的过程，随着养护龄期增长，水化产物不断积累，水泥石结随着养护龄期增长，水化产物不断积累，水泥石结构趋于致密，强度不断增长。所以构趋于致密，强度不断增长。所以水泥石养护时间水泥石养护时间越长，强度越高越长，强度越高。一般在一般在28天内天内强度发展最快，强度发展最快，28天后显著减慢
19、。天后显著减慢。（6 6）石膏掺量）石膏掺量 水泥中掺入石膏，水泥中掺入石膏，可调节水泥凝结硬化的速可调节水泥凝结硬化的速度。度。掺量约占水泥重量的掺量约占水泥重量的3 35%5%，具体掺量通过试，具体掺量通过试验确定。验确定。挡墙开裂与水泥的选用挡墙开裂与水泥的选用 v现象：现象：某大体积的混凝土工程，浇注两周后拆模，某大体积的混凝土工程，浇注两周后拆模，发现挡墙有多道贯穿型的纵向裂缝。该工程使用某发现挡墙有多道贯穿型的纵向裂缝。该工程使用某立窑水泥厂生产立窑水泥厂生产42.5型硅酸盐水泥，其熟料矿物型硅酸盐水泥，其熟料矿物组成如下：组成如下：C3S：61；C2S：14C3A：14；C4AF
20、：11 v原因分析：原因分析：由于该工程所使用的水泥由于该工程所使用的水泥C3A和和C3S含含量高，导致该水泥的水化热高，且在浇注混凝土中，量高，导致该水泥的水化热高，且在浇注混凝土中，混凝土的整体温度高，以后混凝土温度随环境温度混凝土的整体温度高，以后混凝土温度随环境温度下降，混凝土产生冷缩，造成混凝土贯穿型的纵向下降，混凝土产生冷缩，造成混凝土贯穿型的纵向裂缝。裂缝。v防治措施：防治措施：首先，对大体积的混凝土工程宜选用低首先，对大体积的混凝土工程宜选用低水化热，即水化热，即C3A和和C3S的含量较低的水泥。其次，水的含量较低的水泥。其次，水泥用量及水灰比也需适当控制。泥用量及水灰比也需适
21、当控制。5.1.3 硅酸盐水泥的技术性质硅酸盐水泥的技术性质1、化学指标、化学指标 （教材（教材P56表表5-4）不溶物不溶物：是指经酸、碱处理后所得的残渣，经高温灼烧所是指经酸、碱处理后所得的残渣，经高温灼烧所剩余的物质。不溶物对水泥质量有不良影响。剩余的物质。不溶物对水泥质量有不良影响。型型硅酸盐水硅酸盐水泥泥不得超过不得超过0.75%0.75%，型不得超过型不得超过1.5%1.5%。烧失量烧失量：是指水泥在：是指水泥在950-10000C温度下温度下15-20 min的质量的质量减少率。减少率。型型硅酸盐水泥硅酸盐水泥不得超过不得超过3%3%，型不得超过型不得超过3.5%3.5%；三氧化
22、硫三氧化硫含量：含量：三氧化硫是添加石膏时带入的成分，水泥三氧化硫是添加石膏时带入的成分，水泥中过量的三氧化硫会与铝酸三钙形成较多的钙矾石，造成体中过量的三氧化硫会与铝酸三钙形成较多的钙矾石，造成体积膨胀，危害安定性。是积膨胀，危害安定性。是不得超过不得超过3.5%3.5%；氧化镁氧化镁含量：含量：氧化镁水化速度慢，水化产物是氢氧化镁，氧化镁水化速度慢，水化产物是氢氧化镁，体积膨胀，如果过多，会造成水泥石的开裂。体积膨胀，如果过多，会造成水泥石的开裂。不宜超过不宜超过5%5%；氯离子含量：氯离子含量：氯离子会加速钢筋腐蚀，氯离子会加速钢筋腐蚀，不宜超过不宜超过0.06%0.06%。5.1.3
23、硅酸盐水泥的技术性质硅酸盐水泥的技术性质1、物理指标、物理指标 凝结时间凝结时间：体积安定性体积安定性：强度及强度等级强度及强度等级细度（选择性指标）细度（选择性指标）水泥全部加入水中开始失去可塑性完全失去可塑性初凝时间终凝时间凝结时间凝结时间 水泥从加水时至水泥浆失去可塑性所需的时间。凝结水泥从加水时至水泥浆失去可塑性所需的时间。凝结时间分初凝时间和终凝时间。时间分初凝时间和终凝时间。初凝时间初凝时间：从水泥加水至水泥浆开始失去可塑性所经从水泥加水至水泥浆开始失去可塑性所经历的时间；历的时间；终凝时间终凝时间：从水泥加水至水泥浆完全失去可塑性所经从水泥加水至水泥浆完全失去可塑性所经历的时间。
24、历的时间。标准规定：硅酸盐水泥初凝时间标准规定：硅酸盐水泥初凝时间45min45min，终凝时间，终凝时间 390min390min。水泥的体积安定性水泥的体积安定性 水泥在凝结硬化过程中体积变化的水泥在凝结硬化过程中体积变化的均匀性均匀性，即水泥，即水泥硬化浆体能保持一定的形状，具有不开裂、不变形、不溃硬化浆体能保持一定的形状，具有不开裂、不变形、不溃散的性质。散的性质。如果这种体积变化是轻微的均匀的，则对建筑物的质如果这种体积变化是轻微的均匀的，则对建筑物的质量没什么影响，但是如果混凝土硬化后，由于水泥中某些量没什么影响，但是如果混凝土硬化后，由于水泥中某些有害成分的作用，在水泥石内部产生
25、了剧烈的、不均匀的有害成分的作用，在水泥石内部产生了剧烈的、不均匀的体积变化，则会体积变化，则会在建筑物内部产生破坏应力，导致建筑物在建筑物内部产生破坏应力，导致建筑物的强度降低的强度降低。若破坏应力发展到超过建筑物的强度，则会若破坏应力发展到超过建筑物的强度，则会引起建引起建筑物开裂、崩塌筑物开裂、崩塌等严重质量事故，这种现象称为等严重质量事故，这种现象称为水泥的水泥的体积安定性不良体积安定性不良。引起水泥体积安定性不良的原因是：引起水泥体积安定性不良的原因是：水泥中含有过多的游离水泥中含有过多的游离CaO CaO 和和 MgOMgO。熟料中所含熟料中所含游离游离CaOCaO或或MgOMgO
26、都是过烧的，结构致密，水化很慢。加之都是过烧的，结构致密，水化很慢。加之被熟料中其它成分所包裹，使得其在水泥已经硬化后才被熟料中其它成分所包裹，使得其在水泥已经硬化后才进行熟化，生成六方板状的进行熟化，生成六方板状的Ca(OH)2Ca(OH)2晶体，这时体积膨胀晶体，这时体积膨胀97%97%以上，从而导致不均匀体积膨胀，使水泥石开裂。以上，从而导致不均匀体积膨胀，使水泥石开裂。石膏掺量过多。石膏掺量过多。当石膏掺量过多时，在水泥硬化当石膏掺量过多时，在水泥硬化后，残余石膏与水化铝酸钙继续反应生成钙矾石，体积后，残余石膏与水化铝酸钙继续反应生成钙矾石，体积增大约增大约1.51.5倍，从而导致水泥
27、石开裂。倍，从而导致水泥石开裂。国标规定：国标规定：通用硅酸盐水泥的体积安定性用通用硅酸盐水泥的体积安定性用“沸煮法沸煮法”检验必须合格。检验必须合格。、强度与强度等级、强度与强度等级 强度是强度是水泥技术要求中水泥技术要求中最基本最基本的指标，它直接反映了水的指标，它直接反映了水泥的质量水平和使用价值。泥的质量水平和使用价值。水泥的强度越高，其胶结能力也越大。水泥的强度越高，其胶结能力也越大。硅酸盐水泥的强硅酸盐水泥的强度主要取决于熟料的度主要取决于熟料的矿物组成和水泥的细度，此外还与水灰矿物组成和水泥的细度，此外还与水灰比、试验方法、试验条件、养护龄期等因素比、试验方法、试验条件、养护龄期
28、等因素有关。有关。水泥强度等级：水泥强度等级：按规定龄期抗压强度和抗折强度来划分，分为按规定龄期抗压强度和抗折强度来划分，分为42.5、42.5R、52.5、52.5R、62.5、62.5R六个强度等级。六个强度等级。硅酸盐水硅酸盐水泥各龄期强度不低于下表。泥各龄期强度不低于下表。为提高水泥早期强度，我国现行标准将水泥分为为提高水泥早期强度，我国现行标准将水泥分为普通型普通型和早强型（或称和早强型（或称R型）型）两个型号。早强型水泥两个型号。早强型水泥3d3d的抗压强度较的抗压强度较同强度等级的普通型强度提高同强度等级的普通型强度提高10%10%24%24%；早强型水泥的早强型水泥的3d3d抗
29、压抗压强度可达强度可达28d28d抗压强度的抗压强度的50%50%。硅酸盐水泥强度标准硅酸盐水泥强度标准（GB175GB17520072007）（P58P58表表5-55-5）品种品种强度等级强度等级抗压强度抗压强度(MPaMPa)抗折强度抗折强度(MPaMPa)3d3d28d28d3d3d28d28d硅酸盐水泥硅酸盐水泥 42.5 42.5 42.5R 42.5R 17.017.022.0 22.0 42.5 42.5 42.542.53.5 3.5 4.04.06.5 6.5 6.56.5 52.5 52.5 52.5R 52.5R 23.023.027.0 27.0 52.5 52.5
30、52.552.54.0 4.0 5.05.07.0 7.0 7.07.062.562.562.5R 62.5R 28.028.032.0 32.0 62.5 62.5 62.562.5 5.0 5.0 5.55.5 8.0 8.0 8.08.0水泥混凝土路面用水泥，在供应条件允许时，应尽量优先水泥混凝土路面用水泥，在供应条件允许时，应尽量优先选用早强型水泥，以缩短混凝土养护时间，提早通车。选用早强型水泥，以缩短混凝土养护时间，提早通车。细度指水泥颗粒的细度指水泥颗粒的粗细程度粗细程度。一般情况下，水泥颗粒。一般情况下，水泥颗粒越细，其总表面积越大，与水反应时接触的面积也越大，越细，其总表面积越
31、大，与水反应时接触的面积也越大，水化反应速度就越快，所以相同矿物组成的水泥，细度水化反应速度就越快，所以相同矿物组成的水泥，细度越大，凝结硬化速度越快，早期强度越高。但是水泥颗越大，凝结硬化速度越快，早期强度越高。但是水泥颗粒太细，在空气中硬化收缩较大，会使混凝土发生裂缝粒太细，在空气中硬化收缩较大，会使混凝土发生裂缝的可能性增加，此外，水泥颗粒磨细成本提高会导致生的可能性增加，此外，水泥颗粒磨细成本提高会导致生产成本提高。产成本提高。一般认为，水泥颗粒粒径一般认为，水泥颗粒粒径小于小于40m40m时才具时才具有较大的活性。有较大的活性。国标规定，水泥细度用国标规定，水泥细度用筛析法筛析法和和
32、比表面积法比表面积法来衡量，来衡量，现行国标规定：硅酸盐水泥的细度比表面积大于现行国标规定：硅酸盐水泥的细度比表面积大于300300/，其余品种水泥在其余品种水泥在80m80m方孔筛上筛余量不大于方孔筛上筛余量不大于10%10%。、细度、细度 3、碱含量、碱含量 水泥中的碱含量按水泥中的碱含量按Na2O+0.658K2O计算值来计算值来表示。若使用活性骨料，要求提供低碱水泥时，水表示。若使用活性骨料，要求提供低碱水泥时，水泥中碱含量泥中碱含量不得大于不得大于0.6%或由供需双方商定。或由供需双方商定。当混凝土骨料中含有活性二氧化硅时，会与当混凝土骨料中含有活性二氧化硅时，会与水泥中的碱相互作用
33、形成碱的硅酸盐凝胶，由于后水泥中的碱相互作用形成碱的硅酸盐凝胶，由于后者体积膨胀会引起混凝土开裂，造成结构破坏，这者体积膨胀会引起混凝土开裂，造成结构破坏，这种现象称为种现象称为“碱碱-骨料反应骨料反应”。是影响混凝土是影响混凝土耐久性耐久性的一个重要因素。的一个重要因素。硅酸盐水泥的技术标准硅酸盐水泥的技术标准 按我国现行国标硅酸盐水泥、普通硅酸盐水泥(GB175-2007)规定：硅酸盐水泥的技术标准 注：1、如水泥经压蒸安定性试验合格，MgO则允许放宽到6.0；2、水泥中碱含量按Na2O+0.658K2O计算值表示。若使用活性骨料，用户要求提供低碱水泥时，水泥中碱含量不得大于0.60或由供
34、需 双方商定。技术技术标准标准细度细度比表比表面积面积(m2/kg)凝结时间凝结时间(min)安定安定性性(沸沸煮法煮法)抗压抗压强度强度(MPa)不溶物不溶物(%)MgO含量含量(%)SO3含量含量(%)烧失量烧失量(%)碱碱含含量量(%)初凝初凝终凝终凝型型型型型型型型指标 30045390必须合格见上表0.751.55.03.53.03.50.60我国现行国家标准（我国现行国家标准（GB175-2007GB175-2007）规定：）规定：合格品：合格品：不溶物、烧失量、三氧化硫、氧化镁、氯不溶物、烧失量、三氧化硫、氧化镁、氯离子、凝结时间、安定性、强度符合标准规定的，为离子、凝结时间、安
35、定性、强度符合标准规定的，为合格品；合格品；不合格品：不合格品：不溶物、烧失量、三氧化硫、氧化镁、不溶物、烧失量、三氧化硫、氧化镁、氯离子、凝结时间、安定性、强度中的任何一项技术氯离子、凝结时间、安定性、强度中的任何一项技术要求不符合标准规定的，为不合格品。要求不符合标准规定的，为不合格品。5.1.4 硅酸盐水泥的硅酸盐水泥的特性与应用特性与应用（1）凝结硬化快，早期及后期强度均高凝结硬化快，早期及后期强度均高。适用于有早强要求适用于有早强要求的工程（如现浇砼、冬季施工、预制等工程），高强度混凝土的工程（如现浇砼、冬季施工、预制等工程），高强度混凝土工程（如预应力钢筋混凝土，大坝溢流面部位混凝
36、土）。工程（如预应力钢筋混凝土，大坝溢流面部位混凝土）。（2）抗冻性好抗冻性好。适用于抗冻性要求高（严寒地区反复冻融作。适用于抗冻性要求高（严寒地区反复冻融作用的砼）工程。用的砼）工程。（3）水化热高水化热高。水泥熟料中。水泥熟料中C3S、C3A含量高，因此水化速度含量高，因此水化速度快，放热量大，适于冬季施工，但不宜用于大体积混凝土工程快，放热量大，适于冬季施工，但不宜用于大体积混凝土工程。（4）耐腐蚀性差耐腐蚀性差。因水化后氢氧化钙和水化铝酸钙的含量较。因水化后氢氧化钙和水化铝酸钙的含量较多。不宜用于流动的淡水接触及有水压作用的工程，也不适用多。不宜用于流动的淡水接触及有水压作用的工程，也
37、不适用于受海水、矿物水等作用的工程。于受海水、矿物水等作用的工程。（5）抗碳化性好抗碳化性好。因水化后。因水化后氢氧化钙含量较多氢氧化钙含量较多，故水泥石，故水泥石的碱度不易降低，对钢筋的保护作用较强。适用于空气中的碱度不易降低，对钢筋的保护作用较强。适用于空气中二氧化碳浓度高的环境。二氧化碳浓度高的环境。（6）耐热性差耐热性差。水泥石中的水化产物在高温下易分解，水。水泥石中的水化产物在高温下易分解，水泥石结构几乎完全破坏，所以不适用于耐热、耐高温要求泥石结构几乎完全破坏，所以不适用于耐热、耐高温要求的混凝土工程。的混凝土工程。（7）耐磨性好耐磨性好。适用于高速公路、道路和地面工程。适用于高速
38、公路、道路和地面工程。（8）干缩小干缩小。硅酸盐水泥硬化时干燥收缩小，不易产生干。硅酸盐水泥硬化时干燥收缩小，不易产生干缩裂纹，因此适用于干燥环境。缩裂纹，因此适用于干燥环境。5.1.5 硅酸盐水泥石的硅酸盐水泥石的腐蚀与防止腐蚀与防止 硅酸盐水泥硬化后形成的水泥石，在正常环境条硅酸盐水泥硬化后形成的水泥石，在正常环境条件下将继续硬化，强度不断增长。但在某些件下将继续硬化，强度不断增长。但在某些腐蚀性液腐蚀性液体或气体体或气体的长期作用下，水泥石就会受到不同程度的的长期作用下，水泥石就会受到不同程度的腐蚀，严重时会使水泥石强度明显降低甚至完全破坏，腐蚀，严重时会使水泥石强度明显降低甚至完全破坏
39、，这种现象称为这种现象称为水泥石的腐蚀水泥石的腐蚀。1、水泥石腐蚀的类型、水泥石腐蚀的类型1）软水侵蚀软水侵蚀（溶出性侵蚀）（溶出性侵蚀）水泥石中绝大部分成分是不溶于水的，其中氢氧水泥石中绝大部分成分是不溶于水的，其中氢氧化钙溶解度也很低，在一般水中，氢氧化钙和碳酸氢化钙溶解度也很低，在一般水中，氢氧化钙和碳酸氢盐反应，生成碳酸钙，覆盖在水泥石的表面，对水泥盐反应，生成碳酸钙，覆盖在水泥石的表面，对水泥石有保护作用；但在软水中，水泥石中的氢氧化钙会石有保护作用；但在软水中，水泥石中的氢氧化钙会不断被溶出，当水泥石中游离的氢氧化钙减少到一定不断被溶出，当水泥石中游离的氢氧化钙减少到一定程度时，水
40、泥石中的其它含钙矿物也可能分解和溶出，程度时，水泥石中的其它含钙矿物也可能分解和溶出，从而导致水泥石结构的强度降低，甚至破坏。从而导致水泥石结构的强度降低，甚至破坏。当水泥石处于软水环境时，特别是当水泥石处于软水环境时，特别是处于流动的软处于流动的软水环境中时，水泥被软水侵蚀的速度更快。水环境中时，水泥被软水侵蚀的速度更快。2）盐类腐蚀）盐类腐蚀硫酸盐的腐蚀（膨胀性侵蚀）硫酸盐的腐蚀（膨胀性侵蚀）当环境中含有当环境中含有硫酸盐硫酸盐的水渗入到水泥石结构中时，的水渗入到水泥石结构中时，会与水泥石中的会与水泥石中的氢氧化钙氢氧化钙反应生成反应生成硫酸钙硫酸钙，硫酸钙再与硫酸钙再与水泥石中的水泥石中
41、的水化铝酸钙水化铝酸钙反应生成反应生成钙矾石钙矾石，产生产生1.51.5倍的体倍的体积膨胀，这种膨胀必然导致脆性水泥石结构的开裂，甚积膨胀，这种膨胀必然导致脆性水泥石结构的开裂，甚至崩溃。由于钙矾石为微观针状晶体，人们常称其为至崩溃。由于钙矾石为微观针状晶体，人们常称其为水水泥杆菌。泥杆菌。4CaOAl2O312H2O+3CaSO4+20H2O =3CaOAl2O33CaSO431H2O+Ca(OH)2镁盐的腐蚀镁盐的腐蚀 海水及地下水中，常含有大量的镁盐，主要是海水及地下水中，常含有大量的镁盐，主要是硫酸硫酸镁和氯化镁镁和氯化镁。它们与水泥石中的氢氧化钙起复分解反应：。它们与水泥石中的氢氧化
42、钙起复分解反应：MgSO4+Ca(OH)2+2H2O=CaSO42H2O+Mg(OH)2 MgCl2+Ca(OH)2+2H2O=+Mg(OH)2 反应生成的反应生成的Mg(OH)2的松软而无胶凝能力，的松软而无胶凝能力，CaCl2易易溶于水，溶于水，CaSO42H2O则引起硫酸盐腐蚀作用，硫酸镁则引起硫酸盐腐蚀作用，硫酸镁对水泥石起镁盐和硫酸盐的双重腐蚀作用。对水泥石起镁盐和硫酸盐的双重腐蚀作用。一般酸的腐蚀一般酸的腐蚀 工程结构处于各种酸性介质中时，酸性介质易与水泥石工程结构处于各种酸性介质中时，酸性介质易与水泥石中的中的氢氧化钙氢氧化钙反应，其反应产物反应，其反应产物可能溶于水中而流失可能
43、溶于水中而流失，或发或发生体积膨胀造成结构物的局部被胀裂生体积膨胀造成结构物的局部被胀裂，破坏了水泥石的结构。，破坏了水泥石的结构。其基本化学反应式为：其基本化学反应式为：2HCl+Ca(OH)2=CaCl2+2H2O H2SO4+Ca(OH)2=CaSO42H2O 酸的浓度越大，腐蚀作用越强。酸的浓度越大，腐蚀作用越强。3 3）酸类腐蚀）酸类腐蚀碳酸的腐蚀碳酸的腐蚀 雨水及地下水中常溶有较多的二氧化碳，形成了碳酸。雨水及地下水中常溶有较多的二氧化碳，形成了碳酸。碳酸水先与水泥石中的氢氧化钙反应，中和后使碳酸水先与水泥石中的氢氧化钙反应，中和后使水泥石碳化水泥石碳化，形成了形成了碳酸钙碳酸钙，
44、碳酸钙再与碳酸反应生成，碳酸钙再与碳酸反应生成可溶性的碳酸氢钙可溶性的碳酸氢钙，并随水流失，从而破坏了水泥石的结构。其腐蚀反应过程为：并随水流失，从而破坏了水泥石的结构。其腐蚀反应过程为：Ca(OH)2+CO2+H2OCaCO3+2H2O CaCO3+CO2+H2OCa(HCO3)2 碱类溶液如浓度不大时一般是无害的，碱类溶液如浓度不大时一般是无害的，但铝酸但铝酸盐含量较高的硅酸盐水泥遇到强碱（如氢氧化钠）盐含量较高的硅酸盐水泥遇到强碱（如氢氧化钠）作用后也会破坏。氢氧化钠与水泥熟料中未水化的作用后也会破坏。氢氧化钠与水泥熟料中未水化的铝酸盐作用，生成铝酸盐作用，生成易溶于水易溶于水的铝酸钠：
45、的铝酸钠：3CaOAl2O3+6NaOH=3Na2OAl2O3+3Ca(OH)2 当水泥石被氢氧化钠浸透后又在空气中干燥，当水泥石被氢氧化钠浸透后又在空气中干燥，与空气中的二氧化碳作用生成碳酸钠，与空气中的二氧化碳作用生成碳酸钠，碳酸钠在水碳酸钠在水泥石毛细孔中结晶沉积，会使水泥石胀裂。泥石毛细孔中结晶沉积，会使水泥石胀裂。2NaOH+CO2=Na2CO3+H2O3 3）强碱的腐蚀强碱的腐蚀2、水泥石腐蚀的基本原因、水泥石腐蚀的基本原因（1）内因：）内因：水泥石中存在有引起腐蚀的组成水泥石中存在有引起腐蚀的组成成分成分氢氧化钙和水化铝酸钙氢氧化钙和水化铝酸钙；水泥石本身；水泥石本身不密实，有很
46、多不密实，有很多毛细孔通道毛细孔通道，侵蚀性介质，侵蚀性介质易进入其内部；易进入其内部；（2）外因）外因：外界存在腐蚀性介质和条件。外界存在腐蚀性介质和条件。3、水泥石腐蚀的防止、水泥石腐蚀的防止（1）根据环境特点，合理选择水泥品种根据环境特点，合理选择水泥品种。如处于软水环境的工程，常如处于软水环境的工程，常选用选用掺混合材料的矿渣水泥、掺混合材料的矿渣水泥、火山灰水泥或粉煤灰水泥，因为这些水泥的水泥石中火山灰水泥或粉煤灰水泥，因为这些水泥的水泥石中氢氧化氢氧化钙含量低钙含量低，对软水侵蚀的抵抗能力强。，对软水侵蚀的抵抗能力强。（2）提高水泥石的致密度，降低水泥石的孔隙率提高水泥石的致密度，
47、降低水泥石的孔隙率。通过减小通过减小水灰比，掺加外加剂，采用机械搅拌和机械振捣，可以提高水灰比，掺加外加剂，采用机械搅拌和机械振捣，可以提高水泥石的密实度。水泥石的密实度。（3）在水泥石的表面涂抹或铺设保护层在水泥石的表面涂抹或铺设保护层，隔断水泥石和外界，隔断水泥石和外界的腐蚀性介质的接触。例如，可在水泥石表面涂抹耐腐蚀的涂的腐蚀性介质的接触。例如，可在水泥石表面涂抹耐腐蚀的涂料，如：水玻璃、沥青、环氧树脂等；或在水泥石的表面铺建料，如：水玻璃、沥青、环氧树脂等；或在水泥石的表面铺建筑陶瓷、致密的天然石材等。筑陶瓷、致密的天然石材等。5.1.6硅酸盐水泥的硅酸盐水泥的储存与运输储存与运输（1
48、 1）硅酸盐水泥在储存和运输过程中，应按不同品）硅酸盐水泥在储存和运输过程中，应按不同品种、不同强度等级及出厂日期分别储运，不得混杂。种、不同强度等级及出厂日期分别储运，不得混杂。（2 2）要注意）要注意防潮、防水防潮、防水。（3 3）水泥的）水泥的有效储存期是有效储存期是3个月个月。一般水泥在储存。一般水泥在储存3 3个月后，强度降低约个月后，强度降低约10102020，6 6个月后降低个月后降低15153030。存放超过。存放超过6 6个月的水泥必须经过检验后才个月的水泥必须经过检验后才能使用。能使用。5.1.7 掺混合材料的硅酸盐水泥掺混合材料的硅酸盐水泥 为为改善硅酸盐水泥的某些性能，
49、同时改善硅酸盐水泥的某些性能，同时达到增加产量和降低成本达到增加产量和降低成本的目的，在硅酸盐的目的，在硅酸盐水泥熟料中，掺入一定数量的混合材料和适水泥熟料中，掺入一定数量的混合材料和适量石膏共同磨细的水硬性胶凝材料，称为量石膏共同磨细的水硬性胶凝材料，称为掺掺混合材料的硅酸盐水泥混合材料的硅酸盐水泥。可分为。可分为普通硅酸盐普通硅酸盐水泥、矿渣硅酸盐水泥、火山灰质硅酸盐水水泥、矿渣硅酸盐水泥、火山灰质硅酸盐水泥、粉煤灰硅酸盐水泥及复合硅酸盐水泥。泥、粉煤灰硅酸盐水泥及复合硅酸盐水泥。品种品种代号代号 组分组分熟料熟料+石膏石膏矿渣矿渣火山灰火山灰粉煤灰粉煤灰 石灰石石灰石硅酸盐水泥硅酸盐水泥
50、P I100P 95955 595955 5普通水泥普通水泥P O8080且且 95955且且2020a a矿渣硅酸盐矿渣硅酸盐水泥水泥P S A5050且且 808020且且5050b bP S B3030且且 505050且且7070b b火山灰水泥火山灰水泥P P6060且且 808020且且4040c c粉煤灰水泥粉煤灰水泥P F6060且且 808020且且4040d d复合水泥复合水泥P C5050且且 808020且且5050e e表表5-1 5-1 通用硅酸盐水泥的品种、代号和组成通用硅酸盐水泥的品种、代号和组成 （P50P50）（一）混合材料（一）混合材料 1）非活性混合材料
