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第三章第三章 水泥水泥 自自1824年波特兰水泥问世以来，水泥和水泥基年波特兰水泥问世以来，水泥和水泥基材料已成为当今世界最大宗的人造材料。至材料已成为当今世界最大宗的人造材料。至2005年，我国水泥总需求量到达了年，我国水泥总需求量到达了7亿吨亿吨左右，占世界左右，占世界水泥用量的水泥用量的1/3,水泥混凝土的总需求量也到达了水泥混凝土的总需求量也到达了50亿吨。亿吨。课外知识：波特兰水泥的创造课外知识：波特兰水泥的创造 1824年由英国建筑工人年由英国建筑工人阿斯普丁阿斯普丁创造创造,通过通过煅烧石灰石与粘土的混合料得出一种胶凝材料煅烧石灰石与粘土的混合料得出一种胶凝材料,它制成砖块很像由波特兰半岛采下来的波特兰石它制成砖块很像由波特兰半岛采下来的波特兰石,由此将这种胶凝材料命名由此将这种胶凝材料命名波特兰水泥波特兰水泥 Portland Cement.Portland Cement.2砂浆、混凝土砂浆、混凝土钢筋混凝土钢筋混凝土（1850年）年）石棉水泥石棉水泥（1900年）年）预应力混凝土预应力混凝土（1929年）年）外加剂混凝土外加剂混凝土（1935年）年）高强混凝土高强混凝土（20世纪世纪70年代）年代）波特兰水泥波特兰水泥(1824年年)高性能高性能混凝土混凝土（20世纪世纪90年代）年代）聚合物水泥混凝土聚合物水泥混凝土（20世纪世纪50年代）年代）课外知识：水泥基材料的开展历程：课外知识：水泥基材料的开展历程：3目目 录 根根本本要要求求 简介介 3 3.1 1 硅硅酸酸盐水水泥泥 3 3.2 2 掺混混合合材材的的硅硅酸酸盐水水泥泥 3 3.3 3 其其他他品品种种水水泥泥4根本要求根本要求内容内容 主要介主要介主要介主要介绍绍水泥的分水泥的分水泥的分水泥的分类类、优优点及生点及生点及生点及生产产。主要介主要介主要介主要介绍绍硅酸硅酸硅酸硅酸盐盐水泥及水泥及水泥及水泥及掺掺加混合料的硅酸加混合料的硅酸加混合料的硅酸加混合料的硅酸盐盐水水水水泥，包括：定泥，包括：定泥，包括：定泥，包括：定义义、组组成、水化、凝成、水化、凝成、水化、凝成、水化、凝结结与硬化、与硬化、与硬化、与硬化、实验实验和技和技和技和技术术性性性性质质、腐、腐、腐、腐蚀蚀与防与防与防与防护护、特性和、特性和、特性和、特性和应应用。用。用。用。简单简单介介介介绍绍常用的其他品种水泥。常用的其他品种水泥。常用的其他品种水泥。常用的其他品种水泥。重点重点重点重点 6 6种硅酸种硅酸种硅酸种硅酸盐盐水泥的定水泥的定水泥的定水泥的定义义 硅酸硅酸硅酸硅酸盐盐水泥的水泥的水泥的水泥的矿矿物物物物组组成成成成 水泥水化、凝水泥水化、凝水泥水化、凝水泥水化、凝结结与硬化机理与硬化机理与硬化机理与硬化机理 技技技技术术性性性性质质及及及及测试测试方法方法方法方法5根本要求根本要求重点重点水泥的腐水泥的腐蚀及防及防护特性特性应用用难点点水泥水化、凝水泥水化、凝结和硬化机理和硬化机理各种水泥的异同点各种水泥的异同点本卷本卷须知知本章是整个本章是整个课程的重点程的重点联系各种水泥系各种水泥进行学行学习 着重分析它着重分析它们之之间的差异及造成的差异及造成这些差异的原因些差异的原因6水泥的定义：水泥的定义：水泥是一种水泥是一种水硬性的胶凝材料水硬性的胶凝材料，呈粉末状，加水拌和后成浆体后，呈粉末状，加水拌和后成浆体后，能胶结砂、石等散粒材料，并能在空气和水中硬化并保持、开展其强能胶结砂、石等散粒材料，并能在空气和水中硬化并保持、开展其强度。度。开展趋势：开展趋势：1）在水泥品种方面，将加速开展）在水泥品种方面，将加速开展快硬、高强、低热快硬、高强、低热等特种和多用途的水泥；等特种和多用途的水泥；2）大力开展水泥）大力开展水泥外加剂外加剂；3）大力开展）大力开展高标号水泥高标号水泥；7水泥具有以下优点，因此，在土木工程领域水泥具有以下优点，因此，在土木工程领域得到广泛的应用。得到广泛的应用。多样性多样性多样性多样性低成本低成本低成本低成本可塑性可塑性可塑性可塑性工艺简单工艺简单工艺简单工艺简单耐久性耐久性耐久性耐久性与钢筋与钢筋与钢筋与钢筋粘结性好粘结性好粘结性好粘结性好水硬性水硬性水硬性水硬性水泥的优点水泥的优点水泥的优点水泥的优点8 水泥按用途可分水泥按用途可分为通用水泥通用水泥、专用水泥用水泥和和 特特性水泥性水泥。通用水泥通用水泥通用水泥通用水泥 硅酸硅酸硅酸硅酸盐盐水泥水泥水泥水泥 普通硅酸普通硅酸普通硅酸普通硅酸盐盐水泥水泥水泥水泥 矿矿渣硅酸渣硅酸渣硅酸渣硅酸盐盐水泥水泥水泥水泥 火山灰火山灰火山灰火山灰质质硅酸硅酸硅酸硅酸盐盐水泥水泥水泥水泥 粉煤灰硅酸粉煤灰硅酸粉煤灰硅酸粉煤灰硅酸盐盐水泥水泥水泥水泥 复合水泥复合水泥复合水泥复合水泥专用水泥专用水泥专用水泥专用水泥vv砌筑水泥砌筑水泥砌筑水泥砌筑水泥vv油井水泥油井水泥油井水泥油井水泥特性水泥特性水泥v快硬水泥快硬水泥v膨胀水泥膨胀水泥v抗硫酸盐水泥抗硫酸盐水泥v中热水泥中热水泥9水泥按化学成分可分水泥按化学成分可分为硅酸硅酸盐水泥、水泥、铝酸酸盐水泥和硫酸水泥和硫酸盐水泥。水泥。硅酸盐水泥硅酸盐水泥硅酸盐水泥硅酸盐水泥一般工程一般工程一般工程一般工程铝酸盐水泥铝酸盐水泥铝酸盐水泥铝酸盐水泥硫酸盐水泥硫酸盐水泥硫酸盐水泥硫酸盐水泥快硬、早强。主要用于紧急抢修工程、早快硬、早强。主要用于紧急抢修工程、早快硬、早强。主要用于紧急抢修工程、早快硬、早强。主要用于紧急抢修工程、早强工程、冬季施工、抗蚀、抗冻等工程。强工程、冬季施工、抗蚀、抗冻等工程。强工程、冬季施工、抗蚀、抗冻等工程。强工程、冬季施工、抗蚀、抗冻等工程。早强、膨胀。适用于抢修工早强、膨胀。适用于抢修工早强、膨胀。适用于抢修工早强、膨胀。适用于抢修工 程、锚固和地程、锚固和地程、锚固和地程、锚固和地下工程等。下工程等。下工程等。下工程等。10 尽管水泥的品种很多，但是，工程中尽管水泥的品种很多，但是，工程中90%90%以上使用的是硅酸盐水以上使用的是硅酸盐水泥。所以，在学习这一章的内容时，以硅酸盐水泥的内容为根底，泥。所以，在学习这一章的内容时，以硅酸盐水泥的内容为根底，主要学习硅酸盐水泥的组成、技术性质及应用等知识。在此根底上，主要学习硅酸盐水泥的组成、技术性质及应用等知识。在此根底上，再学习其它掺混合材料的硅酸盐水泥等内容。再学习其它掺混合材料的硅酸盐水泥等内容。11一一、水水泥泥混混合合材材料料定定义：在水泥生：在水泥生产过程中，程中，掺入的天然或人工入的天然或人工矿物材料，称物材料，称为水泥混合材料。水泥混合材料。作用作用：在水泥生：在水泥生产过程中程中节约能源，利用能源，利用废料，料，降低本降低本钱，改善水泥的性能，减少，改善水泥的性能，减少污染。染。分分类：活性混合材料、非活性混合材料：活性混合材料、非活性混合材料121.非活性混合材料非活性混合材料定定义：常温下不能与：常温下不能与氢氧化氧化钙和水和水发生水生水化反响或反响很弱，也不能化反响或反响很弱，也不能产生凝生凝结硬化硬化的混合材料称的混合材料称为非活性混合材料。非活性混合材料。常用：磨常用：磨细石英砂、石灰石、慢冷石英砂、石灰石、慢冷矿渣等渣等作用：主要起填充作用，作用：主要起填充作用，掺入硅酸入硅酸盐水泥水泥中主要起中主要起调节水泥水泥强度等度等级、增加、增加产量、量、降低水化降低水化热等作用。等作用。132.活性混合材料活性混合材料定定义：常温下能与：常温下能与氢氧化氧化钙和水和水发生水化生水化反响，生成水硬性的水化物，并能反响，生成水硬性的水化物，并能够逐逐渐凝凝结硬化硬化产生生强度的混合材料称度的混合材料称为活性混活性混合材料。合材料。常用的活性混合材常用的活性混合材：粒化高炉：粒化高炉矿渣、火山渣、火山灰灰质混合材料、粉煤灰等。混合材料、粉煤灰等。活性来源活性来源：可反响的：可反响的SiO2、Al2O314混合材料混合材料0-5%石膏石膏熟熟 料料磨细磨细硅酸盐水泥硅酸盐水泥P.P.P.P.15混合材料混合材料6-15%石膏石膏熟熟 料料磨细磨细普通硅酸盐水泥普通硅酸盐水泥P.O16粒化高炉粒化高炉矿渣矿渣石膏石膏熟熟 料料磨细磨细矿渣硅酸盐水泥矿渣硅酸盐水泥P.S17火山灰质火山灰质混合材料混合材料石膏石膏熟熟 料料磨细磨细火山灰质硅酸盐水泥火山灰质硅酸盐水泥P.P18粉煤灰粉煤灰石膏石膏熟熟 料料磨细磨细粉煤灰硅酸盐水泥粉煤灰硅酸盐水泥P.F19两种以上两种以上混合材料混合材料石膏石膏熟熟 料料磨细磨细复合硅酸盐水泥复合硅酸盐水泥P.C20两磨一烧两磨一烧，其中最关键是烧，其中最关键是烧通用硅酸盐水泥的生产流程通用硅酸盐水泥的生产流程21硅酸硅酸盐水泥水泥生料的配制生料的配制 原料原料 石灰石灰质原料（如石灰石、原料（如石灰石、贝壳等，提供壳等，提供CaO）粘土粘土质原料（如粘土、原料（如粘土、页岩等，主要提供岩等，主要提供SiO2、Al2O3、Fe2O3）校正原料校正原料（如（如铁矿粉、砂岩，前者是粉、砂岩，前者是补充原料中缺乏的氧化充原料中缺乏的氧化铁，后者是后者是补充原料中缺乏的充原料中缺乏的SiO2）矿化化剂(如如萤石、石膏等）石、石膏等）工工艺 干法干法湿法湿法 22硅酸硅酸盐水泥的煅水泥的煅烧 窑型窑型立窑立窑回回转窑窑煅煅烧过程程 水分蒸发水分蒸发生料预热生料预热生料分解生料分解煅烧煅烧冷却冷却23邢台中联水泥邢台中联水泥 2425新型干法新型干法窑外分解干法工窑外分解干法工艺流程流程物料流物料流气流气流燃料26水泥煅水泥煅烧过程程排气原料入口气体温度进料温度50oC450oC600oC800oC1000oC1200oC1350oC1350oC1450oC1550oC1234561.失去自由水4.初化合物形成6.C3S初形成2.粘土分解5.C2S初形成3.石灰岩分解27生料磨系统生料磨系统2829窑尾悬浮预热器及分解炉系统窑尾悬浮预热器及分解炉系统30回转窑回转窑31窑头窑头32水泥磨水泥磨两磨一烧两磨一烧，其中最关键是烧，其中最关键是烧通用硅酸盐水泥的生产流程通用硅酸盐水泥的生产流程33第一第一节 硅酸硅酸盐水泥水泥一、硅酸盐水泥生产工艺一、硅酸盐水泥生产工艺定定义：凡由硅酸：凡由硅酸盐水泥熟料，石灰石或水泥熟料，石灰石或粒化高炉粒化高炉矿渣，适量石膏磨渣，适量石膏磨细制成的水硬性胶凝制成的水硬性胶凝材料，称材料，称为硅酸硅酸盐水泥水泥（国外通称波特（国外通称波特兰水泥）。水泥）。分分类：不掺混合材不掺混合材型硅酸盐水泥（型硅酸盐水泥（）掺掺5%混合材料混合材料型硅酸盐水泥（型硅酸盐水泥（）35二、硅酸盐水泥根本组成二、硅酸盐水泥根本组成1.熟料熟料矿物物组成、岩相成、岩相结构构水泥厂常用各种元素的水泥厂常用各种元素的氧化物氧化物来表示。来表示。熟料主要熟料主要矿物：物：硅酸三硅酸三钙 3CaOSiO2，可可简写写为C3S；硅酸二硅酸二钙 2CaOSiO2，可，可简写写为C2S；铝酸三酸三钙 3Ca0AI2O3,可可简写写为C3A;铁相固溶体相固溶体 通常以通常以铁铝酸四酸四钙4CaOAI2O3Fe2O3作作为代表式，可代表式，可简写成写成C4AF。熟料矿物的根本特性熟料矿物的根本特性37 2.石膏石膏作用作用：调节凝凝结时间，提高早，提高早强，降低干，降低干缩，改，改善耐久性、抗渗性等；善耐久性、抗渗性等；对掺混合材的水泥，石膏混合材的水泥，石膏还起激起激发剂的作用。的作用。种种类：二水石膏或无水石膏：二水石膏或无水石膏掺量量：与：与C3A含量及混合材种含量及混合材种类有关有关 水水泥泥浆浆通通过过水水泥泥熟熟料料矿矿物物的的水水化化反反响响、浆浆体体的的凝凝结结硬硬化过程变成坚硬固体。化过程变成坚硬固体。凝凝结结水水泥泥与与水水混混合合形形成成可可塑塑浆浆体体，随随着着时时间间推推移移、可可塑性下降，但还不具备强度，此过程即为塑性下降，但还不具备强度，此过程即为“凝结凝结”；硬硬化化随随后后浆浆体体失失去去可可塑塑性性，强强度度逐逐渐渐增增长长，形形成成坚坚硬硬固体，这个过程即为固体，这个过程即为“硬化硬化”。水泥浆体转变成坚硬固体的过程是一个复杂的物理水泥浆体转变成坚硬固体的过程是一个复杂的物理化学变化过程。化学变化过程。硅酸硅酸盐水泥的凝水泥的凝结和硬化和硬化水泥的水化水泥的水化过程可分程可分为五个五个阶段段40各熟料矿物的水化过程：各熟料矿物的水化过程：硅酸盐水泥生成的主要水化产物有硅酸盐水泥生成的主要水化产物有:水化硅酸钙水化硅酸钙C-H-S凝胶、凝胶、氢氧化钙、水化铝酸钙和水化硫铝酸钙晶体。氢氧化钙、水化铝酸钙和水化硫铝酸钙晶体。41水化硅酸钙形貌水化硅酸钙形貌42氢氧化钙氢氧化钙CH形貌形貌钙矾石显微形貌钙矾石显微形貌43水泥水化水泥水化过程程1.初拌水泥浆初拌水泥浆2.7天天3.28天天4.90天天未水化颗粒充满水的毛细孔C-S-H胶体氢氧化钙日期44影响硅酸盐水泥凝结硬化的主要因素：熟料矿物组成熟料矿物组成水泥细度的影响水泥细度的影响拌合用水量的影响拌合用水量的影响养护湿度、温度的影响养护湿度、温度的影响养护龄期的影响养护龄期的影响储存条件的影响储存条件的影响4546四、四、硅酸盐水泥品质要求硅酸盐水泥品质要求1.凝凝结时间 初凝：开始失去塑性初凝：开始失去塑性45分分 （13小小时）终凝：完全失去塑性，并开始凝：完全失去塑性，并开始产生生强度度 硅酸硅酸盐水泥水泥6小小时30min，普通水泥普通水泥10小小时(一般一般57小小时)472.强度度国家国家标准（准（GB/T17671-1999）规定：水泥的定：水泥的胶砂胶砂强度度。将水泥和中国将水泥和中国ISO标准砂按准砂按1:3，水灰比，水灰比为0.5的比的比例，以例，以规定的方法定的方法搅拌制成拌制成标准准试件（尺寸件（尺寸为40mm40mm160mm），在），在标准条件下（准条件下（20士士1水中）养水中）养护至至3d和和28d，测定个定个龄期的期的抗折抗折强度和度和抗抗压强度。度。强度等度等级：将硅酸：将硅酸盐水泥分水泥分为42.5、42.5R、52.5、52.5R、625、62.5R等等6个个强度等度等级，其中，其中带R的的为早早强型水泥。型水泥。48水泥净浆搅拌机水泥净浆搅拌机水泥砂浆搅拌机水泥砂浆搅拌机49水泥胶砂模具水泥胶砂模具水泥净浆模具水泥净浆模具振实台振实台水泥净浆模具水泥净浆模具振实台振实台水泥净浆模具水泥净浆模具振实台振实台50标准养护箱标准养护箱电动抗折试验机电动抗折试验机51SANS万能试验机万能试验机523.安定性安定性定定义：水泥在凝：水泥在凝结硬化硬化过程中，体程中，体积变化的均匀性。化的均匀性。安定性不良安定性不良原因原因：f-CaO 过量量 f-MgO过量量 石膏石膏过量量沸煮法：试饼法、雷氏夹法沸煮法：试饼法、雷氏夹法压蒸安定性试验压蒸安定性试验沸煮箱沸煮箱534.细度细度 定义：指粉体材料的粗细程度。定义：指粉体材料的粗细程度。国标规定：国标规定：硅酸盐水泥硅酸盐水泥：比外表积比外表积300m2/Kg。（比外表。（比外表积仪）积仪）其他五类水泥：筛析法（水筛、干筛、其他五类水泥：筛析法（水筛、干筛、负压筛负压筛）在）在80m标准筛的筛余量不得超过标准筛的筛余量不得超过10%。545.水化水化热 水泥水泥矿物的水化物的水化热及放及放热速率比速率比较 C3AC3SC4AFC2S 水泥水化放水泥水化放热量和放量和放热速率速率还与水泥与水泥细度、混度、混合材种合材种类和数量有关和数量有关.556.水泥化学品水泥化学品质指指标（1）不溶物）不溶物 熟料中未参与熟料中未参与矿物形成反响得粘土物形成反响得粘土和和结晶晶SiO2，国，国标规定：定：P0.75%P1.50%（2）烧失量失量 P3.0%P3.5%PO5.0%（3）氧化）氧化镁（4）SO3 （5）碱含量）碱含量 Na2O+0.658K2O，碱集料反响，碱集料反响（6）氯离子含量离子含量 各各类硅酸硅酸盐水泥水泥0.06%567.产品品质量量评定定 凝凝结时间、安定性、安定性、强度度不合格品：不合格品：终凝凝时间不合格；不合格；细度不合格；度不合格；强度低于商品等度低于商品等级规定的指定的指标。废品：品：初凝初凝时间不合格；不合格；安定性安定性试验不合不合格（即格（即f-CaO）；）；SO3含量超含量超标；MgO含量含量超超标。571.淡水（淡水（软水）水）原因：水的流原因：水的流动、压力作用使力作用使CH流失。流失。假假设静水：静水：CH饱和和则不再溶解。不再溶解。流流动水：水：CH不断溶解、流失。不断溶解、流失。水泥中碱度水泥中碱度，其他水化物分解其他水化物分解C3SHnC2SHnCSHnC+S+nH各主要水化各主要水化产物物稳定存在定存在时所必需的极限石灰所必需的极限石灰浓度如下：度如下：氢氧化氧化钙约为1.3gCaO/L；水化硅酸三水化硅酸三钙稍大于稍大于1.2gCaO/L；水化水化铁铝酸四酸四钙约为1.06gCaO/L；水化硫水化硫铝酸酸钙约为0.045gCaO/L。当当环境水的水境水的水质较硬，硬，环境水中重碳酸境水中重碳酸盐能与水泥石中的能与水泥石中的Ca(OH)2起作起作用，生成几乎不溶于水的用，生成几乎不溶于水的CaCO3。Ca(OH)2+Ca(HCO3)2=2CaCO3+2H2O五、五、抗蚀性抗蚀性582.酸与酸性水（碳酸腐酸与酸性水（碳酸腐蚀）在工在工业污水、地下水中，常溶解有一定量的二氧化碳，水、地下水中，常溶解有一定量的二氧化碳，它它对水泥石的腐水泥石的腐蚀作用如下：作用如下：Ca(OH)2+CO2+H2O=CaCO3+2H2O CaCO3+CO2+H2O=Ca(HCO3)2 （可逆反响）（可逆反响）生成的碳酸生成的碳酸氢钙易溶于水。当水中含有易溶于水。当水中含有较多的碳酸，并多的碳酸，并超超过平衡平衡浓度度时，反响向右，反响向右进行。行。氢氧化氧化钙浓度的降低度的降低还会会导致水泥石中其他水泥水化物的分解，使腐致水泥石中其他水泥水化物的分解，使腐蚀作用作用进一步加一步加剧。593.硫酸硫酸盐 海水、地下水、工海水、地下水、工业污水中常常含有硫酸水中常常含有硫酸盐。如：。如：Na2SO410H2OCa(OH)2+Na2SO410H2OCaSO42H2O+2NaOH+8H2O3CaOAl2O36H2O+3(CaSO42H2O)+19H2O 3CaOAl2O33CaSO431H2O 简写：写：C3AH6+3CSH2+19HC6AS3H31生成的高硫型水化硫生成的高硫型水化硫铝酸酸钙体体积增加了增加了1.50倍，倍，对水泥石水泥石的破坏作用很大。俗称的破坏作用很大。俗称“水泥杆菌水泥杆菌”。当水中硫酸当水中硫酸盐浓度度较高高时，硫酸，硫酸钙会在毛会在毛细孔中直接孔中直接结晶晶成成二水石膏二水石膏，体，体积增大，引起水泥石的破坏。增大，引起水泥石的破坏。假设为假设为MgSO4，“镁盐侵蚀镁盐侵蚀”604.含碱溶液含碱溶液化学侵化学侵蚀反响、反响、结晶侵晶侵蚀化学侵化学侵蚀反响：反响：2CaOSiO2nH2O+2NaOH=2Ca(OH)2+Na2SiO3+(n-1)H2O3CaOAl2O36H2O+2NaOH=3Ca(OH)2+Na2OAl2O3+4H2O结晶侵晶侵蚀：碱液渗入碱液渗入浆体孔隙，然后蒸体孔隙，然后蒸发结晶析出，晶析出，产生生结晶晶应力引起的力引起的胀裂。裂。61小小结：水泥石易腐水泥石易腐蚀的根本原因的根本原因：（1）硅酸）硅酸盐水泥石中水泥石中含有含有较多易受腐多易受腐蚀的成分，的成分，氢氧化氧化钙、水化、水化铝酸酸钙等；（等；（2）本身不密）本身不密实，含有大量的毛，含有大量的毛细孔隙。孔隙。防止腐防止腐蚀的措施的措施：（：（1）根据工程所根据工程所处的的环境特点，境特点，选择适宜适宜 的水泥品种；（的水泥品种；（2）提高水泥石的密）提高水泥石的密实程度；（程度；（3）外表防）外表防护处理。理。62六、六、硅酸盐水泥的应用特性硅酸盐水泥的应用特性凝结硬化快、强度高凝结硬化快、强度高配制高强砼、预应力砼、要求早期强度高的砼，冬季施工配制高强砼、预应力砼、要求早期强度高的砼，冬季施工抗冻性好，干缩较小抗冻性好，干缩较小严寒地区遭受反复冻融的砼工程严寒地区遭受反复冻融的砼工程抗碳化能力强抗碳化能力强CO2浓度高的区域浓度高的区域耐磨性好耐磨性好道路、地面工程道路、地面工程耐蚀性差耐蚀性差有腐蚀介质的环境有腐蚀介质的环境水化热大水化热大大体积砼工程大体积砼工程长期受高温的环境（如工业窑炉）长期受高温的环境（如工业窑炉）耐热性差耐热性差第二第二节 掺混合材的硅酸混合材的硅酸盐水泥水泥定定义：是指由硅酸：是指由硅酸盐熟料，熟料，掺入适量的混入适量的混合材料和石膏共同磨合材料和石膏共同磨细制成的水硬性胶凝制成的水硬性胶凝材料。材料。品种品种：主要有：主要有普通硅酸普通硅酸盐水泥水泥、矿渣硅酸渣硅酸盐水泥水泥、火山灰火山灰质硅酸硅酸盐水泥水泥、粉煤灰硅粉煤灰硅酸酸盐水泥水泥、复合硅酸复合硅酸盐水泥水泥等。等。一一、水水泥泥混混合合材材料料定定义：在水泥生：在水泥生产过程中，程中，掺入的天然或人工入的天然或人工矿物材料，称物材料，称为水泥混合材料。水泥混合材料。作用作用：在水泥生：在水泥生产过程中程中节约能源，利用能源，利用废料，料，降低本降低本钱，改善水泥的性能，减少，改善水泥的性能，减少污染。染。分分类：活性混合材料、非活性混合材料：活性混合材料、非活性混合材料1.非活性混合材料非活性混合材料定定义：常温下不能与常温下不能与氢氧化氧化钙和水和水发生水生水化反响或反响很弱，也不能化反响或反响很弱，也不能产生凝生凝结硬化硬化的混合材料称的混合材料称为非活性混合材料。非活性混合材料。常用：常用：磨磨细石英砂、石灰石、慢冷石英砂、石灰石、慢冷矿渣等渣等作用：作用：主要起填充作用，主要起填充作用，掺入硅酸入硅酸盐水泥水泥中主要起中主要起调节水泥水泥强度等度等级、增加、增加产量、量、降低水化降低水化热等作用。等作用。2.活性混合材料活性混合材料定定义：常温下能与：常温下能与氢氧化氧化钙和水和水发生水化生水化反响，生成水硬性的水化物，并能反响，生成水硬性的水化物，并能够逐逐渐凝凝结硬化硬化产生生强度的混合材料称度的混合材料称为活性混活性混合材料。合材料。常用的活性混合材常用的活性混合材：粒化高炉：粒化高炉矿渣、火山渣、火山灰灰质混合材料、粉煤灰等。混合材料、粉煤灰等。活性来源活性来源：可反响的：可反响的SiO2、Al2O33.活性混合材的水化活性混合材的水化碱性碱性环境中：境中：SiO2+nCa(OH)2+mH2OCnSH(m+n)Al2O3+nCa(OH)2+mH2OCnAH(m+n)硫酸硫酸盐激激发剂（石膏）：（石膏）：Al2O3+3Ca(OH)2+3CaSO42H2O+22H2O3CaOAl2O33CaSO431H2O水化水化产物特点：物特点：发生二次水化，生二次水化，Ca(OH)2少，低少，低碱性。碱性。二、普通硅酸二、普通硅酸盐水泥水泥定定义：凡由硅酸凡由硅酸盐水泥熟料，水泥熟料，6%-15%混合材料，混合材料，适量石膏磨适量石膏磨细制成的水硬性胶凝材料，称制成的水硬性胶凝材料，称为普通普通硅酸硅酸盐水泥（水泥（简称普通水泥称普通水泥PO）。）。组成：成：85%熟料熟料+石膏石膏94%6%活性混合材活性混合材15%强度等度等级及其他品及其他品质要求：表要求：表3-868三、三、矿渣水泥、火山灰水泥及粉煤灰水泥渣水泥、火山灰水泥及粉煤灰水泥1.组成成 2070%粒化高炉粒化高炉矿渣渣-矿渣水渣水泥泥熟料熟料+石膏石膏+2050%火山灰火山灰质混合材混合材-火山灰水泥火山灰水泥 2040%粉煤灰粉煤灰-粉煤灰粉煤灰水泥水泥2.强度等度等级及其他品及其他品质要求要求见表表3-9、3-8。69703.三种水泥的特点三种水泥的特点（1）三种水泥的共性）三种水泥的共性 早期早期强度低、后期度低、后期强度开展高。度开展高。对温度敏感，适合高温养温度敏感，适合高温养护。耐腐耐腐蚀性好。性好。水化水化热小。小。抗抗冻性性较差。差。抗碳化性抗碳化性较差差 71（2）三种水泥的特性）三种水泥的特性矿渣硅酸渣硅酸盐水泥水泥：保保水性差，且干水性差，且干缩较大；大；抗渗性差；抗渗性差；耐耐热性性较好（好（300400）。）。矿渣在矿渣在3.0K下的下的SEM照片照片应用：应用：可用于耐热工程；可用于耐热工程；不宜用于抗渗工程。不宜用于抗渗工程。72火山灰火山灰质硅酸硅酸盐水泥水泥：保水性好；保水性好；抗渗性抗渗性较好；好；干干缩大，易干大，易干缩开裂。开裂。应用：应用：宜用于有抗渗性要求的混凝土工程；宜用于有抗渗性要求的混凝土工程；不宜用于枯燥地区和受冻部位。不宜用于枯燥地区和受冻部位。73粉煤灰硅酸粉煤灰硅酸盐水泥水泥：水化更慢，早水化更慢，早强低；低；需水量小，可增加混需水量小，可增加混凝土流凝土流动性；性；干干缩较小，抗裂性好；小，抗裂性好；抗渗抗渗性性较差；差；耐磨性差。耐磨性差。粉煤灰在粉煤灰在3.0K下的下的SEM照片照片 应用应用：适合用于承载较晚的混凝土工程；不宜用适合用于承载较晚的混凝土工程；不宜用于有抗渗性要求的以及有耐磨性要求的混凝土工于有抗渗性要求的以及有耐磨性要求的混凝土工程。程。四、复合硅酸四、复合硅酸盐水泥水泥定定义：是由硅酸是由硅酸盐水泥水泥、两种或两种以上混合材两种或两种以上混合材料和适量石膏料和适量石膏组成。成。特性：特性：取决于其所取决于其所掺混合材料的种混合材料的种类、掺量及相量及相比照例。比照例。适用范适用范围：可根据其：可根据其掺入的混合材料种入的混合材料种类，参照，参照其他混合材水泥适用范其他混合材水泥适用范围选用。用。7475 第三第三节 其它品种水泥其它品种水泥一、一、铝酸酸盐水泥水泥定定义：以以矾土和石灰石作原料，按适当的比例配土和石灰石作原料，按适当的比例配合合进行行烧结或熔融，再或熔融，再经粉磨而制成，称粉磨而制成，称为铝酸酸盐水泥水泥（CA）。）。分分类：按按Al2O3含量分含量分为 耐高温工程耐高温工程CA-80 77%Al2O3CA-50 50%Al2O360%抢修、早强要求高的工程抢修、早强要求高的工程CA-60 60%Al2O368%早强要求高的及耐热工程早强要求高的及耐热工程CA-70 68%Al2O377%耐热工程耐热工程762.铝酸酸盐水泥的主要特性及相水泥的主要特性及相应的的应用用（1）快硬早）快硬早强。1d强度高，适用于度高，适用于紧急急抢修工程。修工程。（2）水化）水化热大。大。放放热量主要集中在早期，不宜用于大体量主要集中在早期，不宜用于大体积混凝土混凝土工程；但适用于寒冷地区冬季施工的混凝土工程。工程；但适用于寒冷地区冬季施工的混凝土工程。（3）抗硫酸）抗硫酸盐侵侵蚀性好。性好。适用于抗硫酸适用于抗硫酸盐及海水侵及海水侵蚀的工程。的工程。（4）耐）耐热性好。性好。可作可作为耐耐热砂砂浆或耐或耐热混凝土的胶混凝土的胶结材料，能耐材料，能耐13001400高温。高温。（5）30以上潮湿以上潮湿环境境导致致转晶反响，晶反响，强度度显著降低著降低。不宜蒸汽。不宜蒸汽养养护、高温季、高温季节施工，不宜用于温湿施工，不宜用于温湿环境；适宜的硬化温度境；适宜的硬化温度为15，因此也不宜用于，因此也不宜用于长期承期承载结构。构。（6）与硅酸）与硅酸盐水泥或石灰相混会水泥或石灰相混会闪凝，且凝，且产生膨生膨胀开裂，施工开裂，施工时应防止。防止。（7）抗碱性极差。）抗碱性极差。3.应用用过程需要注意的程需要注意的问题（1）不得与硅酸）不得与硅酸盐水泥、石灰等能析出水泥、石灰等能析出氢氧化氧化钙的的物物质混合，否混合，否则将将产生生闪凝，且凝，且强度降低。度降低。（2）铝酸酸盐水泥混凝土后期水泥混凝土后期强度下降度下降较大，大，应以最以最低低稳定定强度度设计。最低。最低稳定定强度度值以以试体脱模后放入体脱模后放入502水中养水中养护，取，取龄期期为7d和和14d强度度值的低着来的低着来确定。确定。（3）假）假设采用蒸汽养采用蒸汽养护，养，养护温度不高于温度不高于50。（4）不能与未硬化的硅酸）不能与未硬化的硅酸盐水泥混凝土接触使用。水泥混凝土接触使用。（5）铝酸酸盐水泥最适宜的硬化温度水泥最适宜的硬化温度为15左右，一左右，一般不得超般不得超过25。78二、硫二、硫铝酸酸盐水泥水泥定定义：将将铝质原料（如原料（如矾土）、石灰土）、石灰质原原料（如石灰石）和石膏适当配合，煅料（如石灰石）和石膏适当配合，煅烧成成以无水硫酸以无水硫酸钙矿物物为熟料，熟料，该熟料熟料掺适量适量石膏共同磨石膏共同磨细，即可制得，即可制得硫硫铝酸酸盐水泥水泥。2.硫硫铝酸酸盐水泥特性及水泥特性及应用用（1）凝）凝结速度速度较快；早期快；早期强度高，后期度高，后期强度开展度开展缓慢，但不倒慢，但不倒缩。因此可用于。因此可用于抢修工程、冬季施工工修工程、冬季施工工程、地下工程、配制膨程、地下工程、配制膨胀水泥和自水泥和自应力水泥。力水泥。（2）空气中收）空气中收缩小，抗小，抗冻和抗渗性能良好，抗硫酸和抗渗性能良好，抗硫酸盐性能很性能很强。（3）水泥液相碱度低，可用于配制玻璃）水泥液相碱度低，可用于配制玻璃纤维砂砂浆。7980三、氟三、氟铝酸酸盐水泥水泥定定义：以：以铝质原料、石灰原料、石灰质原料、原料、萤石（或再加石（或再加石膏）适当配合，煅石膏）适当配合，煅烧成以氟成以氟铝酸酸钙（C11A7CaF2）起主）起主导作用的熟料，再与石膏共作用的熟料，再与石膏共同磨同磨细，即可制得，即可制得氟氟铝酸酸盐水泥水泥。矿物物组成成：C3S、早、早强矿物物C11A7CaF2，C2S、C4AF、游离石灰和游离石膏。、游离石灰和游离石膏。2.氟氟铝酸酸盐水泥的特性及水泥的特性及应用用技技术特性：特性：凝凝结快快具有小具有小时强度度良好的抗化学侵良好的抗化学侵蚀性能性能应用：用：适用于煤适用于煤矿井下的井下的锚喷支支护，抢修和快速施修和快速施工，雨天快速施工、堵漏和水中工程，也可用于制作工，雨天快速施工、堵漏和水中工程，也可用于制作钢筋混凝土筋混凝土预制件等。制件等。81四、膨四、膨胀水泥水泥组成成：膨：膨胀组分分+强度度组分分82用途用途：配制收缩补偿砼，用于构件接逢及管道接头、砼配制收缩补偿砼，用于构件接逢及管道接头、砼结构的加固和修补、防渗堵漏工程、机器底座和地脚结构的加固和修补、防渗堵漏工程、机器底座和地脚螺丝固定。螺丝固定。配制自应力砼，主要用于制造需要低应力值的构件，如：配制自应力砼，主要用于制造需要低应力值的构件，如：管子、墙板、楼板、屋面板等。管子、墙板、楼板、屋面板等。五、白色硅酸五、白色硅酸盐水泥水泥定定义：凡以适当成分的生料：凡以适当成分的生料烧至局部熔融，所得至局部熔融，所得以硅酸以硅酸钙为主要成分、氧化主要成分、氧化铁含量很少的白色硅含量很少的白色硅酸酸盐水泥熟料，参加适量石膏，磨水泥熟料，参加适量石膏，磨细制成的水硬制成的水硬性胶凝材料，称性胶凝材料，称为白色硅酸白色硅酸盐水泥（水泥（简称白水泥）。称白水泥）。性能性能：与硅酸：与硅酸盐水泥根本相同，所不同的是水泥根本相同，所不同的是严格格控制水泥原料的控制水泥原料的铁含量，并含量，并严防在生防在生产过程中混程中混入入铁质。Fe2O3含量一般小于含量一般小于0.5%，尽可能除掉，尽可能除掉其他着色氧化物（其他着色氧化物（MnO、TiO2等）。等）。83六、彩色硅酸六、彩色硅酸盐水泥水泥定定义：凡由硅酸凡由硅酸盐水泥熟料及适量石膏（或白色水泥熟料及适量石膏（或白色硅酸硅酸盐水泥）、混合材及着色水泥）、混合材及着色剂磨磨细或混合制成或混合制成的的带有色彩的水硬性胶凝材料称有色彩的水硬性胶凝材料称为彩色硅酸彩色硅酸盐水水泥。泥。行行业标准准彩色硅酸彩色硅酸盐水泥（水泥（JC/T870-2000）规定：定：强度等度等级为27.5、32.5、42.5；根本色有；根本色有红、黄、黄、蓝、绿、棕、黑等。、棕、黑等。应用：用：建筑物的内外装建筑物的内外装饰工程。工程。84【案例分析】【案例分析】1.湖南某厂湖南某厂综合楼，五合楼，五层砖混混结构构1573m2，施工至屋面天沟施工至屋面天沟时突然倒塌。突然倒塌。材料材料为火山灰硅酸火山灰硅酸盐水泥，平均气温水泥，平均气温6，其中雨雪天其中雨雪天36天，天，5气候气候34天。天。原因：温度原因：温度对火山灰硅酸火山灰硅酸盐水泥影响很大，水泥影响很大，导致混凝土致混凝土强度很低。度很低。2.某水泥厂生某水泥厂生产的的PO水泥水泥f-CaO含量含量较高，加水拌和后高，加水拌和后初凝初凝时间仅为40min，本属于，本属于废品。但放置品。但放置1个月后，凝个月后，凝结时间又恢复正常，但又恢复正常，但强度有所下降，度有所下降，请分析原因。分析原因。分析分析 该厂的厂的PO水泥水泥f-CaO含量含量较高，局部高，局部f-CaO的煅的煅烧温温度度较低，加水拌和后，水与氧化低，加水拌和后，水与氧化钙迅速反响生成了迅速反响生成了氢氧化氧化钙，并放出水化，并放出水化热，时浆体温度升高，加速了其他熟料体温度升高，加速了其他熟料矿物的水化速率，从而使初凝物的水化速率，从而使初凝时间偏短。水泥放置一段偏短。水泥放置一段时间后，吸收了空气中的水分，大局部后，吸收了空气中的水分，大局部CaO生成生成Ca(OH)2或或进一步与空气中的一步与空气中的CO2反响生成反响生成CaCO3。故此。故此时加水拌和后，加水拌和后，不会再出不会再出现原来的凝原来的凝结时间过短的短的现象。但其他水泥熟料象。但其他水泥熟料矿物也会和空气中的水反响，局部物也会和空气中的水反响，局部产生生结团、结块，使，使强度下降（即度下降（即损失掉了局部失掉了局部强度）。度）。863.不同品种水泥的混用案例不同品种水泥的混用案例概况概况 某某单位先用位先用强度等度等级为32.5矿渣水泥施工正渣水泥施工正常，因某种原因，与后常，因某种原因，与后购进的的42.5R普通水泥混合拌普通水泥混合拌制混凝土使用，制混凝土使用，结果在果在现浇顶板板时混凝土混凝土发生开裂。生开裂。分析分析 不同品种等不同品种等级的水泥，性能相差很大。如果的水泥，性能相差很大。如果将它将它们混合使用，将会由于水化混合使用，将会由于水化热的不同在混凝土内的不同在混凝土内部不同部位造成局部高温和低温的部不同部位造成局部高温和低温的现象。象。这种温差会种温差会使混凝土使混凝土产生不均匀的生不均匀的变形，形，导致裂致裂缝产生、生、强度下度下降。降。874.镶贴瓷瓷砖空鼓脱落与水泥空鼓脱落与水泥质量量概况概况 某水泥厂在一段某水泥厂在一段时间内由于煤的内由于煤的质量量较差差导致熟致熟料料烧成率降低，成率降低，轻烧料料较多，且熟料中多，且熟料中Al2O3含量含量较高。高。为了保了保证生生产42.5PO水泥的水泥的强度，所用度，所用13%混合材料由混合材料由烧页岩改岩改为活性活性较高的粒化高炉高的粒化高炉矿渣。渣。经检验，各，各项指指标均均符合普通水泥的国家符合普通水泥的国家标准要求，其中水泥准要求，其中水泥细度不度不变。但客。但客户反映，在施工反映，在施工较标准的情况下使用准的情况下使用该段段时间生生产的水泥的水泥镶贴瓷瓷砖却出却出现较多的空鼓脱落多的空鼓脱落现象。象。请分析原因。分析原因。分析分析 矿渣的保水性差，泌水渣的保水性差，泌水严重，干重，干缩较大；大；熟熟料中料中Al2O3含量含量较高，及高，及C3A含量相含量相对较高，高，C3A的干的干缩相相对较大。大。885.某大体积的混凝土工程，浇筑某大体积的混凝土工程，浇筑2周后拆模，发现周后拆模，发现挡墙有多道贯穿型的纵向裂缝。该工程使用某水挡墙有多道贯穿型的纵向裂缝。该工程使用某水泥厂生产的泥厂生产的42.5R型硅酸盐水泥，其熟料矿物组型硅酸盐水泥，其熟料矿物组成如下：成如下：分析分析 该工程所用的水泥该工程所用的水泥C3A和和C3S含量高，导致该水泥水化热高，且含量高，导致该水泥水化热高，且在浇筑时混凝土的整体温度高，以后混