土木工程材料水泥.ppt

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1、2.4 Silicate cementClassification of cementBy composition Silicate cement Aluminate cement Sulphate cement Ferrialuminate cementBy capability and useGeneral cementSpecial cementExtra properties cement2.4.1 硅酸盐水泥生产工艺及矿物组成1.principal raw materials （1）石灰质原料石灰质原料：提供：提供CaO，有石灰石、贝壳、有石灰石、贝壳、石灰质凝灰岩。石灰质凝灰岩。（

2、2）粘土质原料粘土质原料：提供：提供SiO2Al2O3，少量少量Fe2O3，有粘土、黄土、页岩、泥岩、粉砂岩、河有粘土、黄土、页岩、泥岩、粉砂岩、河泥等、泥等、（3）铁矿粉铁矿粉：提高：提高Fe2O3的含量，有黄铁矿渣。的含量，有黄铁矿渣。另外还有少量的矿化剂（如萤石）改善煅烧条件。另外还有少量的矿化剂（如萤石）改善煅烧条件。2.Definition and classification of silicate cement 凡以适当成分的生料烧至部分熔融，所得以硅酸钙为主的水泥熟料，掺入适量石膏、05的石灰石或粒化高炉矿渣磨细制成的水硬性胶凝材料，就是硅酸盐水泥硅酸盐水泥(也称波特兰水泥)。

3、当硅酸盐水泥中不掺混合材料时，称为型硅酸盐水泥，代号P.。当硅酸盐水泥中混合材料掺量不超过5%时，称为型硅酸盐水泥，代号P.。3.Manufacture of silicate cement(两磨一烧)4.Mineral composition of clinker硅酸三钙(简称C3S)其矿物组成为3CaOSiO2，含量约50%左右。硅酸二钙(简称C2S)其矿物组成为2CaOSiO2，含量约20%左右。铝酸三钙(简称C3A)其矿物组成为3CaOAl2O3，含量7%15%。铁铝酸四钙(简称C4AF)其矿物组成为4CaOAl2O3Fe2O3，含量10%18%。其它矿物组成硅酸盐水泥熟料中还含有少量

4、的游离氧化钙和游离氧化镁及少量的碱(氧化钠和氧化钾)。它们可能对水泥的质量及应用带来不利影响。2.4.2 hydration and hardening of silicate cement1.hydration(1)C3S硅酸三钙在常温下的水化反应生成水化硅酸钙(C-S-H凝胶)和氢氧化钙。3CaOSiO2+nH2O=xCaOSiO2yH2O+(3-x)Ca(OH)2C3S在最初四个星期内强度发展迅速，它实际上决定着硅酸盐水泥四个星期以内的强度；C3S的水化热较多，其含量也最多，故它放出的热量最多；但其耐腐蚀性较差。(2)C2S-C2S的水化与C3S相似，只不过水化速度慢而已。2CaOSiO

5、2+nH2O=xCaOSiO2yH2O+(2-x)Ca(OH)2所形成的水化硅酸钙在C/S和形貌方面与C3S水化生成的都无大区别，故也称为C-S-H凝胶。但CH生成量比C3S的少，结晶却粗大些。C2S的硬化速度慢，在大约4个星期后才发挥其强度作用，约一年左右达到C3S四个星期的发挥程度；而其水化热少；耐腐蚀性好(3)C3A铝酸三钙的水化迅速，放热快，其水化产物组成和结构受液相CaO浓度和温度的影响很大，先生成介稳状态的水化铝酸钙，最终转化为水石榴石（C3AH6）。在有石膏的情况下，C3A水化的最终产物与起石膏掺入量有关。最初形成的三硫型水化硫铝酸钙，简称钙矾石，常用AFt表示。若石膏在C3A完

6、全水化前耗尽，则钙矾石与C3A作用转化为单硫型水化硫铝酸钙(AFm)。C3A硬化速度最快，但强度低，其对硅酸盐水泥在13 d或稍长的时间内的强度起到一定作用；C3A的水化热多；耐腐蚀性最差。(4)C4AF水泥熟料中铁相固溶体可用C4AF作为代表。它的水化速率比C3A略慢，水化热较低，即使单独水化也不会引起快凝。其水化反应及其产物与C3A很相似。C4AF的硬化速度也较快，但强度低，其对硅酸盐水泥的强度贡献小；其水化热和耐腐蚀性均属中等。硅酸盐水泥的主要水化产物为:(1)C-S-H凝胶;(70%)CFH凝胶;(水化铁酸钙)(2)水化铝酸钙;(3)氢氧化钙;(20%)(4)钙矾石.(三硫型水化硫铝酸

7、钙)各种熟料矿物的强度增长图硅酸盐水泥的水化放热速率硅酸盐水泥的水化放热速率拌合后时间（拌合后时间（h h）放热速率（放热速率（J/kg/s)J/kg/s)潜伏期潜伏期AB例1:以下是A、B两种硅酸盐水泥熟料矿物组成百分比含量，请分析A、B两种硅酸盐水泥的早期强度及水化热的差别。矿物组成C3S%C2S%C4A%C4AFA水泥6015169B水泥47281015例2: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。该工程使用某立窑水泥厂生产42.5型硅酸盐水泥，其熟料矿物组成如下：C3S 61；C2S14；C3A14；C4AF11。2.Coagulation and har

8、dening course(1)Coagulation:是指水泥加水拌合后,成为塑性的水泥浆,其中颗粒表面的矿物开始在水中溶解并与水发生反应,水泥浆逐渐失去塑性,但还不具有强度的过程.Initial set:初凝为水泥加水拌合时起到标准稠度净浆开始失去可塑性所需的时间.Final set:终凝为水泥加水拌合时起到标准净浆完全失去可塑性并开始产生强度所需的时间.(2)hardening水泥进入硬化期后,在有水存在的情况下,水化继续进行,但水化逐渐减慢,水化物总量随时间延长而逐渐增加,扩展到毛细孔中,使结构更细致,强度相应提高.水泥的水化和凝结硬化是从水泥颗粒表面开始的,逐渐往水泥颗粒的内核深入进

9、行.开始水化带度快,水泥强度提高也快;但由于水化进行,堆积在水泥颗粒周围的水化物不断增多,阻碍水和未水化水泥的进一步接触,水化减慢,强度增长也变慢,但无论过多久,水泥的内核都很难完全水化.所以在水泥石中,同时含有水泥熟料的水化产物,未水化的水泥颗粒,水和孔隙.水泥的凝结硬化阶段划分水泥的凝结硬化阶段划分(a)初始溶解和水化：初始溶解和水化：水泥水泥+水水水泥浆体，水泥颗粒与水接水泥浆体，水泥颗粒与水接触，水化反应从颗粒表面开始迅速产生；触，水化反应从颗粒表面开始迅速产生；生成的水化硅酸钙、氢氧化钙、钙矾石等生成的水化硅酸钙、氢氧化钙、钙矾石等产物堆积在水泥颗粒周围。产物堆积在水泥颗粒周围。(b

10、)潜伏期：潜伏期：大约持续大约持续1 1小时小时：水泥颗粒周围形成水化产物膜层，阻水泥颗粒周围形成水化产物膜层，阻碍水泥与水直接接触，水化反应减慢。碍水泥与水直接接触，水化反应减慢。水水通过膜层向内渗透；通过膜层向内渗透；水化产物水化产物通过膜层向外渗透；通过膜层向外渗透；水的渗透速度快，所以产生由内向外水的渗透速度快，所以产生由内向外的渗透压，使膜层破裂，水化反应重的渗透压，使膜层破裂，水化反应重新加快。新加快。(c)凝结期凝结期水化反应重新加速，生成大量水化反应重新加速，生成大量水化产物，填充在水泥颗粒之水化产物，填充在水泥颗粒之间，水泥颗粒之间空隙缩小，间，水泥颗粒之间空隙缩小，接触点相

11、互粘结，水泥浆体粘接触点相互粘结，水泥浆体粘度提高，可塑性降低，发生凝度提高，可塑性降低，发生凝结。结。(d)硬化期硬化期水化反应不断进行，凝胶体填充水化反应不断进行，凝胶体填充毛细孔，浆体逐渐产生强度，进毛细孔，浆体逐渐产生强度，进入硬化阶段。入硬化阶段。(3)影响水化硬化因素熟料矿物组成比表面积水灰比养护条件(curing time and temperature)石膏掺量2.4.3 2.4.3 硅酸盐水泥的技术性质硅酸盐水泥的技术性质（标准稠度用水量）（标准稠度用水量）不溶物、烧失量不溶物、烧失量氧化镁含量、三氧化硫含量氧化镁含量、三氧化硫含量细度细度凝结时间（初凝、终凝）凝结时间（初凝

12、、终凝）安定性安定性强度强度碱含量碱含量（密度与堆积密度、水化热）（密度与堆积密度、水化热）1）标准稠度用水量）标准稠度用水量水泥浆达到规定的标准稠度时所需的用水泥浆达到规定的标准稠度时所需的用水量，占水泥重量的百分比水量，占水泥重量的百分比（%）叫做）叫做水泥的标准稠度用水量。水泥的标准稠度用水量。标准稠度：使用标准稠度测定仪，维卡标准稠度：使用标准稠度测定仪，维卡仪的下落深度为仪的下落深度为6 61mm时的水泥浆稠度。时的水泥浆稠度。硅酸盐水泥的标准稠度用水量一般在硅酸盐水泥的标准稠度用水量一般在2030%。水泥浆标准稠度的测定水泥浆标准稠度的测定称取一定重量的水泥（称取一定重量的水泥（5

13、00g）；）；根据经验称取一定量的水（例如取水泥根据经验称取一定量的水（例如取水泥重量的重量的25%，125g）；）；拌制水泥浆，测定维卡仪下沉深度。拌制水泥浆，测定维卡仪下沉深度。如果维卡仪的下沉深度不满足要求，则如果维卡仪的下沉深度不满足要求，则再次称量水泥和水，直到下沉深度在再次称量水泥和水，直到下沉深度在46mm范围内，则所用水量占水泥质量范围内，则所用水量占水泥质量的百分比，即为标准稠度需水量（的百分比，即为标准稠度需水量（%）。）。标准稠度用水量不作为水泥性质的标准稠度用水量不作为水泥性质的衡量指标，它是进行水泥其他性质衡量指标，它是进行水泥其他性质试验（凝结时间、安定性）之前需试

14、验（凝结时间、安定性）之前需测定的指标。测定的指标。2）细度）细度水泥颗粒的粗细程度。水泥颗粒的粗细程度。水泥的细度影响水泥的活性和水化反水泥的细度影响水泥的活性和水化反应速度，是水泥质量检验的重要指标。应速度，是水泥质量检验的重要指标。细度不符合要求的水泥为不合格品。细度不符合要求的水泥为不合格品。细度的表示方法：细度的表示方法：8080微米方孔筛筛余百分率微米方孔筛筛余百分率（%）比表面积比表面积 (m2/kg)硅酸盐水泥的细度用比表面积表示，硅酸盐水泥的细度用比表面积表示，要求不小于要求不小于300300(m2/kg)；其他水泥的细度用筛余百分率表示，其他水泥的细度用筛余百分率表示，用水

15、筛法，要求不大于用水筛法，要求不大于10%。3）凝结时间）凝结时间水泥完全加水泥完全加入水中开始入水中开始拌合拌合开始失开始失去可塑去可塑性性完全失完全失去可塑去可塑性性初凝时间初凝时间终凝时间终凝时间初凝时间影响施工质量及硬化后质量初凝时间影响施工质量及硬化后质量在初凝之前要完成混凝土的搅拌、运输、在初凝之前要完成混凝土的搅拌、运输、浇注、振捣和表面修平等施工过程，如果浇注、振捣和表面修平等施工过程，如果水泥在施工完全之前即凝结，则施工操作水泥在施工完全之前即凝结，则施工操作将破坏硬化体的结构。将破坏硬化体的结构。为了保证施工过程的完成，初凝时间不能为了保证施工过程的完成，初凝时间不能太短，

16、国家标准对水泥的初凝时间严格规太短，国家标准对水泥的初凝时间严格规定了最小值。定了最小值。例如硅酸盐水泥初凝时间不得小于例如硅酸盐水泥初凝时间不得小于4545分钟。分钟。凡初凝时间不满足要求的水泥作为废品处凡初凝时间不满足要求的水泥作为废品处理。理。终凝时间影响施工进度终凝时间影响施工进度施工完成之后，希望水泥浆体尽快硬化，以便施工完成之后，希望水泥浆体尽快硬化，以便进行下一步施工。进行下一步施工。所以终凝时间关系到工程的进度。所以终凝时间关系到工程的进度。国家标准对各品种水泥的终凝时间规定了最大国家标准对各品种水泥的终凝时间规定了最大值，例如硅酸盐水泥的终凝时间不大于值，例如硅酸盐水泥的终凝

17、时间不大于6.56.5小小时，其他水泥终凝时间不大于时，其他水泥终凝时间不大于1010小时。小时。凡终凝时间不满足要求者作为不合格品处理。凡终凝时间不满足要求者作为不合格品处理。凝结时间的测定凝结时间的测定拌制标准稠度水泥浆。拌制标准稠度水泥浆。从水泥加水拌合时起作为时间起点，从水泥加水拌合时起作为时间起点，开始计时。开始计时。采用凝结时间测定仪，测定标准试采用凝结时间测定仪，测定标准试针（维卡仪）自由下落深度。针（维卡仪）自由下落深度。凝结时间的测定凝结时间的测定水水泥泥完完全全加加入入水水中中初凝时间初凝时间终凝时间终凝时间41mm0.5mm4）体积安定性）体积安定性水泥在凝结硬化的过程中

18、体积变水泥在凝结硬化的过程中体积变化的稳定性。化的稳定性。水泥的安定性不良表现为硬化后水泥的安定性不良表现为硬化后的水泥硬化体产生扭曲变形，表的水泥硬化体产生扭曲变形，表面龟裂等现象面龟裂等现象。引起体积安定性不良的原因引起体积安定性不良的原因游离氧化钙游离氧化钙(f-CaO)游离氧化镁游离氧化镁(f-MgO)在水泥煅烧的过程中，没有和氧化硅在水泥煅烧的过程中，没有和氧化硅类物质化合形成盐类，而是以游离的化合类物质化合形成盐类，而是以游离的化合物状态存在，并且经过高温煅烧，结晶密物状态存在，并且经过高温煅烧，结晶密实，水化缓慢，在水泥浆体硬化之后才开实，水化缓慢，在水泥浆体硬化之后才开始水化，

19、体积膨胀并放出热量，使周围的始水化，体积膨胀并放出热量，使周围的硬化体遭到破坏（开裂或扭曲变形）。硬化体遭到破坏（开裂或扭曲变形）。引起体积安定性不良的原因引起体积安定性不良的原因过量的过量的SO3：在熟料磨细时掺入了过量的石膏，在熟料磨细时掺入了过量的石膏，水化初期不能消耗完毕，在水泥浆体水化初期不能消耗完毕，在水泥浆体硬化后与水化铝酸钙反应，生成高硫硬化后与水化铝酸钙反应，生成高硫型水化硫铝酸钙（即钙矾石），伴随型水化硫铝酸钙（即钙矾石），伴随体积膨胀，造成破坏。体积膨胀，造成破坏。体积安定性的检测方法体积安定性的检测方法f-CaO：饼法、雷氏夹法饼法、雷氏夹法f-MgO：压蒸法压蒸法过量

20、的过量的SO3：温水浸泡法。温水浸泡法。由于后两者试验不易进行，所以对其由于后两者试验不易进行，所以对其含量进行严格控制：含量进行严格控制：f-MgO5.0%；SO33.5%.。饼法检验体积安定性饼法检验体积安定性采用采用标准稠度的水泥浆；标准稠度的水泥浆；制作制作扁圆形试饼，在标准温度下养扁圆形试饼，在标准温度下养护护24小时；小时；在在100水中沸煮水中沸煮4小时；小时；观察表面是否开裂及形状变化。观察表面是否开裂及形状变化。体积安定性的判断体积安定性的判断体积安定性良好体积安定性良好体积安定性不良体积安定性不良雷氏夹法检验体积安定性雷氏夹法检验体积安定性采用采用标准稠度的水泥浆；标准稠度

21、的水泥浆；装入雷氏夹试件，养护装入雷氏夹试件，养护24小时；小时；测量初始宽度测量初始宽度A；加热沸煮加热沸煮0.5+3小时后，测量指针之间宽度小时后，测量指针之间宽度C；计算膨胀值计算膨胀值C-A，如果超过如果超过5mm，则，则安定性不安定性不合格。合格。5）强度与强度等级）强度与强度等级强度是划分水泥强度等级的依据。强度是划分水泥强度等级的依据。水泥的强度既要反映水泥的强度既要反映水泥凝胶体本身水泥凝胶体本身的强度的强度，又要反映水泥的，又要反映水泥的粘结能力粘结能力。所以采用水泥砂浆进行强度测定。所以采用水泥砂浆进行强度测定。水泥的粘结能力不仅取决于水泥本身，水泥的粘结能力不仅取决于水泥

22、本身，还与被粘结的骨料性质有关，所以采还与被粘结的骨料性质有关，所以采用统一监制的骨料用统一监制的骨料标准砂。标准砂。水泥胶砂强度试件的制作水泥胶砂强度试件的制作所用材料及配比如下：所用材料及配比如下：水泥水泥 标准砂标准砂 水水=1 3 0.5=450g 1350g 225g试件尺寸：试件尺寸：40mm40mm160mm养护条件：（养护条件：（201）水中）水中龄期：龄期：3天，天，28天天水泥胶砂试件的抗折强度水泥胶砂试件的抗折强度水泥胶砂试件的抗压强度水泥胶砂试件的抗压强度40mm根据水泥胶砂试件强度确定强度等级根据水泥胶砂试件强度确定强度等级1.1.根据根据2828天抗压强度值初步确定

23、水泥天抗压强度值初步确定水泥强度等级强度等级;2.2.校核其它龄期的抗压、抗折强度值校核其它龄期的抗压、抗折强度值是否满足同一强度等级的各强度值要是否满足同一强度等级的各强度值要求。如果其中之一不满足要求，降低求。如果其中之一不满足要求，降低强度等级。强度等级。即：试验测得的各龄期的抗压、抗折即：试验测得的各龄期的抗压、抗折强度必须同时满足某强度等级中规定强度必须同时满足某强度等级中规定的强度值。的强度值。强度等级抗压强度/MPa抗折强度/MPa3d28d3d28d42.542.5R525.52.5R62.562.5R17.022.023.027.028.032.042.542.552.552

24、.562.562.53.54.04.05.050.5.56.56.57.07.08.08.06）碱含量）碱含量水泥中碱性物质（水泥中碱性物质（Na2O、K2O）的的含量称为碱含量。含量称为碱含量。碱含量计算值碱含量计算值=Na2O+0.685K2O国家标准规定水泥的碱含量不得大于国家标准规定水泥的碱含量不得大于0.60%。碱性物质对水泥性能的影响碱性物质对水泥性能的影响水泥中碱性物质的存在影响水泥混凝水泥中碱性物质的存在影响水泥混凝土的耐久性土的耐久性碱骨料反应。碱骨料反应。如果混凝土中采用含有活性的如果混凝土中采用含有活性的SiOSiO2 2或活或活性的碳酸盐，即碱活性物质，当水泥性的碳酸盐

25、，即碱活性物质，当水泥中碱含量过大时，在长期使用过程中中碱含量过大时，在长期使用过程中将发生碱将发生碱骨料反应，破坏水泥石与骨料反应，破坏水泥石与骨料的界面而使混凝土遭到破坏。骨料的界面而使混凝土遭到破坏。碱骨料反应碱骨料反应混凝土内部水泥石中的碱性氧混凝土内部水泥石中的碱性氧化物（化物（Na2O、K2O）与骨料中与骨料中的活性的活性SiO2 发生的化学反应，发生的化学反应，生成碱生成碱硅酸盐凝胶体（或生硅酸盐凝胶体（或生成碱成碱碳酸盐凝胶），吸水后碳酸盐凝胶），吸水后体积膨胀（体积膨胀（3 3倍以上），导致混倍以上），导致混凝土开裂破坏，称为碱骨料反凝土开裂破坏，称为碱骨料反应。应。7）水化

26、热）水化热水泥与水发生反应所放出的热量：水泥与水发生反应所放出的热量：通常用单位重量的水泥全部水化通常用单位重量的水泥全部水化所放出的热量来表示。所放出的热量来表示。水化热对于大体积混凝土不利，水化热对于大体积混凝土不利，是造成温度应力、温度裂缝的原是造成温度应力、温度裂缝的原因。因。8）密度与堆积密度）密度与堆积密度水泥的密度大致在以下范围：水泥的密度大致在以下范围：水泥的密度水泥的密度=3.13.2 g/cm3堆积密度堆积密度=9001300 kg/m3 标准稠度用水量、密度标准稠度用水量、密度：不做数值上的规：不做数值上的规定；定；细度、初凝时间、终凝时间、安定性、强细度、初凝时间、终凝

27、时间、安定性、强度、碱含量等性质均有严格的限制。度、碱含量等性质均有严格的限制。初凝时间、安定性：初凝时间、安定性：若不满足要求，作为若不满足要求，作为废品处理；废品处理；细度、终凝时间、强度细度、终凝时间、强度：若不合格，按不：若不合格，按不合格品处理。合格品处理。氧化镁、三氧化硫含量不合格，按废品处氧化镁、三氧化硫含量不合格，按废品处理。理。对各性质的要求对各性质的要求2.4.4 erode and prevention of cement stone1.erode of cement stone(腐蚀)(1)soft water:water containing little or no

28、 dissolved salts of calcium or magnesium,especially water containing less than 85.5 parts per million of calcium carbonate.水泥石长期与软水(雨水,雪水,蒸馏水,工厂冷凝水等)接触,会溶出氢氧化钙,如是静水或无水压水只限于表面,对水泥石影响不大.但如果有流水及压力水作用,氢氧化钙不断溶解流失,由于水泥石碱度的降低还会引起其他水化产物的分解溶蚀,使水泥石进一步破坏.(2)Sulphate(硫酸盐)含硫酸盐的海水,湖水,地下水及某些工业污水长期与水泥石接触,其中的硫酸盐会与水泥

29、中的氢氧化钙发生反应,生成硫酸钙.硫酸钙与水泥石中的水化铝酸钙作用会生成高硫型水化硫铝酸钙(钙凡石),体积增大约1.5倍,会引起膨胀应力,造成开裂.钙凡石常被称为:水泥杆菌.当水中硫酸盐浓度较高时,硫酸钙还会在孔隙中直接结晶成二水石膏,体积膨胀,导致水泥石破坏.(3)Magnesia(镁盐)在海水及地下水中,常含有大时镁盐,主要是硫酸镁和氯化镁,它们与水泥石中的氢氧化钙发生反应,生成氢氧化镁松软而无凝结能力,生成的氯化镁易溶于水,二水石膏则引起硫酸盐腐蚀作用.因此硫酸镁对水泥石起镁盐和硫酸盐的双重腐蚀作用.(4)Acid 无机酸中的盐酸,氢氟酸,硝酸,硫酸和有机酸中的醋酸等对水泥石都有不同程度

30、的腐蚀作用.它们与水泥石中的氢氧化钙发生反应生成化合物,或者易溶于水,或体积膨胀,在水泥石内部造成内应力而导致破坏.(5)Carbonic acid在工业污水中,地下水中常溶解有较多的的二氧化碳,开始时,二氧化碳与水泥石中的氢氧化钙作用生成碳酸钙.生成的碳酸钙再与含碳酸的水作用转变成碳酸氢钙.生成的碳酸氢钙易溶于水.(6)Alkali(碱)铝酸盐含量较多的硅酸盐水泥遇到强碱作用后会发生腐蚀.例如氢氧化钠会与水泥熟料未水化的铝酸盐反应,生成易溶的铝酸钠.此外,水泥石被氢氧化钠浸透后又在空气中干燥,氢氧化钠会与空气中的二氧化碳发生反应生成碳酸钠,碳酸钠在水泥石中的毛细孔中结晶沉积,会使水泥石破坏.

31、腐蚀的主要原因:(1)水泥石中存在易被腐蚀的成分,如氢氧化钙和水化铝酸钙;(2)水泥石不密实,有孔隙;(3)环境中存在腐蚀性介质.2.Prevention of erode 防止腐蚀的措施:(1)进行水质分析,合理选择水泥品种;(2)提高水泥石的抗渗性,如提高水泥石的密实性或改变孔隙特征;(3)表面防护处理.2.5 Other ordinary cement2.5.1 mixed materials of cement(水泥混合材料)1.active mixed materials 活性混合材是具有火山灰性或潜在水硬性，以及兼有火山灰性和水硬性的矿物质材料。粒化高炉矿渣、火山灰质混合材料和粉煤

32、灰都属于活性混合材料，它们中都含有大量活性氧化硅（SiO2）与活性氧化铝（Al2O3）。与水调和后，它们本身不会硬化或硬化极为缓慢，强度很低。但在氢氧化钙溶液中，就会发生显著的水化，特别是在饱和的氢氧化钙溶液中及有石膏存在的条件下水化更快。(1)slag 凡在高炉冶炼生铁时，所得以硅酸盐与硅铝酸盐为主要成分的熔融物，经淬冷成粒后，即为粒化高炉矿渣，简称矿渣。(2)Fly ash 从煤粉炉烟道气体中收集的粉末称为粉煤灰(3)Pozzuolanic mix materials 凡天然的或人工的以氧化硅、氧化铝为主要成分的矿物质材料，本身磨细加水拌和并不硬化，但与气硬性的石灰混合后，再加水拌和，则不

33、单能在空气中硬化，而且能在水中继续硬化的，称为火山灰混合材料。2.Inactive mixed materials 活性指标低于GB 1596、GB 2847和GB 203标准要求的粉煤灰，火山灰质混合材料和粒化高炉矿渣以及石灰石和砂岩。石灰石中的三氧化二铝含量不得超过2.5%。它们与水泥成分起的化学作用很小，非活性混合材料掺入硅酸盐水泥中起提高水泥产量和降低水泥强度等级，减少水化热等作用，并起到降低成本及改善砂浆或混凝土和易性的作用。3.Kiln 从水泥回转窑窑尾废气中收集的粉尘。2.5.2 Composition and technical require of several ordin

34、ary cement1.Ordinary silicate cement(1)Composition 以硅酸盐水泥熟料为主，加入615的混合材料和适量石膏磨细制成的水硬性胶凝材料，称为普通硅酸盐水泥(简称普通水泥)，代号P.O。掺活性混合材料时,最大掺量不得大超过15%,其中允许用不超过水泥质量的5%的窑灰或不超过水泥质量的10%的非活性混合材料来代替;掺非活性混合材料时,最大掺量不得超过水泥质量的10%.(2)Technical require 根椐国家标准GB 175-1999硅酸盐水泥、普通硅酸盐水泥 的规定,普通硅酸盐水泥氧化镁,三氧化硫含量及安定性指标与硅酸盐水泥相同.其烧失量,细度

35、,凝结时间及强度与硅酸盐水泥有所差别:烧失量不得大于5%;80m方孔筛筛余不得超过10%;初凝不得早于45min,终凝不得迟于10h,其早期强度稍低于硅酸盐水泥.(型硅酸盐水泥中烧失量不得超过3.0%，型硅酸盐水泥中烧失量不得超过3.5%。硅酸盐水泥比表面积大于300m2/kg。硅酸盐水泥初凝时间不得早于45min，终凝时间不得迟于6h30min )2.Slag,pozzuolanic,fly ash silicate cement(1)Slag silicate:由硅酸盐水泥熟料和2070的粒化高炉矿渣及适量石膏混合磨细而成的水硬性胶凝材料，称为矿渣硅酸盐水泥(简称矿渣水泥)，代号P.S。(

36、2)Pozzuolanic silicate cement:硅酸盐水泥熟料和2050的火山灰质混合材料及适量石膏混合磨细而成的水硬性胶凝材料，称为火山灰质硅酸盐水泥(简称火山灰水泥)，代号P.P。(3)Fly ash silicate cement:由硅酸盐水泥熟料和2040的粉煤灰及适量石膏混合磨细而成的水硬性胶凝材料称为粉煤灰硅酸盐水泥(简称粉煤灰水泥)，代号P.F.(4)Technical require of several ordinary silicate cement要求指标硅酸盐水泥普通硅酸盐水泥P.O矿渣硅酸盐水泥PS火山灰质硅酸盐水泥PP粉煤灰硅酸盐水泥PFPP不溶物含量

37、0.751.50烧失量 33.55细度比表面积300 m2/kg80 m方孔筛的筛余量10终凝时间390 min45 minMgO含量 水泥中MgO含量不宜超过5.0；若水泥经蒸压安定性试验合格，MgO含量可放宽至6.0以下。熟料中MgO含量不宜超过5.0；若水泥经蒸压安定性试验合格，熟料中MgO含量可放宽至6.0以下。SO3含量 3.53.5(矿渣水泥可放宽到4.0)安定性沸煮法合格强度 水泥强度等级按规定龄期的抗压强度和抗折强度来划分，各强度等级水泥的各龄期强度不得低于国家相关标准碱含量 水泥中碱含量按Na2O+0.658K2O计算值来表示。若使用活性集料，用户要求提供低碱水泥时，水泥中碱

38、含量不得大于0.60或由供需双方商定(5)Compound silicate cement 由硅酸盐水泥熟料、两种或两种以上规定的混合材料和适量的石膏磨细制成的水硬性胶凝材料，称为复合硅酸盐水泥(简称复合水泥)，代号P.C。水泥中混合材料总掺加量按质量百分比计应大于15%,但不超过50%.允许用不超过8%的窑灰代替部分混合材料,掺矿渣时混合材料掺量不得与矿渣硅酸盐水泥重复.2.5.3capability and application of several ordinary cement硅酸盐水泥普通水泥矿渣水泥火山灰水泥粉煤灰水泥特性早期强度高；水化热较大；抗冻性较好；耐蚀性差；干缩较小与硅

39、酸盐水泥基本相同早期强度较低，后期强度增长较快；水化热较低；耐热性好；耐蚀性较强；抗冻性差；干缩性较大；泌水较多早期强度较低，后期强度增长较快；水化热较低；耐蚀性较强；抗抗渗性好；抗冻性差；干缩性大早期强度较低，后期强度才长较快；水化热较低；耐蚀性较强；干缩性较小；抗裂性较高；抗冻性差适用范围一般土建工程中钢筋混凝土及预应力钢筋混凝土结构；受反复冰冻作用的结构；配制高强混凝土与硅酸盐水泥基本相同高温车间和有耐热耐火要求的混凝土结构；大体积混凝土结构；蒸汽养护的构件；有抗硫酸盐侵蚀要求的工程地下、水中大体积混凝土结构和有抗渗要求的混凝土结构；蒸汽养护的构件；有杭硫酸盐侵蚀要求的工程地上、地下及水

40、中大体积混凝土结构；蒸汽养护的构件；抗裂性要求较高的构件；有抗硫酸盐侵蚀要求的工程不适用范围大体积混凝土结构；受化学及海水侵蚀的工程与硅酸盐水泥基本相同早期强度要求高的工程；有抗冻要求的混凝土工程处在干燥环境中的混凝土工程；其他同矿渣水泥有抗碳化要求的工程；其他同矿渣水泥与普通水泥相比,掺大量混合材的水泥具有的共性:(1)密度较小.原因:混合材的密度小于水泥熟料的密度,普通水泥中熟料含量高,因此水泥密度大.(2)凝结硬化慢,有二次水化.(3)强度早期低,但后期增进率高.原因:熟料少,早期强度底;混合材的二次水化使后期强度不断增长,因此掺大量混合材水泥后期强度增进率答.(4)强度发展对温湿度敏感

41、,适合于蒸汽养护.原因:混合材的水化在湿热条件下可被加速,且对后期强度影响不大.(5)水化热低.原因:熟料少.(6)耐软水及硫酸盐的侵蚀能力强.原因:水泥石中氢氧化钙和水化铝酸三钙含量少.(7)抗冻性,耐磨性较差.原因:熟料少,水化热低且强度发展慢,因此抗冻性差;同时,熟料的水化产物耐磨性好,因此,掺大量混合材水泥的耐磨性差.矿渣水泥的个性:耐热性好,抗渗性差,保水性差,干缩较大.火山灰水泥的个性:干缩大;在潮湿的环境中时抗渗性好.粉煤灰水泥的个性:和易性好;干缩较小,抗裂性较好;强度发展更慢.2.6 Special and extra properties cement2.6.1 Alumi

42、nate cement1.Definition and classification 铝酸盐水泥是以石灰石和铝矾为主要原料，经煅烧至全部或部分熔融，得到以铝酸钙为主要矿物的熟料，经磨细而成的水硬性胶凝材料，代号为CA。按Al2O3的含量铝酸盐水泥分为CA50（50Al2O360），CA60（60Al2O368），CA70（68Al2O377）和CA80（77Al2O3）四类。铝酸盐水泥是一类快硬、高强、耐腐蚀、耐热的水泥，又称高铝水泥。2.Mineral composition 铝酸盐水泥的主要矿物成分为铝酸一钙（CaOAl2O3，简写CA）和二铝酸一钙（CaO2Al2O3，简写CA2），还有

43、少量的其他铝酸盐，如2CaOAl2O3SiO2（简写C2AS）、12CaO7Al2O3（简写C12A7）等，有时还含有很少量2CaOSiO2等。CA是铝酸盐水泥的主要矿物，有很高的水硬活性，凝结时间正常，水化硬化迅速；CA2水化硬化慢，后期强度高，但早期强度却较低，具有较好的耐高温性能。3.Technical require国家标准GB 2012000铝酸盐水泥规定，铝酸盐水泥的细度、凝结时间（胶砂）及强度应符合下表的要求 性能指标水泥类型CA50CA60CA70CA80细度 比表面积不小于300 m2/kg或0.045 mm筛筛余不大于20凝结时间初凝时间/min，不早于30 60 30 3

44、0终凝时间/h，不迟于 6 18 66抗压强度/MPa 6 h1 d3 d28 d 204050 204585 3040 2530抗折强度/MPa 6 h1 d3 d28 d 3.05.56.52.55.010.0 5.06.04.05.04.Application (1)铝酸盐水泥的早期强度发展迅速，适用于工适用于工期紧急的工程，如国防、道路和特殊抢修工程等期紧急的工程，如国防、道路和特殊抢修工程等。(2)铝酸盐水泥的放热量与硅酸盐水泥大致相同，但其放热速度特别快，一天之内即可放出水化热总量的7080。使用时应特别注意，不能用于大不能用于大体积混凝土工程。体积混凝土工程。由于早期的水化放热量

45、大，铝酸盐水泥在较低的气温下也能很好地硬化，可用于冬可用于冬季施工的工程。季施工的工程。(3)铝酸盐水泥硬化后，密实度较大，不含有铝酸三钙和氢氧化钙，因此，耐磨性很好，对矿物水和硫酸盐的侵蚀作用具有很高的抵抗能力。适用于适用于耐磨要求较高的工程和受软水、海水和酸性水腐蚀耐磨要求较高的工程和受软水、海水和酸性水腐蚀及受硫酸盐腐蚀的工程。及受硫酸盐腐蚀的工程。(4)铝酸盐水泥有较高的耐热性，如采用耐火粗细集料（如铬铁矿等）可制成使用温度达1 3001 400的耐热混凝土耐热混凝土。(5)铝酸盐水泥与硅酸盐水泥或石灰相混不但产生闪凝，而且由于生成高碱性的水化铝酸钙，使混凝土开裂破坏。因此，施工时除不

46、得与石灰和硅酸盐水泥混合外，也不得与尚未硬化的硅酸盐水泥接触使用。铝酸盐水泥耐碱性极差，与碱性溶液接触，甚至在混凝土集料内含有少量碱性化合物，都会引起不断的侵蚀。因此，不得用于接触碱性溶液的工程不得用于接触碱性溶液的工程。(6)铝酸盐水泥最适宜的硬化温度为15左右，一般不得超过25。如温度过高，水化铝酸一钙和水化铝酸二钙会转变成水化铝酸三钙，固相体积减少，孔隙率大大增加，强度显著降低。因此，铝酸盐水泥混凝土不能进行蒸汽养护，也不宜在高温季节施工也不宜在高温季节施工。由于上述晶型转变，铝酸盐水泥的长期强度及其他性能有降低的趋势。因此，铝酸盐水泥不宜用于长铝酸盐水泥不宜用于长期承重的结构及处于高温

47、高湿环境的工程期承重的结构及处于高温高湿环境的工程。2.6.2 rapid hardening sulfoaluminate cement(快硬硫铝酸盐水泥)definition:凡以适当成分的生料，经煅烧所得以无水硫铝酸钙和硅酸二钙为主要矿物，加入适量石膏磨细制成的早期强度高的水硬性胶凝材料，称为快硬硫铝酸盐水泥。快硬硫铝酸盐水泥的主要矿物为无水硫铝酸钙和-C2S。早期强度高,结构致密,孔隙率小,抗渗性高,水化产物中氢氧化钙含量少,抗硫酸盐侵蚀能力强.application:主要用于配制早强,抗渗,抗硫酸盐侵蚀的混凝土.可用于冬季施工,抢修,堵漏等工程.2.6.3 Portland ceme

48、nt for road 1.definition:由较高铁铝酸钙含量的硅酸盐道路水泥熟料，010活性混合材和适量石膏磨细制成的水硬性胶凝材料，称为道道路硅酸盐水泥路硅酸盐水泥.2.Technical require:耐磨性好、收缩小、抗冻性好、抗冲击性好，有高的抗折强度和良好的耐久性.道路水泥的熟料矿物组成要求：C3A16%，f-Ca0旋窑生产的不得大于1.0，立窑生产的不得大于1.8，其水泥的细度为0.08 mm方孔筛筛余不得超过10，初凝不早于1 h，终凝不迟于10 h，28 d干缩率不大于0.10，磨损量不得大于3.6 kg/m2。2.6.4 low heat silicate ceme

49、nt and moderate heat slag cement1.definition:中热硅酸盐水泥中热硅酸盐水泥是由适当成分的硅酸盐水泥熟料加入适量石膏磨细而成的具有中等水化热的水硬性胶凝材料，简称中热水泥。低热矿渣硅酸盐水泥低热矿渣硅酸盐水泥是由适当成分的硅酸盐水泥熟料加入矿渣和适量石膏磨细而成具有低水化热的水硬性胶凝材料，简称低热矿渣水泥。其矿渣掺量为水泥质量的2060，允许用不超过混合材总量50的磷渣或粉煤灰代替矿渣。2.application:中热硅酸盐水泥和低热矿渣硅酸盐水泥的主要特点为水化热低，适用于大坝和大体积混凝土工程。2.6.5 Other cement1.White

50、Portland cement:硅酸盐水泥的颜色主要由氧化铁引起。当氧化铁含量在34时，熟料呈暗灰色；在0.450.7时，带淡绿色；而降低到0.350.40后，接近白色。因此，白色硅酸盐水泥（简称白水泥）的生产主要是降低氧化铁含量。白水泥的物理性能要求主要包括白度(Whiteness)。白度是以白水泥与MgO标准白板的反射率的比值来表示的。为提高熟料白度，在煅烧时宜采用弱还原气氛，另外采用漂白措施，就是将刚出窑的熟料喷水冷却，使熟料急冷，也可以提高熟料的白度。为提高水泥白度，在粉磨时应加入白度较高的石膏，同时提高水泥粉磨细度。采用铁含量很低的铝酸盐或硫铝酸盐水泥生料也可生产出白色铝酸盐或硫铝酸