土木工程材料 第三章 無機膠凝材料-水泥

第三章無機膠凝材料-水泥第四節(jié)通用硅酸鹽水泥通用硅酸鹽水泥定義硅酸鹽水泥熟料適量石膏或/和混合材料磨細(xì)通用硅酸鹽水泥按混合材料的品種和摻量分為：通用硅酸鹽水泥分類通用硅酸鹽水泥硅酸鹽水泥（P.I、P.II）普通硅酸鹽水泥（P.O）

礦渣硅酸鹽水泥（P·S·A、P·S·B）粉煤灰硅酸鹽水泥（P·F）火山灰硅酸鹽水泥（P·P）

復(fù)合硅酸鹽水泥（P·C）品種代號組分熟料+石膏?；郀t礦渣火山灰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≤20-礦渣硅酸鹽水泥P·S·A≥50且<80>20且≤50---P·S·B≥30且<50>50且≤70---火山灰質(zhì)硅酸鹽水泥P·P≥60且<80->20且≤40--粉煤灰硅酸鹽水泥P·F≥60且<80-->20且≤40-復(fù)合硅酸鹽水泥P·C≥50且<80>20且≤50通用硅酸鹽水泥的組分：生產(chǎn)工藝流程一通用硅酸鹽水泥的生產(chǎn)及礦物組成(“兩磨一燒”)混合材料如石灰石，提供CaO。校正原料，補充Fe2O3不足。如粘土，提供SiO2和Al2O3。硅酸三鈣(3CaO﹒SiO2，簡寫C3S)硅酸二鈣(2CaO﹒SiO2

，簡寫C2S)鋁酸三鈣(3CaO﹒Al2O3

，簡寫C3A)鐵鋁酸四鈣(4CaO﹒Al2O3﹒Fe2O3，簡寫C4AF)主要礦物組成一.通用硅酸鹽水泥的生產(chǎn)及礦物組成1.C3S+C2S>70%,C3A+C4AF≈25%，故稱硅酸鹽水泥。

2.水泥中還含有少量游離CaO,游離MgO及少量堿(K2O、Na2O)。通用硅酸鹽水泥熟料各組分特性礦物成分水化反應(yīng)速率水化熱強度早期后期C3S快大高C2S慢小高低C3A最大最快低低中快C4AF備注1.提高含量可制得早強高強水泥。C3SC3S

C3AC2S2.降低和含量，提高含量，可制得低水化熱的水泥(如大壩水泥),適用于大體積砼工程。但此類水泥早期強度較低。二通用硅酸鹽水泥的水化與凝結(jié)硬化1.通用硅酸鹽水泥水化水泥遇水后，水泥中的礦物組分立即與水發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，稱水化反應(yīng)。(1)C3S的水化水化硅酸鈣凝膠(2)C2S的水化(3)C3A的水化水化鋁酸鈣晶體

(4)C4AF的水化水化鐵酸鈣凝膠

(5)石膏高硫型水化硫鋁酸鈣晶體，又稱“鈣礬石”綜上：水泥水化的產(chǎn)物主要有：C3AH6晶體、C-S-H凝膠(70%)、Ca(OH)2晶體(20%)、C-F-H凝膠、AFt晶體。2.通用硅酸鹽水泥的凝結(jié)與硬化

水泥遇水后立即劇烈反應(yīng)，自由水不斷減少，水化產(chǎn)物不斷析出，并凝聚在一起，形成骨架結(jié)構(gòu)，水泥漿逐漸失去塑性，表現(xiàn)出“

”現(xiàn)象。

隨著水化產(chǎn)物的不斷增加，水泥顆粒之間的毛細(xì)孔不斷被填實，加之水化產(chǎn)物中的Ca(OH)2晶體、水化鋁酸鈣晶體和水化硅酸鈣凝膠相互貫穿，逐漸形成具有一定強度的水泥石，且強度不斷增長，進(jìn)入“

”階段。

凝結(jié)硬化硬化后的水泥石組成包括：★水化產(chǎn)物（膠體顆粒、晶體顆粒），★孔隙（凝膠孔、毛細(xì)孔），★未水化的水泥顆粒。3.石膏的作用

由于水泥熟料中鋁酸三鈣的水化速度極快，會使水泥很快凝結(jié)，為保證有足夠的施工操作時間，加入石膏以調(diào)節(jié)(延緩)水泥的凝結(jié)時間。4.影響水泥水化和凝結(jié)硬化的因素(1)礦物組成礦物組成是影響水泥水化硬化的最主要因素。如C3A含量多，則水化速度快；C2S含量多，則水化速度慢。水泥愈細(xì)，水化速度愈快，早期強度愈高。(2)細(xì)度水灰比愈大，水化凝結(jié)速度愈慢，強度愈低。(3)水灰比水灰比：水與水泥的質(zhì)量之比。(4)石膏的摻量摻量過少，緩凝作用??；摻量過多，會在水泥漿硬化后繼續(xù)生成鈣礬石，產(chǎn)生體積膨脹而導(dǎo)致已經(jīng)硬化的水泥石脹裂破壞。石膏摻量一般為水泥質(zhì)量的3%—5%。

4.影響水泥水化和凝結(jié)硬化的因素必要的濕度能保證水泥充分水化。過度干燥的環(huán)境，不利于水泥的水化硬化。(5)溫度和濕度溫度升高，水化速度加快，負(fù)溫下水化停止，且能引起凍脹破壞。為保證水泥充分水化硬化，促使水泥強度不斷增長，需對水泥漿進(jìn)行養(yǎng)護。保溫保濕4.影響水泥水化和凝結(jié)硬化的因素三、通用硅酸鹽水泥的技術(shù)性質(zhì)細(xì)度凝結(jié)時間體積安定性標(biāo)準(zhǔn)稠度用水量強度化學(xué)指標(biāo)（一）細(xì)度定義細(xì)度－－指水泥顆粒的粗細(xì)程度。討論與分析缺點:水泥越細(xì)優(yōu)點：

水化反應(yīng)速度越快，水泥石的早期強度越高?？偙砻娣e越大，硬化收縮越大；易受潮而降低活性；成本越高。P.I、P.II和P.O細(xì)度以比表面積表示，不小于300m2/kg；P.S、P.P、P.F和P.C細(xì)度以方孔篩篩余表示，80μm方孔篩篩余不大于10%或45μm方孔篩篩余不大于30%。定義不同的水泥品種，標(biāo)準(zhǔn)稠度用水量各不相同，一般在24%～33%之間。例：A水泥的標(biāo)準(zhǔn)稠度用水量為27%，B水泥的標(biāo)準(zhǔn)稠度用水量為30%。（二）標(biāo)準(zhǔn)稠度用水量討論與分析在測定水泥的凝結(jié)時間、體積安定性時，要將水泥凈漿拌到標(biāo)準(zhǔn)稠度？

?為了使試驗結(jié)果具有可比性（二）標(biāo)準(zhǔn)稠度用水量定義水泥的凝結(jié)時間分初凝時間和終凝時間。水泥全部加入水中開始失去可塑性完全失去可塑性初凝時間終凝時間（三）凝結(jié)時間水泥的初凝和終凝時間對工程有重要意義。例如：混凝土的施工。討論與分析

否則在施工前即已失去流動性和可塑性而無法施工。

否則將延長施工進(jìn)度和模板周轉(zhuǎn)期。（三）凝結(jié)時間水泥的初凝時間不能過短，水泥的終凝時間不應(yīng)過長，通用硅酸鹽水泥初凝時間不得早于45min硅酸鹽水泥終凝不大于390min；GB規(guī)定（三）凝結(jié)時間其它水泥終凝不大于600min。定義體積安定性－指水泥漿體在凝結(jié)硬化過程中體積變化的均勻性。水泥硬化后體積發(fā)生不均勻膨脹，導(dǎo)致水泥石開裂、翹曲等現(xiàn)象。安定性不良：注意：安定性不良的水泥嚴(yán)禁在工程中使用。(四)體積安定性討論與分析引起安定性不良的原因有哪些熟料中的游離MgO過多;熟料中的游離CaO過多;石膏摻量過多。GB規(guī)定用沸煮法檢驗合格；熟料中MgO含量：

P.I、P.II、P.O≤5%；其它水泥≤6%熟料中SO3含量：礦渣水泥≤4%；其它水泥≤3.5%(四)體積安定性試驗方法沸煮法試餅法雷氏夾法(四)體積安定性（五）化學(xué)指標(biāo)品種代號不溶物（%）燒失量（%）三氧化硫（%）氧化鎂（%）氯離子（%）硅酸鹽水泥P·I≤0.75≤3.0≤3.5≤5.0a

≤0.06cP·Ⅱ≤1.50≤3.5普通硅酸鹽水泥P·O-≤5.0礦渣硅酸鹽水泥P·S·A--≤4.0≤6.0bP·S·B---火山灰質(zhì)硅酸鹽水泥P·P--≤3.5

≤6.0b粉煤灰硅酸鹽水泥P·F--復(fù)合硅酸鹽水泥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?jǐn)?shù)）允許放寬至6.0%。b如果水泥中氧化鎂的含量（質(zhì)量分?jǐn)?shù)）大于6.0%時，需進(jìn)行水泥壓蒸安定性試驗并合格。c當(dāng)有更低要求時，該指標(biāo)由買賣雙方協(xié)商確定。(六)強度與強度等級各強度等級水泥的各個齡期強度均不得低于GB175-2007的規(guī)定。品種強度等級抗壓強度抗折強度3d28d3d28d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(fù)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≥4.5注意：（一）凡化學(xué)指標(biāo)、凝結(jié)時間、安定性及強度指標(biāo)中有任一項不符合標(biāo)準(zhǔn)要求的，該水泥視為不合格品，細(xì)度為選擇性指標(biāo)，不作為判定依據(jù)。（二)水泥包裝袋上應(yīng)標(biāo)明：執(zhí)行標(biāo)準(zhǔn)、水泥品種、代號、強度等級、生產(chǎn)者名稱、生產(chǎn)許可證標(biāo)志（QS）及編號、出廠編號、包裝日期、凈含量。散裝發(fā)運時應(yīng)提交與袋裝標(biāo)志相同內(nèi)容的卡片。（三）包裝袋兩側(cè)應(yīng)根據(jù)水泥的品種采用不同的顏色印刷水泥名稱和強度等級，硅酸鹽水泥和普通硅酸鹽水泥采用紅色，礦渣硅酸鹽水泥采用綠色；火山灰質(zhì)硅酸鹽水泥、粉煤灰硅酸鹽水泥和復(fù)合硅酸鹽水泥采用黑色或藍(lán)色。水泥石在正常使用條件下，具有較好的耐久性，但在某些腐蝕性介質(zhì)作用下，水泥石的強度逐漸下降，水泥石被破壞,甚至潰裂的現(xiàn)象叫水泥石的腐蝕。主要有以下幾種腐蝕：四水泥石的腐蝕和預(yù)防軟水：溶有少量或不含Ca2+

、Mg2+的水。

在軟水中，尤其在流動水中或有水壓作用下，Ca(OH)2會不斷地溶解流失，水泥石孔隙率增大，強度降低。此類軟水介質(zhì)有：蒸餾水、工業(yè)冷凝水、雨水、雪水等。

1.軟水的腐蝕2.鹽類腐蝕(1)硫酸鹽腐蝕腐蝕機理：鈣礬石呈針狀結(jié)晶，又稱“水泥桿菌”。此類腐蝕介質(zhì)有：海水、地下水、湖水、工業(yè)污水等MgCl2腐蝕反應(yīng)：

MgCl2+Ca(OH)2=CaCl2+Mg(OH)2(2)鎂鹽腐蝕MgSO4腐蝕反應(yīng)：

MgSO4+Ca(OH)2+2H2O=Mg(OH)2+CaSO4.2H2O產(chǎn)物中：Mg(OH)2無膠凝能力；CaCl2易溶解流失；CaSO4.2H2O(體積增大)，也易生成水泥桿菌。地下水及海水中含有大量的鎂鹽。3.酸腐蝕

(1)一般酸的腐蝕如：HCl+Ca(OH)2=CaCl2(可溶)+2H2O

H2SO4+Ca(OH)2=CaSO4.2H2O(體積膨脹)

CaSO4還可生成“水泥桿菌”。酸與Ca(OH)2反應(yīng)，生成物或溶于水流失，或體積膨脹，產(chǎn)生膨脹應(yīng)力。工業(yè)廢水、地下水或沼澤水常含有引起此類腐蝕的無機酸(HCl、H2SO4、HNO3、HF等)和有機酸(HAc、HCOOH等)。(2)碳酸的腐蝕

碳酸的腐蝕包含兩個過程：Ca(OH)2+CO2+H2O=CaCO3↓+2H2O

CaCO3++H2O+CO2=Ca(HCO3)2(可溶)

H2CO3上述兩個反應(yīng)的最終結(jié)果使得水泥石中的Ca(OH)2轉(zhuǎn)變?yōu)榭扇苄訡a(HCO3)2流失。工業(yè)污水、地下水中溶解有較多的CO2。4.強堿腐蝕

對于鋁酸三鈣含量較高的水泥，容易引起強堿腐蝕。

主要包含兩種腐蝕：化學(xué)腐蝕：

3CaO.Al2O3(未水化)+6NaOH=3Na2O.Al2O3+3Ca(OH)2

結(jié)晶腐蝕：

2NaOH+CO2=Na2CO3+H2O

生成的Na2CO3在水泥石毛細(xì)孔內(nèi)結(jié)晶沉積，使水泥石膨脹破壞。水泥腐蝕的主要原因：(1)水泥石中存在易被腐蝕的組分Ca(OH)2和鋁酸鈣。(2)水泥石不致密，有許多毛細(xì)孔通道，腐蝕介質(zhì)容易滲入。(3)水泥石處在有腐蝕介質(zhì)的環(huán)境。防止腐蝕措施：(1)根據(jù)工程所處環(huán)境，選用合適品種的水泥；(2)提高水泥石的密實度，減少侵蝕介質(zhì)的滲透；(3)加做保護層，防止與腐蝕介質(zhì)接觸。

五.通用硅酸鹽水泥的性能與應(yīng)用2.抗凍性好，可用于嚴(yán)寒地區(qū)砼工程。5.耐腐蝕性差，不宜用于經(jīng)常接觸淡水及有水壓作用的工程，也不宜用于海水和礦物水作用的工程。1.快硬早強高強，可用于高強砼或有早強要求砼。3.抗碳化性能好(堿度高)，可用于高CO2含量地區(qū)。4.水化熱高，不宜用于厚大體積的砼工程。（一）硅酸鹽水泥的性能應(yīng)用凡在硅酸鹽水泥熟料中，摻入一定量的混合材料和適量石膏共同磨細(xì)制成的水硬性膠凝材料，均屬摻混合材料的硅酸鹽水泥。五.通用硅酸鹽水泥的性能與應(yīng)用（二）摻混合材料的硅酸鹽水泥的性能應(yīng)用

混合材料☆生產(chǎn)水泥時，為改善水泥的性能，調(diào)節(jié)水泥的強度等級，提高水泥的產(chǎn)量，常在水泥中摻入一些人工的或天然的礦物材料，稱之為水泥混合材料。主要有：活性混合材料分類

同時，水泥熟料中還有少量石膏，可與上述生成的水化鋁酸鈣再次反應(yīng)，生成水化硫鋁酸鈣(體積微膨脹)，增加了水泥石的密實性。具有活性的原因：

活性混合材料的主要化學(xué)成分為活性SiO2和活性Al2O3，摻入水泥后，可與水泥水化產(chǎn)物Ca(OH)2“二次反應(yīng)”，生產(chǎn)具有膠凝性的水化硅酸鈣和水化鋁酸鈣，主要提高了水泥的后期強度。Ca(OH)2為堿性激發(fā)劑，石膏為硫酸鹽激發(fā)劑。

不與水泥成分起化學(xué)作用(無活性)或化學(xué)作用很小(活性很低)的混合材料。非活性混合材料非活性混合材料摻入水泥后，主要起填充作用，可調(diào)節(jié)水泥強度等級，降低水化熱，提高水泥產(chǎn)量等。

與硅酸鹽水泥相比，混合材料的摻量略有增加，所以早期強度、水化熱、抗凍性稍有降低，耐熱性和耐腐蝕性略增。

可以使用硅酸鹽水泥的工程，也可以使用普通水泥；不能使用硅酸鹽水泥的工程，也不宜使用普通水泥。

總體性能相近，應(yīng)用范圍大致相同：1.普通硅酸鹽水泥性能與應(yīng)用（二）摻混合材料的硅酸鹽水泥的性能與應(yīng)用五.通用硅酸鹽水泥的性能與應(yīng)用(1)三種水泥的共同性質(zhì)2.礦渣、粉煤灰、火山灰水泥、復(fù)合水泥的性能凝結(jié)硬化慢，早期強度低，后期強度發(fā)展較快；水化熱低、放熱速度慢；抗腐蝕能力強；抗碳化能力差；抗凍性差；濕熱敏感性強，適合蒸汽養(yǎng)護；（二）摻混合材料的硅酸鹽水泥的性能與應(yīng)用五.通用硅酸鹽水泥的性能與應(yīng)用(2)三種水泥各自的特性礦渣水泥耐熱性強、保水性差、抗?jié)B性差；火山灰水泥抗?jié)B性好、但干縮大；粉煤灰水泥干縮性小、抗裂性好（二）摻混合材料的硅酸鹽水泥的性能與應(yīng)用五.通用硅酸鹽水泥的性能與應(yīng)用2.礦渣、粉煤灰、火山灰水泥的性能第五節(jié)其它品種水泥一.鋁酸鹽水泥

以石灰石和礬土為主要原料，燒制而得的以鋁酸鈣為主要礦物成分的水泥。代號：。

1.定義與代號C﹒A

其主要化學(xué)成分為Al2O3和CaO，Al2O3含量較高(≥50%)。按Al2O3含量分為四類：其中CA是鋁酸鹽水泥的主要強度來源。2.鋁酸鹽水泥的礦物組成鋁酸一鈣(CaO﹒Al2O3

，簡寫CA)二鋁酸一鈣(CaO﹒2Al2O3，簡寫CA2)

硅鋁酸二鈣(2CaO﹒Al2O3﹒SiO2

，簡寫C2AS)七鋁酸十二鈣(12CaO﹒7Al2O3，簡寫C12A7)主要成份4.技術(shù)要求

應(yīng)符合GB201-2000規(guī)定。3.鋁酸鹽水泥的水化與硬化

水化產(chǎn)物與溫度有關(guān)。耐堿性極差。5.鋁酸鹽水泥的性能與應(yīng)用

快硬早強，適用于緊急搶險工程。

耐熱性強，可用于配制900℃以上的耐熱砼或耐熱砂漿。

水化熱高，放熱快，適用于低溫季節(jié)施工，不適用于大體積砼。

耐酸和耐硫酸鹽腐蝕強。(2)正是由于存在上述晶型的轉(zhuǎn)變，鋁酸鹽水泥的長期強度會降低。因此鋁酸鹽水泥不能用于長期承重結(jié)構(gòu)。

6.鋁酸鹽水泥在使用時的注意事項(1)鋁酸鹽水泥配制的混凝土不能蒸汽養(yǎng)護，也不宜在高溫季節(jié)施工。

這是因為鋁酸鹽水泥最適宜的硬化溫度在15℃左右，一般不得超過25℃。如果溫度過高，水化產(chǎn)物—水化鋁酸一鈣和水化鋁酸二鈣轉(zhuǎn)變?yōu)樗X酸三鈣，水泥石內(nèi)析出游離水，孔隙率大大增加，強度顯著降低。(3)鋁酸鹽水泥不得與硅酸鹽水泥、石灰等

能析出Ca(OH)2的膠凝材料混合使用。

否則會引起“閃凝”，無法施工，強度也大大降低；也不得與未硬化的硅酸鹽水泥水泥混凝土接觸使用。二.膨脹水泥和自應(yīng)力水泥

前面所述的各種水泥在硬化過程中，均產(chǎn)生一定程度的收縮，造成裂縫，抗?jié)B性和抗侵蝕性下降。而膨脹水泥和自應(yīng)力水泥在硬化過程中

不但不收縮，反而能產(chǎn)生一定程度的膨脹。1.特點都能產(chǎn)生體積膨脹，均