土木工程材料-水泥

第二章水泥基本要求內容主要介紹水泥的分類、優(yōu)點及生產。主要介紹硅酸鹽水泥及摻加混合料的硅酸鹽水泥，包括：定義、組成、水化、凝結與硬化、實驗和技術性質、腐蝕與防護、特性和應用。重點6種硅酸鹽水泥的定義硅酸鹽水泥的礦物組成水泥水化、凝結與硬化機理技術性質及測試方法水泥的腐蝕及防護特性應用難點水泥水化、凝結和硬化機理各種水泥的異同點注意事項本章是整個課程的重點聯系各種水泥進行學習著重分析它們之間的差異及造成這些差異的原因一、水泥的定義水泥是一種細磨成粉末狀，加入適量水后成為可塑性的漿體，既能在空氣中硬化，又能在水中硬化，并能將砂、石等材料牢固地膠結成具有一定強度的整體的水硬性膠凝材料。概述二、水泥的歷史

Cement一詞是由拉丁文caementum發(fā)展而來，是碎石及片石的意思。在5000年前，水泥的一些形式已經被人們所使用。埃及人用石灰砂漿建造金字塔，古羅馬人用石灰和火山灰的混合物建造羅馬圓形大劇場及一樣著名的眾神廟和古壁石道。18世紀中葉，英國航海業(yè)已較發(fā)達，但船只觸礁和撞灘等海難事故頻繁發(fā)生。為避免海難事故，采用燈塔進行導航。

當時英國建造燈塔的材料有兩種：木材和“羅馬砂漿”。

為解決航運安全問題，尋找抗海水侵蝕材料和建造耐久的燈塔成為18世紀50年代英國經濟發(fā)展中的當務之急。

為此，英國國會不惜重金，禮聘被尊稱為英國土木之父的工程師史密頓應聘承擔建設燈塔的任務。1756年，史密頓在建造燈塔的過程中，研究了“石灰－火山灰－砂子”三組分砂漿中不同石灰石對砂漿性能的影響，發(fā)現含有黏土的石灰石，經煅燒和細磨處理后，加水制成的砂漿能慢慢硬化，在海水中的強度較“羅馬砂漿”高很多，能耐海水的沖刷。1759年，史密頓使用新發(fā)現的砂漿建造了舉世聞名的普利茅斯港的漩巖大燈塔。

用含黏土、石灰石制成的石灰被成為水硬性石灰。史密頓的這一發(fā)現是水泥發(fā)明過程中知識積累的一大飛躍，不僅對英國航海業(yè)做出了貢獻，也對“波特蘭水泥”的發(fā)明起到了重要作用。然而，史密頓研究成功的水硬性石灰，并未獲得廣泛應用，當時大量使用的仍是石灰、火山灰和砂子組成的“羅馬砂漿”?！傲_馬水泥”是1796年前后由英國人佩克發(fā)明的。佩克將稱為SepaTria的黏土質石灰?guī)r，磨細后制成料球，在高于燒石灰的溫度下煅燒，然后進行磨細制成水泥。佩克稱這種水泥為“羅馬水泥”，并取得了該水泥的專利權?！傲_馬水泥”凝結較快，可用于與水接觸的工程，在英國曾得到廣泛應用，一直沿用到被“波特蘭水泥”所取代。

另一個英國人福斯特也是一位致力于水泥的研究者。他將兩份重量白堊和一份重量黏土混合后加水濕磨成泥漿，送入料槽進行沉淀，置沉淀物于大氣中干燥，然后放入石灰窯中煅燒，溫度以料子中碳酸氣完全揮發(fā)為準，燒成產品呈淺黃色，冷卻后細磨成水泥。福斯特稱該水泥為“英國水泥”，于1822年10月22日獲得英國第4679號專利。

真正具有現代水泥基本特性的水泥，是由漂泊到英國利茲城的泥水匠阿斯譜丁發(fā)明的，1824年10月21日，阿斯譜丁獲得英國第5022號的“波特蘭水泥”專利證書，從而一舉成為流芳百世的水泥發(fā)明人。

水泥的發(fā)明為建筑工程的發(fā)展提供了物質基礎，使其由陸地工程發(fā)展到水中、地下工程中。水泥具有以下優(yōu)點：多樣性低成本可塑性工藝簡單耐久性與鋼筋粘結性好水硬性水泥的優(yōu)點三、水泥的分類

按性能和用途分粉煤灰硅酸鹽水泥火山灰質硅酸鹽水泥水泥通用水泥專用水泥特性水泥硅酸鹽水泥普通硅酸鹽水泥礦渣硅酸鹽水泥復合硅酸鹽水泥如砌筑水泥、油井水泥、道路水泥、大壩水泥等如白色硅酸鹽水泥、快凝快硬硅酸鹽水泥等混合材料0-5%石膏熟料磨細硅酸鹽水泥P.ⅠP.ⅡPⅠ表示不摻混合材料的硅酸鹽水泥PⅡ表示混合材料摻量不超過5%的硅酸鹽水泥混合材料6-15%石膏熟料磨細普通硅酸鹽水泥P.O?；郀t礦渣石膏熟料磨細礦渣硅酸鹽水泥P.S火山灰質混合材料石膏熟料磨細火山灰質硅酸鹽水泥P.P粉煤灰石膏熟料磨細粉煤灰硅酸鹽水泥P.F兩種以上混合材料石膏熟料磨細復合硅酸鹽水泥P.C通用水泥專用水泥g級油井水泥特性水泥鋁酸鹽水泥抗硫酸鹽水泥按水泥熟料的礦物組成，分為：水泥種類主要水硬性物質主要品種硅酸鹽水泥硅酸鈣絕大多數通用水泥、專用水泥和特性水泥鋁酸鹽水泥鋁酸鈣高鋁水泥、自應力鋁酸鹽水泥、快硬高強鋁酸鹽水泥等。硫鋁酸鹽水泥無水硫鋁酸鈣硅酸二鈣有自應力硫鋁酸鹽水泥、低堿度硫鋁酸鹽水泥、快硬硫鋁酸鹽水泥等鐵鋁酸鹽水泥鐵相、無水硫鋁酸鈣、硅酸二鈣有自應力鐵鋁酸鹽水泥、膨脹鐵鋁酸鹽水泥、快硬鐵鋁酸鹽水泥等氟鋁酸鹽水泥氟鋁酸鈣、硅酸二鈣氟鋁酸鹽水泥等以火山灰或潛在水硬性材料以及其他活性材料為主要組分的水泥活性二氧化硅活性氧化鋁石灰火山灰水泥、石膏礦渣水泥、低熱鋼渣礦渣水泥等四、我國水泥工業(yè)現狀近年來我國水泥工業(yè)發(fā)展很快，無論是品種、產量、質量都有很大的突破，尤其是產量居世界第一位。

但同時也存在著嚴重的不足，主要表現為：能耗大、污染嚴重。

第一節(jié)

通用硅酸鹽水泥概述

一、通用硅酸鹽水泥的生產

生產通用硅酸鹽水泥熟料的原料主要是石灰石和黏土質原料兩類。還需加入少量校正原料來調整，常采用黃鐵礦渣等。

石灰質原料主要提供CaO，常采用石灰石、白堊、石灰質凝灰?guī)r等。

黏土質原料主要提供SiO2、Al2O3及Fe2O3，常采用黏土、黏土質頁巖、黃土等。

硅酸鹽水泥的生產工藝可概括為三個階段：生料制備：以石灰石、粘土和鐵礦粉為主要原料（有時需加入校正原料），將其按一定比例配合、磨細，制得具有適當化學成分、質量均勻的生料。熟料煅燒：將生料在水泥窯內經1450℃高溫煅燒至部分熔融，得到以硅酸鈣為主要成分的硅酸鹽水泥熟料。水泥粉磨：將熟料加適量石膏和0～5％的石灰石或?；郀t礦渣共同磨細得到硅酸鹽水泥。通用硅酸鹽水泥的生產工藝概括起來就是“兩磨一燒”。煅燒水泥熟料的窯型主要有兩類：回轉窯和立窯。

石灰石黏土鐵礦粉生料石膏硅酸鹽水泥混合材料熟料按比例混合磨細1350～1450℃煅燒磨細立窯和立窯燒成車間回轉窯和回轉窯燒成車間水泥回轉窯二、通用硅酸鹽水泥的組成

通用硅酸鹽水泥由硅酸鹽水泥熟料、石膏調凝劑和混合材料三部分組成。（一）硅酸鹽水泥熟料以適當成分的生料煅燒至部分熔融，所得以硅酸鈣為主要成分的產物，稱為硅酸鹽水泥熟料。生料SiO2CaO化合反應800～1450℃800℃左右分解反應Al2O3Fe2O32CaO·SiO23CaO·SiO23CaO·Al2O34CaO·Al2O3·Fe2O3礦物名稱化學成分縮寫符號含量硅酸三鈣3CaO·SiO2

C3S36％～60％硅酸二鈣2CaO·SiO2

C2S15％～37％鋁酸三鈣3CaO·Al2O3

C3A7％～15％鐵鋁酸四鈣4CaO·Al2O3·Fe2O3

C4AF10％～18％硅酸鹽水泥熟料的礦物組成水泥熟料（立窯）葡萄狀熟料水泥熟料（回轉窯）水泥熟料提升單個熟料顆粒橫切面結構（立窯）電子顯微鏡下磨細熟料顆粒外觀反光顯微鏡下熟料礦物形貌C3SC2S（二）石膏作用：緩凝、調節(jié)凝結速度，主要控制C3A；成分：二水石膏（CaSO4

·2H2O

）或無水石膏（CaSO4，又稱硬石膏）；摻量：取決于C3A，一般3～5％；過多起不到調整凝結作用，過多易引起體積安定性不良。（三）混合材料作用：①改善水泥性質（降低水化熱，提高防腐性能）；②調節(jié)水泥標號；③提高水泥產量（節(jié)約水泥原料）

按性能不同（1）活性混合材料活性：能與堿水溶液和硫酸鹽溶液反應，生成水硬性化合物?；郀t礦渣：CaO，SiO2，Al2O3，Fe2O3

（含量＞90％）火山灰質混合材料：活性SiO2和活性Al2O3粉煤灰：SiO2和Al2O3（含量＞60％）（2）非活性混合材料非活性：不能與堿水溶液和硫酸鹽溶液反應。品種：磨細石英砂、石灰石、粘土、慢冷礦渣等摻加目的：調節(jié)水泥標號、提高產量、降低水化熱活性混合材水淬礦渣粉煤灰火力發(fā)電廠濕排粉煤灰干排粉煤灰（電收塵器）火山灰（燒黏土）燒粘土（爐渣）燒黏土（煤矸石）非活性混合材水泥廠窯灰石灰石粉

第二節(jié)

硅酸鹽水泥和普通硅酸鹽水泥

一、硅酸鹽水泥的水化和凝結硬化水化：水泥熟料與水及混合材料反應；凝結：水泥加水拌合而成的漿體，經過一系列物理化學變化，漿體逐漸變稠失去可塑性而成為水泥石的過程；硬化：水泥石強度逐漸發(fā)展的過程稱為硬化。水泥的凝結過程和硬化過程是連續(xù)進行的。凝結過程較短暫，一般幾個小時即可完成；硬化過程是一個長期的過程，在一定溫度和濕度下可持續(xù)幾十年。

第二節(jié)

硅酸鹽水泥和普通硅酸鹽水泥

（一）硅酸鹽水泥的水化硅酸鹽水泥與水拌合后，其熟料顆粒表面的四種礦物立即與水發(fā)生水化反應，生成各種水化產物并放出一定熱量。1.硅酸三鈣水化生成水化硅酸鈣凝膠和氫氧化鈣晶體。該水化反應的速度快，形成早期強度并生成早期水化熱。

3CaO·SiO2+H2O

CaO·2SiO2·3H2O+Ca(OH)2

第二節(jié)

硅酸鹽水泥和普通硅酸鹽水泥

2.硅酸二鈣水化生成水化硅酸鈣凝膠和氫氧化鈣晶體。該水化反應的速度慢，對后期齡期混凝土強度的發(fā)展起關鍵作用。水化熱釋放緩慢。產物中氫氧化鈣的含量減少時，可以生成更多的水化產物。

2CaO·SiO2+H2O3CaO·2SiO2·3H2O+Ca(OH)2

第二節(jié)

硅酸鹽水泥和普通硅酸鹽水泥

3.鋁酸三鈣水化生成水化鋁酸鈣晶體。該水化反應速度極快，并且釋放出大量的熱量。如果不控制鋁酸三鈣的反應速度，將產生閃凝現象，水泥將無法正常使用。通常通過在水泥中摻有適量石膏，可以避免上述問題的發(fā)生。

3CaO·Al2O3+H2O3CaO·Al2O3·6H2O

第二節(jié)

硅酸鹽水泥和普通硅酸鹽水泥

4.鐵鋁酸四鈣水化生成水化鋁酸鈣晶體和水化鐵酸鈣凝膠.該水化反應的速度和水化放熱量均屬中等。4CaO·Al2O3·Fe2O3+H2O3CaO·Al2O3·6H2O+CaO·Fe2O3·H2O水泥熟料水化后的主要水化產物有：水化硅酸鈣(70%)氫氧化鈣(20%)水化鋁酸鈣水化鐵酸鈣水化硫鋁酸鈣

由C3S和C2S生成的水化硅酸鈣（簡寫成C-S-H）幾乎不溶于水，而以膠體微粒析出，并逐漸凝聚成為凝膠。由這些顆粒構成的網狀結構具有很高的強度。

電子顯微鏡觀察到的C－S－H形貌（呈結晶度較差的箔片狀和纖維顆粒）結晶完整的Ca（OH）2晶體

粉磨水泥時摻入的適量石膏與水化鋁酸三鈣晶體反應生成高硫型水化硫鋁酸鈣，又稱鈣礬石或AFt，水化硫鋁酸鈣是難溶于水的針狀晶體，它沉淀在熟料顆粒的周圍，阻礙了水分的進入，因此起到了延緩水泥凝結的作用。石膏完全消耗后，一部分鈣礬石將轉變?yōu)閱瘟蛐退蜾X酸鈣（簡式AFm）晶體。

3CaO·Al2O3·6H2O+H2O+CaSO4·2H2O3CaO·Al2O3·3CaSO4·31H2O

鈣礬石環(huán)境掃描電子顯微鏡觀察水泥凈漿中快速生成的鋁酸鈣晶體環(huán)境掃描電子顯微鏡觀察到水泥凈漿中快速生成的針狀硫鋁酸鈣晶體礦物種類硅酸三鈣硅酸二鈣鋁酸三鈣鐵鋁酸四鈣縮寫C3SC2SC3AC4AF含量（%）37-6015-377-1510-18水化速度快慢最快快水化熱多少最多較多強度高早低后高低低抗腐蝕性好好差極好收縮中較大大?。ǘ┕杷猁}水泥的凝結硬化過程一般按水化反應速率和水泥漿體的結構特征，硅酸鹽水泥的凝結硬化過程可分為：初始反應期、潛伏期、凝結期、硬化期4個階段。

凝結硬化過程初始反應期初始的溶解和水化，約持續(xù)5-10分鐘。潛伏期流動性可塑性好凝膠體膜層圍繞水泥顆粒成長，1h

凝膠膜破裂、長大并連接、水泥顆粒進一步水化，6h。多孔的空間網絡—凝聚結構，失去可塑性凝結期凝膠體填充毛細管，6h-若干年硬化石狀體密實空間網硬化期（三）水泥石的結構由水化產物（凝膠體）、未水化的水泥顆粒內核、孔隙等組成的多相（固、液、氣）的多孔體系。

孔隙硬化水泥石結構A——凝膠體（C－S－H凝膠，水化硅酸鈣凝膠）；B——晶體（氫氧化鈣、水化鋁酸鈣、水化硫鋁酸鈣）；C——孔隙（毛細孔、凝膠孔、氣孔等）；D——未水化的水泥顆粒水泥石的結構

1、水泥石主要由凝膠體、晶體、孔隙、水、空氣和未水化的水泥顆粒等組成，存在固相、液相和氣相。2、硬化后的水泥石是一種多相多孔體系。3、水泥石的結構（水化產物的種類及相對含量、孔的結構）對其性能影響最大。（四）影響硅酸鹽水泥凝結硬化的主要因素

1.熟料的礦物組成；

2.水泥細度；

3.石膏摻量；

4.水泥漿的水灰比；

5.溫度與濕度；

6.養(yǎng)護齡期。

水灰比對水泥石結構的影響二、硅酸鹽水泥的技術性質（GB175-2007）（一）細度水泥的細度指水泥的磨細程度或分散度。細度決定了水泥與水接觸的表面積。從而影響水泥的水化和凝結速度和性質。水泥細度通常采用篩析法或比表面積法測定。勃氏比表面積儀篩析法（0.080mm方孔篩）干篩、水篩、負壓篩負壓篩析儀

國家標準規(guī)定，硅酸鹽水泥的比表面積不小于300m2/kg。細度與水接觸的表面積凝結和硬化速度性質<40μ大高強度高過細很大很高成本高D

>100μ小低低水泥的細度和性質（二）凝結時間凝結時間分初凝時間和終凝時間，初凝時間是指從加水到水泥漿開始失去塑性的時間，終凝時間是指從加水到水泥漿完全失去塑性的時間。國家標準規(guī)定，硅酸鹽水泥的初凝時間不得早于45min，終凝時間不得遲于390min。

水泥凝結時間的測定，是以標準稠度的水泥凈漿，在規(guī)定溫度和濕度條件下，用凝結時間測定儀測定。所謂標準稠度用水量是指水泥凈漿達到規(guī)定稠度時所需的拌合用水量，以占水泥重量的百分率表示，硅酸鹽水泥的標準稠度用水量，一般為24%～30%。

水泥凈漿攪拌機測標準稠度用水量和凝結時間的維卡儀代用法標準法不變(固定)水量法稱取500g水泥加入500×P%ml水采用標準稠度測定儀測量P%

通過水泥凈漿凝結時間測定儀測定標準稠度水泥凈漿的凝結時間。凝結時間測定儀凝結時間測定概念從水泥加水拌和起至標準稠度的水泥凈漿開始失去可塑性所需的時間標準要求≮45min國產水泥一般為1-3h實驗測試時以試針距底板4±1mm為準。工程意義水泥的初凝時間不宜過早，以便施工時有充分的時間攪拌、運輸、澆搗和砌筑等操作。初始凝結時間終凝時間概念從水泥加水拌和起至水泥凈漿完全失去可塑性并開始產生強度所需的時間。標準要求≯390min國產水泥一般為5-6h實驗測試時以試針下沉0.5mm為準。工程意義終凝時間不宜過遲，以便施工完畢后更快硬化，達到一定的強度，以利于下一步施工工藝的進行。定義

指水泥硬化過程中體積變化小且均勻的性能。體積安定性不良水泥硬化后產生不均勻的體積變化（裂紋后彎曲）。使建筑質量下降，甚至引起嚴重的建筑事故。硅酸鹽水泥的體積安定性工程事故實例二則1、1884年，法國一座橋梁由于使用了氧化鎂含量較高的立窯水泥，在建成兩年后，因混凝土膨脹而破壞。

2、上海市普陀區(qū)某大廈11-14層主體結構用某水泥，經多次檢驗其安定性不合格，其F—CaO含量高達6.85%，用蒸煮法加速試驗，結果混凝土劈拉強度下降達25%以上，抗壓強度下降也達15%，且存在進一步下降的可能。上海市建委決定推倒重建，于1995年逐層爆破拆除。這起事故引起的直接經濟損失為211.8萬元。安定性不良對工程的影響體積安定性不良的原因過量游離的CaO過量游離的MgO過量石膏水泥中的游離氧化鈣或氧化鎂都是過燒的，它們的水速度慢，在水泥硬化后才開始水化，使已經硬化的水泥石膨脹開裂。當石膏摻量過多時，在水泥硬化后，它還能繼續(xù)與水化鋁酸鈣反應，生成高硫型水化硫鋁酸鈣，體積增大1.5倍，引起水泥石開裂。此時，水化硫鋁酸鈣被稱為水泥桿菌。體積安定性不良的原因煮沸法-加速實驗法測量體積安定性的兩種方法：試餅法觀察水泥凈試餅在沸煮后的外形變化雷氏夾法測量水泥石餅沸煮后的膨脹值

體積穩(wěn)定性的測定水泥安定性的測定——試餅法煮沸法測定儀體積安定性不良水泥安定性的測定——試餅法雷氏夾法體積安定性測定儀水泥安定性的測定——雷氏夾法雷氏夾水泥安定性的測定——雷氏夾法限制上述測試方法僅能測出游離CaO是否過量。游離MgO和石膏不能通過加速實驗的方法檢測所以它們必須在生產工藝中嚴格控制，避免過量。

標準規(guī)定：

MgO≯5%、石膏SO3≯3.5%。體積安定性的測定（四）強度水泥的強度是評定其質量的重要指標，也是劃分水泥強度等級的依據。

水泥的強度包括抗壓強度與抗折強度，必須同時滿足標準要求，缺一不可。水泥膠砂強度的試驗設備水泥膠砂攪拌機水泥標準養(yǎng)護箱水泥抗折試驗機水泥抗壓夾具水泥膠砂振實臺液壓萬能試驗機水泥強度標準試模水泥膠砂攪拌機控制器加砂箱攪拌葉攪拌鍋水泥膠砂攪拌機控制器記數器套模擺動臂擺動軸水泥膠砂振實臺水泥恒溫恒濕養(yǎng)護箱上壓板下壓板水泥抗壓夾具標尺平衡錘控制箱抗折夾具游動砝碼水泥膠砂強度的測定原理水泥+標準砂+水質量比1：3.0：0.50一組試件材料稱量450g1350g225ml

共制作兩組試件，在溫度為20±1℃，相對濕度在90%以上的潮濕條件下養(yǎng)護3d、28d，分別測定的抗折強度(fce,m

)和抗壓強度(fce,c)，即為水泥的“膠砂強度”(MPa)。水泥膠砂強度試驗步驟清理安裝水泥試模攪拌水泥膠砂成型試件

將攪拌好的水泥膠砂，裝入試模，開動振實臺，以60次/分鐘的頻率振搗1分鐘，取下試模，用水泥專用工具將試模表面多余的水泥膠砂刮去。寫上成型日期和編號。養(yǎng)護測定抗折破壞荷載測定抗壓破壞荷載稱?。核嗨畼藴噬暗退贁嚢?0s加砂低速攪拌30s高速攪拌30s高速攪拌60s停90s水泥抗折強度測定l=100mmF(N)50mm結果計算評定每個齡期測定破壞荷載F1，F2，F340mm40mmbh橫截面水泥標準試件160×40×40mm下壓板上壓板FF水泥抗壓強度測定受力面積A=40×40mm結果計算評定測定出抗壓破壞荷載F1～F6每個齡期每組6個半截試件抗折強度（MPa）抗壓強度（MPa）六個抗壓強度值中剔除最大、最小值各1個，剩下四個平均作為抗壓強度試驗結果；如不足六個時，取平均值；不足四個時，試驗無效。fce,c==（1/1600）F結果評定：fce,m==0.00234F結果評定：以三個試件的算術平均值作為結果；如果三個值中有一個超過平均值的±10%，剔除該值后取平均值；如有兩個超過時，試驗無效。強度等級根據3天和28天抗壓強度3天和28天抗折強度硅酸鹽水泥可分為6個等級：42.5，42.5R,52.5，52.5R,62.5,62.5R各齡期的強度不低于GB175-2007表中的規(guī)定。按早期強度不同分為兩種類型，早強型(用R表示)和普通型。62.5R62.552.5R52.542.5R42.5StrengthGrade等級

抗壓強度(MPa)抗折強度（MPa）

3d28d3d28d42.517.042.53.56.542.5R22.042.54.06.552.523.052.54.07.052.5R27.052.55.07.062.528.062.55.08.062.5R32.062.55.58.0表3-4硅酸鹽水泥各齡期的強度要求（GB175-2007）

舉例等級

抗壓強度(MPa)抗折強度（MPa）

3d28d3d28d？23.0454.06.8等級

抗壓強度(MPa)抗折強度（MPa）

3d28d3d28d42.517.042.53.56.542.5R22.042.54.06.552.523.052.54.07.052.5R27.052.55.07.062.528.062.55.08.062.5R32.062.55.58.0技術性質分析

水泥在出廠和使用前必須檢驗的技術指標有四項：細度、凝結時間、強度和體積安定性。這四項指標中，除強度外，其它任何一項指標不合格，則水泥不能使用；反之，若僅強度一項指標不合格，而其它三項指標合格，則水泥可降等級使用。

IfonlythestrengthisunqualifiedCementofthelowergrade其他性質密度:3.0-3.15g/cm3,通常3.1g/cm3堆積密度:1000-1600kg/m3堿含量以Na2O+0.658K2O計算值表示，以防止堿-骨料反應的發(fā)生。低堿水泥含堿量≯0.6%，或由供需雙方商定。水化熱大部分的水化熱在水化反應的初期釋放出來，它的數量決定于水泥的化學成分和細度、礦物摻合料以及酸的侵蝕。C3S，C3A越高，顆粒越細，水化熱越大，對冬季施工有利，但對大體積混凝土工程有害。水泥水化熱測定儀水泥石的腐蝕和防止簡介腐蝕類型腐蝕原因防止措施簡介水泥石硬化后，在正常的使用條件下，即在潮濕環(huán)境中或水中，仍可以逐漸硬化并不斷增長期強度。

水泥石的腐蝕在一些腐蝕性介質中，水泥石的結構會遭到破壞，強度和耐久性降低，甚至完全破壞的現象。（一）水泥石的幾種主要侵蝕類型

1.軟水侵蝕（溶出性侵蝕）；

2.鹽類侵蝕;最常見的鹽類侵蝕是硫酸鹽侵蝕與鎂鹽侵蝕。

3.酸類侵蝕：（1）碳酸侵蝕；（2）一般酸侵蝕；

4.強堿侵蝕。水泥的耐蝕性可用耐蝕系數定量表示。

軟水侵蝕特點介質—軟水（含HCO3－少的水，如雨水、雪水和蒸餾水）；氫氧化鈣溶解于水中引起的腐蝕。

過程當水泥石與軟水接觸時，最先溶出的成分是氫氧化鈣。當水泥使處于流水或是有壓力的水中時，氫氧化鈣不斷溶解流失，水泥石的密實度下降，強度和耐久性也降低；而且，由于氫氧化鈣濃度的下降，還引起了水泥石中的其它水化產物的分解在硬水中會發(fā)生如下反應生成的氫氧化鈣幾乎不溶于水，堆積在水泥石的空隙中，形成密實的保護層預防措施將與軟水接觸的混凝土，事先在空氣中碳化－人工碳化Ca(OH)2+Ca(HCO3)2CaCO3+H2O軟水侵蝕人工碳化將與軟水接觸的混凝土，事先在空氣中碳化Ca(OH)2+Ca(HCO3)2

CaCO3+H2O生成的氫氧化鈣幾乎不溶于水，堆積在水泥石的空隙中，形成密實的保護層硫酸鹽腐蝕特點以硫酸鹽為介質的海水、地下水等硫酸鹽與水泥石中的成分反應生成膨脹性晶體，使水泥石破壞腐蝕過程舉例：AFt鈣釩石硫酸鹽腐蝕鈣釩石呈針狀晶體，常稱其為“水泥桿菌”。

若硫酸鈣濃度過高，則直接在孔隙中生成二水石膏晶體，產生體積膨脹，也會導致水泥石結構破壞。

MgCl2+Ca(OH)2=Mg(OH)2+CaCl2MgSO4+Ca(OH)2+H2O=Mg(OH)2+CaSO4·2H2O

結晶膨脹易溶于水鎂鹽腐蝕

特點以鎂鹽為介質的海水、地下水等鎂鹽與水泥石中的成分反應，生成易溶于水或松軟無膠凝作用的產物，破壞水泥石腐蝕過程舉例：碳酸鹽腐蝕

Ca(OH)2+CO2+H2OCaCO3+2H2OCaCO3+H2O+CO2Ca(HCO3)2

易溶于水特點以碳酸鹽為介質的海水、地下水等碳酸鹽與水泥石中的成分反應，生成易溶于水的產物，破壞水泥石腐蝕過程舉例：酸的腐蝕易溶于水

結晶膨脹OHCaSOOHCaSOHOHCaClOHCaHCl242422222)(2)(2?++?+特點以酸性介質為主的工業(yè)環(huán)境等酸與水泥石中的成分反應，生成易溶于水、結晶膨脹的產物，破壞水泥石腐蝕過程舉例：堿的腐蝕

易溶于水干燥空氣

結晶膨脹特點堿與水泥石中的成分反應，生成易溶于水、結晶膨脹的產物，破壞水泥石Back腐蝕原因內因水泥石中存在著易受腐蝕的氫氧化鈣和水化鋁酸鈣；水泥石本身不密實，使侵蝕性介質易于進入其內部；腐蝕與介質相互作用；外因腐蝕介質、溫度、濕度、介質濃度

Back防止措施根據環(huán)境特點，合理選擇水泥品種提高水泥石的密實度在混凝土表面覆蓋保護層，對有特殊要求的混凝土工程，還可以采用浸漬混凝土四、硅酸鹽水泥的特性與應用1、強度高——早期強度要求高的工程

——高強混凝土結構

——預應力混凝土結構2、硬化快——要求凝結快、早強高的工程

——冬季施工，預制、現澆等工程3、抗凍性好——冬季施工

——嚴寒地區(qū)遭受反復凍融的工程四、硅酸鹽水泥的特性與應用4、耐蝕性差——不適用與淡水及海水等腐蝕性介質接觸的工程5、耐熱性差——

不適用于有耐熱要求的混凝土工程

6、水化熱大——

不適用于大體積混凝土工程，但有利于低溫季節(jié)畜熱法施工7、耐磨性好——

適用于公路、地面工程8、抗碳化性好——

對鋼筋的保護作用強，適合CO2濃度高的環(huán)境

水泥砂漿人工碳化28d五、普通硅酸鹽水泥(GB175—2007)

普通硅酸鹽水泥由硅酸鹽水泥熟料、再加入＞5%且≤20%的活性混合材料及適量石膏組成，簡稱普通水泥，代號P·O。活性混合材料的最大摻量不得超過20%，其中允許用不超過水泥質量5%的窯灰或不超過水泥質量8%的非活性混合材料來代替。普通硅酸鹽水泥的終凝時間不得大于600min，其余技術性質要求同硅酸鹽水泥。具體規(guī)定參見教材表3-5。

普通硅酸鹽水泥與硅酸鹽水泥的差別僅在于其中含有少量混合材料，而絕大部分仍是硅酸鹽水泥熟料，故其特性與硅酸鹽水泥基本相同。

但由于摻入少量混合材料，因此與同強度等級硅酸鹽水泥相比：

——早期硬化速度稍慢；

——3d強度稍低；

——抗凍性稍差；

——水化熱稍??；

——耐腐性稍好。

第三節(jié)

摻大量混合材料的硅酸鹽水泥

一、混合材料

按其性能可分為活性混合材料和非活性混合材料兩大類。（一）活性混合材料

1．粒化高爐礦渣。活性玻璃體使其具有較高的潛在活性。2．火山灰質混合材料。含活性Al2O3和活性SiO2。3．硅粉。無定形SiO2含量大于90%。4．粉煤灰。含活性Al2O3和活性SiO2。含大量玻璃微珠。（二）非活性混合材料常溫下與石灰、石膏或硅酸鹽水泥一起，加水拌合后不能發(fā)生水化反應或反應甚微，不能生成水硬性產物的材料。

微硅粉及在杭州灣跨海大橋中的應用粉煤灰中的球形玻璃微珠（漂珠及沉珠）二、活性混合材料的水化磨細的活性混合材料與水調和后，本身不會硬化或硬化極其緩慢；但在飽和Ca(OH)2溶液中，常溫下就會發(fā)生顯著的水化反應，這被稱為“二次反應”。

xCa(OH)2+活性SiO2+n1H2O

xCaO·SiO2

·

（n1+x）H2OxCa(OH)2+活性Al2O3+n2

H2O

yCaO·Al2O3·

（n2+y）H2O

生成的水化硅酸鈣和水化鋁酸鈣是具有水硬性的產物，與硅酸鹽水泥中的水化產物相同。

當有石膏存在時，水化鋁酸鈣和石膏進一步反應生成水化硫鋁酸鈣。因此，氫氧化鈣和石膏激發(fā)了混合材料的活性。堿性激發(fā)劑硫酸鹽激發(fā)劑

摻活性混合材料的硅酸鹽水泥與水拌和水泥熟料水化；水泥熟料水化產物Ca（OH）2與活性SiO2和活性Al2O3發(fā)生水化反應。硅酸鹽水泥中摻混合材料水泥熟料相對含量降低水化速度較慢早期強度較低。三、混合材料在水泥生產中的作用

活性混合材料主要作用：改善水泥的某些性能；調節(jié)水泥強度；降低水化熱；降低生產成本；增加水泥產量；擴大水泥品種。

非活性混合材料主要作用：調節(jié)水泥強度；降低水化熱；降低生產成本；增加水泥產量。

四、礦渣硅酸鹽水泥、火山灰質硅酸鹽水泥、粉煤灰硅酸鹽水泥、復合硅酸鹽水泥（一）組成與技術要求

GB175—2007規(guī)定：由硅酸鹽水泥熟料，再加入質量分數＞20%的單個或二個及以上不同品種的混合材料及適量石膏，組成上述四個品種的硅酸鹽水泥。強度等級規(guī)定參見教材P46表3－6。（二）特性與應用

1．四種水泥的共性。（1）早期強度低、后期強度發(fā)展高。不適合用于早期強度要求高的混凝土工程，如冬季現澆工程等。（2）對溫度敏感，適合高溫養(yǎng)護。（3）耐腐蝕性好。適合用于有硫酸鹽、鎂鹽、軟水等侵蝕作用的環(huán)境，如水工、海港、碼頭等混凝土工程。但當侵蝕介質的濃度較高或耐腐蝕性要求高時，仍不宜使用。

（4）水化熱小。適合用于大體積混凝土工程。（5）抗凍性較差。不適合冬期施工。（6）抗碳化性較差。不適合用于二氧化碳濃度含量高的工業(yè)廠房，如鑄造、翻砂車間等。

摻60％低鈣粉煤灰砂漿人工碳化28d2．四種水泥的特性（1）礦渣硅酸鹽水泥?？?jié)B性差，且干縮較大。耐熱性較好。（2）火山灰質硅酸鹽水泥。加強保濕養(yǎng)護，抗?jié)B性較好，適合用于有抗