单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,四川建筑职业技术学院,材料教研室,第三章 水 泥,水泥的特点和适用范围,水泥的特点,水泥是一种粉末状材料，加水后拌合均匀形成的浆体，不仅能够在干燥环境中凝结硬化，而且能更好地在水中硬化，保持或发展其强度，形成具有堆聚结构的人造石材水泥适用范围,不仅适合用于干燥环境中的工程部位，而且也适合用于潮湿环境及水中的工程部位水泥的分类,按性能和用途分,水 泥,通用水泥,专用水泥,特性水泥,硅酸盐水泥,普通硅酸盐水泥,矿渣硅酸盐水泥,粉煤灰硅酸盐水泥,火山灰质硅酸盐水泥,复合硅酸盐水泥,石灰石硅酸盐水泥,如砌筑水泥、油井水泥、道路水泥、大坝水泥等,如白色硅酸盐水泥、快凝快硬硅酸盐水泥等,水泥的分类,按主要水硬性物质分,水泥种类,主要水硬性物质,主 要 品 种,硅酸盐水泥,硅酸钙,绝大多数通用水泥、专用水泥和特性水泥,铝酸盐水泥,铝酸钙,高铝水泥、自应力铝酸盐水泥、快硬高强铝酸盐水泥等硫铝酸盐水泥,无水硫铝酸钙,硅酸二钙,有自应力硫铝酸盐水泥、低碱度硫铝酸盐水泥、快硬硫铝酸盐水泥等,铁铝酸盐水泥,铁相、无水硫铝酸钙、硅酸二钙,有自应力铁铝酸盐水泥、膨胀铁铝酸盐水泥、快硬铁铝酸盐水泥等,氟铝酸盐水泥,氟铝酸钙、硅酸二钙,氟铝酸盐水泥等,以火山灰或潜在水硬性材料以及其他活性材料为主要组分的水泥,活性二氧化硅,活性氧化铝,石灰火山灰水泥、石膏矿渣水泥、低热钢渣矿渣水泥等,31 硅酸盐水泥,一、硅酸盐水泥的原材料和生产工艺,硅酸盐水泥的原材料,生产硅酸盐水泥熟料的原材料,石灰质原料 天然石灰石。
也可采用与天然石灰石化学成分相似的材料如白垩、石灰华等粘土质原料 主要为粘土，其主要化学成分为SiO,2,，其次为Al,2,O,3,和少量Fe,2,O,3,铁矿粉 采用赤铁矿，化学成分为Fe,2,O,3,石膏主要为天然石膏矿、无水硫酸钙等混合材料 包括活性混合材料（粒化高炉矿渣、粉煤灰、火山灰质混合材料等）和非活性混合材料（石灰石粉、磨细石英砂等）硅酸盐水泥的生产工艺“两磨一烧”工艺,生产水泥的方法主要有干法立窑生产和湿法回转窑生产两种；,硅酸盐水泥分为：型硅酸盐水泥（不掺混合材料）和型硅酸盐水泥（掺不超过5%混合材料）一、硅酸盐水泥的原材料和生产工艺,石灰石,粘 土,铁矿粉,生 料,石 膏,硅酸盐水泥,混合材料,熟 料,按比例混合,磨细,13501450,煅烧,磨细,二、熟料的矿物组成及其特性,熟料的矿物组成,水泥熟料矿物,硅酸二钙,铁铝酸四钙,游离氧化钙和氧化镁,铝酸三钙,硅酸三钙,碱类及杂质,2CaOSiO,2,，C,2,S,4CaOAl,2,O,3,Fe,2,O,3,，C,4,AF,f,CaO和,f,MgO,3CaOAl,2,O,3,，C,3,A,3CaOSiO,2,，C,3,S,化学式及简写,二、熟料的矿物组成及其特性,水泥熟料矿物的主要特性,熟料矿物磨细加水，均能单独与水发生化学反应，其特点见上表。
矿物名称,硅酸三钙,硅酸二钙,铝酸三钙,铁铝酸四钙,含量范围（质量）,3767,1530,715,1018,水化反应速度,快,慢,最快,快,强 度,高,早期低，后期高,低,低（含量多时对抗折强度有利）,水 化 热,较高,低,最高,中,三、硅酸盐水泥的凝结和硬化,凝结硬化的概念,凝结：水泥加水拌合而成的浆体，经过一系列物理化学变化，浆体逐渐变稠失去可塑性而成为水泥石的过程；,硬化：水泥石强度逐渐发展的过程称为硬化水泥的凝结过程和硬化过程是连续进行的凝结过程较短暂，一般几个小时即可完成；硬化过程是一个长期的过程，在一定温度和湿度下可持续几十年三、硅酸盐水泥的凝结和硬化,熟料矿物的水化反应,硅酸三钙,2（3CaOSiO,2,）6H,2,O=3CaO2SiO,2,3H,2,O3Ca（OH）,2,硅酸二钙,2（2CaOSiO,2,）4H,2,O=3CaO,2,SiO,2,3H,2,OCa（OH）,2,铝酸三钙,3CaOAl,2,O,3,H,2,O=3CaOAl,2,O,3,6H,2,O,3CaOAl,2,O,3,6H,2,O3（CaSO,4,2H,2,O）19H,2,O=3CaOAl,2,O,3,3CaSO,4,31H,2,O,铁铝酸四钙,4CaOAl,2,O,3,Fe,2,O,3,7H,2,O=3CaOAl,2,O,3,6H,2,OCaOFe,2,O,3,H,2,O,三、硅酸盐水泥的凝结和硬化,熟料矿物的水化反应过程,水化初期,熟料矿物与水反应的速度较快，使水化产物不断地从液相中析出并聚集在水泥颗粒表面，形成以水化硅酸钙凝胶为主体的凝胶薄膜，大约在1h左右即在凝胶薄膜外侧及液相中形成粗短的针状钙矾石晶体。
水化中期,以水化硅酸钙（CSH）和氢氧化钙的快速形成为特征水化后期,由于新生成的水化产物的压力，水泥颗粒薄膜的凝胶薄膜破裂，使水进入未水化水泥颗粒的表面，水化反应继续进行水化产物之间互相交叉连生，不断密实，固体之间的空隙不断减小，网状结构不断加强，结构逐渐紧密三、硅酸盐水泥的凝结和硬化,A凝胶体（CSH凝胶，水化硅酸钙凝胶）；,B,晶体（氢氧化钙、水化铝酸钙、水化硫铝酸钙）；,C孔隙（毛细孔、凝胶孔、气孔等）；,D未水化的水泥颗粒,水泥石的结构,水泥石主要由凝胶体、晶体、孔隙、水、空气和未水化的水泥颗粒等组成，存在固相、液相和气相因此硬化后的水泥石是一种多相多孔体系水泥石的结构（水化产物的种类及相对含量、孔的结构）对其性能影响最大四、硅酸盐水泥的主要技术性质,1.密度、堆积密度和各成分含量,技术性质,质 量 标 准,密度，kg/m,3,31003200,堆积密度，kg/m,3,13001600,不溶物,型：不溶物不得超过0.75；型：不溶物不得超过1.50,烧失量,型：烧失量不得大于3.0；型：烧失量不得大于3.5,氧化镁,水泥中氧化镁含量不宜超过5.0如果水泥经压蒸法检验安定性合格，则水泥中氧化镁含量可放宽至6.0,三氧化硫,3.5,碱含量,水泥中碱含量按Na,2,O0.658K,2,O计算值来表示。
若使用活性集料，用户要求提供低碱水泥时，水泥中碱含量不得大于0.60或由供需双方商定,注：表中百分数均为质量百分数四、硅酸盐水泥的主要技术性质,2.细度,细度是指水泥颗粒的粗细程度水泥颗粒的粗细，直接影响其水化反应速度、活性和强度国家标准中规定，水泥的细度用筛析法和比表面积法来测定硅酸盐水泥的细度为其比表面积大于300m,2,/kg四、硅酸盐水泥的主要技术性质,3.凝结时间,凝结时间 分为初凝时间和终凝时间初凝时间是从加水至水泥浆开始失去塑性的时间；终凝时间是从加水至水泥浆完全失去塑性的时间水泥初凝时间不宜过早，终凝时间不宜过迟国家标准GB1751999规定：硅酸盐水泥初凝不得早于45min，终凝不得迟于6.5h四、硅酸盐水泥的主要技术性质,4.体积安定性,体积安定性是指水泥浆体硬化后体积变化的稳定性水泥在硬化过程中体积变化不稳定，即为体积安定性不良水泥安定性不良的原因：,熟料中含有过量的游离氧化钙（,f,CaO），或含有过量的游离氧化镁（,f,MgO）；,生产水泥时掺入的石膏过量国家标准GB1751999规定，硅酸盐水泥的安定性用沸煮法检验必须合格体积安定性不良的水泥严禁用于工程中四、硅酸盐水泥的主要技术性质,5.强度及强度等级,（1）胶砂强度,国家标准规定，水泥和标准砂按1：3.0质量比混合，加入规定量的水（水灰比为0.50），经标准试验方法搅拌成型。
制成40mm40mm160mm的标准试件，在标准条件（1d温度为201，相对湿度90以上的空气中带模养护；1d以后拆模，放入201的水中养护）下养护根据水泥品种不同，分别测定3d、28d的抗折强度和抗压强度，即为水泥的胶砂强度四、硅酸盐水泥的主要技术性质,（2）强度等级,根据水泥的胶砂强度划分的级别称为强度等级硅酸盐水泥的强度等级划分为42.5，42.5R，52.5，52.5R，62.5，62.5R共六个等级表的 规定强度等级,抗压强度，MPa,抗折强度，MPa,3d,28d,3d,28d,42.5,42.5R,52.5,52.5R,62.5,62.5R,17.0,22.0,23.0,27.0,28.0,32.0,42.5,42.5,52.5,52.5,62.5,62.5,3.5,4.0,4.0,5.0,5.0,5.5,6.5,6.5,7.0,7.0,8.0,8.0,注：R型为早强型，主要是3d强度较高四、硅酸盐水泥的主要技术性质,6.水化热,水泥的水化热是指在水化过程中的放热量，单位为kJ/kg水化热的高低与熟料矿物的相对含量有关铝酸三钙、硅酸三钙的水化热高，而铁铝酸四钙、硅酸二钙的水化热较低。
因此要降低水化热，可适当减少铝酸三钙和硅酸三钙的含量水化热主要对大体积混凝土工程有影响对于大体积混凝土工程，应选择水化热较低的水泥，或者采取特殊措施降低水化热的危害五、水泥石的腐蚀及防止,水泥石腐蚀的方式,（1）软水侵蚀（溶出性侵蚀）,（2）酸的腐蚀（溶解性化学腐蚀）,一般酸的腐蚀,碳酸水的腐蚀,（3）硫酸盐腐蚀（膨胀性化学腐蚀）,（4）强碱腐蚀,防止水泥石腐蚀的措施,（1）根据工程的环境特点，合理选择水泥品种2）提高混凝土的密实度3）在水泥石结构的表面设置保护层六、硅酸盐水泥的特性及应用,凝结硬化快，早期及后期强度均高，适用于有早强要求的工程抗冻性好，适合水工混凝土和抗冻性要求高的工程耐腐蚀性差，因水化后氢氧化钙和水化铝酸钙的含量较多水化热高，不宜用于大体积混凝土工程但有利于低温季节蓄热法施工抗碳化性好因水化后氢氧化钙含量较多，故水泥石的碱度不易降低，对钢筋的保护作用强适用于空气中二氧化碳浓度高的环境耐热性差因水化后氢氧化钙含量高不适用于承受高温作用的混凝土工程耐磨性好，适用于高速公路、道路和地面工程32 掺混合材料的硅酸盐水泥,混合材料及其分类,混合材料 为了改善水泥性能、提高水泥的产量，在生产时掺入的天然或人工矿物质材料。
活性混合材料,具有潜在水硬性或火山灰特性，或者兼具有潜在水硬性和火山灰特性的混合材料粒化高炉矿渣；,粉煤灰；,火山灰质混合材料,非活性混合材料,不具有潜在水硬性或质量活性指标不能达到规定要求的混合材料如磨细石灰石粉、磨细石英砂等一、普通硅酸盐水泥（代号PO）,定义,硅酸盐水泥熟料61的混合材料适量石膏,技术性质要求（与硅酸盐水泥相比）,相同点,MgO含量、SO,3,含量、初凝时间、安定性的技术要求相同不同点,细度：80,m方孔筛筛余量不超过10.0%；,终凝时间：不迟于10h；,烧失量：不得大于5.0%；,一、普通硅酸盐水泥,强度等级：普通硅酸盐水泥分为32.5、32.5R、42.5、42.5R、52.5、52.5R六个强度等级各龄期的强度不低于下表的规定强度等级,抗压强度，MPa,抗折强度,，,MPa,3d,28d,3d,28d,32.5,32.5R,42.5,42.5R,52.5,52.5R,11.0,16.0,16.0,21.0,22.0,26.0,32.5,32.5,42.5,42.5,52.5,52.5,2.5,3.5,3.5,4.0,4.0,5.0,5.5,5.5,6.5,6.5,7.0,7.0,一、普通硅酸盐水泥,主要特性,（1）早期强度略低，后期强度高。
2）水化热略低3）抗渗性好，抗冻性好，抗碳化能力强4）抗侵蚀、抗腐蚀能力稍好5）耐磨性较好；耐热性能较好应用,普通硅酸盐水泥的应用范围和硅酸盐水泥相同二、矿渣水泥、粉煤灰水泥、火山灰水泥,定义,技术性质要求（与普通水泥相比）,相同点,MgO含量、细度、凝结时间、安定性的技术要求相同不同点,熟料,适量石膏,20%70%粒化高炉矿渣,20%40%粉煤灰,20%50%火。