水泥材料分類及性能培訓(xùn)講義PPT

1、水泥（Cement)第一節(jié) 硅酸鹽水泥 (Portland cement) 在中國硅酸鹽辭典中，將水泥的概念定義為：凡以適當(dāng)?shù)纳?，燒至部分熔融，所得以硅酸鈣為主的硅酸鹽水泥熟料，加入適量的石膏磨細(xì)制得的水硬性膠凝材料，稱之為硅酸鹽水泥。水硬性：粉末狀水泥與水泥混合后，經(jīng)過一系列復(fù)雜的物理化學(xué)反應(yīng)，可由可塑性漿體變成堅(jiān)硬的石狀體，將散粒材料膠結(jié)成整體，這一過程是水化在水環(huán)境下完成的，同時可以在水中更好的保持石狀體的概念。水泥是一種水硬性膠凝材料。硅酸鹽水泥：型硅酸鹽水泥，代號P.。型硅酸鹽水泥，代號P.。普通硅酸鹽水泥：簡稱普通水泥，代號P.O。礦渣硅酸鹽水泥：簡稱礦渣水泥，代號P.S?；鹕交?/p>

2、質(zhì)硅酸鹽水泥：簡稱火山灰水泥，代號P.P。粉煤灰硅酸鹽水泥：簡稱粉煤灰水泥，代號P.F。復(fù)合硅酸鹽水泥：復(fù)合水泥，代號P.C。水泥的分類六大通用水泥還有其他水泥：如快硬水泥、油井水泥、彩色水泥、防輻射水泥等。(1)生料的配制與粉磨(2)硅酸鹽水泥的煅燒(3)水泥熟料的粉磨一、硅酸鹽水泥的生產(chǎn) (兩磨一燒) 二、硅酸鹽水泥熟料礦物組分礦物名稱 化學(xué)成分 縮寫符號 含量硅酸三鈣 3CaOSiO2 C3S 4462硅酸二鈣 2CaOSiO2 C2S 1830鋁酸三鈣 3CaOAl2O3 C3A 512鐵鋁酸四鈣 4CaOAl2O3Fe2O3 C4AF 1018其中，硅酸三鈣和硅酸二鈣為強(qiáng)度組分，鋁酸

3、三鈣和鐵鋁酸四鈣為熔劑組分。其他還有少部分f-CaO、f-MgO及玻璃體等三、硅酸鹽水泥的主要技術(shù)性能1. 密度2. 細(xì)度(分散度)3. 需水量4. 泌水性和保水性5. 凝結(jié)時間6. 體積安定性7. 強(qiáng)度等級8. 水化熱9. 堿含量10. 氯離子含量1密度 (Density)一般在3.053.2間，其測試注意介質(zhì)。與密度有關(guān)的因素：c3S=3.25, c2S=3.28, c3A=3.04, C4M=3.71 存放時間越長，密度下降，這是因?yàn)樗嘀械膄-CaO(=3.34)吸水及吸收CO2，變成Ca(OA)2甚至CaCO3(=2.23, =2.7) 水泥欠燒比重小，過燒比重大 表現(xiàn)密度：1300

4、左右，粉磨越細(xì)，表觀密度越小。2細(xì)度（分散度）(Fineness)水泥的細(xì)度是表示水泥磨細(xì)的程度或分泥分散度的指標(biāo)。 水泥細(xì)度的測試有兩種方法：篩分法（水篩法或干篩法），我國多用0.080(80nm)的方孔篩進(jìn)行水篩或干篩，以其篩余百分?jǐn)?shù)表征細(xì)度，一般篩余量C3SC4AFC2S4泌水性與保水性 (water bleeding and water retentivity)在拌制水泥漿以及砂漿、砼時，為保證必要的和易性，往往加入比標(biāo)準(zhǔn)稠度用水量多的水。但是，水泥由于自重的原因，有可能下沉，而余水則向上移動被析出，從而使?jié){體分層，從而影響強(qiáng)度及耐久性等。 （這一現(xiàn)象即稱為泌水性） 與之有關(guān)的是保水性

5、：此時余水不會析出，但當(dāng)在真空抽吸時能析出，這種現(xiàn)象稱為保水性。減少泌水性的措施：增加水泥細(xì)度。增加C3A含量。摻入混合材。5凝結(jié)時間 (setting time)凝結(jié)分為初凝和終凝。初凝：水泥加水拌合時，到標(biāo)準(zhǔn)稠度凈漿開始失去可塑性所需的時間。終凝：水泥加水拌合至標(biāo)準(zhǔn)稠度凈漿完全失去可塑性并開始產(chǎn)生強(qiáng)度所需的時間。硅酸鹽水泥標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定，初凝不得早于45min，終凝不遲于6h30min。影響水泥凝結(jié)的因素：礦物組分，C3A越高，凝結(jié)越快。水泥細(xì)度。環(huán)境溫、濕度。緩凝組分：a.石膏。b.緩凝劑及促凝劑。C.礦物摻合料。（特別是FA）6體積安定性(soundness)水泥石硬化后，產(chǎn)生不均勻的體積變

6、化，即體積安定性不良。體積穩(wěn)定性的危害：引起建筑物的破壞、構(gòu)件崩潰。原因：熟料中的f-CaO太多控制方法：沸煮法測定。熟料中的f-MgO太多5.0%。摻入的石膏太多3.5%。、：一般是由于熟料燒結(jié)時溫度高于石灰燒結(jié)時的溫度，熟料中的f-CaO和f-MgO成死燒狀態(tài)，而過熟的f-Ca與f-Mg熟化慢，待水泥凝結(jié)酸化后還在熟化，導(dǎo)致水泥石體積安定性不良。（熟化后體積膨脹，水泥石開裂）：主要是由于過量的石膏與C3A的水化物水化鋁酸鈣反應(yīng)，生成高硫型水化硫酸鈣，體積膨脹1.5倍，也引起水泥石開裂。安定性測試：餅法雷化法。主要是促使f-CaO熟化）7強(qiáng)度等級(水泥標(biāo)號)(strength grade)強(qiáng)

7、度是材料在外力荷載作用下，材料抵抗破壞的能力。（水泥硬化以后石的強(qiáng)度）水泥強(qiáng)度與礦物組分和水泥細(xì)度關(guān)系明顯。影響強(qiáng)度的因素:水泥細(xì)度。水灰比。礦物組分：C3S早強(qiáng)與后期強(qiáng)度都高，而C2S早期強(qiáng)度較低，后期增長快，一年后可能超過C3S，C4AF和C3A早強(qiáng)都較高，但后期無增長。環(huán)境條件。測定的方法有兩種：硬練法、軟練法。硬練法是采用干硬性成型的方法；軟練法是采用塑性成型的方法。它們之間的差別在于標(biāo)準(zhǔn)砂的摻入量，試件尺寸，成型方法，養(yǎng)護(hù)條件以及破型方法等都不相同。我國過去是采用的硬練法成型及定標(biāo)號的試驗(yàn)方法標(biāo)準(zhǔn)。用這種方法來確定水泥標(biāo)號，與干硬性混凝土的相關(guān)性較好，但是對我國目前大量使用塑性混凝土

8、的相關(guān)性較差，特別對摻活性混合材料的硅酸鹽水泥，如礦渣水泥、火山灰質(zhì)水泥所配制的混凝土的相關(guān)性更差。采用軟練法定水泥標(biāo)號的測定方法與塑性混凝土的相關(guān)性較好。根據(jù)我國的國情，又通過大量的試驗(yàn)，制定了一套軟練標(biāo)準(zhǔn)的試驗(yàn)方法（GB17592）。為了使我國在加入世界貿(mào)易組織后，水泥強(qiáng)度檢驗(yàn)方法能與國際標(biāo)準(zhǔn)接軌，參考ENV 197-1：1995歐洲水泥試行標(biāo)準(zhǔn)，我國于1999年7月30日批準(zhǔn)發(fā)布了第5次修訂的的水泥標(biāo)準(zhǔn)，即：硅酸鹽水泥、普通硅酸鹽水泥（GB175-1999），于2001年4月1日正式實(shí)施，原GB175-92已于2000年12月1日起廢止。2008年月日，通用水泥國家標(biāo)準(zhǔn)GB175-200

9、7替代GB175-1999、GB1344-1999、GB12958-1999根據(jù)國標(biāo)GB1752007規(guī)定，硅酸鹽水泥分為42.5，42.5R，52.5，52.5R，62.5，62.5R六個強(qiáng)度等級；強(qiáng)度等級的測試齡期為7天和28天，測試指標(biāo)分別為兩個齡期的抗者強(qiáng)度和抗壓強(qiáng)度。品 種強(qiáng)度等級抗 壓 強(qiáng) 度抗 折 強(qiáng) 度3d28d3d28d硅酸鹽水泥42.517.042.53.56.542.5R22.04.052.523.052.54.07.052.5R27.05.062.528.062.55.08.062.5R32.05.5普通硅酸鹽水泥42.517.042.53.56.542.5R22.04

10、.052.523.052.54.07.052.5R27.05.0品 種強(qiáng)度等級抗 壓 強(qiáng) 度抗 折 強(qiáng) 度3d28d3d28d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32.510.032.52.55.532.5R15.03.542.515.042.53.56.542.5R19.04.052.521.052.54.07.052.5R23.04.58水化熱 (heat of hydration)產(chǎn)生的原因：水化放熱反應(yīng)。礦物組分放熱速度不同：C3AC3SC4AFC2S。影響水化熱的因素：總的放熱量一樣，但可以控制放熱速度。大體積禁用硅酸鹽水泥，普硅也應(yīng)控制使用。水化熱利用自養(yǎng)護(hù)

11、溫度：消除水化熱不利影響措施：低熱水泥、冷卻導(dǎo)流澆注溫度、養(yǎng)護(hù)等。水泥的堿含量 (alkali content) 堿集料反應(yīng)問題若使用活性骨料，用戶要求提供低堿水泥時，水泥中的堿含量按Na2O+0.658K2O計(jì)算值表示不得大于0.6 。10. 氯離子含量 (Chloride content)Cl-的危害Cl-含量: 要求不大于0.06%四、硅酸鹽水泥的水化過程（一）硅酸鹽水泥熟料的水化作用水泥的性能主要由其熟料礦物的礦物組成的決定，礦物組分遇水，發(fā)生水化反應(yīng)，水泥由粉狀膠結(jié)成固態(tài)而具有強(qiáng)度。1C3S和C2S的水化：C-S-H以及CH硅酸三鈣和硅酸二鈣（-C2S)由于其晶體結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，因此遇水后

12、與水發(fā)生水化反應(yīng):(3CaOSiO2)+6H2O3CaO2SiO23H2O+3Ca(OH)22(2CaOSiO2)+4H2O3CaO2SiO23H2O+Ca(OH)2C-S-H（水化硅酸鈣） CH（氫氧化鈣C3A的水化反應(yīng)能力最強(qiáng)，早期水化快，放熱量大。對水泥的早期凝結(jié)硬化有重大的影響。水化產(chǎn)物：水化鋁酸鈣2. C3A的水化3. C4AF的水化水化速度快于C2S，但慢于C3S和C3A水化產(chǎn)物：水化鋁酸鈣和水化鐵酸鈣（二）石膏對水泥水化作用的影響經(jīng)研究表明：石膏對硅酸鈣的水化影響較小，略起加速水化的作用，但可明顯減緩C3A的水化。水泥熟料粉與水拌合后凝結(jié)很快，使施工無法進(jìn)行。為了滿足現(xiàn)場施工的要

13、求，一般采用摻入適量石膏來調(diào)節(jié)水泥的凝結(jié)時間與此同時還可以改善水泥的其他性能，如提高水泥的強(qiáng)度、改善水泥的耐蝕性、抗凍性、抗?jié)B性等。關(guān)于石膏的緩凝機(jī)理，至今說法不一。一般認(rèn)為摻入適量的石膏后，C3A在飽和的石灰一石膏溶液中生成溶解度極低的水化硫鋁酸鈣C6AH32棱柱狀晶體，包圍在水泥顆粒的表面形成一層薄膜，阻止了水分子向未水化的水泥粒子內(nèi)部擴(kuò)散，延緩了水泥熟料顆粒特別是C3A的繼續(xù)水化，從而達(dá)到緩凝的目的。石膏適宜摻量的確定與水泥熟料的化學(xué)成分，特別是鋁酸三鈣或堿含量及SO3含量有關(guān)，還與水泥的細(xì)度、混合材的種類及摻量有關(guān)。當(dāng)熟料中C3A含量或堿含量高時，石膏摻量就適當(dāng)增加；當(dāng)水泥較細(xì)或混合材

14、摻入較多時，石膏摻量增加；而當(dāng)熟料中SO3成分較高時，則減少石膏摻量。石膏摻量以SO3計(jì)，一般波動于1.53.5，摻用二水石膏，可以采用天然的硬石膏及化工副產(chǎn)品石膏。有的工廠采用無水石膏與二水石膏混摻，證明效果較好。根據(jù)該廠生產(chǎn)的水泥強(qiáng)度SO3含量的曲線，選擇在凝結(jié)時間正常時能達(dá)到最高強(qiáng)度的適宜SO3摻量，稱為最佳石膏摻量。五、 水泥水化凝結(jié)硬化中可能出現(xiàn)的不正?，F(xiàn)象：1瞬凝：水泥中不加石膏或石膏量不足，使水泥發(fā)生“瞬凝”現(xiàn)象（急凝），其特征是水泥漿很快凝結(jié)成一種粗糙的、非塑性的混合物，并放出大量的熱。2假凝：主要是由于石膏加入到熟料中一起粉磨時，石膏失水，當(dāng)水泥拌合水后，石膏先吸水，使水泥漿

15、失去流動性，此為“假凝”。3石膏量摻入過多，也會引起凝結(jié)過快，同時，會引起水泥石的膨脹而破壞。熟料中C3A高或堿含量高，石膏量可適當(dāng)增加，而熟料SO32-較多時，則應(yīng)減少石膏摻量。4長時間不凝緩凝組分加的太多。六、 影響水泥水化凝結(jié)硬化的因素1水泥細(xì)度2石膏摻量3養(yǎng)護(hù)時間（齡期）4養(yǎng)護(hù)條件（溫度、濕度）水灰比緩凝成分（如石膏、木鈣等）或促凝成分礦物組分礦物組分對水泥水化凝結(jié)及硬化后性能影響：水化反應(yīng)速度： C3AC3SC4AFC2S水化放熱量： C3AC3SC4AFC2S早期強(qiáng)度： C3SC3AC4AFC2S后期強(qiáng)度： C2SC3SC4AFC3A耐腐蝕性： C4AFC2SC3SC3A干縮性：

16、C3AC3SC4AFC2S七、水泥石體積的變化(deformation of hardened cement1化學(xué)收縮(chemical shrinkage)：水泥在水化過程，由水泥熟料水化成水化產(chǎn)物，由于這一過程產(chǎn)生的收縮叫化學(xué)收縮。原因：水泥水化后的固相體體積比水化前大，雖然如此，就整個水泥水體系來講，體積反而有的減少，其原因是主要原因是水化前體系體積包括固、液相，雖然反應(yīng)生成物固相增大，但總體積減小。2干燥收縮（失水收縮）(dry-shrinkage)3碳化收縮(carbonation shrinkage) 當(dāng)空氣中有適當(dāng)?shù)臐穸葧r，CO2+H2O會引起水泥石收縮CO2+H2O與Ca(OH

17、)2不斷作用。CO2與水化物發(fā)生置換反應(yīng)，而發(fā)生碳化收縮。八、水泥石的腐蝕與防止(1)軟水腐蝕(溶出性腐蝕)：氫氧化鈣不斷地溶解流失 (2)離子交換腐蝕(溶解性腐蝕)1)碳酸的腐蝕2)一般酸的腐蝕3)鎂鹽的腐蝕(3)膨脹性腐蝕1)硫酸鹽腐蝕2)硫酸的腐蝕(4)堿的腐蝕(5)水泥石腐蝕的防止九、水泥的儲存與運(yùn)輸儲存條件：不得受潮，或混入雜物存放期：不得超過個月，超過個月應(yīng)重新檢驗(yàn)強(qiáng)度，以實(shí)測為準(zhǔn)運(yùn)輸?shù)诙?jié) 摻混合材的硅酸鹽水泥混合材(addition)：在水泥生產(chǎn)時，為改善水泥的性能，如強(qiáng)度和耐久性等而加入到水泥中，和水泥熟料、石膏一起粉磨的礦物材料?；旌喜挠址譃榛钚曰旌喜?active add

18、ition)和非活性混合材(inert addition)。 一、混合材的類別1活性混合材：在激發(fā)條件下（石灰或石膏的作用），加水拌合后，生成具有膠凝性的水化產(chǎn)物，既能在水中，又能在空氣中發(fā)展并保持強(qiáng)度的礦物材料。這一類材料包括有：粉煤灰、粒化高爐礦渣、火山灰質(zhì)材料等。（盡可能具無定形態(tài)，而非晶態(tài)）。激發(fā)與激發(fā)劑：加入到水泥中的活性混合材的激發(fā)劑為水化物CH和石膏，并不外加。2. 非活性混合材：由于這類材料活性很低，即使在有激發(fā)條件下（堿或石膏）也不與水發(fā)生水化反應(yīng)，也不具有水硬性膠凝性質(zhì)的礦物材料 活性混合材在水泥中的作用主要表現(xiàn)為以下幾點(diǎn)：（1）二次反應(yīng)（又叫火山灰反應(yīng)）(pozzolan

19、ic reaction) 由于消耗了大量的Ca(OH)2，提高了水泥石的強(qiáng)度和耐久性。水泥水化物中，高堿性水化硅酸鈣與低堿性（C/S90%。鋁硅玻璃質(zhì)混合材。包括粉煤灰、火山灰，浮石、凝灰?guī)r等天然混合材及人工的粉煤等。燒粘土質(zhì)混合材包括燒粘土、煤矸石、頁巖渣等火山灰質(zhì)混合材根據(jù)不同的種類及化學(xué)成分、活性成分不同，其水化、凝結(jié)、強(qiáng)度各有不同。 （1）粉煤灰粉煤灰：是發(fā)電廠鋁爐以煤作燃料時，從其煙氣中收集下來的灰渣，又叫作飛渣，又叫作飛灰（Fly ash） （2）硅灰硅灰是鐵合金廠冶煉硅鐵合金或金屬硅時收集的煙氣，硅灰平均粒徑很小，只有0.1m 左右，比表面積高達(dá)150000250000cm2/g

20、，硅灰組成中，含活性SiO2約9098，呈球狀體，硅灰具有火山灰活性。（3）其它主要的火山灰混合材活性混合材水硬性原因活性混合材種類不同，其活性原因也不同：1. 具有潛在水硬性礦渣（需要堿或硫酸鹽激發(fā)其活性）2. 具有火山灰反應(yīng)（二次反應(yīng)）能力硅灰、粉煤灰及沸石等；3. 同時具有以上兩種能力高鈣粉煤灰、固硫渣等。三、摻混合材的水泥1. 硅酸鹽水泥：型硅酸鹽水泥，代號P.。型硅酸鹽水泥，代號P.。2. 普通硅酸鹽水泥：簡稱普通水泥，代號P.O。3. 礦渣硅酸鹽水泥：簡稱礦渣水泥，代號P.S。4. 火山灰質(zhì)硅酸鹽水泥：簡稱火山灰水泥，代號P.P。5. 粉煤灰硅酸鹽水泥：簡稱粉煤灰水泥，代號P.F。

21、6. 復(fù)合硅酸鹽水泥：代號P.C：混合材摻量：普通硅酸鹽水泥中，“摻活性混合材料最大摻量不超過15%”，改為“活性混合材料混合材料為5%且20% ”，將礦渣硅酸鹽水泥中礦渣摻加量由“20%70%”改為“20%且70%”，并分為A型和B型。A型礦渣摻加量20%且50%，代號P。S。A；B型礦渣摻加量50%且70%，代號P。S。B。將火山灰質(zhì)硅酸鹽水泥中火山灰質(zhì)混合材料慘量由“ 20%50%”改為“20%且40%”。將復(fù)合硅酸鹽水泥中混合材料總慘加量由“應(yīng)大于15%，但不超過50%”改為“20%且50%” 與現(xiàn)行標(biāo)準(zhǔn)相比，通用硅酸鹽水泥的主要變化：普通水泥強(qiáng)度等級中取消了32.5和32.5R 與現(xiàn)

22、行水泥標(biāo)準(zhǔn)相比，通用硅酸鹽水泥標(biāo)準(zhǔn)還增加了對氯離子限量的要求，即水泥中氯離子含量不大于0.06%。第三節(jié) 特性水泥與專用水泥鋁酸鹽水泥快硬水泥裝飾水泥道路硅酸鹽水泥抗硫酸鹽水泥膨脹水泥和自應(yīng)力水泥砌筑水泥油井水泥水工硅酸鹽水泥一、鋁酸鹽水泥（高鋁水泥，礬土水泥）鋁酸鹽水泥代號：AC鋁酸鹽水泥的主要礦物組成主要為CA（鋁酸鈣），CA2（二鋁酸一鈣等鋁酸鹽礦物以及少量的C2S等。鋁酸鹽水泥是以鋁礬土和石灰石為原料，按適當(dāng)?shù)谋壤浜虾筮M(jìn)行燒結(jié)或熔融，冷卻后經(jīng)粉磨而成。生產(chǎn)工藝與硅酸鹽基本相同。鋁酸鹽水泥礦物組分礦物名稱 礦物成分 簡寫鋁酸一鈣(主要 ) CaOA12O3 CA二鋁酸一鈣 CaO2A1

23、2O3 CA2硅鋁酸二鈣 2CaOA12O3SiO2 C2AS七鋁酸十二鈣 12CaO7A12O3 C12A7鋁酸鹽水泥的水化與硬化鋁酸鹽水泥礦物組分中CA和CA2是主要的，其次是C12A7 , 這些礦物組分在不同的溫度下水化產(chǎn)物不同。 雖然在低溫下形成的CAH10和C2AH8，但它們都是亞穩(wěn)定性的，最終要轉(zhuǎn)化為C3AH6，這是一個自發(fā)的過程。 由在以下條件下，這個過程會加快：溫度的升高濕度的升高堿度增加但C3AH6強(qiáng)度不如CAH10和C2AH8，降低值達(dá)40%以上。 在常溫下的工程實(shí)踐證明，鋁酸鹽水泥長期強(qiáng)度要下降，特別是在濕熱環(huán)境中，影響更為嚴(yán)重，甚至引起結(jié)構(gòu)的破壞，因此，鋁酸鹽水泥水泥應(yīng)

24、限制使用，特別是結(jié)構(gòu)工程中，但由于其強(qiáng)度發(fā)展快，可用于搶修工程。 鋁酸鹽水泥的性能及應(yīng)用水化熱很大，不適于大體積砼快硬、早強(qiáng)，適于搶修工程。后期強(qiáng)度易倒縮，施工與養(yǎng)護(hù)避免高溫、溫?zé)?，可用于冬季施工有很高的抗硫酸鹽浸蝕性能。有較高的耐熱性，在900下，強(qiáng)度損失至原來的70%,1300時為50%左右。對Cl-滲透性強(qiáng)，所以對鋼筋銹的防護(hù)不利。可用于生產(chǎn)人造大理石，成型快，脫?？?，但不宜追求高過的后期強(qiáng)度?？箟A、抗酸性極差。與石膏配合可以配制膨脹水泥。 在實(shí)踐中，保證鋁酸鹽水泥砼工程質(zhì)量的關(guān)鍵環(huán)節(jié)在于施工和養(yǎng)護(hù)降低砼溫度（不要陽光照對，要灑水養(yǎng)護(hù)等），砼體積不宜過大，（不超過45cm為宜，但非國家規(guī)

25、定）。合理控制好W/C，應(yīng)盡量采用較低的W/C，一般為0.4，W/C=0.4時水份并不能保證水泥的完全水化，但可以保證出現(xiàn)晶型轉(zhuǎn)化時（CAH10和C2AH8C3AH6）,游離出的水又使水泥開始水化，新形成的水化物填充密實(shí)孔隙。在鋁酸鹽水泥中摻加石膏或無水石膏。CAH10和C2AH8可與石膏反應(yīng)生成水化硫鋁酸鈣，從而解決晶型轉(zhuǎn)化。摻加?；郀t礦渣 二、快硬水泥1. 快硬硅酸鹽水泥2. 快硬硫鋁酸鹽水泥3. 氟鋁酸鹽快硬水泥 三、裝飾水泥1. 白色水泥2. 彩色水泥四、道路硅酸鹽水泥以適當(dāng)?shù)纳蠠敛糠秩廴?，所得的以硅酸鈣為主要成分和較多的鐵鋁酸四鈣的硅酸鹽熟料，加入適量的石膏共同磨細(xì)，所得的水硬

26、性膠凝材料，稱為道路硅酸鹽水泥。(道路硅酸鹽水泥(GBl3693-92) )在道路硅酸鹽水泥中，熟料的化學(xué)組成和硅酸鹽水泥是完全相同的，只是水泥中的鋁酸三鈣的含量小于5.0，鐵鋁酸四鈣的含量要大于16.0。 道路水泥的技術(shù)性質(zhì)及應(yīng)用道路水泥抗折強(qiáng)度高，耐磨性好、干縮小、抗凍性、抗沖擊性、抗硫酸鹽性能好，可減少混凝土路面的斷板、溫度裂縫和磨耗，減少路面維修費(fèi)用，延長使用年限。適用于道路路面、機(jī)場跑道、城市人流較多的廣場等工程的面層混凝土。五、抗硫酸鹽水泥以適當(dāng)?shù)纳蠠敛糠秩廴冢靡怨杷徕}為主要成分的熟料，加入石膏，共同磨細(xì)制成的具有一定抗硫酸鹽侵蝕性能的水硬性膠凝材料，稱為抗硫酸鹽硅酸鹽水泥

27、，簡稱抗硫酸鹽水泥。在抗硫酸水泥中，C3S的含量小于50；C3A含量小于5，C3A和C4AF的總含量小于22。六、膨脹水泥和自應(yīng)力水泥在鋼筋混凝土中應(yīng)用膨脹水泥，由于混凝土的膨脹使鋼筋產(chǎn)生一定的拉應(yīng)力，混凝土受到相應(yīng)的壓應(yīng)力。根據(jù)壓應(yīng)力的大小，可以將水泥分為兩類，一類壓應(yīng)力值不小于2.0MPa時，為自應(yīng)力水泥；另一類壓應(yīng)力值小于2.0MPa的為膨脹水泥。自應(yīng)力水泥自應(yīng)力水泥的膨脹值較大。常用的自應(yīng)力水泥有硅酸鹽自應(yīng)力水泥、鋁酸鹽自應(yīng)力水泥等。一般用于預(yù)應(yīng)力鋼筋混凝土壓力管及配件等。膨脹水泥膨脹水泥主要用于收縮補(bǔ)償混凝土工程，防滲混凝土(屋頂防滲、水池等)，防滲砂漿，結(jié)構(gòu)的加固，構(gòu)件接縫、接頭的

28、灌漿，固定設(shè)備的機(jī)座及地腳螺栓等。膨脹水泥有硅酸鹽膨脹水泥、鋁酸鹽膨脹水泥、硫鋁酸鹽膨脹水泥、鐵鋁酸鹽膨脹水泥等。七、砌筑水泥以活性混合材料和一些具有潛在水硬性的工業(yè)廢料為主，加入少量的水泥熟料、石膏，磨細(xì)所得的水硬性膠凝材料，稱為砌筑水泥(砌筑水泥(GBl83-82)。用于工業(yè)與民用建筑的砌筑砂漿、內(nèi)墻抹面砂漿，也可用于配制道路混凝土墊層或蒸養(yǎng)混凝土砌塊。 八、油井水泥用于油井、氣井的固井工程中，又稱之為堵塞水泥。這主要是保證在石油、天然氣勘探、開采時把鋼質(zhì)套管下入井內(nèi)，再注入水泥漿將套筒與周圍地層膠結(jié)封固，封隔地層內(nèi)的油氣、水層，以便在井內(nèi)形成一條良好的油流通道。油井水泥因受地層溫度影響，

29、要承受高溫、高壓這是油井水泥生產(chǎn)和使用中最主要的問題 九、水工硅酸鹽水泥(大壩水泥)水工硅酸鹽水泥包括低熱水泥、中熱水泥等，是水化熱較低的一種硅酸鹽水泥品種，適用于水工工程,包括:大壩，大型構(gòu)筑物及大體積的基礎(chǔ)工程。水工硅酸鹽水泥水化熱降低措施：熟料中C3A和C3S含量應(yīng)降低。摻入混合材如礦渣、粉煤灰。水泥砼導(dǎo)熱性差，水泥的水化熱不易散失，造成砼內(nèi)、外溫差太大而易產(chǎn)生裂縫的出現(xiàn)。因而有必要采取措施控制溫差：內(nèi)部冷卻系統(tǒng)。集料預(yù)冷卻。注意養(yǎng)護(hù)條件。低熱、中壩水泥等大壩水泥。冰水?dāng)嚢?。摻入摻和料。本章小?jié)1. 幾個重要概念硅酸鹽水泥、凝結(jié)時間（包括初凝與終凝）、安定性、水泥的堿含量、水化熱、軟水腐

30、蝕、硫酸鹽腐蝕、混合材（包括活性和非活性）2. 水泥的生產(chǎn)-兩磨一燒 3. 水泥的各基本性質(zhì)及影響因素,以及對混凝土工程的影響4. 硅酸鹽水泥的主要礦物組成及其對水泥水化、凝結(jié)時間、強(qiáng)度等硬性 5. 水泥的水化熱對混凝土工程有何危害? 6. 硅酸鹽水泥中石膏對水泥的作用，以及摻量問題 7. 六大通用水泥的特性及工程應(yīng)用8. 混合材(活性與非活性)對水泥的作用End of This Chapter硅酸鹽水泥1. 硅酸鹽水泥定義：“凡由硅酸鹽水泥熟料、05石灰石或?；郀t礦渣、適量石膏磨細(xì)制成的水硬性膠凝材料，稱為硅酸鹽水泥（即國外通稱的波特蘭水泥）。硅酸鹽水泥分兩種類型，不摻加混合材料的稱型硅酸

31、鹽水泥，代號P.。在硅酸鹽水泥粉磨時摻加不超過水泥質(zhì)量5的石灰石或粒化高爐礦渣混合材料的稱型硅酸鹽水泥，代號P.?！?據(jù)GB1751999硅酸鹽水泥、普通硅酸鹽水泥)2. 硅酸鹽水泥的技術(shù)性能3. 硅酸鹽水泥的特性、應(yīng)用1)早期強(qiáng)度和后期強(qiáng)度高2)水化熱大、抗凍性好3)干縮小、耐磨性較好4)抗碳化性較好5)耐腐蝕性差6)不耐高溫普通硅酸鹽水泥1. 普通硅酸鹽水泥定義：凡由硅酸鹽水泥熟料、5%且20%混合材料、適量石膏磨細(xì)制成的水硬性膠凝材料，稱為普通硅酸鹽水泥（簡稱普通水泥），代號P.O。” (據(jù)GB1751999硅酸鹽水泥、普通硅酸鹽水泥)原標(biāo)準(zhǔn)中規(guī)定混合材最大摻量不超過15% 2. 普通硅

32、酸鹽水泥的技術(shù)要求1)細(xì)度：0.08mm方孔篩篩余量不得超過10.0 。（用篩余法）2)凝結(jié)時間：初凝時間不得早于45min，終凝時間不得遲于10h。 3) 普通硅酸鹽水泥的強(qiáng)度指標(biāo)和硅酸鹽水泥一致 (原標(biāo)準(zhǔn)中P.O水泥有32.5和32.5R) 3. 普通硅酸鹽水泥的特性、應(yīng)用基本同硅酸鹽水泥礦渣硅酸鹽水泥礦渣硅酸鹽水泥定義：“凡由硅酸鹽水泥熟料和20%且70%的?；郀t礦渣、適量石膏磨細(xì)制成的水硬性膠凝材料，稱為礦渣硅酸鹽水泥（簡稱礦渣水泥），代號P.S。”分為A型和B型。A型礦渣摻加量20%且50%，代號P.S.A；B型礦渣摻加量50%且70%，代號P.S.B。 特性及應(yīng)用凝結(jié)硬化速度慢：

33、早期強(qiáng)度低，后期強(qiáng)度高 對溫度濕熱敏感性強(qiáng)：適于蒸養(yǎng) (steam curing or high-pressure steam curing)耐腐蝕性好：可用于海港工程和水工大壩的建設(shè)。 水化熱?。嚎捎糜诖篌w積混凝土，大型基礎(chǔ)和混凝土大壩等。 耐熱性好抗碳化(carbonization)能力差：一般不用于熱處理車間的修建。 礦渣水泥的保水性差、抗?jié)B性差、泌水通道較多、干縮較大，使用中要嚴(yán)格控制用水量，加強(qiáng)早期養(yǎng)護(hù)。 抗凍性差：不宜用于冬季施工 火山灰質(zhì)硅酸鹽水泥火山灰質(zhì)硅酸鹽水泥定義：“凡由硅酸鹽水泥熟料、火山灰質(zhì)混合材料(摻量大于20，且不超過40)和適量石膏磨細(xì)制成的水硬性膠凝材料，稱為火

34、山灰質(zhì)硅酸鹽水泥（簡稱火山灰水泥），代號P.P?！碧匦约皯?yīng)用火山灰水泥干縮大，在干燥高溫下，水化硅酸鈣與空氣中的二氧化碳反應(yīng)生成碳酸鈣和氧化硅，產(chǎn)生“起粉”現(xiàn)象。不宜用于干燥環(huán)境 ?？箖鲂院湍湍バ员鹊V渣水泥還要差 ?？?jié)B性高 。摻入粘土質(zhì)的火山灰水泥不抗硫酸鹽侵蝕。粉煤灰硅酸鹽水泥粉煤灰硅酸鹽水泥定義：“凡由硅酸鹽水泥熟料、粉煤灰(摻量按質(zhì)量百分比計(jì)為大于20，且不超過40)和適量石膏磨細(xì)制成的水硬性膠凝材料，稱為粉煤灰硅酸鹽水泥（簡稱粉煤灰水泥），代號P.F。”特性及應(yīng)用干縮小，抗裂 。凝結(jié)硬化慢，早期強(qiáng)度低。顏色較深?？固蓟阅懿?。 復(fù)合硅酸鹽水泥復(fù)合硅酸鹽水泥定義：“凡由硅酸鹽水泥熟料、

35、兩種或兩種以上規(guī)定的混合材料(混合材的總摻量按質(zhì)量的百分比為20%且50% )、適量石膏磨細(xì)制成的水硬性膠凝材料，稱為復(fù)合硅酸鹽水泥（簡稱復(fù)合水泥），代號P.C?！?據(jù)GB12958-1999復(fù)合硅酸鹽水泥 )原標(biāo)準(zhǔn)中,規(guī)定混合材摻量為應(yīng)大于15%，但不超過50% 特性及應(yīng)用耐腐蝕性好水化熱小，抗?jié)B性好，早強(qiáng)。 50 kg aluminium oxide 750 kg limestone硅酸鹽水泥生料的配制 原料 石灰質(zhì)原料（如石灰石、貝殼等，提供CaO）粘土質(zhì)原料（如粘土、頁巖等，主要提供SiO2、Al2O3、Fe2O3）校正原料（如鐵礦粉、砂巖，前者是補(bǔ)充原料中不足的氧化鐵，后者是補(bǔ)充原料

36、中不足的SiO2） 礦化劑 工藝 干法濕法 150 kg silicon oxide 50 kg iron oxide硅酸鹽水泥的煅燒 窯型立窯回轉(zhuǎn)窯煅燒過程 水分蒸發(fā)生料預(yù)熱生料分解熟料煅燒熟料冷卻立窯旋窯水泥熟料生料水泥熟料生料生料的制備方法有干法與濕法兩種：干法制備先將原料進(jìn)行干燥，然后進(jìn)行粉碎、混合、磨細(xì)呈粉狀，再經(jīng)過均化而制成的生料粉。濕法制備先將石灰石破碎至8mm25mm的顆粒，同時將粘土壓碎送入淘泥機(jī)進(jìn)行淘洗，然后，將石灰石與粘土泥漿按配料要求，共同在生料磨中進(jìn)行濕磨，所得生料漿可以用泵送入料漿庫，在料漿庫中對其化學(xué)成分再進(jìn)行調(diào)整，符合要求后待備用。硅酸三鈣硅酸三鈣簡稱A礦（Al

37、ite)硅酸三鈣晶體結(jié)構(gòu)特點(diǎn)：（1）是晶體結(jié)構(gòu)是SiO44-四面體和CaO610-八面體交聯(lián)而成；（2）在常溫下存在的假穩(wěn)態(tài)，具有熱力學(xué)不穩(wěn)定性；（3）結(jié)構(gòu)中由于Al3+、Mg2+等離子的攙雜，而形成固溶體，固溶體程度越大，礦物礦性越高。（4）Ca2+的配位數(shù)得不到滿足；（5）CaO610-八面體中O2-分布不規(guī)則，結(jié)構(gòu)中存在較大的空穴，水分或OH-容易進(jìn)入，易利水化。硅酸二鈣B礦（Blite)硅酸二鈣有四種晶型：-C2S、-C2S、 -C2S、 -C2S。水泥中出現(xiàn)的是 -C2S 。結(jié)構(gòu)特點(diǎn):（1）晶體結(jié)構(gòu)是由 SiO44-四面體和Ca2+組成；（2）在常溫下存在的假穩(wěn)態(tài)，具有熱力學(xué)不穩(wěn)定性

38、；（3）結(jié)構(gòu)中的鈣離子具有不規(guī)則的配位，配位數(shù)不能滿足，因此活性較高；（4）雜質(zhì)和穩(wěn)定劑的存在，有利于固溶體的形成，能提高礦物的活性；（5）沒有象硅酸三鈣那樣的空穴，因此水化速度較慢。鋁酸三鈣C3A的結(jié)構(gòu)特征：（1）C3A晶體結(jié)構(gòu)中，Ca2+、Al3+具有不規(guī)則的配位數(shù)，其中，處于配位數(shù)為6的鈣離子與配位數(shù)為12的鈣離子成松散聯(lián)結(jié)，具有較大的活性。（2）在C3A晶體結(jié)構(gòu)中，鋁離子也具有兩種配位數(shù)（4，6），即AlO45四面體 AlO69八面體，而且其中AlO45四面體變了形的，因此活性較大。（3）在C3A結(jié)構(gòu)中具有較大的孔穴，OH離子容易進(jìn)入晶體內(nèi)部，因此C3A水化速度快。鐵鋁酸四鈣C4AF的

39、結(jié)構(gòu)特征：這種高溫狀態(tài)下形成的固溶體，由于Al3+取代Fe3+引起晶格能降低，因此活性比C3A礦物差，水化也較慢。（五）玻璃體玻璃相也是水泥熟料中的一個重要組成部分。檢驗(yàn)玻璃體含量，是將經(jīng)過急冷的水泥熟料，用10KOH水溶液及1的硝酸酒精溶液進(jìn)行處理，使在反射光下能清楚地觀察出玻璃相。它呈黑色的包裹體，其組成是不定的，主要成分是Al2O3，F(xiàn)e2O3，CaO及少數(shù)MgO和R2O。玻璃相的形成是由于熟料燒至部分熔融時，在驟冷條件下，部分液相來不及結(jié)晶，而呈無定形態(tài)，因而具有熱力學(xué)不穩(wěn)定性，水化活性大。（六）游離氧化鈣和游離氧化鎂因?yàn)閒CaO結(jié)構(gòu)致密，不易水化，通常遇水3天后才水化，同時由CaO變

40、成Ca(OH)2，體積也顯著增大97.92，這對于已結(jié)硬的水泥石，無疑是種破壞作用。在熟料中fCaO明顯超過限量時，首先表現(xiàn)出水泥的抗折、抗拉強(qiáng)度降低，3天后強(qiáng)度值倒縮，嚴(yán)重時甚至于引起安定性不良，導(dǎo)致水泥制品變形或開裂。游離氧化鎂的水化比fCaO更為緩慢，要幾個月甚至于幾年才表現(xiàn)出來，由MgO變成Mg(OH)2體積膨脹148，導(dǎo)致水泥安定性不良的現(xiàn)象會更嚴(yán)重。為此國家標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定，水泥熟料中MgO含量5。1. 硅率表示水泥熟料中SiO2與Al2O3，F(xiàn)e2O3之和的比值，以n或SM表示。本指標(biāo)表示水泥熟料中硅酸鹽礦物（強(qiáng)度組分）與熔劑性礦物之間的數(shù)量比，硅率越大，強(qiáng)度組分含量也越高。這意味著煅燒

41、過程中的液相含量越少，煅燒溫度越高，當(dāng)硅率過小時，因熔劑礦物太多，熟料易形成大塊，甚至出現(xiàn)結(jié)圈、結(jié)窯，影響生產(chǎn)。2. 鋁率又稱鐵率，表示Al2O3與Fe2O3的相對含量，也表示熟料中鋁酸三鈣與鐵鋁酸四鈣的相對比例，用P或IM表示。P一般在0.91.7之間波動，。鋁率反映了水泥煅燒過程中高溫液相的黏度，鋁率高，意味著鋁酸三鈣含量高，液相黏度大，鋁率低，液相黏度小，對形成硅酸三鈣有利，但燒結(jié)范圍變窄，窯內(nèi)易結(jié)大塊，不利于控制。當(dāng)P大于0.64時，C3A和C4AF都能生成，當(dāng)P小于0.64時，只能生成C4AF，無C3A生成。3. 石灰飽和系數(shù)：熟料中全部氧化硅生成硅酸鈣（C2S和C3S）所需的氧化鈣

42、與全部氧化硅生成硅酸三鈣所需氧化鈣最大含量的比值，也即表示熟料中氧化硅被氧化鈣飽和形成硅酸三鈣的程度。用KH表示。理想水泥熟料KH=1，但實(shí)際上KH=0.80.9。KH過低，C3S量少，C2S量多，C2S易出現(xiàn)晶型轉(zhuǎn)化，KH過高，燒結(jié)困難，容易生成f-CaO。在旋窯KH值控制比立窯的偏高，主要是旋窯煅燒條件好，均勻。4. 堿度表示與一個SiO2分子平均能結(jié)合CaO的分子數(shù)，用N表示。由于水泥熟料中主要出現(xiàn)出社C2S和C3S，因此N=23。N=3KH碳酸對水泥石的腐蝕Ca(OH)2+CO2+H2OCaCO3+2H2OCaCO3+CO2+H2OCa(HCO3)2反應(yīng)生成的碳酸氫鈣易溶于水 ，溶解流

43、失 一般酸對水泥石的腐蝕 2HCl+Ca(OH)2CaCl2(易溶)+2H2O鎂鹽對水泥石的腐蝕 MgCl2+Ca(OH)2CaCl2(易溶)+Mg(OH)2 (絮凝狀、無膠結(jié)力) 硫酸鹽對水泥石的腐蝕MgSO4+Ca(OH)2+2H2OMg(OH)2(絮凝狀的、無膠結(jié)力)+CaSO42H2O3(CaSO42H2O)+3CaOA12O36H2O+19H2O3CaOAl2O33CaSO431H2O (水化硫鋁酸鈣)(結(jié)晶膨脹)硫酸對水泥石的腐蝕H2SO4+Ca(OH)2CaSO42H2O+H2O3(CaSO42H2O)+3CaOA12O36H2O+19H2O3CaOAl2O33CaSO431H2

44、O (水化硫鋁酸鈣)(結(jié)晶膨脹)堿對水泥石的腐蝕 3CaOA12O3+6NaOH3Na2OAl2O3+3Ca(OH)2 (易溶于水)當(dāng)水泥石又處于干燥環(huán)境下時，2NaOH+2CO2+H2O2Na2CO3+H2O (結(jié)晶膨脹) 水泥石腐蝕的防止當(dāng)存在腐蝕性介質(zhì)時，選擇合適的水泥品種，摻入合適的混合材，減少水泥中易被腐蝕的物質(zhì)(即Ca(OH)2、3CaOA12O36H2O)。提高水泥石的致密度，降低水泥石的孔隙率。通過減小水灰比，摻加外加劑，采用機(jī)械攪拌和機(jī)械振搗，可以提高水泥石的密實(shí)度。在水泥石的表面涂抹或鋪設(shè)保護(hù)層，隔斷水泥石和外界的腐蝕性介質(zhì)的接觸。例如，可在水泥石表面涂抹耐腐蝕的涂料，如：

45、水玻璃、瀝青、環(huán)氧樹脂等；或在水泥石的表面鋪建筑陶瓷、致密的天然石材等。礦渣化學(xué)成分礦渣的主要化學(xué)成份是硅酸鈣，與熟料的化學(xué)成分相似，但主要差別在于礦渣中鈣含量偏低，而硅含量偏高。 SiO2CaOAl2O3硅酸鹽水泥高爐礦渣硅酸鹽水泥與礦渣化學(xué)成分比較化學(xué)成分(含量%）CaOSiO2Al2o3Fe2O3MgO硅酸鹽水泥62672024472556礦渣35453040720(FeO)9化學(xué)成分與性能有直接的關(guān)系：（1）當(dāng)CaO含量高時，對活性有利，但不能超過51%以上，否則渣體在液態(tài)時，容易析出晶體，并會使其中的-C2S變?yōu)? C2S，使活性降低。(2)SiO2對活性不利，因?yàn)槿菀仔纬筛吖璨Ａw

46、，活性下降。(3)MgO在礦渣中不存在安定性問題，因?yàn)槭欠€(wěn)態(tài)存在。當(dāng)含量25%時，即使在無激發(fā)條件，也有可能產(chǎn)生水硬性。按f-CaO含量分為酸性煤灰和堿性份煤灰。酸性礬：f-CaO不含，用其制的水泥水化熱很低，適用于大體積砼堿FA：含f-CaO，f-CaO自力激發(fā)其他FA中的活性成分，因而具有自力水硬性，但當(dāng)f-Ca%25%時，會帶來體積安定性問題。影響粉煤灰性能的因素：玻璃體含量：玻璃體含量越高，F(xiàn)A活性越好。煤粉（未燃碳）：碳含量越高，越影響FA的水硬性及耐久性。要求8%（燒失量）。CaO含量越高，活性越好，但不可超過限度。燃燒時的溫度和負(fù)壓抽風(fēng)壓力，也影響了玻璃體含量及碳粉含量等。粉煤灰細(xì)度。 未燃碳的不利影響：a. 增加了需水量。b. 未燃煤粉遇水后表而