建筑材料课件第04章-水泥.ppt

第04章水泥 水泥的起源最早采用具有水硬性胶凝材料制备混凝土的是中国人，而不是多少年来一直误认为的古罗马人。据甘肃省考古研究所于1980年和1983年考察，在该省秦安县的大地湾（西安以西约600公里处）先后发掘出两个大型住宅遗址，该遗址的地坪系用混凝土建造，经测算距今已有5千年，相当于“新石器时代”。从大地湾发掘出的混凝土是用水硬性的水泥所制成。这种水泥以礓石——一种富含碳酸钙的粘土为原料煅烧而成。古罗马水泥：用含有一定比例粘土成分的石灰石煅烧而成，如古罗马“庞贝”城遗址。PortlandCement：1824年，英国泥瓦工约瑟夫.阿斯普丁（JosephAspdin）申报波特兰水泥专利：把粘土和焙烧过的石灰石混合，经煅烧至二氧化碳释放，将所得到的产物磨细成粉末。由于它硬化后外观象波特兰的石头，就起名为波特兰水泥。 庞贝遗址 目前，世界上水泥的品种已达200多种。解放后，我国水泥产量快速上升，1985年我国水泥产量已跃居世界第一位，品种亦达70多种。现在已有100余种。我国水泥品种虽然很多，但大量使用的是五大品种水泥：硅酸盐水泥普通硅酸盐水泥矿渣硅酸盐水泥火山灰质硅酸盐水泥粉煤灰硅酸盐水泥 4.1硅酸盐水泥 4.1.1硅酸盐水泥的生产和基本组成1.硅酸盐水泥的定义与分类根据GB175－1999，凡是由硅酸盐水泥熟料、0～5％石灰石或粒化高炉矿渣、适量石膏磨细制成的水硬性胶凝材料，称为硅酸盐水泥（即国外通称的波特兰水泥）。硅酸盐水泥分两种类型：I型硅酸盐水泥：不掺混合材料，代号P•I。II型硅酸盐水泥：在硅酸盐水泥粉磨时掺加不超过水泥质量5％的石灰石或粒化高炉矿渣，代号P•II。 2.硅酸盐水泥的原料和生产原料主要有：石灰质原料（如石灰石、白垩等，主要提供氧化钙）和粘土质原料（如粘土、页岩等，主要提供氧化硅及氧化铝与氧化铁），还有少量辅助原料，如铁矿石。 硅酸盐水泥的生产工艺概括起来就是“二磨一烧”，如图所示： 从窑内出来的水泥熟料经冷却后加入3～5％石膏(控制水泥中SO3≤3.5％)，在磨机内研细，制成硅酸盐水泥。加入石膏的目的是调节水泥的凝结时间，使之不发生急凝现象。水泥粉常用纸袋包装，但近年来已大量改用散装船、散装车输送，提高了装运效率，降低了成本。 3.硅酸盐水泥的化学和矿物组成熟料的化学成分见表4.2①硅酸三钙(简称C3S)——3CaO·SiO2，含量36～60%。②硅酸二钙(简称C2S)——2CaO·SiO2，含量15～37%。③铝酸三钙(简称C3A)——3CaO·Al2O3，含量7%～15%。④铁铝酸四钙(简称C4AF)——4CaO·Al2O3·Fe2O3，含量10%～18%。前两种矿物称硅酸盐矿物，一般占总量的75～82%。后两种矿物称溶剂矿物，一般占总量的18％～25％。还含有少量的游离氧化钙和游离氧化镁及少量的碱(氧化钠和氧化钾)。 4.1.2硅酸盐水泥的水化硬化1.硅酸盐水泥熟料矿物的水化(1)硅酸三钙硅酸三钙与水作用时，反应较快，水化放热量大，生成水化硅酸钙（C-S-H凝胶）及氢氧化钙：2C3S+6H2O=C3S2H3+3CH水化硅酸钙几乎不溶于水，而立即以胶体微粒析出，并逐渐凝聚而成为凝胶。氢氧化钙呈六方板状晶体析出。 14ConstructionMaterialsC-S-H水化硅酸钙凝胶CHCrystal氢氧化钙晶体电镜下的水泥水化产物图 (2)硅酸二钙硅酸二钙与水作用时，反应慢，水化放热小，生成水化硅酸钙，也有氢氧化钙析出：2C2S+4H2O=C3S2H3+CH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。 (3)铝酸三钙铝酸三钙与水作用时，反应极快，水化放热甚大，生成水化铝酸三钙（水石榴石）：C3A+6H2O=C3AH6水化铝酸三钙为立方晶体，它易溶于水。 (4)铁铝酸四钙铁铝酸四钙为水作用时，反应也较快，水化放热中等，生成水化铝酸三钙及水化铁酸钙：C4AF+7H2O=C3AH6+CFH为调节水泥凝结时间而掺入的少量石膏，与水化铝酸钙作用，生成水化硫铝酸钙，也称钙矾石：3CaO•Al2O3•6H2O+3(CaSO4•2H2O)+19H2O=3CaO•Al2O3•3CaSO4•+31H2O在有石膏的情况下，C3A水化的最终产物与石膏掺入量有关。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)。 水泥浆扫描电镜照片（7d龄期）C-S-H钙矾石 硅酸盐水泥主要水化产物有：水化硅酸钙凝胶、水化铁酸钙凝胶、氢氧化钙晶体、水化铝酸钙晶体、水化硫铝酸钙晶体。在完全水化的水泥中：水化硅酸钙约占70%氢氧化钙约占20%水化铝酸钙约占3％钙矾石和单硫型水化硫铝酸钙约占7% 各种矿物的特性性能指标熟料矿物C3SC2SC3AC4AF水化速率快慢最快快，仅次于C3A凝结硬化速率快慢快快放热量多少最多中强度早期高低低低后期高高低低表中所列各种矿物的放热量和强度，是指全部放热量和最终强度。 矿物组成对早期强度及水化热的影响以下是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/％C3A/％C4AF/％A水泥6015169B水泥47281015A水泥的C3S及C3A含量高，而C3S及C3A的早期强度及水化热都较高，故A硅酸盐水泥的早期强度与水化热高于B水泥。 挡墙开裂与水泥的选用现象：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42.5Ⅱ型硅酸盐水泥，其熟料矿物组成如下：C3S：61％；C2S：　14％C3A：14％；C4AF：11％ 原因分析：由于该工程所使用的水泥C3A和C3S含量高，导致该水泥的水化热高，且在浇注混凝土中，混凝土的整体温度高，以后混凝土温度随环境温度下降，混凝土产生冷缩，造成混凝土贯穿型的纵向裂缝。防治措施：首先，对大体积的混凝土工程宜选用低水化热，即C3A和C3S的含量较低的水泥。其次，水泥用量及水灰比也需适当控制。 5.硅酸盐水泥的凝结硬化硅酸盐水泥的凝结硬化过程可分为：初始反应期、潜伏期、凝结期、硬化期4个阶段。a.分散在水中未水化的水泥颗粒；b.在水泥颗粒表面形成水化物膜层；c.膜层长大并互相连接（凝结）；d.水化物进一步发展，填充毛细孔（硬化）；1－水泥颗粒；2－水份；3－凝胶；4－晶体；5－水泥颗粒的未水化内核；6－毛细孔 水泥凝结硬化过程的各个阶段不是彼此截然分开，而是交错进行的。 4.影响凝结硬化的主要因素(1)水泥的熟料矿物组成及细度水泥熟料中各种矿物的凝结硬化特点不同，当水泥中个矿物的相对含量不同时，水泥的凝结硬化特点就不同。水泥磨得愈细，水化时与水的接触面大，水化速度快，凝结硬化快，早期强度就高。(2)石膏的掺量水泥中掺入石膏，可调节水泥凝结硬化的速度。掺量约占水泥重量的3～5%，具体掺量通过试验确定。(3)水泥浆的水灰比水泥浆的水灰比是指水泥浆中水与水泥的质量之比。水灰比大，水泥的初期水化反应得以充分进行，但水泥浆凝结较慢，水泥石的强度低。 4.影响凝结硬化的主要因素(4)龄期（养护时间）一般在28天内强度发展最快，28天后显著减慢。(5)环境温度和湿度提高温度可加速硅酸盐水泥的早期水化，使早期强度能较快发展，但对后期强度反而可能有所降低。环境湿度大，水泥的水化及凝结硬化就能够保持足够的化学用水。如果环境干燥，当水份蒸发完后，水化作用将无法进行，硬化即行停止，还会在制品表面产生干缩裂缝。保持水泥浆温度和湿度的措施，称水泥的养护。 硅酸盐水泥的技术要求1.细度水泥的细度既可用筛析法和比表面积法检验。筛析法：采用边长为0.080mm的方孔筛对水泥试样进行筛析试验，用筛余百分数表示。筛析法有负压筛法、水筛法及干筛法。当试验结果发生争议时，以负压筛法为准。比表面积法：根据一定量空气通过一定空隙率和厚度的水泥层时所受阻力不同而引起流速的变化测定水泥的比表面积。比表面积即单位重量水泥颗粒的总表面积（m2/kg）。比表面积越大，表明水泥颗粒越细。国家标准（GB175—1999）规定，硅酸盐水泥细度以比表面积表示，其比表面积须大于300m2/kg；普通水泥细度用筛析法检验，要求在0.080毫米方孔筛余量不得超过10.0%。凡水泥细度不符合规定者为不合格品。 2.凝结时间水泥的凝结时间分初凝和终凝。初凝时间为自水泥加水拌合时起，到水泥浆（标准稠度）开始失去可塑性为止所需的时间。终凝时间为自水泥加水拌合时起，至水泥浆完全失去可塑性并开始产生强度所需的时间。初凝的时间不宜过快。终凝时间又不宜过迟。水泥凝结时间的测定，是以标准稠度的水泥净浆，在规定温度和温度条件下，用凝结时间测定仪进行。国家标准（GB175—1999）规定，硅酸盐水泥的初凝时间不得早于45分钟，终凝时间不得迟于6.5小时。凡初凝时间不符合规定者为废品，终凝时间不符合规定者为不合格品。 凝结时间的测试仪 3.体积安定性水泥的体积安定性是指水泥在凝结硬化过程中体积变化的均匀性。当水泥浆体硬化过程发生了不均匀的体积变化，会导致水泥石膨胀开裂、翘曲，即安定性不良。安定性不良的水泥会降低建筑物质量，甚至引起严重事故。水泥安定性不良的原因有三个：①熟料中游离氧化钙过多。②熟料中游离氧化镁过多。③石膏掺量过多。 安定性的测定方法安定性的测定方法可以用雷氏法和试饼法。当试饼法与雷氏法有争议时以雷氏法为准。 游离氧化钙引起的安定性不良，必须采用沸煮法检验。游离氧化镁引起的安定性不良，必须采用压蒸法才能检验出来，因为游离氧化镁的水化比游离氧化钙更缓慢。三氧化硫造成的安定性不良，则需长期浸在常温水中才能发现。国家标准规定：水泥中氧化镁含量不得超过5.0%，如果水泥经压蒸安定性试验合格，则水泥中氧化镁的含量允许放宽到6.0%。三氧化硫含量不得超过3.5%。水泥安定性必须合格。安定性不良的水泥应作废品处理，不得用于工程中。 左边雷氏煮沸箱右边试饼法 4.强度将水泥、标准砂及水按规定比例拌制成塑性水泥胶砂，并按规定方法制成4×4×16cm的试件，在标准温度（20℃±1℃）的水中养护，测定其抗折及抗压强度。 硅酸盐水泥各龄期的强度要求各强度等级、各类型水泥的各龄期强度不得低于表中的数值，如有一项指标低于表中数值，则应降低强度等级使用。强度等级抗压强度MPa抗折强度MPa3d28d3d28d42.517.042.53.56.542.5R22.042.54.06.552.523.052.54.07.052.5R27.052.55.07.062.528.062.55.08.062.5R32.062.55.58.0 5.碱含量水泥中碱含量按Na2O＋0.653K2O计算值来表示。当用户要求时，由供需双方协商，但指定低碱水泥时，标准规定碱含量不得大于0.6％。导致混凝土不均匀膨胀而破坏。 6.水化热每克硅酸盐水泥能放出达大约500J的热量。为了选择适于特定的目的最适宜的水泥，就需知道水泥的放热性能。对大体积混凝土工程，如大型基础、大坝、桥墩等，水化热大是不利的，常使内部温度高达50～60℃。冬季施工时，水化热有利于水泥的正常凝结硬化。 洞庭湖大桥 洞庭湖大桥桥梁的热裂缝 桥梁的热裂缝 水泥水化热几乎等于每种化合物分别水化时水化热的总量。伍茨（Woods）等提出，水化放热量可用下式大致估算：1克水泥的水化热量（卡）＝136（C3S）+62(C2S)+200(C3A)+30(C4AF)式中括号内系指矿物含量的百分率。博格（Bogue）研究得出，对于硅酸盐水泥，1～3d龄期内水化放热量为总放热量的50％，7d为75％，6个月为83～91％。 7.密度与堆积密度密度：3.0～3.15g/cm3，通常采用3.1g/cm3。堆积密度：松堆状态为1000～1100kg/m3紧密时可达1600kg/m3在配制混凝土和砂浆时，堆积密度可取1200～1300kg/m3。 4.1.8硅酸盐水泥的腐蚀与防止1.水泥石腐蚀的原因硅酸盐水泥硬化后，在通常的使用条件下有较高的耐久性。但是，在某些介质中，水泥石中的各种水化产物会与介质发生各种物理化学作用，导致混凝土强度降低，甚至遭到破坏。水泥石腐蚀的原因很多，下面仅就几种典型介质对水泥石的腐蚀加以介绍。 (1)软水侵蚀（溶出性侵蚀）软水是指暂时硬度较小的水。暂时硬度是以每L水中重碳酸盐含量来计算，当含量为10mg（按CaO计）时，称为1度。硬度在8º以下的为软水。在各种水化物中，氢氧化钙的溶解度最大（25℃时约为1.2g/L），所以首先被溶解。 (1)软水侵蚀（溶出性侵蚀）如在静水及无水压的情况下，由于周围的水迅速被溶出的氢氧化钙所饱和，溶出作用很快终止。溶出仅限于表面，影响不大。但在流动水中，特别是在有水压作用的情况下，水流不断将氢氧化钙溶出并带走，降低了周围氢氢氧化钙的浓度。随氢氧化钙浓度的降低，其它水化产物，如水化硅酸钙、水化铝酸钙等，亦将发生分解，使水泥石结构遭到破坏。当氢氧化钙溶出5％时，强度下降7％，溶出24％时，强度下降29％。 (1)软水侵蚀（溶出性侵蚀）当环境水的水质较硬，即水中重碳酸盐含量较高时，可与水泥石中的氢氧化钙起作用，生成几乎不溶于水的碳酸钙：Ca（OH）2+Ca（HCO3）2=2CaCO3+2H2O重碳酸钙生成的碳酸钙积聚在水泥石的孔隙内，形成密实的保护层，阻止介质水的渗入。 溶解性化学腐蚀(1)碳酸性腐蚀首先，氢氧化钙受到碳酸的作用，生成碳酸钙：Ca(OH)2+CO2+H2O=CaCO3+2H2O二氧化碳与生成的碳酸钙按下列可逆反应作用由于天然水中总有一些重碳酸钙，水中部分的二氧化碳与这些重碳酸钙保持平衡，这部分二氧化碳无侵蚀作用，称为平衡碳酸。当水中含有较多的二氧化碳，超过平衡浓度的部分称为侵蚀性碳酸，这时上式反应向右进行。随着氢氧化钙浓度的降低，还会导致水泥石中其它水化物的分解，使腐蚀作用进一步加剧。 溶解性化学腐蚀(2)一般酸性腐蚀盐酸与水泥石中的氢氧化钙作用：2HCl+Ca（OH）2=CaCl2+2H2O硫酸与水泥石中的氢氧化钙作用：H2SO4+Ca(OH)2=CaSO4+2H2O生成的二水石膏或者直接在水泥石隙中结晶发生膨胀，或者再与水泥石中的水化铝酸钙作用，生成水化硫铝酸钙，其破坏作用更大。环境水中酸的氢离子浓度越大，即pH值越小时，侵蚀性越严重。 溶解性化学腐蚀(3)镁盐腐蚀在海水及地下水中常含有大量镁盐，主要是硫酸镁及氯化镁。它们与水泥石中的氢氧化钙起置换作用：MgSO4+Ca(OH)2+2H2O=CaSO4•2H2O+Mg(OH)2MgCl2+Ca(OH)2=CaCl2+Mg(OH)2生成的氢氧化镁松软而无胶结能力，氯化钙是溶于水，二水石膏则引起上述的硫酸盐破坏作用。镁盐侵蚀的强烈程度，除决定于Mg2+含量外，还与水中SO42－含量有关，当水中同时含有SO42－时，将产生镁盐与硫酸盐两种侵蚀，故显得特别严重。 膨胀性化学腐蚀硫酸盐对水泥石有侵蚀作用。以硫酸钠为例，硫酸钠与水泥石中的氢氧化钙作用，生成硫酸钙：Ca（OH）2+Na2SO4•10H2O=CaSO4•2H2O+NaOH+8H2O所生成的硫酸钙与水化铝酸钙作用，生成水化硫铝酸钙：3CaO•Al2O3•6H2O+3(CaSO4•2H2O)+19H2O=3CaO•Al2O3•3CaSO4•31H2O生成的水化硫铝酸钙体积比原有体积增加1.5倍。水化硫铝酸钙呈针状结晶，故常称为“水泥杆菌”。水中硫酸盐浓度较高时，生成的硫酸钙也会在水泥石的孔隙中直接结晶成二水石膏，导致水泥石破坏。 膨胀裂缝 膨胀裂缝 上述各类型侵蚀作用，可以概括为下列三种破坏形式：①溶解浸析。主要是介质将水泥石中某些组分逐渐溶解带走，造成溶失性破坏。②离子交换。侵蚀性介质与水泥石的组分发生离子交换反应，生成容易溶解或是没有胶结能力的产物，破坏了原有的结构。③形成膨胀组分。在侵蚀性介质的作用五，所形成的盐类结晶长大时体积增加，产生有害的内应力，导致膨胀性破坏。 水泥石腐蚀的原因内因有二：一是水泥石中存有易被腐蚀的组分，即Ca(OH)2和水化铝酸钙；二是水泥石本身不密实，有很多毛细孔通道，侵蚀性介质易于进入其内部。外因:侵蚀性介质的存在。 2.水泥石腐蚀的防止(1)根据侵蚀环境特点，合理选用水泥品种遭受软水等侵蚀时，可选用水化产物中氢氧化钙含量较少的水泥。处在硫酸盐的腐蚀环境中，可采用铝酸三钙含量较低的抗硫酸盐水泥。(2)提高水泥石的密实程度尽量提高水泥石的密实度，是阻止侵蚀介质深入内部的有力措施。(3)加做保护层当侵蚀作用较强时，可在水泥制品的表面加做一层耐腐蚀性高，且不透水的保护层。一般可用耐酸石料、耐酸陶瓷、玻璃、塑料、沥青等。 4.1.5硅酸盐水泥的特性与应用1.强度等级高、强度发展快硅酸盐水泥强度等级比较高（42.5～62.5），主要用于地上、地下和水中重要结构的高强度混凝土和预应力混凝土工程；由于这种水泥硬化较快，还适用于早期强度要求高和冬季施工的混凝土工程。2.抗冻性好水泥石的抗冻性主要取决于它的孔隙率和孔隙特征。硅酸盐水泥如采用较小水灰比，并经充分养护，可获得密实的水泥石。硅酸盐水泥的早期强度高，水化热大，也使得这种水泥的抗冻能力大。适用于严寒地区遭受反复冻融的混凝土工程。 3.耐腐蚀性差硅酸盐水泥石中含有较多的氢氧化钙和水化铝酸钙，所以不宜用于受流动及压力水作用的混凝土工程，也不宜用于海水、矿物水等腐蚀性作用的工程。4.耐热性较差硅酸盐水泥石在高温下发生脱水和分解，结构遭受破坏。水泥石经高温作用后，氢氧化钙已经分解，如再受水润温或长期置放时，由于石灰重新熟化，水泥石随即破坏。所以，硅酸盐水泥不能用于耐热混凝土。但应指出，在受热温度不高时（100～250℃），强度反而有所提高，因此时尚存有游离水，水化可继续进行，使得水泥石进一步密实。5.水化热高硅酸盐水泥中C3S及C3A含较高，它们的放热大，因而不宜用于大体积混凝土工程中。 硅酸盐水泥的储存水泥储存日久，易吸收空气中的水分和二氧化碳，在水泥颗粒表面进行缓慢的水化和碳化作用，从而丧失其胶结能力，降低强度，即使在条件良好的仓库里贮存，时间也不宜过长。一般贮存三个月后，水泥强度降低10～20％；六个月后，约降低15～30％；一年后约降低25％～40％。水泥自出厂至使用，不宜超过六个月。超过期限的，必须重新试验，鉴定后方可使用。细度大、强度等级高的水泥更易吸湿变质。 4.2掺混合材料的其他通用水泥 4.2.1混合材料混合材料：在生产水泥时，为改善水泥性能，调节水泥强度等级，而加到水泥中的人工的和天然的矿物材料。混合材料按其性能可分活性混合材料和非活性混合材料。1.非活性混合材料起填充作用2.活性混合材料活性氧化硅和氧化铝与氢氧化钙反应（二次反应） 活性混合材料的作用活性混合材料都含有大量的活性氧化硅和活性氧化铝，它们只有在氢氧化钙饱和溶液中，才会发生明显的水化反应，生成水化硅酸钙和水化铝酸钙：xCa(OH)2+SiO2+m1H2O=xCaO•SiO2•n1H2OyCa(OH)2+Al2O3+m1H2O=yCaO•Al2O3•n1H2O溶液中的石灰是激发活性混合材料活性的物质，所以称为激发剂。激发剂分碱性激发剂和硫酸盐激发剂。氢氧化钙为碱性激发剂；石膏为硫酸盐激发剂。 常用活性混合材料(1)粒化高炉矿渣是将炼铁高炉的熔融矿渣，经急速冷却处理而成的、质地疏松、多孔的粒状物。化学成分：CaO、Al2O3、SiO2、MgO、Fe2O3等氧化物和少量的硫化物。在一般矿渣中CaO、Al2O3、SiO2含量占90％以上，其化学成分与硅酸盐水泥的化学成份相似，只不过CaO含量较低，而SiO2含量偏高。 (2)火山灰质混合材料是以活性氧化硅和活性氧化铝为主要成分的矿物材料。火山灰质混合材料没有水硬性，但具有火山灰性，即在常温下能与石灰和水作用生成水硬性的水化物。火山灰质混合材料的品种：天然的有：火山灰、凝灰岩、浮石、沸石岩、硅藻土等；人工的有：煤矸石、烧页岩、烧粘土、煤渣、硅质渣等。 (3)粉煤灰粉煤灰中含有较多的SiO2和Al2O3，两者总含量可达60％以上。 4.2.2普通硅酸盐水泥根据国家标准（GB175—1999），普通硅酸盐水泥（ordinaryportlandcement）的定义是：凡由硅酸盐水泥熟料、6％～15％混合材料、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，不得超过15％，其中允许用不超过水泥质量5％的窑灰（水泥回转窑窑尾废气中收集下的粉尘）或不超过水泥质量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10％。普通硅酸盐水泥强度等级分为32.5、32.5R、42.5、42.5R、52.5和52.5R等三个等级两种类型（普通型和早强型）。 普通水泥的强度要求品种强度等级抗压强度（MPa）抗折强度（MPa）3d28d3d28d普通水泥32.511.032.52.55.532.5R16.032.53.55.542.516.042.53.56.542.5R21.042.54.06.552.522.052.54.07.052.5R26.052.55.07.0 4.2.3矿渣硅酸盐等水泥根据国家标准（GB1344—1999），凡由硅酸盐水泥熟料和粒化高炉矿渣、适量石膏磨细制成的水硬性胶凝材料称为矿渣硅酸盐水泥（简称矿渣水泥）（Portlandblastfurnace-slagcement），代号P·S。矿渣水泥的密度一般在3.0～3.1之间，对于细度、凝结时间和体积安定性的技术要求与普通硅酸盐水泥相同。矿渣水泥是我国产量最大的水泥品种，共分三个强度等级：32.5、32.5R、42.5、42.5R、52.5、52.5R。P.P火山灰水泥P.F粉煤灰水泥 矿渣水泥、火山灰水泥和粉煤灰水泥的强度要求强度等级抗压强度MPa抗折强度MPa3d28d3d28d32.510.032.52.55.532.5R15.032.53.55.542.515.042.53.56.542.5R19.042.54.06.552.521.052.54.07.052.5R23.052.54.57.0 矿渣水泥的特点（1）早期强度低，后期强度高由于矿渣水泥中含有粒化高炉矿渣，相应熟料含量较少，因此凝结稍慢，早期（3天、7天）强度较低。但在硬化后期，28天以后的强度发展将超过硅酸盐水泥。采用蒸汽养护等湿热处理方法，能加快硬化速度，并且影响后期强度的发展。适用于采用蒸汽养护的预制构件，不宜用于早期强度要求高的工程。（2）具有较强的抗溶出性侵蚀及抗硫酸盐侵蚀的能力由于水泥熟料中的氢氧化钙与矿渣中的活性氧化硅和活性氧化铝发生二次反应，使水泥中易受腐蚀的氢氧化钙大为减少。同时因掺入矿渣而使水泥中易受硫酸盐侵蚀的铝酸三钙含量也相对降低。因而矿渣水泥抗溶出性侵蚀能力及抗硫酸盐侵蚀能力较强；可用于受溶出性侵蚀，以及受硫酸盐侵蚀的水工及海工混凝土。（3）水化热低矿渣水泥中硅酸三钙和铝酸三钙的含量相对减少，水化速度较慢，故水化热也相应较低。此种水泥适用于大体积混凝土工程。 （4）抗碳化性较差由于水泥石中的氢氧化钙的数量少，故抵抗碳化的能力差。因而不适合用于二氧化碳浓度含量高的工业厂房，如铸造、翻砂车间等。（5）保水性差，抗渗性差，干缩大由于粒化高炉矿渣玻璃体对水的吸附能力差，即对水分的保持能力差（保水性差），与水拌合时易产生泌水造成较多的连通孔隙，因此，矿渣硅酸盐水泥的抗渗性差，且干缩较大。矿渣水泥不适合用于有抗渗要求的混凝土工程。（6）耐热性好矿渣本身耐热性好，且矿渣硅酸盐水泥水化后氢氧化钙的含量少，故矿渣硅酸盐水泥的耐热性较好，适合用于有耐热要求的混凝土工程。 4.2.4火山灰质硅酸盐水泥根据国家标准（GB1344—1999），凡由硅酸盐水泥熟料和火山灰质混合材料、适量石膏磨细制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），（Portlandpozzolanacement）代号P·P。水泥中火山灰质混合材料掺加量按质量百分比计为20～50％。火山灰水泥各龄期的强度要求，细度、凝结时间及体积安定性的要求与矿渣水泥相同。火山灰水泥加水后，其水化反应和矿渣水泥一样，也是分两步进行的。火山灰水泥和矿渣水泥在性能方面有许多共同点，如早期强度较低，后期强度增长率较大，水化热低，耐蚀性较强，抗冻性差等。 火山灰水泥的特点（1）保水性，抗渗性及耐水性高火山灰质混合材料颗粒较细，内部含有大量的微细孔隙，故火山灰质硅酸盐水泥的保水性高，泌水性小；当处在酸潮湿环境中或在水中养护时，火山灰质混合材料和氢氧化钙作用，生成较多的水化硅酸钙胶体，使水泥石结构致密，因而具有较高的抗渗性和耐水性。（2）在干燥环境中易产生裂缝火山灰水泥在硬化过程中干缩现象较矿渣水泥更显著，当处在干燥空气中时，形成的水化硅酸钙胶体会逐渐干燥，产生干缩裂缝。水泥石表面易产生“起粉”现象。因此，在施工时，应特别注意加强养护。（3）耐蚀性较强火山灰水泥耐蚀性较强的原理与矿渣水泥相同。但若掺烧粘土，则抗硫酸盐侵蚀能力差。 4.2.5粉煤灰硅酸盐水泥凡由硅酸盐水泥熟料和粉煤灰、适量石膏磨细制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）（portlandfly-ashcement），代号P•F。粉煤灰掺加量按质量百分比计为20％～40％。粉煤灰水泥各龄期的强度要求，细度、凝结时间、体积安定性的要求与矿渣水泥和火山灰水泥相同。 粉煤灰水泥的特点（1）早期强度低这种水泥早期强度发展速率比矿渣水泥和火山灰水泥更低，但后期可明显地超过硅酸盐水泥。（2）干缩小，抗裂性高与其它掺混合材水泥比较，标准稠度需水量较小，干缩性也小，因而抗裂性较高。但其吸附水的能力较差，即保水性差，泌水较快，若处理不当易引起混凝土产生失水裂缝。粉煤灰水泥适用于大体积混凝土工程及地下和海港工程。对承受荷载较迟的工程更为有利。 五种通用水泥的性能特点及应用硅酸盐水泥普通水泥矿渣水泥火山灰水泥粉煤灰水泥成分水泥熟料及少量石膏在硅酸盐水泥中掺活性混合材料15％以下或非活性混合材料10％以下在硅酸盐水泥中掺入20～70％的粒化高炉矿渣在硅酸盐水泥中掺入20～50％火山灰质混合材料在硅酸盐水泥中掺入20～40％粉煤灰特性早期强度高；水化热较大；抗冻性较好；耐蚀性差；干缩较小与硅酸盐水泥基本相同早期强度低，后期强度增长较快，水化热较低；耐蚀性较强；抗冻性差；干缩性较大早期强度低，后期强度增长较快；水化热较低；耐蚀性较强；抗渗性好；抗冻性差；干缩性大早期强度低，后期强度增长较快；水化热较低；耐蚀性较强；干缩性小；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热耐火要求的混凝土结构；大体积混凝土结构；蒸气养护的构件；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；有抗硫酸盐侵蚀要求的工程地上、地下及水中大体积混凝土结构件；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；其它同矿渣水泥有抗碳化要求的工程；其它同矿渣水泥 4.2.4复合硅酸盐水泥4.2.5石灰石硅酸盐水泥 4.3特性水泥和专用水泥水泥按用途与性能划分为三类：通用水泥专用水泥：是指专门用途的水泥，如道路硅酸盐水泥特性水泥：是指某种性能比较突出的水泥，如快硬硅酸盐水泥。 4.3.1铝酸盐水泥铝酸盐水泥，aluminatecement，代号CA，也称高铝水泥、矾土水泥，是以铝矾土和石灰石为原料，经高温煅烧得到以铝酸钙为主要成分的熟料，经磨细而成的水硬性胶凝材料。它是一种快硬、早强、耐腐蚀、耐热的水泥。 3.铝酸盐水泥的特性与应用①早期强度增长快这种水泥的1天强度即可达3天强度的80％以上，适用于紧急抢修工程和早期强度要求高的特殊工程。但必须考虑到这种水泥后期强度的降低。使用铝酸盐水泥时，要控制其硬化温度。最适宜的硬化温度为15℃左右，一般不得超过25℃。②水化热大铝酸盐水泥硬化时放热量较大，面且集中在早期放出，1天内即可放出水化热总量的70～80％，而硅酸盐水泥仅放出水化热总量的25～50％。因此，这种水泥不宜用于大体积混凝土工程，但适用于寒冷地区冬季施工的混凝土工程。 ③抗硫酸盐侵蚀性强铝酸盐水泥具有较好的抗硫酸盐及抗海水腐蚀的性能。同时，对碳酸水、稀盐酸等侵蚀性溶液也有很好的稳定性。但晶体转化成稳定的水化铝酸三钙后，孔隙率增加，耐蚀性也相应降低。④耐碱性差铝酸盐水泥不得用于接触碱性溶液的工程。主要原因是碱金属的碳酸盐会与CAH10或C2AH8反应：K2CO3+CAH10=CaCO3+K2O·Al2O3+10H2O2K2CO3+C2AH8=2CaCO3+K2O·Al2O3+2KOH+7H2O2KOH+Al2O3=K2O·Al2O3+H2OK2O·Al2O3+CO2=K2CO3+Al2O3 ⑤耐热性高铝酸盐水泥在高温下仍保持较高强度。如用这种水泥配制的混凝土在900℃温度下，还具有原强度的70％，当达到1300℃时尚有50％左右的强度。因此，铝酸盐水泥可作为耐热混凝土的胶结材料。 4.3.2白色水泥和彩色水泥硅酸盐水泥的颜色主要由氧化铁引起。当氧化铁含量在3％～4％时，熟料呈暗灰色；在0.45％～0.7％时，带淡绿色；而降低到0.35％～0.40％后，接近白色。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。此外，氧化锰、氧化钴和氧化钛也对白水泥的白度有显著影响，故其含量也应尽量减少。石灰质原料应选用纯的石灰石或方解石，粘土可选用高岭土。燃料最好用无灰分的天然气或重油。白水泥主要矿物为C3S、C2S和C3A，C4AF含量极少。白水泥的物理性能要求主要的是白度（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。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盐水泥。 白色水泥和彩色水泥 彩色水泥用白色水泥熟料与石膏以及颜料共同磨细可制得彩色水泥。所用颜料要求对光和大气能耐久，能耐碱而又不对水泥性能起破坏作用。常用的颜料有氧化铁（红、黄、褐红）、二氧化锰（黑、褐色）、氧化铬（绿色）、赭石（赭色）、群青（蓝色）和炭黑（黑色）。但制造红、褐、黑等较深颜色彩色水泥时，也可用一般硅酸盐水泥熟料来磨制。在水泥生料中加入少量金属氧化物着色剂直接烧成彩色熟料，也可制得彩色水泥。 4.3.3道路硅酸盐水泥由较高铁铝酸钙含量的硅酸盐道路水泥熟料，0％～10％活性混合材和适量石膏磨细制成的水硬性胶凝材料，称为道路硅酸盐水泥（简称道路水泥）。对道路水泥的性能要求是：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。 道路硅酸盐水泥 4.3.4中热水泥和低热水泥主要特点为水化热低，适用于大坝和大体积混凝土工程。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20％～60％，允许用不超过混合材总量50％的磷渣或粉煤灰代替矿渣。 4.3.5快硬硅酸盐水泥凡以适当成分的生料，烧至部分熔融，所得以硅酸钙为主要成分的硅酸盐水泥熟料，加入适量石膏，磨细制成具有早期强度增长率较高的水硬性胶凝材料，称为快硬硅酸盐水泥，简称快硬水泥。生产快硬硅酸盐水泥的方法与生产硅酸盐水泥的方法基本相同，只是要求较严格地控制生产工艺条件，要求原料中含有害杂质较少。C3S含量为50～60％C3A含量可达8～14％适当增加石膏掺量（可达8％）和粉磨细度 4.3.6砌筑水泥M砌筑砂浆和内墙抹面砂浆 4.3.7膨胀水泥硅酸盐膨胀水泥：以硅酸盐水泥为主，外加铝酸盐水泥和石膏组成。铝酸盐膨胀水泥：以铝酸盐水泥为主，外加石膏组成。硫铝酸盐膨胀水泥：以无水硫铝酸钙和硅酸二钙为主要矿物，外加石膏组成。铁铝酸钙膨胀水泥：以铁相、无水硫铝酸钙和硅酸二钙为主要矿物，加石膏制成。根据膨胀值的大小不同，可分为膨胀水泥和自应力水泥。膨胀水泥：线膨胀率一般在1％以下，相当于或稍大于普通水泥的收缩率。自应力水泥：线膨胀率一般为1～3％。硬化后会产生体积膨胀 4.3.8抗硫酸盐水泥按抗硫酸盐侵蚀程度，分为中抗硫酸盐硅酸盐水泥和高抗硫酸盐硅酸盐水泥两类。以适当成分的硅酸盐水泥熟料，加入适量石膏磨细制成的具有抵抗中等浓度硫酸根离子侵蚀的水硬性胶凝材料，称为中抗硫酸盐硅酸盐水泥，简称中抗硫水泥。代号P.MSR。以适当成分的硅酸盐水泥熟料，加入适量石膏，磨细制成的具有抵抗较高浓度硫酸根离子锓蚀的水硬性凝材料，称为高抗硫酸盐硅酸盐水泥，简称高抗硫水泥，代号P.HSR。中抗硫水泥中C3S和C3A的计算含量分别不应超过55.0％和5.0％。高抗硫水泥C3S<50.0％，C3A<3.0％。烧失量应小于3.0％，SO3含量小于2.5％。比表面积不得小于280m2/kg。各龄期强度亦符合标准要求。