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1、工学水泥重庆大学土木工程材料课程PPTStillwatersrundeep.流静水深流静水深,人静心深人静心深Wherethereislife,thereishope。有生命必有希望。有生命必有希望水泥的分类水泥的分类按按性能与用途性能与用途六大通用水泥六大通用水泥通用硅酸盐水泥通用硅酸盐水泥(Common Portland Cement)以以硅酸盐水泥熟料硅酸盐水泥熟料和和适量适量的的石膏石膏、及规定的、及规定的混合材料混合材料制制成的成的水硬性水硬性胶凝材料。胶凝材料。(通用硅酸盐水泥通用硅酸盐水泥GB175-2007)专用水泥专用水泥特性水泥特性水泥水水泥泥通用通用水泥水泥专用专用水泥水
2、泥特性特性水泥水泥硅酸盐水泥硅酸盐水泥普通硅酸盐水泥普通硅酸盐水泥矿渣硅酸盐水泥矿渣硅酸盐水泥火山灰质硅酸盐水泥火山灰质硅酸盐水泥粉煤灰硅酸盐水泥粉煤灰硅酸盐水泥复合硅酸盐水泥复合硅酸盐水泥砌筑水泥砌筑水泥道路水泥道路水泥油井水泥油井水泥快硬硅酸盐水泥快硬硅酸盐水泥白色硅酸盐水泥白色硅酸盐水泥硅酸盐膨胀水泥硅酸盐膨胀水泥中热、低热矿渣硅酸盐水泥中热、低热矿渣硅酸盐水泥低碱水泥低碱水泥混合材料掺量混合材料掺量5混合材料掺量混合材料掺量5，20混合材料掺量混合材料掺量20，40%混合材料掺量混合材料掺量20，50混合材料掺量混合材料掺量20，50混合材料掺量混合材料掺量50，70通用硅酸盐水泥的组
3、分应符合表通用硅酸盐水泥的组分应符合表1的规定的规定表表1(GB1752007)品种品种代号代号组 分分熟料熟料+石膏石膏粒化高炉粒化高炉矿渣渣火山灰火山灰质混合材料混合材料粉煤灰粉煤灰石灰石石灰石硅酸硅酸盐水泥水泥PI100-P955-95-5普通硅酸普通硅酸盐水泥水泥PO80且且5且且20a-矿渣硅酸渣硅酸盐水泥水泥PSA50且且20且且50b-PSB30且且50且且70b-火山灰火山灰质硅酸硅酸盐水泥水泥PP60且且20且且40c-粉煤灰硅酸粉煤灰硅酸盐水泥水泥PF60且且20且且40d-复合硅酸复合硅酸盐水泥水泥PC50且且20且且50ea本本组分材料分材料为符合本符合本标准准5.2.
4、3的活性混合材料，其中允的活性混合材料，其中允许用不超用不超过水泥水泥质量量8%且符合本且符合本标准准5.2.4的非活性混合材料或不超的非活性混合材料或不超过水水泥泥质量量5%且符合本且符合本标准准5.2.5的窑灰代替。的窑灰代替。b本本组分材料分材料为符合符合GB/T203或或GB/T18046的活性混合材料，其中允的活性混合材料，其中允许用不超用不超过水泥水泥质量量8%且符合本且符合本标准第准第5.2.3条的活性混合材条的活性混合材料或符合本料或符合本标准第准第5.2.4条的非活性混合材料或符合本条的非活性混合材料或符合本标准第准第5.2.5条的窑灰中的任一种材料代替。条的窑灰中的任一种材
5、料代替。c本本组分材料分材料为符合符合GB/T2847的活性混合材料。的活性混合材料。d本本组分材料分材料为符合符合GB/T1596的活性混合材料。的活性混合材料。e本本组分材料分材料为由两种（含）以上符合本由两种（含）以上符合本标准第准第5.2.3条的活性混合材料或条的活性混合材料或/和符合本和符合本标准第准第5.2.4条的非活性混合材料条的非活性混合材料组成，其中允成，其中允许用不超用不超过水泥水泥质量量8%且符合本且符合本标准第准第5.2.5条的窑灰代替。条的窑灰代替。掺矿渣渣时混合材料混合材料掺量不得与量不得与矿渣硅酸渣硅酸盐水泥重复。水泥重复。水泥的分类水泥的分类按按组成组成通用硅酸
6、盐水泥通用硅酸盐水泥铝酸盐水泥铝酸盐水泥硫铝酸盐水泥硫铝酸盐水泥铁铝酸盐系水泥铁铝酸盐系水泥第第4 4章章 水泥水泥4.1 硅酸盐水泥硅酸盐水泥(portland cement)4.1.1 硅酸盐水泥的生产硅酸盐水泥的生产(两磨一烧两磨一烧) ) (1)生料的配制生料的配制(2)硅酸盐水泥的煅烧硅酸盐水泥的煅烧 水泥煅烧工艺示意图水泥煅烧工艺示意图(3)水泥熟料的粉磨水泥熟料的粉磨石膏石膏（混合材）（混合材）水泥预热煅烧工艺流程物料流气流燃料水泥煅烧过程排气原料入口气体温度进料温度50oC450oC600oC800oC1000oC1200oC1350oC1350oC1450oC1550oC12
7、345671. 失去自由水4. 初化合物形成7. C3S初形成2. 粘土分解5. C2S初形成3. 石灰岩分解6. 熔胶形成窑外分解塔及回转窑窑外分解塔及回转窑重庆拉法基水泥厂重庆拉法基水泥厂窑窑外外分分解解塔塔第第4 4章章 水泥水泥4.1.2 水泥熟料(clinker)的组成及特性(1)水泥熟料的组成(2)水泥熟料矿物的特性表4.1 硅酸盐水泥主要矿物特性(3)硅酸盐水泥的水化(hydrate) -水化硅酸钙凝胶C-S-H形貌 -Aft 和CH形貌(4)硅酸盐水泥的凝结和硬化(set and harden)水泥水化过程1. 初拌水泥浆2. 7天3. 28天4. 90天未水化颗粒充满水的毛细
8、孔C-S-H胶体氢氧化钙日期第第4 4章章 水泥水泥(5)影响水泥凝结硬化的主要因素1)熟料矿物组成的影响2)水泥细度细度(fineness)的影响3)龄期(age)(养护(curing)时间)的影响4)养护温度和湿度5)水灰比水灰比(Water-Cement Ratio)(W/C)水灰比越大，凝结硬化后水泥石中的毛细孔越多，强度、抗冻性、抗渗性下降。 第第4 4章章 水泥水泥4.1.3 硅酸盐水泥的技术标准硅酸盐水泥的技术标准(1)密度、细度密度、细度1)密度和堆密度密度和堆密度(density and bulk density)2)细度细度(fineness)(2)标准稠度需水量标准稠度需
9、水量(standard consistency water demand)(3)凝结时间凝结时间(setting time)第第4 4章章 水泥水泥(4)体积安定性体积安定性1)水泥熟料中含有过多的游离氧化钙和游离氧化镁水泥熟料中含有过多的游离氧化钙和游离氧化镁2)石膏掺量过多石膏掺量过多(5)强度等级强度等级水水泥泥的的强强度度是是指指胶胶砂砂的的强强度度，而而不不是是净净浆浆的的强强度度，是是评评定定水水泥泥强强度度等级的依据。按等级的依据。按GB/T17671-1999水泥胶砂强度检验方法测定。水泥胶砂强度检验方法测定。水水泥泥和和标标准准砂砂按按1:3混混合合，加加入入规规定定数数量量
10、的的水水（水水灰灰比比0.5）（450g：1350g：225ml），制制成成40 40 160mm的的试试件件，在在20 1水水中中养养护护，经经一一定定龄龄期期（3d、28d），测测得得试试件件的的抗抗折折和和抗抗压压强强度度来来划划分强度等级。分强度等级。 表表 硅酸盐水泥各强度等级、各龄期的强度值硅酸盐水泥各强度等级、各龄期的强度值MPa第第4 4章章 水泥水泥(6)水化热水化热(heat of hydration)早期水化热曲线早期水化热曲线(early age)(7)碱含量碱含量(alkali content)第第4 4章章 水泥水泥4.1.4 硅酸盐水泥的腐蚀硅酸盐水泥的腐蚀(at
11、tack)与防止与防止(1)软水腐蚀(溶出性腐蚀)(2)离子交换腐蚀(溶解性腐蚀)1)碳酸的腐蚀2)一般酸的腐蚀3)镁盐的腐蚀(3)膨胀性腐蚀1)硫酸的腐蚀2)硫酸盐腐蚀(4)碱的腐蚀(5)水泥石腐蚀的防止氢氧化镁晶体形貌钙矾石微观形貌 钙矾石的SEM图第第4 4章章 水泥水泥4.1.5 硅酸盐水泥的特性、应用及储存硅酸盐水泥的特性、应用及储存(1)硅酸盐水泥的特性、应用硅酸盐水泥的特性、应用1) 早期强度和后期强度高早期强度和后期强度高2) 水化热大水化热大3) 抗冻性好抗冻性好4) 干缩小、耐磨性较好干缩小、耐磨性较好5) 抗抗碳化碳化(carbonization)性性较好较好6) 耐腐蚀
12、性差耐腐蚀性差7)不耐高温不耐高温(2)水泥的储存和运输水泥的储存和运输第第4 4章章 水泥水泥4.2 掺混合材的硅酸盐水泥掺混合材的硅酸盐水泥4.2.1 混合材料混合材料(addition of cement)(1)非活性混合材：非活性混合材：石灰石粉、窑灰等石灰石粉、窑灰等 降低水泥强度等级，提高产量，降低成本，减小水化热降低水泥强度等级，提高产量，降低成本，减小水化热(2)活性混合材活性混合材(active addition of cement)1)粒化高炉矿渣粒化高炉矿渣(granulated furnace slag)2)火山灰混合材料火山灰混合材料(pozzolan)3)粉煤灰混合
13、材料粉煤灰混合材料(fly ash)粉煤灰形貌粉煤灰形貌用于水泥中粉煤灰分用于水泥中粉煤灰分级灰和级灰和级灰两种级灰两种第第4 4章章 水泥水泥(2)活性混合材活性混合材(active addition of cement)磨细的活性混合材料与水调和后，本身不会硬化或硬化极其缓慢；磨细的活性混合材料与水调和后，本身不会硬化或硬化极其缓慢；但在但在饱和饱和Ca(OH)2溶液溶液中，常温就会发生显著的水化反应：中，常温就会发生显著的水化反应： （水化硅酸钙水化硅酸钙） （水化铝酸钙水化铝酸钙） 石膏石膏 + 水化铝酸钙水化铝酸钙 水化硫铝酸钙水化硫铝酸钙。 由此可见，是氢氧化钙和石膏激发了混合材料
14、的活性，故称它由此可见，是氢氧化钙和石膏激发了混合材料的活性，故称它们为活性混合材料的激发剂：们为活性混合材料的激发剂：氢氧化钙氢氧化钙称为称为碱性激发剂碱性激发剂，石膏石膏称称为为硫酸盐激发剂硫酸盐激发剂。第第4 4章章 水泥水泥4.2.2 普通硅酸盐水泥普通硅酸盐水泥(Ordinary Portland Cement)(1) P.O，活活性性混混合合材材料料掺掺加加量量为为5%且且20%，其其中中允允许许用用不不超超过过水水泥泥质质量量8%且且符符合合标标准准的的非非活活性性混混合合材材料料或或不不超超过过水水泥泥质质量量5%且符合标准的窑灰代替部分活性混合材且符合标准的窑灰代替部分活性混
15、合材 。(2)普通硅酸盐水泥的技术要求普通硅酸盐水泥的技术要求1)细度：细度： 比表面积不小于比表面积不小于300m2 /kg。2)凝结时间：凝结时间：初凝时间不得早于初凝时间不得早于45min，终凝时间不得迟于，终凝时间不得迟于10h。 3)强度等级：强度等级：42.5、42.5R、52.5、52.5R共四级共四级(3)普通硅酸盐水泥的性质普通硅酸盐水泥的性质基本同硅酸盐水泥的性质基本同硅酸盐水泥的性质第第4 4章章 水泥水泥4.2.3 矿矿渣渣硅硅酸酸盐盐水水泥泥(portland blast-furnace slag cement)(1) A型型，矿矿渣渣掺掺量量20%且且50%，代代号
16、号P.S.A；B型型，矿矿渣渣掺掺量量50%且且70%，代代号号P.S.B。其其中中允允许许用用不不超超过过水水泥泥质质量量8%且且符符合合标标准准的的活活性性混混合合材材料料或或非非活活性性混混合合材材料料或或窑窑灰灰中中的的任任一一种种材材料料代替。代替。(2)矿渣水泥的水化特点矿渣水泥的水化特点(3)技术要求：技术要求：SO3的含量不得超过的含量不得超过4 。第第4 4章章 水泥水泥(4)特性及应用特性及应用凝结硬化速度慢凝结硬化速度慢：早期强度低，后期强度高早期强度低，后期强度高 对温度湿热敏感性强：对温度湿热敏感性强：适于蒸养适于蒸养 (steam curing or high-pr
17、essure steam curing)耐腐蚀性好：耐腐蚀性好：可用于海港工程和水工大坝的建设。可用于海港工程和水工大坝的建设。 水化热小水化热小：可用于大体积混凝土，大型基础和混凝土大坝等。可用于大体积混凝土，大型基础和混凝土大坝等。 耐热性好耐热性好抗碳化能力差抗碳化能力差矿渣水泥的保水性差、矿渣水泥的保水性差、抗渗性差抗渗性差、泌水通道较多、泌水通道较多、干缩较大干缩较大，使用中要严，使用中要严格控制用水量，加强早期养护。格控制用水量，加强早期养护。抗冻性差抗冻性差：不宜用于冬季施工不宜用于冬季施工 ,特别不宜用于严寒地区水位经常变动的部特别不宜用于严寒地区水位经常变动的部位。位。第第4
18、 4章章 水泥水泥4.2.4 粉煤灰硅酸盐水泥粉煤灰硅酸盐水泥(portland fly-ash cement)(1) P.F，粉煤灰掺量为，粉煤灰掺量为20%且且40% ，其中允许用不超过，其中允许用不超过水泥质量水泥质量8%且符合标准的窑灰代替部分粉煤灰。且符合标准的窑灰代替部分粉煤灰。(2)技术要求：技术要求： SO3的含量不得大于的含量不得大于3.5。(3)技术性质技术性质干缩小干缩小，抗裂性高。（适用于承受荷载较迟的工程，尤其适用，抗裂性高。（适用于承受荷载较迟的工程，尤其适用于大体积水利工程）于大体积水利工程）凝结硬化慢，早期强度低。凝结硬化慢，早期强度低。色深。色深。 第第4 4
19、章章 水泥水泥4.2.5 火山灰硅酸盐水泥火山灰硅酸盐水泥(portland pozzolan cement)(1)P.P，火山灰质混合材料掺量为，火山灰质混合材料掺量为20%且且40% ，其中允许，其中允许用不超过水泥质量用不超过水泥质量8%且符合标准的窑灰代替部分混合材料且符合标准的窑灰代替部分混合材料 。(2)技术要求：技术要求：SO3的含量不得大于的含量不得大于3.5。(3)技术性质技术性质在在干燥环境中易产生裂缝干燥环境中易产生裂缝 。抗冻性和耐磨性比矿渣水泥还要差抗冻性和耐磨性比矿渣水泥还要差 。保水性好，保水性好，抗渗性高抗渗性高。掺入粘土质的火山灰水泥不抗硫酸盐侵蚀。掺入粘土质
20、的火山灰水泥不抗硫酸盐侵蚀。 第第4 4章章 水泥水泥4.2.6 复合硅酸盐水泥复合硅酸盐水泥(composite portland cement)(1)P.C，两种（含）以上混合材料掺量为，两种（含）以上混合材料掺量为20%且且50% ，其，其中允许用不超过水泥质量中允许用不超过水泥质量8%且符合标准的窑灰代替部分混合且符合标准的窑灰代替部分混合材料材料 。(2)技术要求：技术要求：熟料中氧化镁的含量不宜超过熟料中氧化镁的含量不宜超过5.0。水泥中三。水泥中三氧化硫的含量不得超过氧化硫的含量不得超过3.5。(3)技术性质：耐腐蚀性好，水化热小，抗渗性好，早强（技术性质：耐腐蚀性好，水化热小，
21、抗渗性好，早强（综合性综合性质较好质较好）。）。 第第4 4章章 水泥水泥应用应用表表4.6 常用水泥的特性及应用常用水泥的特性及应用储存储存防潮防潮有效期：有效期：3个月。超过个月。超过3个月的水泥使用时应重新检验，以实个月的水泥使用时应重新检验，以实测强度为准。测强度为准。第第4 4章章 水泥水泥4.3 特种水泥和专用水泥特种水泥和专用水泥(special cements)4.3.1 铝酸盐水泥铝酸盐水泥(aluminate cement)(1)铝酸盐水泥的矿物组成铝酸盐水泥的矿物组成(2)铝酸盐水泥的水化和硬化铝酸盐水泥的水化和硬化(3)铝酸盐水泥的技术要求铝酸盐水泥的技术要求1)细度、
22、密度细度、密度2)凝结时间凝结时间3)强度等级强度等级第第4 4章章 水泥水泥(4)铝酸盐水泥的性质与应用 凝结硬化快凝结硬化快（适用于紧急抢修工程紧急抢修工程） 水化热大，并且集中在早期，一天内可放出水化热70-80，使温度上升很高。 抗硫酸盐性能强抗硫酸盐性能强，比抗硫酸盐水泥还要好。 耐热性好。 耐碱性差。 在国家标准中明文规定不能用于钢凝筋混凝土结构工程中不能用于钢凝筋混凝土结构工程中。 施工时不得与石灰和硅酸盐水泥混合，也不得与尚未硬化的硅酸盐水泥接触使用。 第第4 4章章 水泥水泥4.3.2 快硬水泥(earth-strength cement or quick hardening
23、 cement)(1)快硬硅酸盐水泥(quick hardening portland cement)1)快硬硅酸盐水泥的技术要求细度：0.08mm方孔筛筛余量小于10.0。 凝结时间：初凝时间不得早于45min，终凝不得迟于10h。 强度等级(strength grading) 表4.10 快硬硅酸盐水泥各龄期、各等级强度MPa2)快硬硅酸盐水泥的应用：紧急抢修紧急抢修和低温施工低温施工 第第4 4章章 水泥水泥(2)快硬硫铝酸盐水泥(sulphoaluminate early-strength cement)1)技术要求细度：比表面积应不小于350m2kg。 凝结时间：初凝时间不得早于25
24、min，终凝时间不得迟于3h。 强度等级(strength grading) 表4.11 快硬硫铝酸盐水泥各等级、各龄期强度值MPa2)特性及应用第第4 4章章 水泥水泥4.3.3 白色硅酸盐水泥(white portland cement)白色水泥的技术要求：细度：0.08mm方孔筛筛余量不得大于10。 凝结时间：初凝时间不得早于45min，终凝时间不得迟于10h。 强度等级(strength grading) 表4.12 白水泥各龄期各等级的强度值/MPa 第第4 4章章 水泥水泥白度(whiteness)白度值应不低于87。SO3含量应不超过3.5%。安定性：沸煮法检验必须合格。白色硅酸
25、盐水泥的应用各种装饰性混凝土及装饰性砂浆装饰性混凝土及装饰性砂浆，如水刷石、水磨石及人造大理石等。 第第4 4章章 水泥水泥4.3.4 道路硅酸盐水泥(road portland cement)(1)技术要求凝结时间：初凝时间应不早于1.5h，终凝时间不得迟于10h。 干缩性：28d干缩率应不大于0.10%。耐磨性： 28d磨耗量应不大于3.00kgm2。 强度(strength grading)表4.15 道路水泥各龄期强度值MPa (2)技术性质及应用第第4 4章章 水泥水泥4.3.5 水工硅酸盐水泥(hydraulic engineering portland cement)(1)低热矿
26、渣硅酸盐水泥和中热硅酸盐水泥、低热硅酸盐水泥中热硅酸盐水泥、低热硅酸盐水泥、低热矿渣矿酸盐水泥(GB2002003) 1)技术要求比表面积：应不低于250m2/kg。 凝结时间：初凝不得早于60min，终凝不得迟于12h 。等级 表4.16 中热水泥和低热水泥各龄期强度值MPa水化热 表4.17 中热水泥和低热水泥各龄期的水化热上限值/(kJkg-1) 2)特性及应用第第4 4章章 水泥水泥(2)低热微膨胀水泥表4.18 低热微膨胀水泥强度及水化热(3)抗硫酸盐硅酸盐水泥第第4 4章章 水泥水泥4.3.6 膨胀水泥和自应力水泥(1)自应力水泥(2)膨胀水泥硅酸盐膨胀水泥铝酸盐膨胀水泥硫铝酸膨胀
27、盐水泥铁铝酸盐膨胀水泥第第4 4章章 水泥水泥4.3.7 砌筑水泥砌筑水泥主要技术要求有：细度：0.08mm方孔筛筛余量不大于10.0。 凝结时间：初凝时间不早于60min，终凝时间不迟于12h。安定性：三氧化硫(SO3)应不大于4.0。保水率：应不低于80%。强度等级：12.5、22.5。强度低，硬化较慢，但和易性、保水性较好。第第4 4章章 水泥水泥思考题(1)硅酸盐水泥的主要矿物成分是什么?这些矿物的特性如何?(2)硅酸盐水泥的水化产物有哪些?水泥石的结构是怎样的?影响水泥石强度的因素有哪些?(3)硅酸盐水泥的腐蚀有哪几种类型?腐蚀的原因是什么?为什么同是硅酸盐系列水泥的矿渣水泥耐腐蚀性
28、好?第第4 4章章 水泥水泥(4)在生产硅酸盐水泥时掺人石膏起什么作用?硬化后多余的石膏会引起什么现象发生?(5)如何检验水泥的安定性?(6)什么叫活性混合材料?其硬化的条件是什么?(7)高铝水泥的熟料与硅酸盐水泥的熟料有何区别?两种水泥的性质有何不同?第第4 4章章 水泥水泥(8)在下列混凝土工程中应分别选用那种水泥，并说明理由?紧急抢修的工程或军事工程；高炉基础；大体积混凝土坝和大型设备基础；水下混凝土工程；海港工程；蒸汽养护的混凝土预制构件；第第4 4章章 水泥水泥现浇混凝土构件；高强混凝土；混凝土地面和路面；冬季施工的混凝土；与流水接触的混凝土；水位变化区的混凝土；耐热混凝土；有抗渗要
29、求的混凝土。END OF THIS CHAPTEREND OF THIS CHAPTER附附 录录六大通用水泥六大通用水泥硅酸盐水泥硅酸盐水泥：型，代号型，代号P.。型，代号型，代号P.。普通硅酸盐水泥普通硅酸盐水泥：简称普通水泥，代号：简称普通水泥，代号P.O。矿渣硅酸盐水泥矿渣硅酸盐水泥：简称矿渣水泥，代号：简称矿渣水泥，代号P.S.A，P.S.B。火山灰质硅酸盐水泥火山灰质硅酸盐水泥：简称火山灰水泥，代号：简称火山灰水泥，代号P.P。粉煤灰硅酸盐水泥粉煤灰硅酸盐水泥：简称粉煤灰水泥，代号：简称粉煤灰水泥，代号P.F。复合硅酸盐水泥复合硅酸盐水泥：复合水泥，代号：复合水泥，代号P.C。普普
30、通通硅硅酸酸盐盐水水泥泥、矿矿渣渣硅硅酸酸盐盐水水泥泥、火火山山灰灰质质硅硅酸酸盐盐水水泥泥、粉粉煤煤灰硅酸盐水泥、复合硅酸盐水泥统称掺混合材料的硅酸盐水泥。灰硅酸盐水泥、复合硅酸盐水泥统称掺混合材料的硅酸盐水泥。硅酸盐水泥硅酸盐水泥生料的配制生料的配制 原料原料 石灰质原料（如石灰石、贝壳等，提供CaO）粘土质原料（如粘土、页岩等，主要提供SiO2、Al2O3、Fe2O3）校正原料校正原料（如铁矿粉、砂岩，前者是补充原料中不足的氧化铁，后者是补充原料中不足的SiO2） 矿化剂矿化剂 (如萤石、石膏等）工艺工艺 干法湿法 硅酸盐水泥的煅烧硅酸盐水泥的煅烧 窑型立窑回转窑煅烧过程 水分蒸发水分蒸
31、发生料预热生料预热生料分解生料分解熟料煅烧熟料煅烧熟料冷却熟料冷却水泥熟料的组成水泥熟料的组成 矿物名称 化学成分 缩写符号 含量硅酸三钙硅酸三钙 3CaOSiO2 C3S 3660硅酸二钙硅酸二钙 2CaOSiO2 C2S 1536铝酸三钙铝酸三钙 3CaOAl2O3 C3A 715铁铝酸四钙铁铝酸四钙 4CaOAl2O3Fe2O3 C4AF 1018f-CaO、f-MgO、碱性氧化物、玻璃体等强度组分熔剂组分水泥熟料矿物的特性水泥熟料矿物的特性 矿物组成矿物组成硅酸三钙硅酸三钙硅酸二钙硅酸二钙铝酸三钙铝酸三钙铁铝酸四钙铁铝酸四钙反应速度反应速度快快慢慢最快最快中中28d水化放热量水化放热量
32、多多少少最多最多中中早期强度早期强度高高低低低低低低后期强度后期强度较高较高高高低低低低耐腐蚀性耐腐蚀性中中良良差差好好干缩性干缩性中中小小大大小小常温下水泥熟料单矿物的水化反应常温下水泥熟料单矿物的水化反应 （C-S-H胶体胶体）水化速率快2C3 S + 6HC3S2H3+3CH -(1)H 水化速率慢慢 C3S2H3+CH -(2)2C2 S + 4HH 水化速率最快最快 C3AH6 -(3)C3 A+ 6HH 水化速率中等 C3AH6 +CFH -(4)C4 AF + 7HH水泥的水化水泥的水化瞬凝（闪凝）石膏不足假凝粉磨温度过高，二水石膏转变为半水石膏；强力搅拌恢复硅酸盐水泥水化后的主
33、要成分有：各各种种水水化化硅硅酸酸钙钙凝凝胶胶C-S-H、晶晶体体(CH、Aft、Afm、水化铝酸钙、水化铝酸钙)等。等。 单单硫型水化硫铝酸钙硫型水化硫铝酸钙(Afm)钙矾钙矾石（石（Aft)C3AH6+3CSH2+19HC3A3CS 31H石膏过量石膏过量石膏不足石膏不足1、体积膨胀、体积膨胀2、强度高、强度高3、不溶于水、不溶于水C3AH6 + CSH2+4H硅酸盐水泥的凝结和硬化硅酸盐水泥的凝结和硬化水泥的水化过程可分为五个阶段水泥水化过程的五个阶段水泥水化过程的五个阶段阶段反应阶段反应动力学化学过程相关水泥及混凝土性质1初始反应期初始反应期快速；化学控制初水解，离子溶解温度上升2潜伏
34、（诱导）期潜伏（诱导）期缓慢；成核控制连续离子溶解决定初凝时间3加速期加速期快速；化学控制初期形成水化物决定终凝和初期硬化速率4减速期减速期缓慢；化学和扩散控制连续形成水化物决定早期强度增长速率5稳定期稳定期缓慢；扩散控制缓慢形成水化物决定后期强度增长速率水泥的水化过程的五个阶段水泥的水化过程的五个阶段（1）水泥水化反应的激烈反应阶段(反应的初始期 )；（2）水化反应速度很低的阶段(反应的诱导期) ；（3）水化反应活泼阶段(反应加速期 )；（4）水化反应速度下降的阶段(减速期 )；（5）水化反应速度降低很显著的阶段(稳定期 )。水泥水化龄期对强度的影响水泥水化龄期对强度的影响 水泥的密度和堆密
35、度水泥的密度和堆密度硅酸盐水泥的密度为3.0-3.2gcm3。水泥的堆密度可分为松堆密度和紧堆密度两种。硅酸盐水泥的松堆密度一般为9001300kgm3。紧堆密度为14001700kgm3。一般情况下，所说的堆密度是指紧堆密度。水泥的细度水泥的细度 勃氏比表面积大于300m2kg。比表面积（硅酸盐、普通硅酸盐水泥）筛余量（其余水泥）0.080mm方孔筛筛余10%。 讨论与分析缺点：水泥越细优点：总表面积越大，与水发生水化反应的速度越快，水泥石的早期强度越高。用水多；硬化收缩越大；后期强度到缩；易受潮而降低活性；成本越高。水泥的标准稠度需水量水泥的标准稠度需水量 硅酸盐水泥的标准稠度需水量一般为
36、2528（为水泥质量的百分数）。 水泥的凝结时间水泥的凝结时间 硅酸盐水泥的初初凝凝时间不得小于45min，终凝凝时间不得大于390min。初凝时间不合格的水泥为废品水泥，终凝时间不合格的水泥为不合格品。水泥熟料中含有过多的游离氧化钙和游离氧化镁水泥熟料中含有过多的游离氧化钙和游离氧化镁由游离氧化钙游离氧化钙(fCaO)引起的水泥安定性不良，可用沸沸煮法煮法检测。沸煮法又分试饼法和雷氏法，当两者发生争议时以雷氏法为准。水泥中的游离氧化钙的含量不得超过1（立窑生产的水泥中fCaO2.5）。游离氧化镁游离氧化镁引起的安定性不良，用压蒸法压蒸法检验。水泥中的游离氧化镁的含量不得超过5.0，当压蒸试验
37、合格时可放宽到6.0。 石膏掺量过多石膏掺量过多SO3引起的安定性不良，用化学分析法检验。Aft，体积膨胀1.52.0倍水泥中SO3的含量不得超过3.5。 硅酸盐水泥各强度等级、各龄期的强度值硅酸盐水泥各强度等级、各龄期的强度值MPa强度等级抗压强度抗折强度3d28d3d28d42.517.042.53.56.542.5R22.04.052.523.052.54.07.052.5R27.05.062.528.062.55.08.062.5R32.05.5水泥的早期水化热曲线水泥的早期水化热曲线水化曲线峰是水泥开始的水化放热峰是当石膏掺量充足时，石膏与C3A作用生成钙矾石的放热峰峰是在石膏掺量不
38、足时，由高硫型的硫铝酸盐转变为低硫型硫铝酸盐的放热峰。水泥的碱含量水泥的碱含量 活性活性SiO2碱骨料反应碱骨料反应地图形膨胀破坏地图形膨胀破坏若使用活性骨料，用户要求提供低碱水泥时，水泥中的碱含量按Na2O+0.658K2O计算值不得大于0.6 。+碱碱+水水软水腐蚀软水腐蚀雨水、雪水、蒸馏水、工厂冷凝水及含碳酸盐甚少的河水与湖水等都属于软水。 水泥石长期接触软水时，会使水泥石中的氢氧化钙不断被溶出，当水泥石中游离的氢氧化钙减少到一定程度时，水泥石中的其它含钙矿物也可能分解和溶出，从而导致水泥石结构的强度降低，甚至破坏。当水泥石处于软水环境时，特别是处于流动的软水环境中时，水泥被软水侵蚀的速
39、度更快。水泥石中的水化产物须在一定浓度的氢氧化钙溶液中才能稳定存在，如果溶液中的氢氧化钙浓度小于水化产物所要求的极限浓度时，则水化产物将被溶解或分解，从而造成水泥石结构的破坏。碳酸对水泥石的腐蚀碳酸对水泥石的腐蚀Ca(OH)2+CO2+H2OCaCO3+2H2OCaCO3+CO2+H2OCa(HCO3)2反应生成的碳酸氢钙易溶于水 ，溶解流失同时降低了CH的浓度一般酸对水泥石的腐蚀一般酸对水泥石的腐蚀 2HCl+Ca(OH)2CaCl2(易溶)+2H2O镁盐镁盐对水泥石的腐蚀对水泥石的腐蚀MgCl2+Ca(OH)2CaCl2(易溶) + Mg(OH)2 (絮凝状、松散无胶结力) MgSO4+C
40、a(OH)2+2H2OCaSO42H2O + Mg(OH)2 硫酸盐硫酸盐腐蚀腐蚀双重双重腐蚀腐蚀硫酸对水泥石的腐蚀硫酸对水泥石的腐蚀 H2SO4+Ca(OH)2CaSO42H2O+H2O3(CaSO42H2O)+3CaOA12O36H2O+19H2O3CaOAl2O33CaSO431H2O ( 钙矾石钙矾石Aft)(结晶膨胀)硫酸盐对水泥石的腐蚀硫酸盐对水泥石的腐蚀MgSO4+Ca(OH)2+2H2OMg(OH)2(絮凝状的、无胶结力)+CaSO42H2O3(CaSO42H2O)+3CaOA12O36H2O+19H2O3CaOAl2O33CaSO431H2O ( 钙矾石钙矾石Aft)(结晶膨
41、胀)碱对水泥石的腐蚀碱对水泥石的腐蚀 3CaOAl2O36H2O+6NaOH3Na2OAl2O36H2O+3Ca(OH)2 (易溶于水) 水泥石被NaOH溶液饱和后在空气中干燥，发生以下反应： 2NaOH+2CO2+H2O2Na2CO3+H2O (结晶膨胀) 水泥石腐蚀的主要原因水泥石腐蚀的主要原因水 泥 中 存 在 易 被 腐 蚀 的 物 质 (即 Ca(OH)2、3CaOAl2O36H2O)。水泥石本身不密实，含有大量孔隙，使腐蚀性介质容易通过孔隙进入其内部。水泥石存在的环境中有易引起腐蚀的介质。水泥石腐蚀的防止水泥石腐蚀的防止当存在腐蚀性介质时，选择合合适适的的水水泥泥品品种种，减少水泥
42、中易被腐蚀的物质(即Ca(OH)2、3CaOA12O36H2O)。提提高高水泥石的致致密密度度，降降低低水泥石的孔孔隙隙率率。通过减小水灰比，掺加外加剂，采用机械搅拌和机械振捣，可以提高水泥石的密实度。在水泥石的表表面面涂涂抹抹或铺设保保护层，隔断水泥石和外界的腐蚀性介质的接触。例如，可在水泥石表面涂抹耐腐蚀的涂料，如：水玻璃、沥青、环氧树脂等；或在水泥石的表面铺建筑陶瓷、致密的天然石材等。碳化碳化(carbonization)水泥石中的氢氢氧氧化化钙钙与空气中的二二氧氧化化碳碳和水水作用生成碳酸钙碳酸钙的过程称为碳化。Ca(OH)2 + H2O + CO2 CaCO3水泥石碱度降低，钢筋易锈
43、蚀。粉煤灰、稻壳灰电镜图片粉煤灰、稻壳灰电镜图片粉煤灰稻壳灰矿渣水泥的水化特点矿渣水泥的水化特点 二次水化二次水化：首先是水泥熟料的水化水泥熟料的水化，生成同硅酸盐水泥水化完全相同的水化产物，然后是矿渣的水化渣的水化，矿渣中的活性二氧化硅和活性三氧化二铝与熟料矿物水化产物中的氢氧化钙作用，生成水化硅酸钙和水化铝酸钙，生成的水化铝酸钙与石膏反应生成水化硫铝酸钙。 Ca(OH)2+SiO2+H2O C-S-H Ca(OH)2+Al2O3+H2O C3AH6 C3AH6+CaSO42H2O+H2O Aft铝酸盐水泥铝酸盐水泥凡以铝铝酸酸钙钙为主的铝铝酸酸盐盐水水泥泥熟熟料料，磨细制成的水硬性胶凝材料
44、称为铝酸盐水泥 ，代号CA。根据需要也可在磨制Al2O3含量大于68%的水泥时掺加适量的Al2O3粉。铝酸盐水泥(GB2012000)由铝矾土和石灰石为原料，经高温煅烧所得的以铝酸酸钙为主要成分的熟料，经磨细得到的水硬性胶凝材料。按Al2O3含量百分数将铝酸盐水泥分为四类： CA50 50% Al2O360% CA60 60% Al2O368% CA70 68% Al2O377% CA80 77% Al2O3铝酸盐水泥的矿物组成铝酸盐水泥的矿物组成矿物名称 矿物成分 简写铝酸一酸一钙(主要主要) CaOAl2O3 CA二铝酸一钙二铝酸一钙 CaO2Al2O3 CA2硅铝酸二钙硅铝酸二钙 2Ca
45、OAl2O3SiO2 C2AS七铝酸十二钙七铝酸十二钙 12CaO7Al2O3 C12A7硅酸二钙硅酸二钙 2CaOSiO2 C2S铝酸盐水泥的水化和硬化铝酸盐水泥的水化和硬化铝酸盐水泥的长期铝酸盐水泥的长期强度是强度是下降下降的的铝酸盐水泥的细度、密度铝酸盐水泥的细度、密度 细度：0.045mm筛筛余量不得大于20，或比表面积不小于300 m2/kg。密度：与硅酸盐水泥相近，为3.03.2 g/cm3。铝酸盐水泥的凝结时间铝酸盐水泥的凝结时间 水泥类型初凝时间不得大于，min终凝时间不得小于，hCA50CA70CA80306CA606018铝酸盐水泥的强度等级铝酸盐水泥的强度等级水泥类型抗压
46、强度，MPa抗折强度，MPa6h1d3d28d6h1d3d28dCA50201)40503.01)5.56.5CA602045852.55.010.0CA7030405.06.0CA8025304.05.01）当用户需要时， 生产厂应提供结果快硬硅酸盐水泥的定义快硬硅酸盐水泥的定义凡以硅酸盐水泥熟料硅酸盐水泥熟料和适量石膏石膏磨细制成的，以3天抗压强度天抗压强度表示标号的水硬性胶凝材料，称为快硬硅酸盐水泥，简称快硬水泥。 (快硬硅酸盐水泥(GB19990)快硬水泥的生产同硅酸盐水泥基本一致，只是在生产时提高提高了硅酸硅酸三钙三钙(50-60)、铝酸三钙铝酸三钙(8-15)的含量，两者的总量不少
47、于65。同时增加增加了石膏石膏的掺量(8)，提高提高了粉磨细度粉磨细度(比表面积达450m2kg)。 快硬硅酸盐水泥各龄期、各等级强度快硬硅酸盐水泥各龄期、各等级强度 (MPa)标号号抗抗压强度度抗折抗折强度度1d3d28d1d3d28d32515.032.552.53.55.07.237517.037.557.54.06.07.642519.042.562.54.56.48.0快硬硫铝酸盐水泥的定义快硬硫铝酸盐水泥的定义以适当成分的生料，经煅烧所得以无水硫铝酸钙无水硫铝酸钙和硅酸二钙硅酸二钙为主要矿物成分的水泥熟料，和石灰石灰石石、适量石膏石膏共同磨细制成的，具有早期强度高早期强度高的水硬性
48、胶凝材料。(快硬硫铝酸盐水泥、快硬铁铝酸盐水泥(JC9332003)。 快硬硫铝酸盐水泥各龄期、各等级强度快硬硫铝酸盐水泥各龄期、各等级强度 (MPa)标标号号抗抗压压强强度度抗折抗折强强度度1d3d28d1d3d28d42.533.042.545.06.06.57.052.542.052.555.06.57.07.562.550.062.565.07.07.58.072.556.072.575.07.58.08.5快硬硫铝酸盐水泥的特性及应用快硬硫铝酸盐水泥的特性及应用无水硫铝酸钙与石膏迅速反应生成钙矾石晶体和大量的铝胶。早期强度高。C2S水化的水化产物Ca(OH)2晶体和水化硅酸钙胶体不断
49、填充水泥石的孔隙。硬化后水泥石的结构致密，孔隙率小，抗渗性高，水化产物中Ca(OH)2的含量少，抗硫酸盐腐蚀能力强。主要用于配配制制早早强强、抗抗渗渗、抗抗硫硫酸酸盐盐腐腐蚀蚀的的混混凝凝土土工工程程。可用于冬季施工、浆锚、喷锚支护、节点、抢修、堵漏等工程。此外，由于硫铝酸盐的碱度低，可用于生产各种玻璃纤维制品。白色硅酸盐水泥的定义白色硅酸盐水泥的定义白色硅酸盐水泥是由氧氧化化铁铁含含量量少少的硅硅酸酸盐盐水水泥泥熟熟料料，适量的石石膏膏及标准规定的混混合合材材料料，磨细制成水硬性胶凝材料，称为白色硅酸盐水泥，简称白水泥。白水泥的生产、矿物组成、性能和硅酸盐水泥基本相同。只是氧化铁的含量是普通
50、水泥的1/10(白色硅酸盐水泥(GB/T2015-2005)。 白水泥各龄期各等级的强度值白水泥各龄期各等级的强度值(MPa)标标号号抗抗压压强强度度抗折抗折强强度度3d28d3d28d32.512.032.53.06.042.517.042.53.56.552.522.052.54.07.0道路硅酸盐水泥的定义道路硅酸盐水泥的定义由道道路路硅硅酸酸盐盐水水泥泥熟熟料料，适量石石膏膏，可加入标准规定的混混合合材材料料，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。(道路硅酸盐水泥(GB13693-2005) )道路硅酸盐水泥熟料是以硅硅酸酸钙钙为主要成分且含有较多的铁铁铝铝酸酸钙
51、钙的水泥熟料。在道路硅酸盐水泥中，熟料的化学组成和硅酸盐水泥是完全相同的，只是水泥中的铝酸三钙的含量不得大于5.0，铁铝酸四钙的含量要大于16.0。 道路水泥各龄期强度值（道路水泥各龄期强度值（MPa）水泥水泥标标号号抗抗压压强强度度抗折抗折强强度度3d28d3d28d32.516.032.53.56.542.521.042.54.07.052.526.052.55.07.5道路水泥的技术性质及应用道路水泥的技术性质及应用道路水泥抗折强度高，耐耐磨磨性性好好、干干缩缩小小、抗抗冻冻性性、抗抗冲冲击击性性、抗抗硫硫酸酸盐盐性性能能好好，可减少混凝土路面的断板、温度裂缝和磨耗，减少路面维修费用，延
52、长使用年限。适用于道路路面、机场跑道、城市人流较多的广场等工程的面层混凝土。 低热矿渣硅酸盐水泥低热矿渣硅酸盐水泥(low heat slag portland cement)以适当成分的硅硅酸酸盐盐水水泥泥熟熟料料，加入粒粒化化高高炉炉矿矿渣渣、适量石石膏膏，磨细制成的具有低低水水化化热热的水硬性胶凝材料，为低热矿渣硅酸盐水泥，简称低热矿渣水泥。其中水泥中矿渣的掺量计为20-60，允许用不超过混合材料总量50的粒化电炉磷渣或粉煤灰代替部分矿渣。铝酸三钙的含量应不超过8，游离氧化钙的含量应不超过1.2%，氧化镁的含量不宜超过5.0% 。中热硅酸盐水泥中热硅酸盐水泥(moderate heat
53、portland cement)以适当成分的硅酸盐水泥熟料硅酸盐水泥熟料，加入适量石膏石膏，磨细制成的具有中等水化热中等水化热的水硬性胶凝材料，为中热硅酸盐水泥，简称中热水泥。 铝酸三钙的含量应不超过6，硅酸三钙的含量应不超过55，游离氧化钙的含量应不超过1.0%。低热硅酸盐水泥低热硅酸盐水泥(low heat portland cement)以适当成分的硅酸盐水泥熟料硅酸盐水泥熟料，加入适量石膏石膏，磨细制成的具有低水化热低水化热的水硬性胶凝材料，为中热硅酸盐水泥，简称低热水泥。 铝酸三钙的含量应不超过6，硅酸二钙的含量应不小于40，游离氧化钙的含量不得超过1.0%。中、低热水泥各龄期强度值
54、（中、低热水泥各龄期强度值（MPa）品种品种强强度等度等级级抗抗压压强强度度抗折抗折强强度度3d7d28d3d7d28d中中热热水泥水泥42.512.022.042.53.04.56.5低低热热水泥水泥42.513.042.53.56.5低低热矿热矿渣水泥渣水泥32.512.032.53.05.5中、低热水泥各龄期的水化热上限值（中、低热水泥各龄期的水化热上限值（kJ/kg）品种品种强强度等度等级级水化水化热热3d7d中中热热水泥水泥42.5251293低低热热水泥水泥42.5230260低低热矿热矿渣水泥渣水泥32.5197230中、低热水泥的特性及应用中、低热水泥的特性及应用由于掺入混合材
55、多，故中热水泥和低热水泥成本低、水化热低，性能稳定。主要适用于要求水化热较低的大坝和大体积混凝土工程。 低热微膨胀水泥低热微膨胀水泥(low heat expansive cement)以粒化高炉矿渣粒化高炉矿渣为主要成分，加入适量硅酸盐水泥熟料硅酸盐水泥熟料(15左右)和石膏石膏(以SO3计，5左右)，共同磨细，制成的具有的低水化热低水化热和微膨胀性能微膨胀性能的水硬性胶凝材料，为低热微膨胀硅酸盐水泥，简称低热微膨胀水泥。 低热微膨胀水泥水化热较小、抗渗、耐腐蚀。适用于大体积混凝土工程，要求抗渗性较高、要求补偿收缩、抗硫酸盐侵蚀的工程中。 低热微膨胀水泥强度及水化热低热微膨胀水泥强度及水化热
56、 水泥水泥标标号号抗抗压压强强度度/MPa抗折抗折强强度度/MPa水化水化热热(kJkg-1)7d28d7d28d3d7d32517.032.54.56.517019042526.042.56.08.0185205抗硫酸盐硅酸盐水泥抗硫酸盐硅酸盐水泥(sulfate-resisting portland cement)以适当的生料烧至部分熔融，所得以硅硅酸酸钙钙为主的特定矿物组成的硅硅酸酸盐盐水水泥泥熟熟料料，加入适量石石膏膏，磨细制成的具有抵抗一定浓度硫酸根离子侵蚀的水硬性胶凝材料，称为抗硫酸盐硅酸盐水泥，简称抗硫酸盐水泥。抗硫酸盐硅酸盐水泥GB748-2005分类硅酸三钙含量/铝酸三钙含量
57、/中抗硫酸盐水泥55.05.0高抗硫酸盐水泥50.03.0膨胀水泥和自应力水泥膨胀水泥和自应力水泥 在钢筋混凝土中应用膨胀水泥，由于混凝土的膨胀使钢筋产生一定的拉应力，混凝土受到相应的压应力。根据自应力值自应力值的大小，可以将水泥分为两类，一类自应力值不小于2.0MPa时，为自应力水泥自应力水泥；另一类自应力值小于2.0MPa的为膨胀水泥膨胀水泥。自应力水泥自应力水泥 自应力水泥的膨胀值较大。常用的自应力水泥有硅酸盐自应力水泥、铝酸盐自应力水泥等。一般用于预应力钢筋混凝土、压力管及配件等。膨胀水泥膨胀水泥 膨胀水泥主要用于收缩补偿混凝土工程，防渗混凝土(屋顶防渗、水池等)，防渗砂浆，结构的加固
58、，构件接缝、接头的灌浆，固定设备的机座及地脚螺栓等。 硅酸盐膨胀水泥硅酸盐膨胀水泥硅酸盐水泥熟料为主，外加铝酸盐水泥和石膏。 铝酸盐膨胀水泥铝酸盐膨胀水泥以铝酸盐水泥为主，外加石膏。铝酸盐自应力水泥、石膏矾土膨胀水泥等。 硫铝酸盐膨胀水泥硫铝酸盐膨胀水泥以无水硫铝酸盐和硅酸二钙为主要成分，加石膏。 铁铝酸盐膨胀水泥铁铝酸盐膨胀水泥以铁相、无水硫铝酸钙和硅酸二钙为主要成分，加石膏配制而成。 砌筑水泥的定义砌筑水泥的定义凡是由一种或一种以上的水泥混合材料，加入适量硅酸盐水泥熟料和石膏，经磨细制成的工作性较好的水硬性胶凝材料，称为砌筑水泥(砌筑水泥(GB/T3183-2003)。用于工业与民用建筑的砌筑砂浆、抹面砂浆，也可用于配制道路混凝土垫层或蒸养混凝土砌块，不应用于结构混凝土。 C-S-H电镜图片电镜图片Aft和和CH电镜图片电镜图片AftCH水泥生产工艺流程图水泥生产工艺流程图水泥煅烧工艺示意图水泥煅烧工艺示意图脱水区煅烧区烧成区冷却区熟料出口冷却铁柵 排气 原料入口 自由水 粘土分解石灰岩分解 初化合物形成熔胶形成气体温度进料温度 450 oC50 oC800 oC600 oC 1200 oC1000 oC1350 oC1350 oC1550 oC1450 oCC2S初形成C3S初形成
