土木工程材料第5章 水泥教材课件.ppt

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1、第5章 水 泥,5.1 通用硅酸盐水泥 1、硅酸盐水泥的组成、水化过程、凝结硬化过程、技术性质特点及应用； 2、掺加混合料的硅酸盐水泥 5.2 特种水泥和专用水泥,主要内容,主要内容,学习目标,学习目标,熟悉硅酸盐水泥的组成； 了解其水化过程、凝结硬化过程； 掌握硅酸盐水泥的性能与特点及在施工中正确选用水泥。,水泥的定义和分类水泥是一种细磨成粉末状，加入适量水后成为可塑性的浆体，既能在空气中硬化，又能在水中硬化，并能将砂、石等材料牢固地胶结成具有一定强度的整体的水硬性胶凝材料。,用于一般土木建筑工程中的水泥，如硅酸盐水泥、矿渣硅酸盐水泥等；,具有专门用途水泥 ，如道路水泥等、砌筑水泥、大坝水泥

2、等；,某种性能比较突出的水泥，如快硬硅酸盐水泥、中、低热水泥，白色硅酸盐水泥、膨胀水泥、抗硫酸盐水泥等。,按用途和性能分类,按其化学成分类,虽然水泥品种繁多，分类方法各异，但我国水泥产量的90%左右属以硅酸盐为主要水硬性硅酸盐水泥。,5.1 通用硅酸盐水泥,5.1.1通用硅酸盐水泥的生产与组成 1.通用硅酸盐水泥的定义：是以硅酸盐水泥熟料、适量的石膏以及规定的混合材料制成的水硬性胶凝材料。,2.分类及代号： P、P、PO、PP、PSA、PSB、PF、PC。,表5-1 通用硅酸盐水泥的品种、代号和组成 （P50）,3.硅酸盐水泥的生产生产原料 主要是石灰质原料和粘土质原料两类。石灰质原料：如石灰

3、石、白垩等，主要提供CaO，粘土质原料：如粘土、粘土质页岩等，主要提供SiO2、 Al2O3、Fe2O3 。 有时两种原料化学组成不能满足要求，还要加入少量校正原料(如铁矿粉等)调整。,生产工艺概述： 硅酸盐水泥的生产工艺可概括为三个阶段：生料配制、磨细：以石灰石、粘土和铁矿粉为主要原料，将其按一定比例配制、磨细，制得具有适当化学成分、质量均匀的生料。熟料煅烧：将生料在水泥窑内经1450高温煅烧至部分熔融，得到以硅酸钙为主要成分的硅酸盐水泥熟料。水泥制成：将熟料加适量石膏和05的石灰石或粒化高炉矿渣共同磨细得到硅酸盐水泥。,硅酸盐水泥生产工艺可概括为“两磨一烧”。,石灰质原料,粘土质原料,铁矿

4、石,熟料,生料,水泥,石膏和混合材料,磨细,按比例配合,1450,煅烧,磨细,图5-1 水泥生产流程图,加入石膏是为了延缓水泥的凝结时间，满足使用要求； 加入混合材料是为了改善其品种和性能，扩大使用范围。,石膏作用,加入石膏是为了延缓水泥的凝结时间，满足使用要求； 加入混合材料是为了改善其品种和性能，扩大使用范围。,生料,SiO2,CaO,化合反应,8001450,800左右,分解反应,Al2O3,Fe2O3,2CaOSiO2,3CaOSiO2,3 CaO Al2O3,4CaOAl2O3Fe2O3,4.硅酸盐水泥熟料组成：是以硅酸盐为主要矿物成分的水硬性胶凝物质。其组成：,硅酸盐水泥熟料的矿物

5、组成,5.1.2硅酸盐水泥的水化与硬化1、硅酸盐水泥熟料矿物的水化（1）硅酸三钙水化 硅酸三钙 水化硅酸钙 氢氧化钙（2）硅酸二钙水化 硅酸二钙 水化硅酸钙 氢氧化钙,（3）铝酸三钙水化铝酸三钙 水化铝酸钙（4）铁铝酸四钙水化,铁铝酸四钙 水化铝酸钙 水化铁酸钙,各种熟料矿物的特性,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。,2、硅酸盐水泥的凝结硬化 水泥的凝结是指水泥加水拌合后从流动状态到固体状态的变化，即水泥浆失去流动性而具有一定的强度。 水泥的硬化是指凝结的水泥浆体固化后所建立的网状结构具有一定的机械强度，并不断发展的过程。 水泥的凝结硬化大致可划分为以下四个阶段：,P5

6、4图5-2为硅酸盐水泥凝结硬化过程示意图。,图5-2,水泥的硬化期可以延续至很长时间，但28天基本表现出大部分强度。 只要温度、湿度适合且无外界腐蚀，水泥强度在几年、甚至几十年后还能继续增长。 实际上，水泥的水化过程很慢，较粗水泥颗粒的内部很难完全水化。因此，硬化后的水泥石是由晶体、胶体、未完全水化颗粒、游离水及气孔等组成的不均质体。,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、影响硅酸盐水泥凝结硬化的主要因素（）矿物组成 不同矿物成分和水起反应时所表现出来的特点是不同的，如C3A水化速率最快，放热量最大而强度不高；C2S水化速率最慢，放热量最少，早期强度低，后期强度增长

7、迅速等。因此，改变水泥的矿物组成，其凝结硬化情况将产生明显变化。水泥的矿物组成是影响水泥凝结硬化的最重要的因素。,（2）水泥的细度 在矿物组成相同的条件下，水泥磨得愈细，水泥颗粒平均粒径小，比表面积大，水化时与水的接触面大，水化速度快，相应地水泥凝结硬化速度就快，早期强度就高。,（3）拌和用水量 水泥浆的水灰比是指水泥浆中水与水泥的质量之比。当水泥浆中加水较多时，水灰比较大，此时水泥的初期水化反应得以充分进行；但是水泥颗粒间原来被水隔开的距离较远，颗粒间相互连接形成骨架结构所需的凝结时间长，所以水泥浆凝结较慢。 水泥浆的水灰比较大时，多余的水分蒸发后形成的孔隙较多, 造成水泥石的强度较低，因此

8、水泥浆的水灰比过大时，会明显降低水泥石的强度。,（4）环境温度和湿度 水泥水化反应速度随温度的升高而加快。当温度低于00C时，水结冰，水泥石结构会破坏。 水的存在是水泥水化反应的必要条件。当环境湿度十分干燥时，水泥中的水分将很快蒸发，以致水泥不能充分水化，硬化也将停止；反之，水泥的水化将得以充分进行，强度正常增长。 保持环境足够的温度和湿度，使水泥石强度不断增长的措施，称为水泥的养护。,（5）龄期（养护时间） 水泥的凝结硬化是随时间延长而渐进的过程，随着养护龄期增长，水化产物不断积累，水泥石结构趋于致密，强度不断增长。所以水泥石养护时间越长，强度越高。一般在28天内强度发展最快，28天后显著减

9、慢。（6）石膏掺量 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35%，具体掺量通过试验确定。,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42.5型硅酸盐水泥，其熟料矿物组成如下： C3S： 61 ； C2S： 14C3A： 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

10、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。,5.1.3 硅酸盐水泥的技术性质,1、化学指标 （教材P56表5-4）不溶物：是指经酸、碱处理后所得的残渣，经高温灼烧所剩余的物质。不溶物对水泥质量有不良影响。型硅酸盐水泥不得超过0.75%，型不得超过1.5%。烧失量：是指水泥在950-10000C温度下15-20 min的质量减少率。型硅酸盐水泥不得超过3%，型不得超过3.5%；三氧化硫含量：三氧化硫是添加石膏时带入的成分，水泥中过量的三氧化硫会与铝酸三钙形成较多的钙矾石，造成体积膨胀，危害安定性。是不得超过3.5%；氧化镁含量：氧化镁水化速度慢，水化产物是氢氧化镁，体积膨胀，如

11、果过多，会造成水泥石的开裂。不宜超过5%；氯离子含量：氯离子会加速钢筋腐蚀，不宜超过0.06% 。,5.1.3 硅酸盐水泥的技术性质,1、物理指标 凝结时间：体积安定性：强度及强度等级细度（选择性指标）,水泥全部加入水中,开始失去可塑性,完全失去可塑性,初凝时间,终凝时间,凝结时间 水泥从加水时至水泥浆失去可塑性所需的时间。凝结时间分初凝时间和终凝时间。 初凝时间：从水泥加水至水泥浆开始失去可塑性所经历的时间； 终凝时间：从水泥加水至水泥浆完全失去可塑性所经历的时间。,标准规定：硅酸盐水泥初凝时间45min，终凝时间 390min。,水泥的体积安定性 水泥在凝结硬化过程中体积变化的均匀性，即水

12、泥硬化浆体能保持一定的形状，具有不开裂、不变形、不溃散的性质。 如果这种体积变化是轻微的均匀的，则对建筑物的质量没什么影响，但是如果混凝土硬化后，由于水泥中某些有害成分的作用，在水泥石内部产生了剧烈的、不均匀的体积变化，则会在建筑物内部产生破坏应力，导致建筑物的强度降低。 若破坏应力发展到超过建筑物的强度，则会引起建筑物开裂、崩塌等严重质量事故，这种现象称为水泥的体积安定性不良。,引起水泥体积安定性不良的原因是： 水泥中含有过多的游离CaO 和 MgO。熟料中所含游离CaO或MgO都是过烧的，结构致密，水化很慢。加之被熟料中其它成分所包裹，使得其在水泥已经硬化后才进行熟化，生成六方板状的Ca(

13、OH)2晶体，这时体积膨胀97%以上，从而导致不均匀体积膨胀，使水泥石开裂。 石膏掺量过多。 当石膏掺量过多时，在水泥硬化后，残余石膏与水化铝酸钙继续反应生成钙矾石，体积增大约1.5倍，从而导致水泥石开裂。,国标规定：通用硅酸盐水泥的体积安定性用“沸煮法”检验必须合格。,、强度与强度等级 强度是水泥技术要求中最基本的指标，它直接反映了水泥的质量水平和使用价值。 水泥的强度越高，其胶结能力也越大。硅酸盐水泥的强度主要取决于熟料的矿物组成和水泥的细度，此外还与水灰比、试验方法、试验条件、养护龄期等因素有关。,水泥强度等级： 按规定龄期抗压强度和抗折强度来划分，分为42.5、42.5R、52.5、5

14、2.5R、62.5、62.5R六个强度等级。硅酸盐水泥各龄期强度不低于下表。 为提高水泥早期强度，我国现行标准将水泥分为普通型和早强型（或称R型）两个型号。早强型水泥3d的抗压强度较同强度等级的普通型强度提高10%24%；早强型水泥的3d抗压强度可达28d抗压强度的50%。,硅酸盐水泥强度标准（GB1752007）（P58表5-5）,水泥混凝土路面用水泥，在供应条件允许时，应尽量优先选用早强型水泥，以缩短混凝土养护时间，提早通车。,细度指水泥颗粒的粗细程度。一般情况下，水泥颗粒越细，其总表面积越大，与水反应时接触的面积也越大，水化反应速度就越快，所以相同矿物组成的水泥，细度越大，凝结硬化速度越

15、快，早期强度越高。但是水泥颗粒太细，在空气中硬化收缩较大，会使混凝土发生裂缝的可能性增加，此外，水泥颗粒磨细成本提高会导致生产成本提高。 一般认为，水泥颗粒粒径小于40m时才具有较大的活性。 国标规定，水泥细度用筛析法和比表面积法来衡量，现行国标规定：硅酸盐水泥的细度比表面积大于300/，其余品种水泥在80m方孔筛上筛余量不大于10%。,、细度,3、碱含量 水泥中的碱含量按Na2O+0.658K2O计算值来表示。若使用活性骨料，要求提供低碱水泥时，水泥中碱含量不得大于0.6%或由供需双方商定。 当混凝土骨料中含有活性二氧化硅时，会与水泥中的碱相互作用形成碱的硅酸盐凝胶，由于后者体积膨胀会引起混

16、凝土开裂，造成结构破坏，这种现象称为“碱-骨料反应”。是影响混凝土耐久性的一个重要因素。,硅酸盐水泥的技术标准 按我国现行国标硅酸盐水泥、普通硅酸盐水泥(GB175-2007)规定： 硅酸盐水泥的技术标准 注：1、如水泥经压蒸安定性试验合格，MgO则允许放宽到6.0； 2、水泥中碱含量按Na2O+0.658K2O计算值表示。若使用活性骨料， 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。,我国现行国家标准（GB175-2007）规定：合格品：不溶物、烧失量、三氧化硫、氧化镁、氯离子、凝结时间、安定性、强度符合标准规定的，为合格品；不合格品：不溶物、烧失量、三氧化硫、氧

17、化镁、氯离子、凝结时间、安定性、强度中的任何一项技术要求不符合标准规定的，为不合格品。,5.1.4 硅酸盐水泥的特性与应用（1）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（如现浇砼、冬季施工、预制等工程），高强度混凝土工程（如预应力钢筋混凝土，大坝溢流面部位混凝土）。（2）抗冻性好。适用于抗冻性要求高（严寒地区反复冻融作用的砼）工程。（3）水化热高。水泥熟料中C3S、C3A含量高，因此水化速度快，放热量大，适于冬季施工，但不宜用于大体积混凝土工程。（4）耐腐蚀性差。因水化后氢氧化钙和水化铝酸钙的含量较多。不宜用于流动的淡水接触及有水压作用的工程，也不适用于受海水、矿物水等作用的工程

18、。,（5）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，对钢筋的保护作用较强。适用于空气中二氧化碳浓度高的环境。（6）耐热性差。水泥石中的水化产物在高温下易分解，水泥石结构几乎完全破坏，所以不适用于耐热、耐高温要求的混凝土工程。（7）耐磨性好。适用于高速公路、道路和地面工程。 （8）干缩小。硅酸盐水泥硬化时干燥收缩小，不易产生干缩裂纹，因此适用于干燥环境。,5.1.5 硅酸盐水泥石的腐蚀与防止 硅酸盐水泥硬化后形成的水泥石，在正常环境条件下将继续硬化，强度不断增长。但在某些腐蚀性液体或气体的长期作用下，水泥石就会受到不同程度的腐蚀，严重时会使水泥石强度明显降低甚至完全破坏，这种

19、现象称为水泥石的腐蚀。,1、水泥石腐蚀的类型1）软水侵蚀（溶出性侵蚀） 水泥石中绝大部分成分是不溶于水的，其中氢氧化钙溶解度也很低，在一般水中，氢氧化钙和碳酸氢盐反应，生成碳酸钙，覆盖在水泥石的表面，对水泥石有保护作用；但在软水中，水泥石中的氢氧化钙会不断被溶出，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度更快。,2）盐类腐蚀硫酸盐的腐蚀（膨胀性侵蚀） 当环境中含有硫酸盐的水渗入到水泥石结构中时，会与水泥石中的氢氧化钙反应生成硫酸钙，硫酸钙再

20、与水泥石中的水化铝酸钙反应生成钙矾石，产生1.5倍的体积膨胀，这种膨胀必然导致脆性水泥石结构的开裂，甚至崩溃。由于钙矾石为微观针状晶体，人们常称其为水泥杆菌。 4CaOAl2O312H2O +3CaSO4 +20H2O =3CaOAl2O33CaSO431H2O +Ca(OH)2,镁盐的腐蚀 海水及地下水中，常含有大量的镁盐，主要是硫酸镁和氯化镁。它们与水泥石中的氢氧化钙起复分解反应： MgSO4+Ca(OH)2+2H2O=CaSO42H2O+Mg(OH)2 MgCl2 + Ca(OH)2+2H2O=+Mg(OH)2 反应生成的Mg(OH)2的松软而无胶凝能力，CaCl2易溶于水，CaSO42

21、H2O则引起硫酸盐腐蚀作用，硫酸镁对水泥石起镁盐和硫酸盐的双重腐蚀作用。,一般酸的腐蚀 工程结构处于各种酸性介质中时，酸性介质易与水泥石中的氢氧化钙反应，其反应产物可能溶于水中而流失，或发生体积膨胀造成结构物的局部被胀裂，破坏了水泥石的结构。其基本化学反应式为： 2HCl + Ca(OH)2=CaCl2 +2H2O H2SO4 + Ca(OH)2=CaSO42H2O 酸的浓度越大，腐蚀作用越强。,3）酸类腐蚀,碳酸的腐蚀 雨水及地下水中常溶有较多的二氧化碳，形成了碳酸。碳酸水先与水泥石中的氢氧化钙反应，中和后使水泥石碳化，形成了碳酸钙，碳酸钙再与碳酸反应生成可溶性的碳酸氢钙，并随水流失，从而破

22、坏了水泥石的结构。其腐蚀反应过程为： Ca(OH)2+CO2+H2OCaCO3+2H2O CaCO3+CO2+H2OCa(HCO3)2,碱类溶液如浓度不大时一般是无害的，但铝酸盐含量较高的硅酸盐水泥遇到强碱（如氢氧化钠）作用后也会破坏。氢氧化钠与水泥熟料中未水化的铝酸盐作用，生成易溶于水的铝酸钠： 3CaOAl2O3+6NaOH=3Na2OAl2O3+3Ca(OH)2 当水泥石被氢氧化钠浸透后又在空气中干燥，与空气中的二氧化碳作用生成碳酸钠，碳酸钠在水泥石毛细孔中结晶沉积，会使水泥石胀裂。 2NaOH+CO2=Na2CO3 +H2O,3）强碱的腐蚀,2、水泥石腐蚀的基本原因（1）内因：水泥石中

23、存在有引起腐蚀的组成成分氢氧化钙和水化铝酸钙；水泥石本身不密实，有很多毛细孔通道，侵蚀性介质易进入其内部； （2）外因 ：外界存在腐蚀性介质和条件。,3、水泥石腐蚀的防止（1）根据环境特点，合理选择水泥品种。 如处于软水环境的工程，常选用掺混合材料的矿渣水泥、火山灰水泥或粉煤灰水泥，因为这些水泥的水泥石中氢氧化钙含量低，对软水侵蚀的抵抗能力强。（2）提高水泥石的致密度，降低水泥石的孔隙率。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。,（3）在水泥石的表面涂抹或铺设保护层，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、

24、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。,5.1.6硅酸盐水泥的储存与运输（1）硅酸盐水泥在储存和运输过程中，应按不同品种、不同强度等级及出厂日期分别储运，不得混杂。（2）要注意防潮、防水。 （3）水泥的有效储存期是3个月。一般水泥在储存3个月后，强度降低约1020，6个月后降低1530。存放超过6个月的水泥必须经过检验后才能使用。,5.1.7 掺混合材料的硅酸盐水泥 为改善硅酸盐水泥的某些性能，同时达到增加产量和降低成本的目的，在硅酸盐水泥熟料中，掺入一定数量的混合材料和适量石膏共同磨细的水硬性胶凝材料，称为掺混合材料的硅酸盐水泥。可分为普通硅酸盐水泥、矿渣硅酸盐水泥、火山

25、灰质硅酸盐水泥、粉煤灰硅酸盐水泥及复合硅酸盐水泥。,表5-1 通用硅酸盐水泥的品种、代号和组成 （P50）,（一）混合材料 1）非活性混合材料 概念：在常温下，加水拌和后不能与水泥、石灰或石膏发生化学反应的混合材料，又称填充性混合材料。 作用：提高水泥产量，降低生产成本，降低强度等级，减少水化热，改善耐腐蚀性和和易性等。 代表材料：石英砂、石灰石、粘土等。,2）活性混合材料 常温下，加水拌和后能与水泥、石灰或石膏发生化学反应，生成具有一定能够水硬性的胶凝产物的混合材料。,代表材料：粒化高炉矿渣、火山灰质混合材料和粉煤灰。,粒化高炉矿渣 粒化高炉矿渣是炼铁高炉的熔融矿渣经急速冷却而成的松软颗粒，

26、其粒径一般为0.55mm。矿渣经水淬的原因，就是要使之形成无定形的玻璃体，具有热力学不稳定性，因此具有活性。,火山灰质混合材料 凡是天然或人工的以氧化硅、氧化铝为主要成分，具有火山灰性的矿物材料，称为火山灰质混合材料。如火山灰、凝灰岩、煤矸石渣等。粉煤灰 是以煤粉为燃料的火力发电厂从其锅炉烟气中收集下来的粉末，又称飞灰。粉煤灰中含有较多的活性SiO2、Al2O3，具有较高的活性。,（二）掺加混合材料硅酸盐水泥的水化反应（1）一次水化反应首先是水泥熟料水化，生成较多的水化硅酸钙、水化铝酸钙和氢氧化钙等水化产物。（2）二次水化反应水化生成的Ca(OH)2 再与活性混合材料中的活性组分发生二次水化反

27、应生成相应的水化产物。,（三）普通硅酸盐水泥 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PO。 水泥中混合材料掺量按质量百分比计，掺活性混合材料时，最大掺量不得超过15%，其中允许用不超过水泥质量5的窑灰或不超过水泥质量10%的非活性混合材料来代替。,普通硅酸盐水泥强度等级分为42.5、42.5R、52.5、52.5R四个强度等级。普通硅酸盐水泥强度标准（GB1752007）（P58表5-5）,由于混合材料的掺量较少，所以普通硅酸盐水泥的性质与硅酸盐水泥基本相同，略有差异，主要表现为：1.早期强度略低；2.耐腐蚀性略有提高

28、；3.耐热性稍好；4.水化热略低；5.抗冻性、耐磨性、抗碳化性略有降低。,（四）矿渣硅酸盐水泥、火山灰质硅酸盐水泥及粉煤灰硅酸盐水泥 1）矿渣硅酸盐水泥：简称矿渣水泥，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，代号PS。 水泥中粒化高炉矿渣掺加量按质量百分比计为20%70%，并分为A型和B型。 A型矿渣掺量20%且50%，代号PSA；B型矿渣掺量50%且70%，代号PSB。,2）火山灰质硅酸盐水泥：简称火山灰水泥，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，代号PP。 水泥中火山灰质混合材料掺加量按质量百分比计为2050；,3）粉煤灰硅酸盐水

29、泥：简称粉煤灰水泥，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，代号PF。 水泥中粉煤灰掺加量按质量百分比计为2040。,这三种水泥强度等级分为32.5、32.5R、42.5、42.5R、52.5、52.5R六个强度等级。矿渣水泥、火山灰水泥及粉煤灰水泥的强度标准(GB13442007)（P58表5-5）,三种水泥的共性（P59）（1）凝结硬化慢，早期强度低，后期强度增长快；（2）对温度敏感，适合高温湿热养护；（3）抗软水、海水和硫酸盐腐蚀的能力较强；适用于有硫酸盐、镁盐、软水等侵蚀作用的环境。如水工、海港、码头等砼工程；（4）水化放热量小，适合大体积混凝土工程；（5）抗冻性

30、较差，不适于严寒地区；（6）抗碳化能力差，不适于二氧化碳浓度高的工业厂房。,复习思考题4、在下列不同条件下，宜选择什么品种的水泥？（1）现浇楼梁、板、柱：宜选择硅酸盐水泥、普通硅酸盐水泥，因为该混凝土对早期强度有一定的要求；（2）采用蒸汽养护的预制构件：宜选用矿渣硅酸盐水泥、火山硅酸盐水泥、粉煤灰硅酸盐水泥及复合硅酸盐水泥，因为这几种水泥适宜蒸汽养护，不仅能提高其早期强度，而且使后期强度也得到提高；（3）紧急抢修的工程：宜选用快硬硅酸盐水泥、快硬硫铝酸盐水泥，因为要求早期凝结硬化快；,（4）大体积混凝土坝、大型设备基础：宜选用矿渣硅酸盐水泥、火山硅酸盐水泥、粉煤灰硅酸盐水泥及复合硅酸盐水泥，因

31、为这几种水泥水化热低；（5）混凝土路面：宜选用道路水泥、硅酸盐水泥及普通硅酸盐水泥，因为这几种水泥的早期强度高，干缩性小，耐磨性好，抗冲击能力强；（6）高炉基础：宜选用矿渣水泥，因为该水泥耐热性好。,三种水泥的特性（1）矿渣水泥： 耐热性较好，可用于温度不高于200的混凝土工程；如轧钢、铸造、锻造、热处理等高温车间及热工窑炉基础，也可用于温度高达300-400的热气体通道等耐热工程。保水性差，易产生泌水，抗渗性差，干缩性大，不宜用于有抗渗要求的混凝土工程中。,（2）火山灰水泥： 细微孔隙多，保水性好，泌水性低，水化形成的水化硅酸钙凝胶多，结构致密，具有较高的抗渗性和耐水性，可用于有抗渗要求的混

32、凝土工程。当干燥收缩显著，水化停止后的凝胶易脱水收缩，影响强度和耐久性，需加强养护，保持湿润，不宜用于干热环境中。,（3）粉煤灰水泥： 干缩性小，抗裂性好，和易性好。但吸水性差，水泥易泌水，形成较多连通孔隙，干燥时易产生细微裂缝，抗渗性差，不宜用于干燥环境和抗渗要求高的工程。,（五）复合硅酸盐水泥 凡由硅酸盐水泥熟料、两种或两种以上规定的混合材料、适量石膏磨细制成的水硬性胶凝材料，称为复合硅酸盐水泥(简称复合水泥)，代号PC。 水泥中混合材料总掺加量按质量百分比应大于15，不超过50。允许用不超过8的窑灰代替部分混合材料；掺矿渣时混合材料掺量不得与矿渣硅酸盐水泥重复。 复合硅酸盐水泥强度等级分

33、为32.5、32.5R、42.5、42.5R、52.5、52.5R六个强度等级。,复合硅酸盐水泥的强度要求(GB129581999),复合硅酸盐水泥早期强度接近于普通水泥，性能略优于其他掺加混合材料的水泥，适用范围较广。掺加的两种或两种以上的混合材料，有利于发挥各种材料的优点，为充分利用混合材料生产水泥，扩大水泥应用范围，提供了广阔的途径。,5.3 硅酸盐系特种水泥(一) 白色硅酸盐水泥、彩色硅酸盐水泥 白色硅酸盐水泥的组成、性质与硅酸盐水泥基本相同，所不同的是在配料和生产过程中严格控制着色氧化物（氧化铁Fe2O3、氧化锰MnO、氧化铬Cr2O3、氧化钛TiO2等）的含量，因而具有白色。代号为

34、P.W。 白色硅酸盐水泥细度要求为80m方孔筛筛余量不超过10%，初凝时间不少于45min，终凝时间不迟于10h，三氧化硫含量不得超过3.5%。,彩色硅酸盐水泥简称彩色水泥。它是用白水泥熟料，适量石膏和耐碱矿物颜料共同磨细而制成的。也可以在白水泥生料中加入适当金属氧化物作着色剂，在一定燃烧气氛中直接烧成彩色水泥熟料。常用的有氧化铁（红、黄、褐、黑色）、氧化锰（褐、黑色）、氧化铬（绿色）、群青（蓝色）、赭石（赭色）等。深色调的彩色水泥可在普通硅酸盐水泥中掺入适当颜料而制得。 白水泥和彩色水泥广泛地应用于建筑装修中。如制作彩色水磨石、饰面砖、锦砖、玻璃马赛克以及制作水刷石、斩假石、水泥花砖等。,（

35、二）快硬硅酸盐水泥 由硅酸盐水泥熟料和适量石膏磨细制成，以3d抗压强度表示强度等级的水硬性胶凝材料称为快硬硅酸盐水泥（简称快硬水泥）。 快硬硅酸盐水泥的生产与普通水泥相似，主要是提高熟料中的快硬高强成分C3S和C3A的含量并适当的多掺加石膏，但要求严格的生产工艺条件，原料有害杂质要少，生料均匀性要好，熟料冷却速率要高。,快硬硅酸盐水泥凝结硬化快，早期强度高，后期强度也高，抗冻性及抗渗性强，水化放热量大，耐腐蚀性差。适用于要求早期强度高的工程，紧急抢修工程，冬期施工工程以及制作预应力钢筋混凝土或高强混凝土预制构件。不适用于大体积混凝土工程及与腐蚀介质接触的混凝土工程。,（三）道路水泥 随着我国高

36、等级道路的迅速发展，水泥混凝土路面已成为主要路面类型之一。道路硅酸盐水泥是专供公路、城市道路和机场道面用的一种水泥。 以适当成分生料烧至部分熔融，得到以硅酸钙为主要成分和较多量的铁铝酸四钙的硅酸盐水泥熟料，加010活性混合材料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）。代号为P.R。,矿物组成：高铁（铁铝酸四钙16%）低铝（铝酸三钙5%）特性与应用：道路硅酸盐水泥强度高，特别是抗折强度高，耐磨性好，干缩小，抗冲击性好，抗冻性好，抗硫酸盐腐蚀性能好。适用于道路路面、机场跑道道面、城市广场等工程。 技术指标：氧化镁含量不得超过5%；三氧化硫不得超过3.5%；烧失量不得大

37、于3%；碱含量不得大于0.6%或双方协商；比表面积为300-450/kg；初凝不早于1.5h，终凝不迟于10h。,表4-12 道路水泥各龄期强度表,（四）膨胀水泥 硬化过程中不产生收缩而具有一定膨胀性能的水泥。按膨胀值的大小，膨胀水泥可分为补偿收缩水泥和自应力水泥两大类。 补偿收缩水泥膨胀率较小，因此又叫做无收缩水泥，这种水泥可防止混凝土产生收缩裂缝；自应力水泥的膨胀值较大这种靠水泥自身水化产生膨胀来张拉钢筋达到的预应力称为自应力。 在路桥工程中，膨胀水泥常用于水泥混凝土路面、机场道面或桥梁结构中修补混凝土。,使水泥产生膨胀的三种途径：（1）氧化钙生成的氢氧化钙；（2）氧化镁生成的氢氧化镁；（

38、3）铝酸盐矿物生成的钙矾石。 前两种反应不易控制，一般多采用以钙矾石为膨胀组分生产各种膨胀水泥。 常用的硅酸盐系膨胀水泥是明矾石膨胀水泥（标准代号为JC/T 311-1997）、低热微膨胀水泥（标准代号为GB 2938-1997）和自应力硅酸盐水泥（标准代号为JC/T 218-1995）。,1、明矾石膨胀水泥 以一定比例的硅酸盐水泥熟料、天然明矾石、无水石膏和矿渣（或粉煤灰）共同粉磨制成。矿渣作为膨胀稳定剂，明矾石作为铝质原料，其含量要求Al2O316%，SiO215%，在Ca(OH)2和硫酸盐激发下水化形成钙矾石，产生适度膨胀。 膨胀值要求：水中养护净浆自由膨胀时线膨胀率1d0.15%，28

39、d0.35%，但不得大于1.2%。,明矾石膨胀水泥适用于收缩补偿混凝土结构、防渗混凝土、补强和防渗抹面工程，接缝和接头，设备底座和地脚螺栓固结等。,2、低热微膨胀水泥 凡以粒化高炉矿渣为主要组分，加入适量硅酸盐水泥熟料和石膏，磨细制成的具有低水化热和微膨胀性能的水硬性胶凝材料，称为低热微膨胀水泥，代号为LHEC。 水泥净浆试体水中养护至各龄期的 线膨胀率要求：1d0.05%， 7d0.1% ，28d 不得大于0.6%。 低热微膨胀水泥主要用于要求低水化热和要求补偿收缩的混凝土、大体积混凝土工程，也可用于要求抗渗和抗硫酸盐腐蚀的工程。,3、自应力硅酸盐水泥 以适当比例的硅酸盐水泥或普通硅酸盐水泥

40、、高铝水泥和天然二水石膏磨制而成的膨胀性的水硬性胶凝材料。 其中，硅酸盐水泥或普通硅酸盐水泥强度等级不低于42.5，高铝水泥强度不低于425。 自应力水泥的自应力值指水泥水化硬化后体积膨胀能使砂浆或混凝土在限制条件下产生可资应用的化学预应力，通过测定水泥砂浆的限制膨胀率计算得到。,要求28d自由膨胀率不得大于3%，膨胀稳定期不得迟于28d，按自应力值的大小分为S1、S2、S3、S4四个能级。自应力硅酸盐水泥适用于制造自应力钢筋混凝土压力管及其配件，制造一般口径和压力的自应力水管和城市煤气管。,表4-15 自应力硅酸盐水泥的能级,（五）低水化热硅酸盐水泥 低水化热硅酸盐水泥原称大坝水泥，适用于要

41、求水化热较低的大体积混凝土，如大坝、大体积建筑物和厚大基础等工程中，可以克服因水化热引起的温差应力而导致混凝土的破坏。 主要有中热水泥（P.MH）、低热水泥(P.LH)和低热矿渣水泥(P.SLH)三个品种。 中热水泥主要适用于大坝溢流面的面层和水位变动区等要求较高耐磨性和抗冻性的工程；低热水泥和低热矿渣水泥主要适用于大坝或大体积混凝土及水下等要求低水化热的工程。,（六） 抗硫酸盐硅酸盐水泥 在以硅酸钙为主要矿物成分的水泥熟料中，加入适量石膏磨细制成的具有一定抗硫酸盐侵蚀性能的水硬性胶凝材料，称为抗硫酸盐硅酸盐水泥，简称抗硫酸盐水泥。 分为中抗硫酸盐硅酸盐水泥（P.MSR）和高抗硫酸盐硅酸盐水泥

42、（P.HSR）两大类。,水泥石中的Ca(OH)2和水化铝酸钙是硫酸盐腐蚀的内在原因，水泥的抗硫酸盐性能就决定于水泥熟矿料中这些成分的相对含量。 减低熟料中3和3的含量，相应增加耐腐蚀性较好的2替代3，增加4F替代3，使水泥的水化热较低，抗硫酸盐能力较强。 抗硫酸盐水泥除了具有较高的抗腐蚀性能外，还具有较高的抗冻性，主要适应于受硫酸盐腐蚀、冻融循环及干湿交替作用的海港、水利、地下、隧涵、道路和桥梁基础工程。,（七）砌筑水泥 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能较好的水硬性胶凝材料，称为砌筑水泥，代号为M。 砌筑水泥用混合材料可以采用矿渣、粉煤灰、

43、煤矸石、沸腾炉渣和沸石等，掺加量应大于50%，允许掺入适量石灰石或窑灰。初凝不早于60min，终凝不迟于12h。 适用于砖、石、砌块等砌体的砌筑砂浆和内墙抹面砂浆及基础垫层；允许用于生产砌块及瓦等制品。但不得用于钢筋混凝土，作其他用途必须通过试验来确定。,（）初始反应期：水泥与水接触后立即发生水化反应，形成相应的水化产物。一方面使水泥浆中起润滑作用的自由水分逐渐减少；另一方面，水化产物（水化硅酸钙胶体、水化硫铝酸钙、氢氧化钙、水化铝酸钙等）在溶液中很快达饱和或过饱和状态而不断析出。,（）诱导期：在初始反应期后，水泥微粒表面覆盖一层以水化硅酸钙（） 凝胶为主的渗透膜，使水化反应缓慢进行。这期间生成的水化产物数量不多，水泥颗粒仍然分散，水泥浆体基本保持塑性。,（）凝结期：随着时间的推移，水泥微粒进一步水化，水泥颗粒表面的新生水化物厚度逐渐增大，使水泥浆中固体颗粒间的间距逐渐减小，越来越多的颗粒相互连接，凝结成多孔的空间网络，形成了凝聚结构。这种结构不具有强度，但随着接触点的增多，结构趋向密实，使水泥浆体逐渐失去塑性，表现为水泥的初凝。,（）硬化期：水泥继续水化，水化生成物以凝胶与结晶状态进一步填充孔隙，颗粒间的接触点数目增加，结晶体和凝胶体互相贯穿形成网状结构不断加强。水泥浆体逐渐产生强度，这时表现为水泥的终凝，并开始进入硬化阶段。,