土木工程材料第三章水泥

1、土木工程材料,第三章 水泥,按化学成分分类：硅酸盐系水泥、铝酸盐系水泥、 硫铝酸盐系水泥、铁铝酸盐系水泥等。,水泥：呈粉末状，与水混合后经过一系列物理化学 过程，能够在空气中或水中凝结硬化，而由可塑性 浆体逐渐变成坚硬的石状体，并可将砂石等散粒状 材料胶结为整体，属于水硬性胶凝材料。,按应用范围分类：通用(常用)水泥、专用水泥、 特性水泥等。,水泥中的主要矿物,硅酸盐系水泥,铝酸盐系水泥,硫铝酸盐系水泥,磷酸盐系水泥,硫铝酸钙,硅酸钙,铝 酸 钙,磷 酸 钙, 镁,水泥是以水化活性矿物为主要成分的水硬性胶凝材料。,普通硅酸盐水泥,火山灰质硅酸盐水泥,矿渣硅酸盐水泥,硅酸盐水泥（P.I、P.II

2、）,常用水泥,粉煤灰硅酸盐水泥,复合硅酸盐水泥,硅酸盐水泥熟料石膏, ,520%混合材,普通(硅酸盐)水泥,2070%矿 渣,矿渣硅酸盐水泥,2040%火山灰,火山灰硅酸盐水泥,2040%粉煤灰,粉煤灰硅酸盐水泥,2050%两种混合材,复合硅酸盐水泥,(PI),(PII),3.1硅酸盐水泥,(PSA): (20,50 (PSB): (50,70,PO,PP,PF,PC,GB175-2007通用硅酸盐水泥,快硬硅酸盐水泥,膨胀水泥,白色及彩色硅酸盐水泥,高铝水泥,专用水泥,砌筑水泥、道路水泥等,熟悉：水泥的凝结硬化过程、运输、保管 。,掌握：硅酸盐水泥的技术性质和应用。,了解：其他品种水泥的性质

3、和应用。,本章教学目标,第一节 硅酸盐水泥,水泥,3.1硅酸盐水泥,定义： 由硅酸盐水泥熟料、05%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。 种类： 型硅酸盐水泥(P)不掺混合材料 型硅酸盐水泥(P)掺5%混合材料,3.1硅酸盐水泥,一、硅酸盐水泥的生产工艺,原 料： 硅质：粘土，(SiO2、Al2O3)， 占1/3 钙质：石灰石、白垩等，(CaO)，占2/3 调节原料：铁矿与砂，调节与补充Fe2O3 与SiO2 制造工艺： 原料经粉磨混合后得到水泥生料 生料经窑内煅烧得到水泥熟料 水泥熟料石膏(或再混合材）一起经粉磨混合后得到水泥,“两磨一烧”,水泥生料可以是： 与水混合成浆

4、体湿法工艺 加少量水制成料球半干法工艺 加稍多水制成湿球半湿法工艺 干粉混合物干法工艺,3.1硅酸盐水泥,硅质原料 (粘土),钙 质原料 (石灰石),1450,铁矿粉,石膏,石膏,水 泥,生 料,熟 料,混合材,磨 粉,煅 烧,磨 粉,硅酸盐水泥熟料制造工艺流程,3.1硅酸盐水泥,生料的制备、熟料的烧成、成品的磨制,“两磨一烧”,二、硅酸盐水泥的基本组成及其特性,水泥是由下列物质混合组成的水泥 硅酸盐水泥熟料 石膏(CaSO42H2O) 混合材料(矿渣或石灰石粉末) 各物质的作用 熟料：主要胶凝物质，能水化硬化； 石膏：调节水泥的凝结时间； 混合材料：改善水泥的性能、调节水泥的强度等级；,必要

5、组分,3.1硅酸盐水泥,化学组成： 主要成分：CaO(=C)，SiO2(=S)， Al2O3(=A)， Fe2O3(=F) 少量杂质：MgO、K2O、Na2O、SO3、P2O5等。 矿物组成： 硅酸盐水泥熟料主要含有四种矿物：,1. 熟料基本组成与特性,3.1硅酸盐水泥,其他成分（有害成分）： 游离氧化钙(f-CaO)：煅烧过程中未能化合而残存下来的呈游离态CaO。如果含量过高，则由于其滞后的水化并产生结晶膨胀而导致水泥石开裂，甚至结构崩溃。含量严格控制在1%2%以下。 游离氧化镁(f-MgO)：是原料中带入的杂质，含量多时也会使水泥在硬化过程中产生体积不均匀变化，导致结构破坏。含量不得超过5

6、.0%，否则任何工程中不得使用。 三氧化硫(SO3)：它可能是掺入石膏过多或其他原料中所带来的硫酸盐。含量不得超过3.5%，否则不得在工程中使用。 含碱矿物：含有Na2O或K2O及其盐类的物质，含量较高时，容易与某些碱活性材料产生局部膨胀反应而造成结构破坏。,1. 熟料基本组成与特性,3.1硅酸盐水泥,水泥颗粒的结构,水泥颗粒宏观形貌,水泥熟料颗粒细观形貌,水泥熟料矿物微观结构,3.1硅酸盐水泥,水泥熟料主要矿物的特性,3.1硅酸盐水泥,硅酸三钙(C3S)遇水后能够很快与水产生水化反应，并产生较多的水化热。它对促进水泥的凝结硬化，特别是对水泥天内的早期强度以及后期强度都起主要作用。,硅酸二钙(

7、C2S)遇水后反应较慢，水化热也较低。它不影响水泥的凝结，对水泥的后期强度起主要作用。,特性总结,铝酸三钙(C3)，遇水后反应极快，产生的热量最大而且很集中。对水泥的凝结起主导作用，但其水化产物强度较低，主要对水泥的早期强度有所贡献。,铁铝酸四钙(C3F)，遇水时水化反应也很快，水化热中等，水化产物的强度不高，对水泥石的抗压强度贡献不大，主要对抗折强度贡献较大。,实 例 快硬水泥：3d抗压强度高，熟料中C3A、C3S含量高。 适用于紧急抢修工程、军事工程、冬季施工工程。 道路水泥：抗折强度高，耐磨、抗冲击、抗冻和抗硫酸性好、 干缩性小。 C4AF、C2S含量高。 适用于道路路面、机场道面、城市

8、广场等工程。,大坝水泥：简称中热水泥 低热矿渣水泥：加入矿渣,适用于大坝工程、大型构筑物、大型房屋的基础等大体积工程。,水化放热较低， C2S含量高， C3A含量低,2. 石膏,作用： 石膏主要降低C3A的水化速度，调节凝结时间； 可提高早期强度，降低干缩变形，改善耐久性等性能；,3.1硅酸盐水泥,掺量： 石膏的适宜掺量是决定水泥凝结时间的关键。 石膏的掺量以水泥中SO3含量作为控制指标 当SO3掺量小于1.3%时，石膏掺量过小，水泥会产生速凝；进一步增加SO3含量时，石膏才会出现明显的缓凝作用；但SO3掺量超过2.5%时，凝结时间增长很少。,1）活性混合材料 2）非活性混合材料,3. 混合材

9、料,1）活性混合材料,系指具有火山灰性或潜在水硬性的混合料。,炼钢厂冶炼生铁时的副产品。 主要成分：CaO、Al2O3、SiO2。 具有较高的化学潜能，但稳定性差。,粒化高炉矿渣 山灰质混合材料 粉煤灰,火力发电厂煤粉燃料排出的细颗粒废渣。 主要成分：较多的SiO2、Al2O3和少量的CaO 具有较高的活性。,天然的 人工的,主要成分：Al2O3、SiO2。 本身不硬化，+石灰+水起胶凝作用。,2）非活性混合材料,定义： 在水泥中主要起填充作用，本身不具有 （或具有微弱的）潜在的水硬性或火山灰性。 目的： 调节水泥强度，增加水泥产量，降低水化热。 常用种类：磨细的石灰石、石英岩、粘土、慢冷矿渣

10、、 高硅质炉灰等。,五大品种硅酸盐水泥,硅酸盐水泥 普通硅酸盐水泥 矿渣硅酸盐水泥 火山灰硅酸盐水泥 粉煤灰硅酸盐水泥,不掺混合材+少量混合材（水泥量5%）,硅酸盐水泥熟料 + 适量石膏,+多量混合材,P,P,+少量混合材 （水泥量5%20%）,PO,粒化高炉矿渣,PP,PF,PS,火山灰,粉煤灰,水泥与水拌合后，其颗粒表面的熟料矿物会立即与水发生化学反应，各组分开始溶解，形成水化物，并放出一定热量，之后，随着水化物的结晶与沉淀，也是固相体积逐渐增加。,1、硅酸盐水泥的水化,3.1硅酸盐水泥,三、硅酸盐水泥的水化、凝结硬化,水 化 反应,水化速度快,长纤维状,短纤维状,六方板结晶,缓凝机理：,

11、同上,针状结晶,立方板状结晶,2、硅酸盐水泥的凝结硬化,凝结：水泥与水混合形成可塑浆体，随着时间推移、可 塑性下降，但还不具备强度，此过程即为“凝结”。,硬化：随后浆体失去可塑性，强度逐渐增长，形成坚硬 固体，这个过程即为“硬化”。,水泥浆体转变成坚硬固体的过程是一个复杂的物理 化学变化过程。,3.1硅酸盐水泥,单一水泥颗粒在大量水中的水化过程模型,3.1硅酸盐水泥,水泥颗粒,水泥浆的凝结硬化过程,水,水泥颗粒分散在水中形成水泥浆体,水泥水化物膜层,水泥颗粒的水化从表面开始，在表面形成水化物膜层诱导期,水化物膜层随水化时间向内不断增厚，进入潜伏期。,水化物膜层随水化时间向内不断增厚，水泥颗粒粒

12、径缩小,在渗透压的作用下，膜层破裂、扩展，占据原来被水占据的空间，进入凝结期。,凝结期：水化物不断填充被水占据的空间，成为连续相，拌和水不断减少，并被水化物分割成非连续相。,随着水泥颗粒的不断水化，水化物不断填充毛细孔和水所占据的空间，固体相成为连续相，并具有一定强度。进入硬化期。,3.1硅酸盐水泥,先在固液界面发生，水化物围绕每颗水泥颗粒未水化的内核区域沉积； 早期水化物在颗粒上形成表面膜层，阻碍了进一步反应进入潜伏期； 因渗透压或Ca(OH)2的结晶或二者，水化物膜层破裂，导致水化继续迅速进行进入水化的加速期； 随着水化的不断进行，水占据的空间越来越少，水化物越来越多，水化物颗粒逐渐接近，

13、构成较疏松的空间网状结构，水泥浆失去流动性，可塑性降低凝结； 由于水泥内核的继续水化，水化物不断填充结构网中的毛细孔隙，使之越来越致密，空隙越来越少，水化物颗粒间作用增强，导致浆体完全失去可塑性，并产生强度硬化。,水泥浆凝结硬化的物理过程,水泥浆凝结硬化的过程,水泥浆的凝结硬化取决于水泥的水化，水泥 水化速度又取决于矿物组成及其含量、水泥细度、 石膏掺量、养护时间、养护条件(温度与湿度)、水灰比、贮存条件。,3、影响水泥凝结硬化的主要因素,3.1硅酸盐水泥,水泥熟料矿物组成的影响,水泥熟料中单一矿物的水化速度,水化度(),时间(天), 水泥熟料矿物的水化速度： C3A C3ACaSO42H2O

14、 C3S C4AF C2S 水泥的C3A和C3S含量越高，凝结硬化速度越快； 水泥的C3A和C3S含量越低，凝结硬化速度越慢。,3.1硅酸盐水泥,石膏掺量的影响, 石膏主要降低C3A的水化速度； 石膏掺量增加，凝结硬化降低； 掺量达到一定后，再增加，影响不大。,3.1硅酸盐水泥,石膏起缓凝作用的机理可解释为：水泥水化时，石膏能很快与铝酸三钙作用生成水化硫铝酸钙（钙矾石），钙矾石很难溶解于水，它沉淀在水泥颗粒表面上形成保护膜，从而阻碍了铝酸三钙的水化反应，控制了水泥的水化反应速度，延缓了凝结时间。,细 度, 细度即磨细程度，水泥颗粒越细，总表面积越大，与水接触的面积也越大，则水化速度越快，凝结硬

15、化也越快。 粒径90m时，几乎接近惰性。,3.1硅酸盐水泥, 温度升高，水化反应加快，凝结硬化加速； 温度升高10C，速度加快一倍； 温度低于0C时，水化反应基本停止； 保持一定湿度，有利于水泥的水化。,温度与湿度的影响,3.1硅酸盐水泥, 随着时间的延续，水泥的水化程度在不断增大，水泥石强度的发展是随着龄期而增长的。 一般在28d内强度发展最快，28d后显著减慢； 只要在温暖与潮湿的环境中，水泥强度的增长可延续几年，甚至几十年。,养护时间（龄期）的影响,3.1硅酸盐水泥, 重要概念：水灰比水泥浆体中拌和水量与水泥质量之比(W/C)； 水泥熟料矿物完全水化的理论水灰比0.23； 水灰比越大，需

16、要水化物固相填充的孔隙越多，凝结硬化所需时间越长； 水灰比越大，水泥石中孔隙越多，强度越低。,拌和用水量的影响,3.1硅酸盐水泥, 由于贮存不当，在使用前水泥受潮，使其部分颗粒已发生了水化而形成结块，若直接使用，其强度将严重降低； 即使贮存得当，由于空气中的水分和CO2的作用，水泥也会产生缓慢的水化和碳化，因此，工程实际中不宜久存水泥。 贮存3个月后，水泥的强度降低10%20%； 贮存6个月后，水泥的强度降低15%30% ； 贮存1年后，水泥的强度降低25%40%。 一般规定水泥的有效期为三个月。,贮存条件,3.1硅酸盐水泥,四、硅酸盐水泥品质要求,凝结时间,体积安定性,强度,细度,水化热,化

17、学品质指标,密度与容重,3.1硅酸盐水泥,抗蚀性,水泥的密度,水泥的密度 其密度为3.053.20g/cm3，混凝土配合比计算时，一般取3.10g/cm3 。 堆积密度 堆积密度为10001600kg/m3，在配制混凝土和砂浆时，一般取12001300kg/m3。 密度的测量方法 排液法，用煤油作为测量液体。,3.1硅酸盐水泥,水泥的凝结时间分初凝时间和终凝时间。,水泥全部加入水中,开始失去可塑性,完全失去可塑性,初凝,终凝,（一）水泥的凝结时间,3.1硅酸盐水泥,水泥的初凝和终凝时间对工程有重要意义。 例如：混凝土的施工。,讨论与分析,结论1：水泥的初凝时间不能过短，否则在施工前即已失去流动

18、性和可塑性而无法施工。,结论2：水泥的终凝时间不能过长，否则将延长施工进度和模板周转期。,3.1硅酸盐水泥,结论1：水泥的初凝时间不能过短，否则在施工前即已失去流动性和可塑性而无法施工。,初凝时间不得早于45min,结论2：水泥的终凝时间不能过长，否则将延长施工进度和模板周转期。,硅酸盐水泥终凝时间不得 迟于6.5h，其他品种不得迟于10h。,GB规定,3.1硅酸盐水泥,水泥的标准稠度用水量,3.1硅酸盐水泥,？,标准稠度： 按规定的方法拌制的水泥净浆，在水泥标准稠度测定仪上，试锥下沉（282）mm时的水泥净浆的稠度。,标准稠度用水量： 是指水泥净浆达到标准稠度时所需要的水量，用水与水泥质量的

19、比来表示。硅酸盐水泥的标准稠度用水泥量一般在21%28%。,水泥试验检测水泥净浆标准稠度用水量测定,该试验内容也可分为标准法和代用法两种，其中标准法采用维卡仪，而代用法采用试锥法； 两类方法都是固定水泥用量500g，根据经验采用调整用水量方法找出达到标准稠度时所需的用水量； 搅拌程序要按照规定进行.,水泥试验检测水泥净浆标准稠度用水量测定,试验判断结果维卡仪以试杆贯入水泥浆离底板距离为61mm 为准，试锥法以试锥贯入水泥浆深度达到282mm为准.,水泥试验检测水泥净浆标准稠度用水量测定,代用的试锥法还可采用固定用水量的方法进行，也就是称取水泥500g，统一加水量142.5ml。根据试锥贯入深度

20、S（mm）通过计算得到标准稠度P： P（）33.40.185S,水泥试验检测水泥凝结时间试验方法,水泥试验检测水泥凝结时间试验方法,水泥凝结时间试验分为初凝检测和终凝检测两个步骤； 初凝时间是根据标准试针贯入水泥浆的深度离底板距离为41mm时为准，终凝时间是试针贯入水泥浆深度仅为0.51mm时所需时间； 初凝时间和终凝时间的检测采用不同试针，其中终凝时间试针带有一个环形附件.,（二）水泥的强度等级,强度是水泥力学性质的一项重要指标，是确定水泥强度等级的依据。,试验方法（规定比例、标准试件、标准养护）,3.1硅酸盐水泥,1份水泥 3份ISO标准砂 0.5水灰比,40mm40mm160mm,（20

21、1）湿气中养护24h；脱模在（201）水中养护,a.检验方法水泥胶砂强度试验（ISO法） 水泥:标准砂:水=1:3:0.5，制成40mm40mm160mm棱柱体试件 标准养护3d、28d，分别测定抗折强度、抗压强度。,b.强度等级fce,k (1)以水泥28d抗压强度确定 (2)为强度范围的下限 (3)水泥实际强度 fce=cfce,k c水泥富裕系数，1.01.5,c.分类：普通型、早强型,GB规定,3.1硅酸盐水泥,硅酸盐水泥的强度等级分为42.5、42.5R、52.5、52.5R、62.5、62.5R六个等级。,GB规定,3.1硅酸盐水泥,硅酸盐水泥的强度等级分为42.5、42.5R、5

22、2.5、52.5R、62.5、62.5R六个等级。,普通硅酸盐水泥的强度等级分为42.5、42.5R、52.5、52.5R四个等级。,矿渣硅酸盐水泥、火山灰硅酸盐水泥、粉煤灰硅酸盐水泥、复合硅酸盐水泥的强度等级分为32.5、32.5R、42.5、42.5R、52.5、52.5R六个等级。,注：我国现行标准将水泥分为普通型和早强型（R型）两个型号。早强型水泥的3d抗压强度可以达到28d抗压强度的50%；同强度等级的早强型水泥，3d抗压强度较普通型的可以提高10%24%。,定义,水泥的体积安定性指水泥硬化后体积变化是否均匀的性质。,水泥硬化后体积发生不均匀膨胀， 导致水泥石开裂、翘曲等现象。,否则

23、，为良好。,不良：,良好：,注意：安定性不良的 水泥为废品水泥， 严禁在工程中使用。,（三）水泥的体积安定性,3.1硅酸盐水泥,讨论与分析,引起安定性不良的原因有哪些, 熟料中含有过多的游离MgO;, 熟料中含有过多的游离CaO;, 石膏掺量过多。,GB规定, 用试饼法、雷氏法、煮沸法检验必须合格；, 熟料中MgO含量5%；, 熟料中SO3含量3.5%；,3.1硅酸盐水泥,监理检测网,水泥试验检测安定性试验,国家规定的试验方法为沸煮法， 可分为标准法雷氏夹法 和代用法试饼法 试饼法判断方法是从试饼沸煮(3h)后是否有明显变形现象、表面是否出现裂缝和掉渣来判断； 沸煮时要求30min内开始沸腾，

24、连续沸煮三小时途中不等补加水.,监理检测网,水泥试验检测安定性试验,雷氏夹法注意判断方法，要求沸煮之后雷氏夹指针打开的距离（mm）与沸煮之前的打开距离之差的平均值不大于5mm；,（四）水泥的细度,定义,细度：指水泥颗粒的粗细程度。采用透气式比表面积仪检验。 其他五类水泥细度采用筛析法检验。, 同时规定凡细度不符合规定者为不合格品。,讨论与分析,缺点:,水泥越细,优点：, 硅酸盐水泥的比表面积应大于300m2/kg。,GB规定,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。,硬化收缩越大；易受潮而降低活性； 成本越高。,3.1硅酸盐水泥,水泥试验检测水泥细度检测,细度试验方法

25、可分为筛析法和比表面积法； 通常大多采用筛析法，当检测硅酸盐水泥细度时则要采用比表面积法； 筛析法又分为水筛法和负压筛法，其中水筛法是代用法，负压筛法是标准法； 试验结果以水泥标准筛上的存留量占试验用水泥数量的百分数表示.,水泥试验检测水泥细度检测,当采用负压筛法时，注意负压筛仪的真空度要达到40006000Pa； 比表面积是指单位面积物质的质量，物质比表面积越大，其颗粒越细.,勃氏比表面积仪,水泥比表面积试验操作,根据公式确定试验用水泥质量： 将水泥按一定方式装填在透气筒中，然后安放到U型管上； 开动抽气泵，慢慢打开玻璃旋塞，使右侧玻璃管中的液面缓缓上升至第一道刻度线，关闭抽气泵和玻璃旋塞；

26、 当液面下降至第二道刻度线时开始计时，当液面到达第三道刻度线时停止计时，记录液面经过第二道和第三道刻度线所需的时间和试验时的温度； 根据不同情况，通过公式计算出水泥的比表面积.,筛析法试验方法,1.筛析试验前：调节负压至 40006000Pa范围内。 2.称取试样25g，置于负压筛， 筛析2min。 3.筛毕，称量筛余物ms。 4.结果计算 (1)水泥试样筛余百分数：,筛余结果的修正:,C修正系数，0.801.20,问题：为什么需要规定水泥的细度？,解答： 水泥颗粒细度影响水化活性和凝结硬化速度，水泥颗粒太粗，水化活性越低，不利于凝结硬化； 虽然水泥越细，凝结硬化越快，早期强度会越高，但是水化

27、放热速度也快，水泥收缩也越大，对水泥石性能不利； 水泥越细，生产能耗越高，成本增加； 水泥越细，对水泥的储存也不利，容易受潮结块，反而降低强度。,定义,水泥与水发生水化反应所放出的热量称为水化热。,对工程的影响, 高水化热的水泥在大体积混凝土工程中是非常不利的，在大体积混凝土中应选择低热水泥。 在混凝土冬期施工时，水化热有利于水泥的凝结、硬化和防止混凝土受冻。,（五）水泥的水化热,3.1硅酸盐水泥,C3AC3SC4AFC2S,水化热及水化速率比较, 不溶物主要指煅烧过程中存留的残渣，不溶物的含量会 影响水泥的粘结质量。 烧失量水泥煅烧不理想或者受潮后，会导致烧失量增加 因此，烧失量是检验水泥质

28、量的一项指标。 氧化镁,水化慢、体积膨胀, 影响安定性, 三氧化硫, 碱限制发生碱-集料反应，按（Na2O+0.658 K2O）值计。,（六）水泥化学品质指标, 氯离子含量影响耐久性，造成钢筋锈蚀,硅酸盐水泥的技术标准,问题： 从应用的角度，分析水泥的技术性质与要求？,解答： 水泥是一种胶凝材料，是主要的结构材料之一，因此，它必须具有强度和体积安定性； 细度和标准稠度用水量是互相关联的，用水量大将影响强度； 为了浇筑成型施工，应对凝结时间有所限制； 水化热对水泥凝结硬化过程及硬化后的水泥石体积稳定性有影响； 碱含量、不溶物和烧失量影响水泥的品质； 为了结构物自重的计算，必须知道水泥的密度。,废

29、品水泥和不合格水泥 GB175-1999硅酸盐水泥、普通硅酸盐水泥规定： 凡氧化镁、三氧化硫、初凝时间、安定性中任一项不符合 本标准规定时，均为废品。 凡细度、终凝时间中任一项不符合本标准规定或混合材料掺加 量超过最大限量和强度低于商品强度等级的指标时为不合格品。 水泥包装标志中水泥品种、强度等级、生产者名称和出厂编号 不全的也属于不合格品。,GB175-2007通用硅酸盐水泥,GB175-2007通用硅酸盐水泥规定： 将“出厂水泥应保证出厂强度等级，其余技术要求应符合本标准有关要求”改为“经确认水泥各项技术指标及包装质量符合要求时方可出厂”(原版GB175-1999、GB1344-1999、

30、GB12958-1999中第8.2条，本版第9.2条); 增加了出厂检验项目(本版第9.3条); 取消了废品判定(原版GB175-1999、GB1344-1999、GB12958-1999中第9.3条); 不合格品判定中取消了细度和混合材料掺加量的规定，将判定规则改为“检验结果符合本标准7.1(化学指标)、7.3.1(凝结时间)、7.3.2(安定性)、7.3.3(强度)条技术要求为合格品。检验结果不符合本标准7.1、7.3.1、7.3.2、7.3.3条中任何一项技术要求为不合格品。(原版GB175-1999、GB1344-1999、GB12958-1999中第8.3.2条，本版第9.4.1、9

31、.4.2条)。 （碱含量和细度作为选择性指标）,GB175-2007通用硅酸盐水泥中检验规则的规定： 水泥出厂：经确认水泥各项技术指标及包装质量符合要求时方可出厂. 出厂检验：厂检验项目为化学指标、凝结时间、安定性、强度 。 判定规则： 检验结果符合本标准7.1(化学指标)、7.3.1(凝结时间)、7.3.2(安定性)、7.3.3(强度)条技术要求为合格品。 检验结果不符合本标准7.1、7.3.1、7.3.2、7.3.3条中任何一项技术要求为不合格品。,（七）抗蚀性,1、水泥的耐腐蚀性,水泥石的腐蚀：水泥石在正常使用条件下，具有较好的 耐久性，但在某些腐蚀性介质作用下， 水泥石的结构逐渐遭到破

32、坏，强度下降 以致全部溃裂的现象。,水泥石的耐腐蚀性：水泥石抵抗腐蚀作用、而保持性质 不变的能力。,3.1硅酸盐水泥,2. 导致水泥石腐蚀性破坏的原因,外 因, 水泥石内存在原始裂缝和孔隙，为腐蚀性介质侵入 提供了通道； 水泥石内有在某些腐蚀性介质下不稳定的组分，如： Ca(OH)2，水化铝酸钙等； 腐蚀与毛细孔通道的共同作用加剧水泥石结构的破坏。,环境中的腐蚀性介质，如：软水；酸、碱、盐的 水溶液等。,内 因,3.1硅酸盐水泥,3、淡水侵蚀（溶出性侵蚀）,机 理, 当水泥石处在淡水中，淡水能使水泥石中的Ca(OH) 2 溶解，并溶出水泥石，留下孔隙； 另一方面，水泥石中游离的钙离子的减少，使

33、钙离子 的浓度低于水化物的溶度积，导致水化物分解、溶失 和转变，产生大量孔隙。尤其是处于压力水或流水条 件下，腐蚀越快。,破坏形式,水化物的分解、溶失，造成水泥石密实度下降， 孔缝增多、强度降低，直至整体破坏。,3.1硅酸盐水泥,腐蚀机理： 水泥石中的水化物都是碱性化合物，与碳酸、盐酸、硫酸、醋酸、蚁酸等酸反应生成可溶性盐。 另一方面，氢氧化钙浓度的降低，会导致水泥石中 其它水化物的分解，使腐蚀作用加剧。 破坏形式： 溶失性破坏，组成与结构发生很大改变。,4、酸类腐蚀,水泥石受酸腐蚀后，表面溶失、脱落,3.1硅酸盐水泥,5、盐类腐蚀,硫酸盐的腐蚀 腐蚀机理： （1）硫酸盐与水泥石中的氢氧化钙反

34、应，生成硫酸钙。 硫酸钙再与水泥石中未水化的铝酸钙反应，生成 钙矾石，其体积增加2.22倍，引起水泥石的破坏。 （2）当硫酸钙浓度高时，他们可直接结晶，造成膨胀 压力，引起破坏。,水泥石受硫酸盐侵蚀后，因膨胀性结晶产物引起的开裂,3.1硅酸盐水泥,镁盐的腐蚀 腐蚀机理： 主要是硫酸镁和氯化镁，他们与氢氧化钙反应， 生成氢氧化镁和硫酸钙或氯化钙，造成双重腐蚀作用。,3.1硅酸盐水泥,6、强碱腐蚀,腐蚀机理： 氢氧化钠、氢氧化钾等强碱可与水泥石中的铝酸钙矿物或水化物反应，生成可溶性铝酸盐。当介质中强碱浓度较高时，会造成水泥石的严重破坏。,3.1硅酸盐水泥,防止水泥石腐蚀的措施,主要针对引起腐蚀破坏

35、的内因采取措施： 根据使用环境条件，选用水泥品种，降低水泥石中 不稳定组分的含量； 提高水泥石的密实度，减少腐蚀性介质的通道，如 降低水灰比、掺加外加剂等； 表面防护处理，堵塞通道如：防腐涂层。,3.1硅酸盐水泥,物理力学性能 密度 强度 体积稳定性 细度 水化热,耐久性能 软水腐蚀 盐类腐蚀 酸类腐蚀 强碱腐蚀,总结：为了满足土木工程应用的要求，水泥需具备三方面的性能：,施工性能 凝结时间 标准稠度用水量,3.1硅酸盐水泥,（）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，（如冬季施工、预制、现浇等工程），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）。,五、硅酸盐水

36、泥的基本特性与用途,（2）抗冻性好，适合水工混凝土和抗冻性要求高的工程。 （3）耐腐蚀性差，因水化后氢氧化钙和水化铝酸钙的含量较多。抵抗淡水、海水侵蚀和抗硫酸盐侵蚀能力差。 （4）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。,（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，对钢筋的保护作用强。适用于空气中二氧化碳浓度高的环境。 （6）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。 （7）耐磨性好。适用于高速公路、道路和地面工程。,第二节 掺混合材的硅酸盐水泥,水泥,3.1硅酸盐水泥,3.2 掺混合材的硅酸盐水泥,在硅酸盐水泥熟料中，

37、掺入一 定量的混合材料和适量石膏共同磨细制成的水硬性胶凝材料。,五大品种硅酸盐水泥,硅酸盐水泥 普通硅酸盐水泥 矿渣硅酸盐水泥 火山灰硅酸盐水泥 粉煤灰硅酸盐水泥,不掺混合材+少量混合材（水泥量5%）,硅酸盐水泥熟料 + 适量石膏,+多量混合材,P,P,+少量混合材 （水泥量5%20%）,PO,粒化高炉矿渣,PP,PF,PS,火山灰,粉煤灰,掺混合材水泥的代号,水泥品种 组成特点 代号 普通水泥 520的混合材 P O 矿渣水泥 2070矿渣 P S 火山灰水泥 2040火山灰 P P 粉煤灰水泥 2040粉煤灰 P F 复合水泥 2050两种混合材 P C,3.2 掺混合材的硅酸盐水泥,掺混

38、合材硅酸盐水泥的凝结硬化和性能 与所掺混合材的种类与掺量密切相关！,一、水泥的混合材料,定义,水泥混合材料：在水泥生产过程中，为改善性能、调节强 度等级所加入的天然或人工矿物材料。,分类,3.2 掺混合材的硅酸盐水泥,作用,调整水泥强度等级，扩大使用范围，改善水泥的某些特性，增加水泥的品种和产量，充分利用工业废料，降低水泥成本。,（一）活性混合材,定义,活性混合材：与水泥矿物成分或水化产物发生水化化学反 应的混合材。,活性组分,SiO2、Al2O3,常见品种, 粒化高炉矿渣炼钢铁的废料 火山灰质粉末天然岩石和人工煅烧物 粉煤灰火电厂的废料,3.2 掺混合材的硅酸盐水泥,作用,调整水泥强度等级，

39、改善水泥的某些特性,掺混合材料的硅酸盐水泥水化时，水泥熟料首先水化产生氢氧化钙，氢氧化钙再与活性混合材料中的活性氧化硅和活性氧化铝反应，形成水化硅酸钙和水化铝酸钙。 因而，这一反应也称为“二次反应”。 水泥熟料水化产生氢氧化钙，熟料中也含有石膏，因此具备了使活性混合材料发挥活性的条件，常将氢氧化钙、石膏称为活性混合材料的“激发剂”。,（二）非活性混合材,定义,非活性混合材：与水泥矿物成分或水化产物不发生化学反 应或化学反应很弱的混合材。,常见品种, 磨细石英砂 石灰石粉 粘土 慢冷矿渣,3.2 掺混合材的硅酸盐水泥,作用,仅提高水泥产量，降低水泥等级，减少水化热,凡由硅酸盐水泥熟料、520的混

40、合材料和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。 普通硅酸盐水泥分为42.5、42.5R、52.5、52.5R四个强度等级。各等级水泥在不同龄期的强度要求见表3-4。,二、普通硅酸盐水泥,与硅酸盐水泥相比，普通硅酸盐水泥的主要性能特点如下： 早期强度略低，后期强度高。 水化热略低。 抗渗性好，抗冻性稍差，抗碳化能力强。 抗侵蚀、抗腐蚀能力稍好。 耐磨性稍差；耐热性能较好。 普通硅酸盐水泥的应用范围和硅酸盐水泥相似。,由硅酸盐水泥熟料和2070的粒化高炉矿渣及适量石膏混合磨细而成的水硬性胶凝材料，称为矿渣硅酸盐水泥（简称矿渣水泥），代号PS。,三、矿渣硅

41、酸盐水泥,矿渣硅酸盐水泥的主要性能特点如下： （1）早期强度低，后期强度增长潜力大。 （2）水化热低。不适合较低温度环境中使用，但适合于大体积混凝土工程。 （3）环境温度、湿度对凝结硬化影响较大。采用蒸汽养护或压蒸养护等湿热处理方法，能显著加快凝结硬化速度。 （4）耐热性能较强。可用于耐热混凝土工程，如制作冶炼车间、锅炉房等高温车间。 （5）具有较强的抗侵蚀能力。适用于受软水或硫酸盐侵蚀的水工结构物、海洋或海岸工程、地下工程等。 （6）保水性较差，泌水性较大，干缩较大。应加强保湿养护。 （7）抗渗性差，抗冻性较差，抗碳化能力差。不宜用于严寒地区水位经常变动的部位、受高速水流冲刷及具有耐磨要求的

42、工程。 （8）耐热性较强。适用于较高温度环境的工程(高温车间),由硅酸盐水泥熟料和2040的火山灰质混合材料及适量石膏混合磨细而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），代号。,四、火山灰质硅酸盐水泥,火山灰水泥的主要性能特点如下： （1）早期强度低，后期强度高。对温度敏感，适宜于高温养护。 （2）水化热较低。 （3）具有较强的抗侵蚀、抗腐蚀能力。 （4）保水性好，泌水性小，干缩性较大。 （5）抗渗性好， （6）抗冻性较差，抗碳化能力差，耐磨性差。,由硅酸盐水泥熟料和2040的粉煤灰及适量石膏混合磨细而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），代号。,五、粉

43、煤灰硅酸盐水泥,粉煤灰水泥的主要性能特点如下： （1）早期强度低，后期强度增长。 （2）对温度敏感，适宜于高温养护。 （3）水化热较低。 （4）具有较强的抗侵蚀、抗腐蚀能力。 （5）需水量低，干缩率较小，抗裂性好。 （6）抗冻性较差，抗碳化能力差，耐磨性差。,凡有硅酸盐水泥熟料、两种或两种以上规定的混合材料、适量石膏磨细而成的水硬性胶凝材料，称为复合硅酸盐水泥。,六、复合硅酸盐水泥,三种水泥的水化特点, 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、 氢氧化钙等水化产物。 二次水化反应,3.2 掺混合材的硅酸盐水泥,三种水泥的共同性质, 密度较小:2.703.10。 凝结硬化慢，早期

44、强度低，后期强度发展较快; 抗软水、抗腐蚀能力强; 水化热低、放热速度慢; 抗碳化能力差，抗冻性差、耐磨性差; 湿热敏感性强，适合蒸汽养护; 抗冻性、耐磨性不及硅酸盐水泥和普通硅酸盐水泥。,3.2 掺混合材的硅酸盐水泥,三种水泥各自的特性, 矿渣水泥：耐热性强、泌水性大、干缩性较大、保水 性差； 火山灰水泥：易吸水，易反应，结构较致密，抗渗性 和耐水性较好，体积收缩较大，抗硫酸 盐能力较差，硬化干缩性显著； 粉煤灰水泥：吸水能力弱，需水量较低，干缩性较小， 结构致密，抗裂性较好。,3.2 掺混合材的硅酸盐水泥,思考题,一、试说明下述各条“必须”的原因,1、制造硅酸盐水泥时必须掺入适量的石膏,2

45、、水泥磨粉必须具有一定的细度,3、水泥体积安定性必须合格,4、测定水泥强度等级、凝结时间和体积安定性时，均必须采用规定加水量,思考题,二、有下列混凝土结构，试分别选用合适的水泥品种,1、大体积混凝土工程,2、采用湿热养护的混凝土构件,3、高强度混凝土工程,4、严寒地区受到反复冻融的混凝土工程,5、与硫酸盐介质接触的混凝土工程,6、有耐磨要求的混凝土工程,7、紧急抢修的工程或紧急军事工程,第三节 其他品种水泥,快硬硅酸盐水泥,膨胀水泥,白色及彩色硅酸盐水泥,铝酸盐水泥,6.2 特种水泥,一、铝酸盐水泥,铝酸盐水泥（矾土水泥）：是以铝矾土和石灰石为原料， 按一定比例配合，经煅烧、 磨细所制得的一种以铝酸钙