水泥材料分类及性能培训讲义PPT

1、水泥（Cement)第一节 硅酸盐水泥 (Portland cement) 在中国硅酸盐辞典中，将水泥的概念定义为：凡以适当的生料，烧至部分熔融，所得以硅酸钙为主的硅酸盐水泥熟料，加入适量的石膏磨细制得的水硬性胶凝材料，称之为硅酸盐水泥。水硬性：粉末状水泥与水泥混合后，经过一系列复杂的物理化学反应，可由可塑性浆体变成坚硬的石状体，将散粒材料胶结成整体，这一过程是水化在水环境下完成的，同时可以在水中更好的保持石状体的概念。水泥是一种水硬性胶凝材料。硅酸盐水泥：型硅酸盐水泥，代号P.。型硅酸盐水泥，代号P.。普通硅酸盐水泥：简称普通水泥，代号P.O。矿渣硅酸盐水泥：简称矿渣水泥，代号P.S。火山灰

2、质硅酸盐水泥：简称火山灰水泥，代号P.P。粉煤灰硅酸盐水泥：简称粉煤灰水泥，代号P.F。复合硅酸盐水泥：复合水泥，代号P.C。水泥的分类六大通用水泥还有其他水泥：如快硬水泥、油井水泥、彩色水泥、防辐射水泥等。(1)生料的配制与粉磨(2)硅酸盐水泥的煅烧(3)水泥熟料的粉磨一、硅酸盐水泥的生产 (两磨一烧) 二、硅酸盐水泥熟料矿物组分矿物名称 化学成分 缩写符号 含量硅酸三钙 3CaOSiO2 C3S 4462硅酸二钙 2CaOSiO2 C2S 1830铝酸三钙 3CaOAl2O3 C3A 512铁铝酸四钙 4CaOAl2O3Fe2O3 C4AF 1018其中，硅酸三钙和硅酸二钙为强度组分，铝酸

3、三钙和铁铝酸四钙为熔剂组分。其他还有少部分f-CaO、f-MgO及玻璃体等三、硅酸盐水泥的主要技术性能1. 密度2. 细度(分散度)3. 需水量4. 泌水性和保水性5. 凝结时间6. 体积安定性7. 强度等级8. 水化热9. 碱含量10. 氯离子含量1密度 (Density)一般在3.053.2间，其测试注意介质。与密度有关的因素：c3S=3.25, c2S=3.28, c3A=3.04, C4M=3.71 存放时间越长，密度下降，这是因为水泥中的f-CaO(=3.34)吸水及吸收CO2，变成Ca(OA)2甚至CaCO3(=2.23, =2.7) 水泥欠烧比重小，过烧比重大 表现密度：1300

4、左右，粉磨越细，表观密度越小。2细度（分散度）(Fineness)水泥的细度是表示水泥磨细的程度或分泥分散度的指标。 水泥细度的测试有两种方法：筛分法（水筛法或干筛法），我国多用0.080(80nm)的方孔筛进行水筛或干筛，以其筛余百分数表征细度，一般筛余量C3SC4AFC2S4泌水性与保水性 (water bleeding and water retentivity)在拌制水泥浆以及砂浆、砼时，为保证必要的和易性，往往加入比标准稠度用水量多的水。但是，水泥由于自重的原因，有可能下沉，而余水则向上移动被析出，从而使浆体分层，从而影响强度及耐久性等。 （这一现象即称为泌水性） 与之有关的是保水性

5、：此时余水不会析出，但当在真空抽吸时能析出，这种现象称为保水性。减少泌水性的措施：增加水泥细度。增加C3A含量。掺入混合材。5凝结时间 (setting time)凝结分为初凝和终凝。初凝：水泥加水拌合时，到标准稠度净浆开始失去可塑性所需的时间。终凝：水泥加水拌合至标准稠度净浆完全失去可塑性并开始产生强度所需的时间。硅酸盐水泥标准规定，初凝不得早于45min，终凝不迟于6h30min。影响水泥凝结的因素：矿物组分，C3A越高，凝结越快。水泥细度。环境温、湿度。缓凝组分：a.石膏。b.缓凝剂及促凝剂。C.矿物掺合料。（特别是FA）6体积安定性(soundness)水泥石硬化后，产生不均匀的体积变

6、化，即体积安定性不良。体积稳定性的危害：引起建筑物的破坏、构件崩溃。原因：熟料中的f-CaO太多控制方法：沸煮法测定。熟料中的f-MgO太多5.0%。掺入的石膏太多3.5%。、：一般是由于熟料烧结时温度高于石灰烧结时的温度，熟料中的f-CaO和f-MgO成死烧状态，而过熟的f-Ca与f-Mg熟化慢，待水泥凝结酸化后还在熟化，导致水泥石体积安定性不良。（熟化后体积膨胀，水泥石开裂）：主要是由于过量的石膏与C3A的水化物水化铝酸钙反应，生成高硫型水化硫酸钙，体积膨胀1.5倍，也引起水泥石开裂。安定性测试：饼法雷化法。主要是促使f-CaO熟化）7强度等级(水泥标号)(strength grade)强

7、度是材料在外力荷载作用下，材料抵抗破坏的能力。（水泥硬化以后石的强度）水泥强度与矿物组分和水泥细度关系明显。影响强度的因素:水泥细度。水灰比。矿物组分：C3S早强与后期强度都高，而C2S早期强度较低，后期增长快，一年后可能超过C3S，C4AF和C3A早强都较高，但后期无增长。环境条件。测定的方法有两种：硬练法、软练法。硬练法是采用干硬性成型的方法；软练法是采用塑性成型的方法。它们之间的差别在于标准砂的掺入量，试件尺寸，成型方法，养护条件以及破型方法等都不相同。我国过去是采用的硬练法成型及定标号的试验方法标准。用这种方法来确定水泥标号，与干硬性混凝土的相关性较好，但是对我国目前大量使用塑性混凝土

8、的相关性较差，特别对掺活性混合材料的硅酸盐水泥，如矿渣水泥、火山灰质水泥所配制的混凝土的相关性更差。采用软练法定水泥标号的测定方法与塑性混凝土的相关性较好。根据我国的国情，又通过大量的试验，制定了一套软练标准的试验方法（GB17592）。为了使我国在加入世界贸易组织后，水泥强度检验方法能与国际标准接轨，参考ENV 197-1：1995欧洲水泥试行标准，我国于1999年7月30日批准发布了第5次修订的的水泥标准，即：硅酸盐水泥、普通硅酸盐水泥（GB175-1999），于2001年4月1日正式实施，原GB175-92已于2000年12月1日起废止。2008年月日，通用水泥国家标准GB175-200

9、7替代GB175-1999、GB1344-1999、GB12958-1999根据国标GB1752007规定，硅酸盐水泥分为42.5，42.5R，52.5，52.5R，62.5，62.5R六个强度等级；强度等级的测试龄期为7天和28天，测试指标分别为两个龄期的抗者强度和抗压强度。品 种强度等级抗 压 强 度抗 折 强 度3d28d3d28d硅酸盐水泥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普通硅酸盐水泥42.517.042.53.56.542.5R22.04

10、.052.523.052.54.07.052.5R27.05.0品 种强度等级抗 压 强 度抗 折 强 度3d28d3d28d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水化热 (heat of hydration)产生的原因：水化放热反应。矿物组分放热速度不同：C3AC3SC4AFC2S。影响水化热的因素：总的放热量一样，但可以控制放热速度。大体积禁用硅酸盐水泥，普硅也应控制使用。水化热利用自养护

11、温度：消除水化热不利影响措施：低热水泥、冷却导流浇注温度、养护等。水泥的碱含量 (alkali content) 碱集料反应问题若使用活性骨料，用户要求提供低碱水泥时，水泥中的碱含量按Na2O+0.658K2O计算值表示不得大于0.6 。10. 氯离子含量 (Chloride content)Cl-的危害Cl-含量: 要求不大于0.06%四、硅酸盐水泥的水化过程（一）硅酸盐水泥熟料的水化作用水泥的性能主要由其熟料矿物的矿物组成的决定，矿物组分遇水，发生水化反应，水泥由粉状胶结成固态而具有强度。1C3S和C2S的水化：C-S-H以及CH硅酸三钙和硅酸二钙（-C2S)由于其晶体结构特点，因此遇水后

12、与水发生水化反应:(3CaOSiO2)+6H2O3CaO2SiO23H2O+3Ca(OH)22(2CaOSiO2)+4H2O3CaO2SiO23H2O+Ca(OH)2C-S-H（水化硅酸钙） CH（氢氧化钙C3A的水化反应能力最强，早期水化快，放热量大。对水泥的早期凝结硬化有重大的影响。水化产物：水化铝酸钙2. C3A的水化3. C4AF的水化水化速度快于C2S，但慢于C3S和C3A水化产物：水化铝酸钙和水化铁酸钙（二）石膏对水泥水化作用的影响经研究表明：石膏对硅酸钙的水化影响较小，略起加速水化的作用，但可明显减缓C3A的水化。水泥熟料粉与水拌合后凝结很快，使施工无法进行。为了满足现场施工的要

13、求，一般采用掺入适量石膏来调节水泥的凝结时间与此同时还可以改善水泥的其他性能，如提高水泥的强度、改善水泥的耐蚀性、抗冻性、抗渗性等。关于石膏的缓凝机理，至今说法不一。一般认为掺入适量的石膏后，C3A在饱和的石灰一石膏溶液中生成溶解度极低的水化硫铝酸钙C6AH32棱柱状晶体，包围在水泥颗粒的表面形成一层薄膜，阻止了水分子向未水化的水泥粒子内部扩散，延缓了水泥熟料颗粒特别是C3A的继续水化，从而达到缓凝的目的。石膏适宜掺量的确定与水泥熟料的化学成分，特别是铝酸三钙或碱含量及SO3含量有关，还与水泥的细度、混合材的种类及掺量有关。当熟料中C3A含量或碱含量高时，石膏掺量就适当增加；当水泥较细或混合材

14、掺入较多时，石膏掺量增加；而当熟料中SO3成分较高时，则减少石膏掺量。石膏掺量以SO3计，一般波动于1.53.5，掺用二水石膏，可以采用天然的硬石膏及化工副产品石膏。有的工厂采用无水石膏与二水石膏混掺，证明效果较好。根据该厂生产的水泥强度SO3含量的曲线，选择在凝结时间正常时能达到最高强度的适宜SO3掺量，称为最佳石膏掺量。五、 水泥水化凝结硬化中可能出现的不正常现象：1瞬凝：水泥中不加石膏或石膏量不足，使水泥发生“瞬凝”现象（急凝），其特征是水泥浆很快凝结成一种粗糙的、非塑性的混合物，并放出大量的热。2假凝：主要是由于石膏加入到熟料中一起粉磨时，石膏失水，当水泥拌合水后，石膏先吸水，使水泥浆

15、失去流动性，此为“假凝”。3石膏量掺入过多，也会引起凝结过快，同时，会引起水泥石的膨胀而破坏。熟料中C3A高或碱含量高，石膏量可适当增加，而熟料SO32-较多时，则应减少石膏掺量。4长时间不凝缓凝组分加的太多。六、 影响水泥水化凝结硬化的因素1水泥细度2石膏掺量3养护时间（龄期）4养护条件（温度、湿度）水灰比缓凝成分（如石膏、木钙等）或促凝成分矿物组分矿物组分对水泥水化凝结及硬化后性能影响：水化反应速度： C3AC3SC4AFC2S水化放热量： C3AC3SC4AFC2S早期强度： C3SC3AC4AFC2S后期强度： C2SC3SC4AFC3A耐腐蚀性： C4AFC2SC3SC3A干缩性：

16、C3AC3SC4AFC2S七、水泥石体积的变化(deformation of hardened cement1化学收缩(chemical shrinkage)：水泥在水化过程，由水泥熟料水化成水化产物，由于这一过程产生的收缩叫化学收缩。原因：水泥水化后的固相体体积比水化前大，虽然如此，就整个水泥水体系来讲，体积反而有的减少，其原因是主要原因是水化前体系体积包括固、液相，虽然反应生成物固相增大，但总体积减小。2干燥收缩（失水收缩）(dry-shrinkage)3碳化收缩(carbonation shrinkage) 当空气中有适当的湿度时，CO2+H2O会引起水泥石收缩CO2+H2O与Ca(OH

17、)2不断作用。CO2与水化物发生置换反应，而发生碳化收缩。八、水泥石的腐蚀与防止(1)软水腐蚀(溶出性腐蚀)：氢氧化钙不断地溶解流失 (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)硫酸盐腐蚀2)硫酸的腐蚀(4)碱的腐蚀(5)水泥石腐蚀的防止九、水泥的储存与运输储存条件：不得受潮，或混入杂物存放期：不得超过个月，超过个月应重新检验强度，以实测为准运输第二节 掺混合材的硅酸盐水泥混合材(addition)：在水泥生产时，为改善水泥的性能，如强度和耐久性等而加入到水泥中，和水泥熟料、石膏一起粉磨的矿物材料。混合材又分为活性混合材(active add

18、ition)和非活性混合材(inert addition)。 一、混合材的类别1活性混合材：在激发条件下（石灰或石膏的作用），加水拌合后，生成具有胶凝性的水化产物，既能在水中，又能在空气中发展并保持强度的矿物材料。这一类材料包括有：粉煤灰、粒化高炉矿渣、火山灰质材料等。（尽可能具无定形态，而非晶态）。激发与激发剂：加入到水泥中的活性混合材的激发剂为水化物CH和石膏，并不外加。2. 非活性混合材：由于这类材料活性很低，即使在有激发条件下（碱或石膏）也不与水发生水化反应，也不具有水硬性胶凝性质的矿物材料 活性混合材在水泥中的作用主要表现为以下几点：（1）二次反应（又叫火山灰反应）(pozzolan

19、ic reaction) 由于消耗了大量的Ca(OH)2，提高了水泥石的强度和耐久性。水泥水化物中，高碱性水化硅酸钙与低碱性（C/S90%。铝硅玻璃质混合材。包括粉煤灰、火山灰，浮石、凝灰岩等天然混合材及人工的粉煤等。烧粘土质混合材包括烧粘土、煤矸石、页岩渣等火山灰质混合材根据不同的种类及化学成分、活性成分不同，其水化、凝结、强度各有不同。 （1）粉煤灰粉煤灰：是发电厂铝炉以煤作燃料时，从其烟气中收集下来的灰渣，又叫作飞渣，又叫作飞灰（Fly ash） （2）硅灰硅灰是铁合金厂冶炼硅铁合金或金属硅时收集的烟气，硅灰平均粒径很小，只有0.1m 左右，比表面积高达150000250000cm2/g

20、，硅灰组成中，含活性SiO2约9098，呈球状体，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种类不同，其活性原因也不同：1. 具有潜在水硬性矿渣（需要碱或硫酸盐激发其活性）2. 具有火山灰反应（二次反应）能力硅灰、粉煤灰及沸石等；3. 同时具有以上两种能力高钙粉煤灰、固硫渣等。三、掺混合材的水泥1. 硅酸盐水泥：型硅酸盐水泥，代号P.。型硅酸盐水泥，代号P.。2. 普通硅酸盐水泥：简称普通水泥，代号P.O。3. 矿渣硅酸盐水泥：简称矿渣水泥，代号P.S。4. 火山灰质硅酸盐水泥：简称火山灰水泥，代号P.P。5. 粉煤灰硅酸盐水泥：简称粉煤灰水泥，代号P.F。

21、6. 复合硅酸盐水泥：代号P.C：混合材掺量：普通硅酸盐水泥中，“掺活性混合材料最大掺量不超过15%”，改为“活性混合材料混合材料为5%且20% ”，将矿渣硅酸盐水泥中矿渣掺加量由“20%70%”改为“20%且70%”，并分为A型和B型。A型矿渣掺加量20%且50%，代号P。S。A；B型矿渣掺加量50%且70%，代号P。S。B。将火山灰质硅酸盐水泥中火山灰质混合材料惨量由“ 20%50%”改为“20%且40%”。将复合硅酸盐水泥中混合材料总惨加量由“应大于15%，但不超过50%”改为“20%且50%” 与现行标准相比，通用硅酸盐水泥的主要变化：普通水泥强度等级中取消了32.5和32.5R 与现

22、行水泥标准相比，通用硅酸盐水泥标准还增加了对氯离子限量的要求，即水泥中氯离子含量不大于0.06%。第三节 特性水泥与专用水泥铝酸盐水泥快硬水泥装饰水泥道路硅酸盐水泥抗硫酸盐水泥膨胀水泥和自应力水泥砌筑水泥油井水泥水工硅酸盐水泥一、铝酸盐水泥（高铝水泥，矾土水泥）铝酸盐水泥代号：AC铝酸盐水泥的主要矿物组成主要为CA（铝酸钙），CA2（二铝酸一钙等铝酸盐矿物以及少量的C2S等。铝酸盐水泥是以铝矾土和石灰石为原料，按适当的比例配合后进行烧结或熔融，冷却后经粉磨而成。生产工艺与硅酸盐基本相同。铝酸盐水泥矿物组分矿物名称 矿物成分 简写铝酸一钙(主要 ) CaOA12O3 CA二铝酸一钙 CaO2A1

23、2O3 CA2硅铝酸二钙 2CaOA12O3SiO2 C2AS七铝酸十二钙 12CaO7A12O3 C12A7铝酸盐水泥的水化与硬化铝酸盐水泥矿物组分中CA和CA2是主要的，其次是C12A7 , 这些矿物组分在不同的温度下水化产物不同。 虽然在低温下形成的CAH10和C2AH8，但它们都是亚稳定性的，最终要转化为C3AH6，这是一个自发的过程。 由在以下条件下，这个过程会加快：温度的升高湿度的升高碱度增加但C3AH6强度不如CAH10和C2AH8，降低值达40%以上。 在常温下的工程实践证明，铝酸盐水泥长期强度要下降，特别是在湿热环境中，影响更为严重，甚至引起结构的破坏，因此，铝酸盐水泥水泥应

24、限制使用，特别是结构工程中，但由于其强度发展快，可用于抢修工程。 铝酸盐水泥的性能及应用水化热很大，不适于大体积砼快硬、早强，适于抢修工程。后期强度易倒缩，施工与养护避免高温、温热，可用于冬季施工有很高的抗硫酸盐浸蚀性能。有较高的耐热性，在900下，强度损失至原来的70%,1300时为50%左右。对Cl-渗透性强，所以对钢筋锈的防护不利。可用于生产人造大理石，成型快，脱模快，但不宜追求高过的后期强度。抗碱、抗酸性极差。与石膏配合可以配制膨胀水泥。 在实践中，保证铝酸盐水泥砼工程质量的关键环节在于施工和养护降低砼温度（不要阳光照对，要洒水养护等），砼体积不宜过大，（不超过45cm为宜，但非国家规

25、定）。合理控制好W/C，应尽量采用较低的W/C，一般为0.4，W/C=0.4时水份并不能保证水泥的完全水化，但可以保证出现晶型转化时（CAH10和C2AH8C3AH6）,游离出的水又使水泥开始水化，新形成的水化物填充密实孔隙。在铝酸盐水泥中掺加石膏或无水石膏。CAH10和C2AH8可与石膏反应生成水化硫铝酸钙，从而解决晶型转化。掺加粒化高炉矿渣 二、快硬水泥1. 快硬硅酸盐水泥2. 快硬硫铝酸盐水泥3. 氟铝酸盐快硬水泥 三、装饰水泥1. 白色水泥2. 彩色水泥四、道路硅酸盐水泥以适当的生料烧至部分熔融，所得的以硅酸钙为主要成分和较多的铁铝酸四钙的硅酸盐熟料，加入适量的石膏共同磨细，所得的水硬

26、性胶凝材料，称为道路硅酸盐水泥。(道路硅酸盐水泥(GBl3693-92) )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小于5.0，铁铝酸四钙的含量要大于16.0。 道路水泥的技术性质及应用道路水泥抗折强度高，耐磨性好、干缩小、抗冻性、抗冲击性、抗硫酸盐性能好，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。五、抗硫酸盐水泥以适当的生料烧至部分熔融，所得以硅酸钙为主要成分的熟料，加入石膏，共同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

27、，简称抗硫酸盐水泥。在抗硫酸水泥中，C3S的含量小于50；C3A含量小于5，C3A和C4AF的总含量小于22。六、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。根据压应力的大小，可以将水泥分为两类，一类压应力值不小于2.0MPa时，为自应力水泥；另一类压应力值小于2.0MPa的为膨胀水泥。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，构件接缝、接头的

28、灌浆，固定设备的机座及地脚螺栓等。膨胀水泥有硅酸盐膨胀水泥、铝酸盐膨胀水泥、硫铝酸盐膨胀水泥、铁铝酸盐膨胀水泥等。七、砌筑水泥以活性混合材料和一些具有潜在水硬性的工业废料为主，加入少量的水泥熟料、石膏，磨细所得的水硬性胶凝材料，称为砌筑水泥(砌筑水泥(GBl83-82)。用于工业与民用建筑的砌筑砂浆、内墙抹面砂浆，也可用于配制道路混凝土垫层或蒸养混凝土砌块。 八、油井水泥用于油井、气井的固井工程中，又称之为堵塞水泥。这主要是保证在石油、天然气勘探、开采时把钢质套管下入井内，再注入水泥浆将套筒与周围地层胶结封固，封隔地层内的油气、水层，以便在井内形成一条良好的油流通道。油井水泥因受地层温度影响，

29、要承受高温、高压这是油井水泥生产和使用中最主要的问题 九、水工硅酸盐水泥(大坝水泥)水工硅酸盐水泥包括低热水泥、中热水泥等，是水化热较低的一种硅酸盐水泥品种，适用于水工工程,包括:大坝，大型构筑物及大体积的基础工程。水工硅酸盐水泥水化热降低措施：熟料中C3A和C3S含量应降低。掺入混合材如矿渣、粉煤灰。水泥砼导热性差，水泥的水化热不易散失，造成砼内、外温差太大而易产生裂缝的出现。因而有必要采取措施控制温差：内部冷却系统。集料预冷却。注意养护条件。低热、中坝水泥等大坝水泥。冰水搅拌。掺入掺和料。本章小节1. 几个重要概念硅酸盐水泥、凝结时间（包括初凝与终凝）、安定性、水泥的碱含量、水化热、软水腐

30、蚀、硫酸盐腐蚀、混合材（包括活性和非活性）2. 水泥的生产-两磨一烧 3. 水泥的各基本性质及影响因素,以及对混凝土工程的影响4. 硅酸盐水泥的主要矿物组成及其对水泥水化、凝结时间、强度等硬性 5. 水泥的水化热对混凝土工程有何危害? 6. 硅酸盐水泥中石膏对水泥的作用，以及掺量问题 7. 六大通用水泥的特性及工程应用8. 混合材(活性与非活性)对水泥的作用End of This Chapter硅酸盐水泥1. 硅酸盐水泥定义：“凡由硅酸盐水泥熟料、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，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，不掺加混合材料的称型硅酸

31、盐水泥，代号P.。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混合材料的称型硅酸盐水泥，代号P.。”(据GB1751999硅酸盐水泥、普通硅酸盐水泥)2. 硅酸盐水泥的技术性能3. 硅酸盐水泥的特性、应用1)早期强度和后期强度高2)水化热大、抗冻性好3)干缩小、耐磨性较好4)抗碳化性较好5)耐腐蚀性差6)不耐高温普通硅酸盐水泥1. 普通硅酸盐水泥定义：凡由硅酸盐水泥熟料、5%且20%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。” (据GB1751999硅酸盐水泥、普通硅酸盐水泥)原标准中规定混合材最大掺量不超过15% 2. 普通硅

32、酸盐水泥的技术要求1)细度：0.08mm方孔筛筛余量不得超过10.0 。（用筛余法）2)凝结时间：初凝时间不得早于45min，终凝时间不得迟于10h。 3) 普通硅酸盐水泥的强度指标和硅酸盐水泥一致 (原标准中P.O水泥有32.5和32.5R) 3. 普通硅酸盐水泥的特性、应用基本同硅酸盐水泥矿渣硅酸盐水泥矿渣硅酸盐水泥定义：“凡由硅酸盐水泥熟料和20%且70%的粒化高炉矿渣、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），代号P.S。”分为A型和B型。A型矿渣掺加量20%且50%，代号P.S.A；B型矿渣掺加量50%且70%，代号P.S.B。 特性及应用凝结硬化速度慢：

33、早期强度低，后期强度高 对温度湿热敏感性强：适于蒸养 (steam curing or high-pressure steam curing)耐腐蚀性好：可用于海港工程和水工大坝的建设。 水化热小：可用于大体积混凝土，大型基础和混凝土大坝等。 耐热性好抗碳化(carbonization)能力差：一般不用于热处理车间的修建。 矿渣水泥的保水性差、抗渗性差、泌水通道较多、干缩较大，使用中要严格控制用水量，加强早期养护。 抗冻性差：不宜用于冬季施工 火山灰质硅酸盐水泥火山灰质硅酸盐水泥定义：“凡由硅酸盐水泥熟料、火山灰质混合材料(掺量大于20，且不超过40)和适量石膏磨细制成的水硬性胶凝材料，称为火

34、山灰质硅酸盐水泥（简称火山灰水泥），代号P.P。”特性及应用火山灰水泥干缩大，在干燥高温下，水化硅酸钙与空气中的二氧化碳反应生成碳酸钙和氧化硅，产生“起粉”现象。不宜用于干燥环境 。抗冻性和耐磨性比矿渣水泥还要差 。抗渗性高 。掺入粘土质的火山灰水泥不抗硫酸盐侵蚀。粉煤灰硅酸盐水泥粉煤灰硅酸盐水泥定义：“凡由硅酸盐水泥熟料、粉煤灰(掺量按质量百分比计为大于20，且不超过40)和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），代号P.F。”特性及应用干缩小，抗裂 。凝结硬化慢，早期强度低。颜色较深。抗碳化性能差。 复合硅酸盐水泥复合硅酸盐水泥定义：“凡由硅酸盐水泥熟料、

35、两种或两种以上规定的混合材料(混合材的总掺量按质量的百分比为20%且50% )、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P.C。”(据GB12958-1999复合硅酸盐水泥 )原标准中,规定混合材掺量为应大于15%，但不超过50% 特性及应用耐腐蚀性好水化热小，抗渗性好，早强。 50 kg aluminium oxide 750 kg limestone硅酸盐水泥生料的配制 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（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

36、中不足的SiO2） 矿化剂 工艺 干法湿法 150 kg silicon oxide 50 kg iron oxide硅酸盐水泥的煅烧 窑型立窑回转窑煅烧过程 水分蒸发生料预热生料分解熟料煅烧熟料冷却立窑旋窑水泥熟料生料水泥熟料生料生料的制备方法有干法与湿法两种：干法制备先将原料进行干燥，然后进行粉碎、混合、磨细呈粉状，再经过均化而制成的生料粉。湿法制备先将石灰石破碎至8mm25mm的颗粒，同时将粘土压碎送入淘泥机进行淘洗，然后，将石灰石与粘土泥浆按配料要求，共同在生料磨中进行湿磨，所得生料浆可以用泵送入料浆库，在料浆库中对其化学成分再进行调整，符合要求后待备用。硅酸三钙硅酸三钙简称A矿（Al

37、ite)硅酸三钙晶体结构特点：（1）是晶体结构是SiO44-四面体和CaO610-八面体交联而成；（2）在常温下存在的假稳态，具有热力学不稳定性；（3）结构中由于Al3+、Mg2+等离子的搀杂，而形成固溶体，固溶体程度越大，矿物矿性越高。（4）Ca2+的配位数得不到满足；（5）CaO610-八面体中O2-分布不规则，结构中存在较大的空穴，水分或OH-容易进入，易利水化。硅酸二钙B矿（Blite)硅酸二钙有四种晶型：-C2S、-C2S、 -C2S、 -C2S。水泥中出现的是 -C2S 。结构特点:（1）晶体结构是由 SiO44-四面体和Ca2+组成；（2）在常温下存在的假稳态，具有热力学不稳定性

38、；（3）结构中的钙离子具有不规则的配位，配位数不能满足，因此活性较高；（4）杂质和稳定剂的存在，有利于固溶体的形成，能提高矿物的活性；（5）没有象硅酸三钙那样的空穴，因此水化速度较慢。铝酸三钙C3A的结构特征：（1）C3A晶体结构中，Ca2+、Al3+具有不规则的配位数，其中，处于配位数为6的钙离子与配位数为12的钙离子成松散联结，具有较大的活性。（2）在C3A晶体结构中，铝离子也具有两种配位数（4，6），即AlO45四面体 AlO69八面体，而且其中AlO45四面体变了形的，因此活性较大。（3）在C3A结构中具有较大的孔穴，OH离子容易进入晶体内部，因此C3A水化速度快。铁铝酸四钙C4AF的

39、结构特征：这种高温状态下形成的固溶体，由于Al3+取代Fe3+引起晶格能降低，因此活性比C3A矿物差，水化也较慢。（五）玻璃体玻璃相也是水泥熟料中的一个重要组成部分。检验玻璃体含量，是将经过急冷的水泥熟料，用10KOH水溶液及1的硝酸酒精溶液进行处理，使在反射光下能清楚地观察出玻璃相。它呈黑色的包裹体，其组成是不定的，主要成分是Al2O3，Fe2O3，CaO及少数MgO和R2O。玻璃相的形成是由于熟料烧至部分熔融时，在骤冷条件下，部分液相来不及结晶，而呈无定形态，因而具有热力学不稳定性，水化活性大。（六）游离氧化钙和游离氧化镁因为fCaO结构致密，不易水化，通常遇水3天后才水化，同时由CaO变

40、成Ca(OH)2，体积也显著增大97.92，这对于已结硬的水泥石，无疑是种破坏作用。在熟料中fCaO明显超过限量时，首先表现出水泥的抗折、抗拉强度降低，3天后强度值倒缩，严重时甚至于引起安定性不良，导致水泥制品变形或开裂。游离氧化镁的水化比fCaO更为缓慢，要几个月甚至于几年才表现出来，由MgO变成Mg(OH)2体积膨胀148，导致水泥安定性不良的现象会更严重。为此国家标准规定，水泥熟料中MgO含量5。1. 硅率表示水泥熟料中SiO2与Al2O3，Fe2O3之和的比值，以n或SM表示。本指标表示水泥熟料中硅酸盐矿物（强度组分）与熔剂性矿物之间的数量比，硅率越大，强度组分含量也越高。这意味着煅烧

41、过程中的液相含量越少，煅烧温度越高，当硅率过小时，因熔剂矿物太多，熟料易形成大块，甚至出现结圈、结窑，影响生产。2. 铝率又称铁率，表示Al2O3与Fe2O3的相对含量，也表示熟料中铝酸三钙与铁铝酸四钙的相对比例，用P或IM表示。P一般在0.91.7之间波动，。铝率反映了水泥煅烧过程中高温液相的黏度，铝率高，意味着铝酸三钙含量高，液相黏度大，铝率低，液相黏度小，对形成硅酸三钙有利，但烧结范围变窄，窑内易结大块，不利于控制。当P大于0.64时，C3A和C4AF都能生成，当P小于0.64时，只能生成C4AF，无C3A生成。3. 石灰饱和系数：熟料中全部氧化硅生成硅酸钙（C2S和C3S）所需的氧化钙

42、与全部氧化硅生成硅酸三钙所需氧化钙最大含量的比值，也即表示熟料中氧化硅被氧化钙饱和形成硅酸三钙的程度。用KH表示。理想水泥熟料KH=1，但实际上KH=0.80.9。KH过低，C3S量少，C2S量多，C2S易出现晶型转化，KH过高，烧结困难，容易生成f-CaO。在旋窑KH值控制比立窑的偏高，主要是旋窑煅烧条件好，均匀。4. 碱度表示与一个SiO2分子平均能结合CaO的分子数，用N表示。由于水泥熟料中主要出现出社C2S和C3S，因此N=23。N=3KH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

43、失 一般酸对水泥石的腐蚀 2HCl+Ca(OH)2CaCl2(易溶)+2H2O镁盐对水泥石的腐蚀 MgCl2+Ca(OH)2CaCl2(易溶)+Mg(OH)2 (絮凝状、无胶结力) 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 (水化硫铝酸钙)(结晶膨胀)硫酸对水泥石的腐蚀H2SO4+Ca(OH)2CaSO42H2O+H2O3(CaSO42H2O)+3CaOA12O36H2O+19H2O3CaOAl2O33CaSO431H2

44、O (水化硫铝酸钙)(结晶膨胀)碱对水泥石的腐蚀 3CaOA12O3+6NaOH3Na2OAl2O3+3Ca(OH)2 (易溶于水)当水泥石又处于干燥环境下时，2NaOH+2CO2+H2O2Na2CO3+H2O (结晶膨胀) 水泥石腐蚀的防止当存在腐蚀性介质时，选择合适的水泥品种，掺入合适的混合材，减少水泥中易被腐蚀的物质(即Ca(OH)2、3CaOA12O36H2O)。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。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：

45、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。矿渣化学成分矿渣的主要化学成份是硅酸钙，与熟料的化学成分相似，但主要差别在于矿渣中钙含量偏低，而硅含量偏高。 SiO2CaOAl2O3硅酸盐水泥高炉矿渣硅酸盐水泥与矿渣化学成分比较化学成分(含量%）CaOSiO2Al2o3Fe2O3MgO硅酸盐水泥62672024472556矿渣35453040720(FeO)9化学成分与性能有直接的关系：（1）当CaO含量高时，对活性有利，但不能超过51%以上，否则渣体在液态时，容易析出晶体，并会使其中的-C2S变为- C2S，使活性降低。(2)SiO2对活性不利，因为容易形成高硅玻璃体

46、，活性下降。(3)MgO在矿渣中不存在安定性问题，因为是稳态存在。当含量25%时，即使在无激发条件，也有可能产生水硬性。按f-CaO含量分为酸性煤灰和碱性份煤灰。酸性矾：f-CaO不含，用其制的水泥水化热很低，适用于大体积砼碱FA：含f-CaO，f-CaO自力激发其他FA中的活性成分，因而具有自力水硬性，但当f-Ca%25%时，会带来体积安定性问题。影响粉煤灰性能的因素：玻璃体含量：玻璃体含量越高，FA活性越好。煤粉（未燃碳）：碳含量越高，越影响FA的水硬性及耐久性。要求8%（烧失量）。CaO含量越高，活性越好，但不可超过限度。燃烧时的温度和负压抽风压力，也影响了玻璃体含量及碳粉含量等。粉煤灰细度。 未燃碳的不利影响：a. 增加了需水量。b. 未燃煤粉遇水后表而