第2章 无机胶凝材料课件

第二章气硬性胶凝材料石家庄铁道大学材料科学与工程学院2012年9月制作1本章内容气硬性胶凝材料（2学时）石灰石膏水玻璃

、菱苦土

2教学目标掌握气硬性胶凝材料（石灰及建筑石膏）消化、硬化过程、技术性质和应用；掌握硅酸盐水泥熟料矿物成分与特性、水化与凝结硬化的机理和主要技术性质；掌握掺加混合材硅酸盐水泥的技术性质、特点以及应用；了解菱苦土、水玻璃以及其他水泥的特点、性质及应用。教学重点硅酸盐和掺加混合材硅酸盐水泥的技术性质、特点以及应用；基本要求3建筑石膏石灰水玻璃菱苦土第一节气硬性胶凝材料4

第一节气硬性胶凝材料

何为胶凝材料？胶凝材料是指在一定条件下，通过自身的一系列物理化学变化能够由浆体变为石状体，并能胶结其它物料成整体而且具有一定机械强度的物质。5有机胶凝材料：无机胶凝材料胶凝材料气硬性胶凝材料：

只能在空气中硬化，也只能在空气中保持或发展其强度。如：石灰、石膏、水玻璃、菱苦土水硬性胶凝材料：

不仅能在空气中而且能更好地在水中硬保持并发展其强度。如：水泥

如：沥青、各种合成树脂

第一节气硬性胶凝材料分类？？6一、石膏(gypsum)石膏的生产建筑石膏的水化与硬化

建筑石膏的技术特性、质量要求与应用高强石膏7（一）石膏的生产

石膏胶凝材料：是一种以硫酸钙为主要成分的气硬性胶凝材料。

原材料：天然二水石膏（CaSO4•2H2O)与

无水石膏(CaSO4)，其中无水石膏只能生产无水石膏水泥。

生产工艺：破碎、加热与磨细（见后面工艺图）8

天然二水石膏65～75C高强石膏-半水石膏建筑石膏-半水石膏107～170C500～750C800～1000C＞1600C开始脱水死烧石膏地板石膏分解为CaO压蒸锅1.3大气压127C（一）石膏的生产9-半水石膏与α型半水石膏有何区别？

β型半水石膏特点：结晶细小、分散度高、其中杂质含量少，白度较高，常用于制作模型合花饰，称模型石膏，在陶瓷工业中用做成型的模型。

α型半水石膏特点：结晶粗大，生成的半水石膏是粗大而密实的晶体，水化后具有较高强度，故称高强石膏。10（二）建筑石膏的水化与硬化

水化凝结硬化

1、水化反应方程式：

CaSO4•½H2O+1½H2O=CaSO4•2H2O

2、浆体的凝结硬化过程

半水石膏溶解水化CaSO4•2H2O饱和胶体微粒晶体析出破坏溶液的平衡

半水石膏溶解水分减少浆体变稠晶体长大产生强度不断增长1112（三）建筑石膏的性质、要求与应用1、建筑石膏技术性质

（1）凝结硬化速度快，

要求初凝6min，终凝30min。（2）与水泥相比硬化后强度较低(3～6MPa)，表观密度小。（3）由于石膏制品的孔隙率大，因而导热系数小，吸声性强，吸湿性大，可调节室内温湿度。（4）石膏凝结过程中体积膨胀,装饰性好。（5）石膏制品的耐水性差抗冻性差，不宜用于潮湿部位。（6）具有良好的抗火性能。13（三）建筑石膏的性质、要求与应用

2、质量要求

包括强度、细度和凝结时间。按强度和细度划分为优等品、一等品和合格品。执行标准GB9776-1988。各等级建筑石膏的初凝时间≮6min终凝时间≯30min14（三）建筑石膏的性质、要求与应用

3、应用（见图片）

（1）制成石膏抹灰材料

需加缓凝剂及附加材料。粉刷石膏粘接力高、不裂、不起鼓、表面光洁、防火、保温。（2）墙体材料如纸面石膏板、石膏空心砌块、石膏空心条板（3）装饰石膏板、石膏浮雕花饰、雕塑制品

4、使用时应注意问题

在运输及储存时应防止受潮，一般储存三个月后强度降低30%左右。15

应用实例质量轻，可锯、可刨、可钉，加工性能好，可连续生产，生产效率高，有广阔的发展前途。16纸面石膏条板石膏空心条板石膏立柱石膏吊顶

应用实例17

应用实例18思考题：建筑石膏及其制品适用于室内，不适用于室外，为什么?19（四）高强石膏

建筑石膏是片状的、有裂隙的晶体，结晶很细，比表面积比高强石膏大的多，拌制石膏制品时需水量高达60%-70%，因而制品的空隙率大，强度低。高强石膏结晶良好、坚实、粗大，因而比表面积小，调制成可塑性石膏浆体时需水量约为35%-45%，因此，高强石膏硬化后有较高的密实度与强度。复习：高强石膏与建筑石膏有何不同？20（四）高强石膏2、高强石膏的应用（1）强度要求较高的抹灰工程、装饰制品和石膏板（2）掺入防水剂，可用于湿度较高的环境。（3）做粘结剂，须加入聚乙烯醇水溶液。其特点是无收缩。21二、石灰

(lime)概述石灰的生产工艺石灰的消化和硬化石灰的技术性质和技术标准石灰的应用22（一）概述什么是石灰？石灰是由以碳酸钙（ＣａＣＯ3）为主要成分的石灰石，经过适当的煅烧，分解和排出CO2后所得的以CａO为主要成分的材料。通常称生石灰。原材料分布广，生产工艺简单，成本低，应用十分广泛。23

石灰的分类按粘土含量分为

气硬性石灰：石灰中粘土＜8%

水硬性石灰：石灰中粘土＞8%按氧化镁含量分为

钙质石灰：氧化镁≤5%

镁质石灰：氧化镁＞5%

主要成分：氧化钙（ＣａＯ）氧化镁（ＭｇＯ）（一）概述24（二）石灰的生产工艺1、原料：富含碳酸钙的岩石（如石灰石、白云石、白垩等）。2、原理：高温煅烧

CaCO3CaO+CO2从化学平衡的角度看，应尽可能排除CO2，使反应向右移动。优质的石灰，色质洁白或略带灰色，质量较轻，块状石灰堆积密度为800～１000ｋｇ／ｍ3具有多孔结构

25(二)石灰的生产工艺（1）煅烧温度

CaCO3的理论分解温度为898℃（普通大气压下）.一般生产中控制在1000-1200℃左右。温度低，欠火石灰;温度高，过火石灰（2）反应前后体积变化

CaCO3分解时，释放出占原重44%的CO2，但石灰体积比原体积仅减少10-15%,石灰为多孔结构。（3）石灰原料中常含有一些MgCO3，其分解温度为590℃，容易过烧26(二)石灰的生产工艺3、欠火石灰和过火石灰欠火石灰颜色发青，内部有未烧透的内核，使用时不能完全消化;产浆量低（有效氧化钙和氧化镁含量低），缺乏粘结力；过火石灰表面出现裂缝或玻璃状的外壳，体积收缩明显，颜色呈灰黑色;块体密度大，消化缓慢，用于建筑结构物中仍能继续消化，以致引起体积膨胀，导致产生裂缝等破坏现象，危害极大。27(三)石灰的消化和硬化1、石灰的消化(熟化)块状的生石灰使用时加水使其“消化”成为粉未状的“消石灰”，这一过程亦称“熟化”，故消石灰亦称“熟石灰”。其化学反应式为：

CaO+H2O→Ca(OH)2+64.9×103J熟化的特点：石灰加水后，放出大量的热，体积膨胀，质纯且煅烧良好的石灰体积增大１～２.５倍。28（三）石灰的消化和硬化区别消石灰粉和石灰浆（乳）消石灰粉：将生石灰用适量的水消化而得的粉末。石灰浆（石灰膏）：将生石灰用较多的水消化而得的可塑性浆体。石灰乳：石灰浆若水分加的更多，则成石灰乳。29（三）石灰的消化和硬化如果加水量控制的合适，就可以把块状生石灰变成干消石灰粉，为什么？原因：（1）生石灰的结构多孔，其中氧化钙的晶粒尺寸极细，因此它含有极大的内比表面积，加水后，水立即渗入孔内发生水化反应，水分子进入氧化钙晶格内生成氢氧化钙，氢氧化钙质地疏松，密度小，（CaO密度3.2g/cm3,Ca(OH)2密度2.2g/cm3）体积增大约一倍，造成膨胀压力，使石灰自动形成粉末。（2）因消解反应放出大量热，能使水分变成蒸汽，使自由水蒸发，起干燥作用。30（三）石灰的消化和硬化

2、石灰的消化速度块状生石灰加水后产生热量达到最高温度所需的时间

快熟石灰１０ｍｉｎ就完成消化过程，

中熟石灰１０～３０ｍｉｎ，

慢熟石灰则需３０ｍｉｎ以上的时间才能完成消化。3、陈伏陈伏过程就是使石灰完全消解，以消除过火的危害。时间一般为两星期以上，且表面应保有一层水分。31（三）石灰的消化和硬化4、石灰的硬化

干燥：水分蒸发氢氧化钙浓度增加强度

结晶：氢氧化钙浓度增加析出晶粒靠近长大形成整体强度增长干燥结晶Ca(OH)2+CO2CaCO3(蒸发)+H2O

碳化32课堂练习：1、石灰浆体在空气中硬化是由

和___两个过程来完成的。2、选择：要保持石灰膏不变质，应把它置于___。

a)水中b)干燥的空气中

c)潮湿空气中d)含二氧化碳空气中3、简答：何谓欠火石灰、过火石灰，它对石灰质量有何影响? 33（四）石灰的技术性质和技术标准1、技术性质（1）凝结、硬化慢（2）具有良好的可塑性石灰是依靠化学作用自动分散成消石灰粉或石灰浆。氢氧化钙呈细小胶粒状态（直径约为1μm），颗粒表面能吸收大量的水形成较厚的水膜，所以可塑性好。（3）硬化有明显收缩不宜单独使用。34（四）石灰的技术性质和技术标准2、技术要求

（1）有效氧化钙和氧化镁含量（2）生石灰产浆量和未消化残渣含量（3）二氧化碳含量（4）消石灰粉游离水含量（5）体积安定性（6）细度

35四、石灰的技术性质和技术标准3、技术标准建筑石灰现行标准《建筑生石灰》（ＪＣ／Ｔ４７９－９２）《建筑生石灰粉》（ＪＣ／Ｔ４８０－９２）《建筑消石灰粉》（ＪＣ／Ｔ４８１－９２）根据氧化镁含量分为钙质生石灰和镁质生石灰按有效钙＋氧化镁含量、产浆量、未消化残渣和ＣＯ２等４个项目的指标，将生石灰分为优等品、一等品和合格品３个等级。36

表1生石灰的技术标准项目钙质生石灰

镁质生石灰

优等品一等品合格品优等品一等品合格品CaO+MgO含量/%≮908580858075

C02含量/%≯

5796810未消化残渣含量（5mm圆孔筛余）/%≯5101551015产浆量/L·kg-1≮

2.82.32.02.82.32.037

表2、生石灰粉的技术标准项目钙质生石灰

镁质生石灰

优等品一等品合格品优等品一等品合格品CaO+MgO含量/%≮858075807570

C02含量/%≯

791181012细度0.90mm筛筛余/%≯0.20.51.50.20.51.50.125mm筛筛余/%≯7.012.018.07.012.018.038

表3消石灰粉的技术标准项目钙质消石灰粉镁质消石灰粉白云石消石灰粉优等品一等品合格品优等品一等品合格品优等品一等品合格品CaO+MgO含量/%≮706560656055656055游离水/%0.4～２体积安定性合格合格—合格合格—合格合格—细度0.90mm筛筛余/%≯000.5000.5000.50.125mm筛筛余%≯31015310153101539（四）石灰的技术性质和技术标准答：

1.检测石灰中CaO和MgO的含量,二氧化碳的含量,细度。2.根据MgO含量，判定该石灰的类别(属钙质/镁质石灰)3.根据表4.1判定该石灰的等级。思考：某工地要使用一种生石灰粉，现取试样，应如何判断该石灰的品质？40（五）石灰的应用1、配制建筑砂浆用于砌筑砖石等块状材料或抹面工程。

2、配制无熟料水泥石灰做碱性激发剂与具有火山灰性的材料，以一定的比例混合磨细，而得到不经过煅烧具有水硬性的胶凝材料。

41（五）石灰的应用3、生产硅酸盐制品如灰砂砖、加气混凝土制品4、配灰土或三合土5、碳化石灰板磨细生石灰+纤维状填料+轻质骨料搅拌成型，人工通以二氧化碳12~24小时。碳化石灰板容重轻，保温隔热性能好。42

1.选择：耐酸性好的材料是————：

A）硅酸盐水泥B）建筑石膏

C）石灰D）水玻璃2.填空：建筑石膏的化学成分是

，高强度石膏化学成分是

。3.判断：石灰陈伏是为了降低石灰熟化时的发热量()4.生石灰在空气中贮存1年后可以照常使用()5.石灰砂浆硬化过程中发生碳化的反应是按下述方式进行的

Ca(OH)2+CO2=CaCO3+H2O()课堂练习题43三、水玻璃

水玻璃定义俗称泡花碱，是一种能溶于水的硅酸盐，由不同比例的碱金属与二氧化硅所组成最常用的是硅酸钠(Na2O•SiO2)与硅酸钾(K2O•SiO2)水玻璃。44三、水玻璃水玻璃的生产湿法：将石英砂和苛性钠溶液在压蒸锅（2-3大气压）内用蒸气加热，并加搅拌，使直接反应而成液体水玻璃。干法：将石英砂与碳酸钠磨细拌匀，在熔炉内于1300℃-1400℃温度下熔化生成固体水玻璃，然后在水中加热而成液体水玻璃。45水玻璃的模数氧化硅和氧化钠分子比n称为水玻璃的模数一般在1.5-3.5之间。水玻璃的模数n反映了固体水玻璃在水中溶解的难易程度。为1能溶解于常温的水中，加大则只能在热水中溶解；大于3时，要在4个大气压以上的蒸气中才能溶解。三、水玻璃46水玻璃的硬化

Na2O•nSiO2+CO2+mH2O==Na2CO3+nSiO2•mH2O

上述过程进行很慢，常用加热与加入促硬剂硅氟酸钠(Na2SiF6)的办法促使硬化。

Na2O•nSiO2+Na2SiF6+mH2O===6NaF+(2n+1)SiO2•mH2O三、水玻璃47三、水玻璃水玻璃的性质

1、水玻璃具有良好的粘结能力，硬化时析出的硅酸凝胶有堵塞毛细孔而防止水渗透的作用。2、水玻璃不燃烧，在高温下硅酸凝胶干燥的更加强烈，强度并不降低，甚至有所增加。3、水玻璃具有高度的耐酸性能，能抵抗大多数无机酸与有机酸的作用。48三、水玻璃水玻璃的应用

1、涂刷在建筑材料表面可提高抗风化能力。2、配制防水剂。3、配制水玻璃矿渣砂浆，修补砖墙裂缝。4、用于土壤加固。49四、菱苦土菱苦土，又称镁质胶凝材料或氯氧镁水泥，其主要成分为MgO。菱苦土硬化后吸湿性大，耐水性差。遇水或吸湿后易产生翘曲变形，表面泛霜，且强度大大降低。因此菱苦土制品不宜用于潮湿环境。

使用玻璃纤维增强的菱苦土制品具有很高的抗折强度和抗冲击能力，其主要产品为玻璃纤维增强菱苦土波瓦。50本节小结重点部分：胶凝材料的概念建筑石膏、石灰的特性及应用难点部分：建筑石灰和石膏凝结硬化机理了解部分：水玻璃和菱苦土的特点与应用51本节作业与复习题

1.建筑石膏及其制品为什么适用于室内，而不适用于室外？2.用于内墙抹灰时，建筑石膏与石灰比较具有哪些优点？为什么？3.某单位宿舍楼的内墙使用石灰砂浆抹面。数月后，墙面上出现了许多不规则的网状裂纹。同时在个别部位还发现了部分凸出的放射状裂纹。试分析上述现象产生的原因。4.既然石灰不耐水，为什么由它配制的灰土或三合土却可以用于基础的垫层、道路的基层等潮湿部位？52第二节硅酸盐水泥53水泥概述硅酸盐水泥的生产及矿物组成硅酸盐水泥的水化及凝结硬化硅酸盐水泥的技术性质水泥石的腐蚀与防止硅酸盐水泥的储存与应用主要内容54教学目标重点：硅酸盐水泥的矿物组成、技术性质难点：硅酸盐水泥的水化及凝结硬化知识目标：掌握硅酸盐水泥的矿物组成与技术性质；掌握水泥石腐蚀的类型与腐蚀机理；掌握硅酸盐水泥的储存与应用；了解硅酸盐水泥的水化及凝结硬化机理55

水泥发展历史水泥现状未来水泥发展趋势水泥的定义与分类一、水泥概述56（一）中国古代的建筑胶凝材料公元前新石器时代仰韶文化时期

用“白灰面”涂抹山洞，用黄泥浆砌筑土坯墙；至公元前7世纪

出现石灰；

公元5世纪南北朝时代

出现了“三合土”1806年“波特兰水泥”-PortlandCement（欧美国家）过去中国把水泥称为“洋灰”。

（一）水泥发展历史57（一）水泥发展历史（一）中国水泥发展史

中国水泥史上设备国产化进程的4个里程碑（1）昆明水泥厂建设立窑厂；（2）湘乡水泥厂建设湿法回转窑厂；（3）江西水泥厂建设日产2000（3）安徽海螺集团有限责任公司建设日产5000吨

熟

料预分解

窑新型干法厂58立窑回转窑-预分解干法立窑（一）水泥发展历史59

中国：目前我国有7000多家水泥企业，水泥年产量占世界水泥总产量的40％以上，仅就数量而言，是世界第一水泥生产大国。“十五”期间，水泥产量平均增速为12%，水泥生产企业得到较快发展，水泥行业正处于高速发展阶段。（二）水泥发展现状602003年：水泥年产量已达8.6亿吨；世界总产量的40％，居世界第一位（二）水泥发展现状2006年：Estimatedcurrentproduction =1240Estimated%ofworldtotal =45%中国：612009年：Annualoutput:1.65

billiontons

(中国产量:16.5亿吨)

China’s/world’s>55%Cement(水泥)2020年：Estimatedproduction= 2500Estimated%worldtotal= 60%（二）水泥发展现状中国：62（二）水泥发展现状Total:2.83billiontonsCO2emissionfromcement:2.46billiontons其他国家（2008年）：63198520032020EDevelopedCountries320400500DevelopingCountries36012002500Total68016004000M.Betts,WorldCement,November2003(millionsoftonnes)水泥耗用量（二）水泥发展现状世界各国:64（三）水泥发展前景建新型干法水泥生产线

我国2008年新建成投产新型干法水泥生产线120条，新增水泥熟料产能1.433亿吨，新型干法水泥占总量比重已接近70%。水泥需求大省结构比例已经达到70%以上，欠发达地区在建项目今年投产后也将达到70%以上。水泥工业的可持续性发展

是CO2排放大户以及原材料的主要用户（见后面统计数据）65

2009年我国水泥CO2排放与原料/能源消耗情况：

Emissions:CO20.97billiontons;SO20.48milliontons;

NOx1.9milliontons.Consumption:limestone1.46billiontons;clay0.24billiontons;electricity182billionkWh;coal0.19billiontons.

ThesecondinCO2emission;7%ofthenationalenergyconsumption.（三）水泥的发展前景66环境负荷大、资源能源难以支撑持续发展呼唤生态水泥工艺及技术的诞生！生态水泥节能和减排用高新技术改造传统水泥生产工艺,达到节能减排和环境保护目的。工业废弃物的利用

（三）水泥发展的前景67生态水泥工业的内涵？？节能和减排

用高新技术改造传统水泥生产工艺,达到节能减排和环境保护的目。工业废弃物的利用

用大量含有硅酸盐和铝硅酸盐矿物的工业固体废弃物部分或全部地替代水泥熟料，制造性能优良的生态水泥和混凝土，通过钢铁、建材、化工、能源等工业的循环，实现资源和能源的节约，环境和生态的友好。68（四）水泥的定义与分类水泥定义：指加水拌和成塑性浆体后，能胶结砂、石等适当材料，并能在空气和水中硬化的粉状水硬性胶凝材料。水泥分类：

根据化学组成分类

硅酸盐水泥（常用）铝酸盐水泥硫铝酸盐水泥铁铝酸盐水泥

根据用途分类

通用水泥：如硅酸盐系列水泥（六大品种水泥）

特种水泥：如白水泥、膨胀水泥等

专用水泥：油井水泥、大坝水泥、道路水泥等69

硅酸盐水泥的概念硅酸盐水泥的生产工艺及矿物组成硅酸盐水泥的凝结硬化硅酸盐水泥的技术性质硅酸盐水泥石的腐蚀与防治硅酸盐水泥的储存与应用二、硅酸盐水泥70（一）硅酸盐水泥的概念凡由硅酸盐水泥熟料、05%石灰或粒化高炉矿渣、适量石膏磨细制成的水硬性胶凝材料，称为硅酸盐水泥（波特兰水泥）硅酸盐水泥分P和P两种类型：P：不掺加混合材料；P：掺加不超过水泥质量5%石灰石或粒化高炉矿渣混合材料。711、硅酸盐水泥的生产工艺生产工艺；“二磨一烧”72

原料：石灰质原料：如石灰石、白垩等，提供氧化钙）黏土质原料：如如黏土，提供氧化硅、氧化铝）辅助原料：如铁矿石矿化剂：如萤石1、硅酸盐水泥的生产工艺73生产工艺流程图1、硅酸盐水泥的生产工艺74

生产设备1、硅酸盐水泥的生产工艺752、水泥熟料矿物组成水泥颗粒显微外貌水泥实物76硅酸三钙分子式分子简式

3CaO·SiO2C3SC2SC3AC4AF2CaO·SiO23CaO·Al2O34CaO·Al2O3·Fe2O3硅酸二钙铝酸三钙铁铝酸四钙名称含量37%60%15%37%7%15%10%18%

水泥中的其它成分：潜在危害严重影响水泥体积安定性改变四种成分的比例，得到不同品种的硅酸盐水泥！！2、水泥熟料矿物组成77（三）硅酸盐水泥的凝结硬化

水化

水化反应单矿物水化产物石膏作用原理

凝结与硬化

凝结硬化含义

凝结硬化过程影响凝结硬化因素782C3S+6H2O==C-S-H+3Ca(OH)22C2S+4H2O==C-S-H+Ca(OH)2C3A+6H2O==3CaOAl2O36H2O2C4AF+7H2O==3CaOAl2O36H2O+CaOFe2O3H2O1、硅酸盐水泥的水化

水化硅酸钙凝胶六方板结晶水化速度最快；闪凝

立方板状结晶

水化速度快，早强

水化速度慢，后强

立方板状结晶

水化速度适中

说明：水化硅酸钙凝胶一般表示：：C-S-H氢氧化钙：简写为CH79高硫型水化硫铝酸钙钙矾石，AFt低硫型水化硫铝酸钙AFm1、硅酸盐水泥的水化80硅酸钙水化产物微观形貌：1、硅酸盐水泥的水化Ca(OH)2C-S-H811、硅酸盐水泥的水化硅酸钙水化产物微观形貌：82Ca(OH)2——羟钙石(portlandite)缩写：CH体积含量:占水泥石体积20～25%；特征：表面积较小、次价键力弱结构特点：六方片状晶体

Portlandite

相似氢氧化钙晶体形貌生长在水泥石孔隙中的六方片状的羟钙石晶体石家庄铁道大学1、硅酸盐水泥的水化83水化硫铝酸钙针状结晶体该难溶，包裹在水泥熟料的表面上，形成保护膜，阻碍水分进入水泥颗粒内部，从而阻碍了铝酸三钙的水化，降低了水泥的水化速度，使水泥的凝结时间得以延缓。少量石膏在水泥中起调节凝结时间（缓凝）的作用。石膏用量过多引起水泥安定性不良，或者引起水泥瞬凝。石膏作用原理？？1、硅酸盐水泥的水化84

水泥的水化反应及水化产物：胶体晶体水化硅酸钙凝胶70%水化铁酸钙Ca(OH)2六方片状晶体水化铝酸钙六方晶体钙钒石针状晶体1、硅酸盐水泥的水化85名称简称强度水化热水化速度硅酸三钙C3S高多快硅酸二钙C2S早期低后期高少慢铝酸三钙C3A低最多最快铁铝酸四钙C4AF低中快四种矿物的水化特性1、硅酸盐水泥的水化862.硅酸盐水泥凝结与硬化

何为凝结？水泥加水拌合后形成具有一定流动性和可塑性的浆体，随着水化的不断进行，水分的不断蒸发，起润滑作用的自由水分逐渐减少，水泥浆逐渐变稠失去可塑性的过程。有初凝和终凝之分。何为硬化？失去可塑性的浆体随着时间的增长产生明显的强度，并逐渐发展成为坚硬的水泥石的过程。87水泥硬化机理cement+waterpaste基本假设溶解沉淀反应理论就地反应理论(局部反应理论)石家庄铁道大学2.硅酸盐水泥凝结与硬化88溶液中的反应：机理：溶解扩散沉淀离子在水中的扩散C3S表面离子水化弱化晶体中的化学键，增加pH值水化产物成核CSH析出、凝聚、脱水离开水相，形成凝胶，CH结晶生长石家庄铁道大学2.硅酸盐水泥凝结与硬化89面局部反应：机理：颗粒表面水化物层的形成与扩散

水化物层在固－液界面上形成，并不断增厚颗粒表面离子的水化和水解C-S-H的成核Ca(OH)2的成核和生长石家庄铁道大学2.硅酸盐水泥凝结与硬化90（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—水分

3—凝胶4—晶体

5—水泥颗粒的未水化内核

6—毛细孔凝结硬化过程示意图石家庄铁道大学2.硅酸盐水泥凝结与硬化91凝结硬化过程初始反应期潜伏期凝结期硬化期初始的水解和水化，约持续5~10分钟。流动性可塑性好凝胶体膜层围绕水泥颗粒生长，1h凝胶膜破裂、水化产物长大并连接，水泥颗粒进一步水化，6h。多孔的空间网络-凝聚结构，失去可塑性。

凝胶体填充毛细管6h，若干年硬化石状体密实空间网石家庄铁道大学2.硅酸盐水泥凝结与硬化92水泥石的组成：固相—水化物+未水化的水泥颗粒胶体：水化硅酸钙C-S-H凝胶和铁相凝胶等；晶体：水化硫铝酸钙水化铝酸钙与氢氧化钙晶体气相—各种尺寸的孔隙与空隙凝胶孔毛细孔气孔液相—水或孔溶液自由水吸附水凝胶水2.硅酸盐水泥凝结与硬化93水泥石微结构由水化物(胶体和晶体)颗粒、未水化的水泥颗粒内核相互聚集形成连续固体颗粒堆聚结构，大小不等的凝胶孔和毛细孔分布其中。水化良好的水泥石微结构：“A”代表结晶性差、胶体尺寸(1~100nm)的C-S-H堆聚体，颗粒间隙尺寸0.5~3.0nm；“H”代表六方晶体相，尺寸为1m；“C”代表没有被水化物填充，原来由水占据的毛细孔隙或空隙，尺寸在10nm~m。石家庄铁道大学2.硅酸盐水泥凝结与硬化943.影响水泥凝结硬化的因素影响因素矿物组成细度石膏掺量水灰比温度、湿度龄期95水泥熟料中单一矿物的水化速度水化度(％)时间(天)（1）矿物组成的影响水泥熟料矿物的水化速度：

C3A＞C3A＋CaSO42H2O＞C3S~C4AF＞C2S96（2）石膏掺量的影响石膏主要降低C3A的水化速度；掺量太少，凝结较快；过多，凝结硬化影响不大。石膏掺量对C3A浆体(水/固比＝1.0)水化速度(放热量)的影响放热速度(W/kg)试时间(h)石膏掺量增加：放热速度减慢放热峰延后石膏掺量对C3A与硅酸钙浆体初凝时间的影响

石膏掺量增加，凝结硬化加快；掺量达到一定后，再增加，影响不大。97（3）温度与湿度的影响温度升高，水化反应加快，凝结硬化加速温度升高10C，速度加快1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。温度升高，放热速度加快，诱导期时间缩短98（4）拌和用水量的影响重要概念：水灰比—水泥浆体中拌和水量与水泥质量之比；水泥熟料矿物完全水化的理论水灰比＝0.23；水灰比越大，需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。99水灰比对水泥浆体中水化物与孔隙体积的影响（4）拌和用水量的影响100Summary：C3S、C3A含量多，凝结硬化快，反之亦然。掺加混合材，熟料减少，凝结硬化速度减慢。有些化合物可以使水泥浆体促凝或缓凝。

细度越小，水化反应越快，凝结硬化越快。

水灰比越大，浆体需填充的孔隙越多，凝结硬化速度越慢。提高温度，加快水泥的凝结硬化；保持足够的水分有利于水泥的凝结硬化

101细度标准稠度用水量凝结时间体积安定性强度水化热（四）硅酸盐水泥的技术性质细度凝结时间

强度标准稠度用水量

体积安定性技术性质其它102体积安定性强度

细度是指水泥的粗细程度，水泥颗粒粒径一般在0.007—0.2mm范围内；测定方法：筛析法（80m的方孔筛-筛余量不得超过10.0％。

）比表面积法（单位质量的粉末所具有的总表面积）（GB175—1999）规定：硅酸盐水泥比表面积应大于300㎡/kg。水化热细度（四）硅酸盐水泥的技术性质其它标准稠度用水量凝结时间103为什么需要规定水泥的细度？思考题：解答：水泥颗粒越粗，水化活性越低，不利于凝结硬化；水泥颗粒越细，凝结硬化越快，早期强度越高，但水化放热速度快，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(采用助磨剂，介绍-石家庄建设局项目，JF型高效水泥助磨剂的研制”）；水泥越细，储存不利，容易受潮结块，降低强度。1、细度104方法：负压筛、水筛、手工筛。当发生争议时以负压筛为准。筛的孔径：80µm方孔筛主要仪器设备

负压筛析仪（图1）水筛架和喷头（图2）

水泥细度检验（筛析法）1、细度105(1)负压筛析法试样质量：80µm-25g；45µm-10g(2)水筛法检查系统负压4000-6000Pa称样筛析2min精确至0.01g称取筛余物调整水压及水筛架称样筛析3min精确至0.01g烘干称取筛余物

水泥细度检验方法106水泥试样筛余百分数：式中F—水泥试样筛余百分数，%；

Ri—水泥筛余物的质量，g；

W—水泥试样的质量，g

水泥细度检验方法107(3)水泥比表面积试验方法（勃氏法）

测定原理本方法主要根据一定量的空气通过具有一定空隙率和固定厚度的水泥层时，所受阻力不同而引起流速的变化来测定水泥的比表面积。在一定空隙率的水泥层中，孔隙的大小和数量是颗粒尺寸的函数，同时也决定了通过料层的气流速度。

108Blaine透气仪(3)水泥比表面积试验方法（勃氏法）

109凝结时间体积安定性强度细度目的为了使水泥凝结时间、体积安定性等的测定具有准确的可比性。

标准稠度定义按规定的方法拌制的水泥净浆，在水泥标准稠度测定仪上，试锥下沉距地板61mm时的水泥净浆的稠度。

标准稠度用水量定义指水泥净浆达到标准稠度时所需要的水量，用水与水泥质量的比来表示。硅酸盐水泥的标准稠度用水泥量一般在21%~28%。水化热标准稠度（四）硅酸盐水泥的技术性质其它110试验方法标准法（1）拌合水量按经验找水；（2）先加水，再加水泥500g，在5-10s内加入到搅拌锅内。（3）在试杆停止或沉入水泥浆30s时记录试杆距底板的距离（4）试杆沉入水泥净浆并距底板6±1mm时拌合水量为标准稠度的用水量（P）:

2.标准稠度用水量

111主要仪器设备标准维卡仪与试针代用法维卡仪与试模2.标准稠度用水量

112待用法

用调整水量和固定水量两种方法：

(1)固定加水量方法水泥500g，水为142.5ml;(2)试验结果：

1）调整水量法以试锥下沉深度S为28±2mm时的净浆为标准稠度净浆，其拌合水量P为标准稠度用水量，其计算方法同上。

2）采用固定加水量法测定时，根据测得的试锥下沉深度S计算P(%):

若S小于13mm，应改用调整水量法。2.标准稠度用水量

1132.标准稠度用水量

试验演示播放试验录像114细度标准稠度体积安定性强度

初凝时间：

加水拌和到标稠，净浆开始失去可塑性所需的时间。

终凝时间：

加水拌和到标稠，净浆完全失去可塑性，并产生强度所需的时间。

GB规定：

初凝不小于45min，终凝不迟于390min。初凝不合格者为废品，终凝不合格者为不合格品。水化热凝结时间（四）硅酸盐水泥的技术性质其它1153、凝结时间仪器：采用凝结时间测定仪（维卡仪）水泥浆体：采用水泥标准稠度净浆。初凝时间：试针距底板距离为4mm±1mm。终凝时间：当试针沉入试体0.5mm时，即环形附件开始不能在试体上留下痕迹时。注意！初凝不合格者为废品！终凝不合格者为不合格品！凝结时间测定：116初凝时间的测定

第一次测定是试件在湿气养护箱中养护至加水后30min；观察试针停止下沉或释放30s时指针的读数。当试针沉至距底板4±1mm时，为水泥达到初凝状态；临近初凝时，每隔5min测定一次。终凝时间的测定

在终凝针上安装一个环形附件；临近终凝时间每隔15min测定一次，当试针沉入试体0.5mm时，水泥达到终凝状态。播放试验录像（min）凝结时间测定3、凝结时间117标准稠度凝结时间体积安定性强度细度

定义水泥浆在硬化过程中，体积变化的均匀性能。原因（1）熟料中f-CaO，f-MgO

过多，（2）石膏过量，硬化后，仍有CaSO4存在，与CA、水化铝酸钙与之反应，形成AFt

,导致膨胀开裂。

测定方法：沸煮法（雷氏法、试饼法）

GB规定:f-MgO≯5%SO3≯3.5%水化热（四）硅酸盐水泥的技术性质其它118试饼法雷氏夹法C-A≯5.0mm4、体积安定性沸煮箱雷氏夹测定仪检测f-Cao是否会引起安定性不良30±5min内加热至沸腾并横沸：180±5min1194、体积安定性试验演示播放试验录像（2min）120标准稠度凝结时间体积安定性强度细度强度定义：按照GB/T17961-1999《水泥胶砂强度检验方法（ISO）法》方法制作水泥胶砂试件，在标准养护条件下，养护到规定龄期时检测强度值。ISO试验方法：试件尺寸:4040160mm水泥:中国ISO标准砂:水=1:3:0.5标准养护条件：温度：20±1°C，湿度90%以上龄期：3d和28d的抗压和抗折强度水化热4、水泥胶砂强度其它121

图1水泥胶砂搅拌机图2拨料器和振实台试验仪器：4、水泥胶砂强度122抗折强度试验机压力机夹具4、水泥胶砂强度试验仪器123（1）试件受压面为非成型面;（2）试件放入前杠杆应调成平衡状态;（3）加荷速度为50±10N/s;（4）单块抗折强度的计算（精确到0.01MPa):抗折强度的试验方法：抗折强度以三个抗折结果的平均值计算(精确到0.1MPa).当三个强度值中有超出平均值的±10%时,应剔除后再取平均值作为抗折强度试验结果；如果有两个超出平均值的±10%时,则必须重做试验。4、水泥胶砂强度124

例题：有三组抗折强度试验数据如下，试确定最后的试验结果。

（1）9.0，10.0，11.0（MPa）

=11.0（MPa）抗折强度=11.0（MPa）(2)10.8，10.2，13.0(MPa）

平均值Rf=11.3（MPa），其中（13.0-11.3）/11.3=14.7%＞10%抗折强度=(10.8+10.2)/2=10.5（MPa）(3)8.5,10.0,11.5（MPa）平均值Rf=10.0（MPa），最大和最小值均平均值的超过10%。此组试验应重做。4、水泥胶砂强度125抗压强度的试验方法(1)受压面为非成型面;(2)加荷速率为2400±200N/s;(3)单块抗压强度按试计算(精确0.1MPa):(4)抗压强度以六个抗压强度测地值的平均值为试验结果(精确0.1MPa)。如六个测定值中有一个超出六个平均值的±10%时，应剔除这个值，以剩下的五个平均值作为结果。若五个测定值中再有超过它们平均值的±10%时，则此组结果作废。4、水泥胶砂强度126影响水泥强度的因素：水泥石强度来自水化物颗粒间的相互作用力——次价键力在整个表面积上的积分和；水泥石内部水化物颗粒的表面积很大，理论强度大于600MPa；影响水泥石强度的关键因素是孔隙率P：

Powers’s公式：

＝k(1-P3)影响孔隙率的因素均影响水泥石的强度水灰比水灰比越大，孔隙率越大，强度越低；水泥组成：熟料矿物、混合材；养护条件：温度、湿度、龄期；水泥细度：水泥颗粒越细，强度发展越快。4、水泥胶砂强度127水泥的强度等级：4、水泥胶砂强度128影响水泥石强度的因素水泥石强度来自水化物颗粒间的相互作用力——次价键力在整个表面积上的积分和；水泥石内部水化物颗粒的表面积很大，因此，理论强度大于600MPa；影响水泥石强度的关键因素是孔隙率P：

Powers’s公式：＝k(1-P3)影响孔隙率的因素均影响水泥石的强度水灰比水灰比越大，孔隙率越大，强度越低水泥组成：熟料矿物、混合材养护条件：温度、湿度、龄期水泥细度：水泥颗粒越细，强度发展越快4、水泥胶砂强度129影响水泥石强度的因素水泥细度对强度的影响水泥石强度与孔隙率的关系130水泥品种对强度的影响水泥熟料矿物组成对强度的影响影响水泥石强度的因素131标准稠度用水量凝结时间

体积安定性强度

细度概念：单位质量水泥水化放出的热量(KJ/Kg)

特征：水泥放热过程持续很长时间，大部分在3d内释放出来。工程意义：水化热大，对冬季施工有利，对大体积混凝土工程不利，引起混凝土开裂。影响因素：水泥的矿物组成水泥细度矿物掺合料水化热（四）硅酸盐水泥的技术性质其它132标准稠度凝结时间

体积安定性强度

细度碱含量：水泥中碱含量按Na2O＋0.653K2O计算值来表示。若使用活性骨料，水泥中碱含量≯0.60%。不溶物：指水泥经酸和碱处理后，不能被溶解的残余物；烧失量：指水泥经高温灼烧后的质量损失率。物理性质：

密度:3.0-3.15g/cm3,通常取3.1g/cm堆积密度:1000-1600Kg/m3水化热（四）硅酸盐水泥的技术性质其它133总结技术性质不符合要求细度不合格品凝结时间（初凝）废品（终凝）不合格品体积安定性废品强度不合格品或降低等级不溶物和烧失量不合格品134（五）水泥石的腐蚀与防治

硅酸盐水泥石腐蚀的类型硅酸盐水泥石腐蚀的原因硅酸盐水泥石腐蚀的防止

硅酸盐水泥石腐蚀的概念135在使用环境中，硅酸盐水泥石受某些腐蚀性介质的作用，其组成和结构会逐渐发生变化或受到损害，导致性能改变、强度下降等。水泥石抵抗这种作用、而保持不变的能力称为其耐腐蚀性。

1.水泥石腐蚀概念1362.腐蚀类型

软水侵蚀

盐类腐蚀

a.硫酸盐腐蚀

b.镁盐腐蚀

酸类腐蚀

a.碳酸腐蚀

b.一般酸腐蚀

强碱腐蚀1373.腐蚀机理

软水侵蚀-溶出盐类腐蚀-生成膨胀组分酸类腐蚀-溶出或膨胀强碱腐蚀-生成膨胀138水泥石的腐蚀软水侵蚀Ca2＋Ca2＋Ca(OH)2Ca2＋Ca2＋流水结果：表面Ca2＋的流失导致结构疏松，在流水作用下腐蚀进一步加剧。压力水？砼（1）软水腐蚀139一般酸腐蚀砼H2SO4HClCa2＋＋石膏C3AH6AFtCa2＋＋可溶CaCl2（2）酸类腐蚀140碳酸性腐蚀砼CO2H2OCO2H2OCa2＋现象：碱度下降结构收缩结果：防腐减弱应力裂纹碳化（2）酸类腐蚀CaCO3+CO2+H2O==CaH(CO3)2141（3）盐类腐蚀

硫酸盐腐蚀特点：硫酸盐与水泥石中的氢氧化钙反应生成石膏（1.5倍的体积膨胀），石膏再与水化铝酸钙反应生成钙矾石（2.5倍的体积膨胀），导致脆性水泥石结构的开裂。举例：Na2SO4+Ca(OH)2=CaSO4+NaOHCaO•Al2O3•6H2O+CaSO4+H2O——

CaO•Al2O3•3CaSO4•31H2O+Ca(OH)2棒状晶体-水泥杆菌142

镁盐腐蚀：

特点：镁盐与水泥石中的Ca(OH)2反应，生成易溶于水的或松软无胶凝性的物质，水泥石分解。举例：MgCl2+Ca(OH)2=CaCl2+Mg(OH)2MgSO4+Ca(OH)2+H2O——CaSO4•2H2O+Mg(OH)2（3）盐类腐蚀易溶于水结晶膨胀无胶凝性143（4）碱类腐蚀

特点：碱性强的液态碱腐蚀性强,碱与水泥石中的成分反应，生成易溶于水或膨胀性的物质，破坏水泥石。

举例：

CaO•Al2O3+NaOH——Na2O•Al2O3+Ca(OH)2

NaOH+CO2——Na2CO3+H2O易溶于水干燥、结晶、膨胀1444、水泥石腐蚀破坏的原因外因：

环境中的腐蚀性介质，如：软水；酸、碱、盐的水溶液等。内因：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。

145水泥石的腐蚀水泥石的防腐根据侵蚀环境特点，合理选用水泥品种。提高水泥石的密实度表面加保护层5、水泥石腐蚀的防止措施

软水侵蚀

盐类腐蚀

a.硫酸盐腐蚀

b.镁盐腐蚀酸类腐蚀

a.碳酸性腐蚀

b.一般酸腐蚀

强碱腐蚀146思考题

降低水泥石中Ca(OH)2的含量，对水泥的耐腐蚀性有什么作用？为什么？

答：降低水泥石中Ca(OH)2的含量，可以提高水泥的抵抗化学腐蚀和软水腐蚀的能力。因为化学和软水腐蚀与水泥石中的氢氧化钙密切相关。147Summary物理力学性能密度强度体积安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Back148本节复习思考题1、谈谈你对水泥的认识。2、何为硅酸盐水泥，分几种型号？各有什么区别？3、水泥熟料由哪几种矿物组成？各自的含量是多少？4、什么是水泥石？其组成成分有哪些？影响水泥石强度发展的因素是什么？5、何谓水泥的体积安定性？水泥的体积安定性不良的原因是什么？安定性不良的水泥应如何处理？6、既然硫酸盐对水泥石具有腐蚀作用，那么为什么在生产水泥时掺入的适量石膏对水泥石不产生腐蚀作用？7、硅酸盐水泥腐蚀的类型有哪些？腐蚀后水泥石破坏的形式有哪几种？149本节作业题1、选择沸煮法只能检测出（）引起的水泥体积安定性不良。ASO3含量超标B游离CaO含量超标

C游离MgO含量超标D石膏掺量超标2、水泥安定性经（）检验必须合格。

A坍落度法B沸煮法C筛分析法

D维勃稠度法150本节作业题

3、现有甲、乙两厂生产的硅酸盐水泥熟料，其矿物成分如下表，试估计和比较这两厂所生产的硅酸盐水泥的性能有何差异？生产厂矿物熟料C3SC2SC3AC4AF甲56171215乙42357161514、测得硅酸盐水泥标准试件的抗折和抗压破坏荷载如下表，试评定其强度等级。本节作业题抗折破坏荷载（kN）抗压破坏荷载（kN）3d28d3d28d1.792.9042.184.841.085.21.812.8341.283.640.383.91.923.5243.587.144.887.5152混合材料普通硅酸盐水泥矿渣、火山灰、粉煤灰水泥复合硅酸盐水泥第三节掺混合材的硅酸盐水泥153一、

混合材料定义分类活性混合材非活性混合材活性混合材的水化154生产水泥时加入的天然的或人工的矿物材料改善水泥性能

降低成本

调节水泥强度等级在生产水泥时，为改善水泥性能，调节水泥强度等级，降低成本，而加到水泥中去的天然的或人工的矿物材料。

（一）

混合材料定义155分类活性混合材非活性混合材特点：本身并不具有胶凝性质或胶结能力很小，但与石灰、石膏一起，在常温下能生成具有水硬性的水化产物。常用品种：粒化高炉矿渣，粉煤灰火山灰。特点：不与水泥成分起化学作用或作用很小，掺入的作用主要是为了提高水泥的产量，调整标号，减少水化热。称为填充性混合材料。常用品种：如石英、黏土、慢冷矿渣

（二）混合材的分类156（三）掺入混合材料的作用

提高产量

降低成本

改善水泥性能

调节水泥强度等级降低水化热减少碱骨料反应扩大应用范围

充分利用工业废渣保护环境157（四）常用活性混合材料炼铁高炉的熔融炉渣，经急速冷却而成的颗粒。活性组分：活性SiO2和活性Al2O3具有弱得水硬性。粒化高炉矿渣随同熔岩一起喷发的大量碎屑沉积在地面行成松软物质活性组分：活性SiO2和活性Al2O3。分类（1）含水硅酸质：硅藻土、硅藻石、蛋白石等；

(2)铝硅玻璃质：火山灰、凝灰岩、浮石（3）烧粘土质：烧粘土、煤渣、煅烧的煤矸石。发电厂烟道气体中收集的玻璃态的粉末。球形颗粒表面致密，粒径0.001-0.05mm。活性组分：活性SiO2、活性Al2O3（高达60%）粉煤灰火山灰质混合材1581、粉煤灰简介粉煤灰分为高钙灰和低钙灰。由褐煤燃烧形成的粉煤灰，其氧化钙含量>10%，呈褐色，称为高钙粉煤灰，它具有一定的水硬性；由烟煤和无烟煤燃烧形成的粉煤灰，其氧化钙含量<10%呈灰色或深灰色，称为低钙灰，一般具有火山灰活性。1591、粉煤灰简介我国在50年代初期，就对粉煤灰掺入水泥的性能进行了系统的研究：冶金建设部门在东北地区冶金基地建设中，推广干硬性水泥，并掺加了水泥重量20%左右的粉煤灰，收到了较好的技术和经济效果。水利电力部门从50年代末开始，曾在一些大型水利工程中应用了大量的粉煤灰，多数用于大坝内部。调查表明，大坝混凝土中掺用粉煤灰强度和耐久性都能满足工程的设计要求。1601、粉煤灰简介70年代后期，北京石景山电厂为满足日本承包商东南亚混凝土工程以及北京市地下铁道工程需要，开始加工符合日本粉煤灰产品规格的磨细粉煤灰，完成了出口任务，同时推动了国内粉煤灰混凝土的技术进步。1979年，由电力部门等发布了建材科学研究院的起草的《用于水泥和混凝土中的粉煤灰（GB1959-79）》标准。该国家标准规范中正式规定了直接应用于混凝土中的粉煤灰的质量要求，于1980年5月起实施。至此，可以认为完成了发展粉煤灰混凝土新技术的前期工作。这个标准已在1988年修订。1612、对粉煤灰化学成分要求

粉煤灰的化学成分与煤的品种和燃烧条件有关，一级燃烧烟煤和无烟煤锅炉排出的粉煤灰，其SiO2含量为45%-60%，Al2O3为20%-35%；Fe2O3为5%-10%,CaO含量约为5%左右，烧失量约为5%-30%，但多数不大于15%。化学成分中硅、铁的氧化物的含量是评定粉煤灰在混凝土中应用的主要指标。通常低钙粉煤灰，这些氧化物含量可达75%以上。1623、粉煤灰的技术指标（1）细度粉煤灰细度与其对混凝土强度的贡献有明显的相关性，因为细度愈细的粉煤灰一般活性愈大，所以细度是粉煤灰分级的一项指标。细度是以45μm方孔筛的筛余量表示。（2）需水量比是指在相同流动度下，粉煤灰的需水量与硅酸盐水泥的需水量之比。需水量小的粉煤灰掺入混凝土中，可增加其流动度，改善和易性，提高强度。163

3、粉煤灰的技术指标（3）烧失量：

是指在粉煤灰在高温灼烧下损失的质量。烧失部分主要为未烧尽固态碳，这些碳成分的增加，即意味有效活性成分的减少。同时，会导致粉煤灰的需水量增加，因此要加以控制。（4）SO3含量：粉煤灰中SO3含量超过一定限量，可使混凝土后期生成有害钙矾石，导致危害。SO3含量是测定硫酸盐按SO3计算。国家标准《用于水泥和混凝土中的粉煤灰》

（GB1596-91）将粉煤灰分为三个等级（见后面表）：164粉煤灰质量指标与等级质量指标等级ⅠⅡⅢ细度（45µm方孔筛筛余），≯%122045需水量比，≯%95105115烧矢量比，≯%5815含水量比，≯%1不作规定三氧化硫，≯%3

3、粉煤灰的技术指标165拌制水泥混凝土用粉煤灰的分级表粉煤灰等级质量指标细度45μm方孔筛筛余（%）烧失量（%）需水量（%）SO3含量（%）Ⅰ≤12≤5≤95≤3Ⅱ≤20≤8≤105≤3Ⅲ≤45≤15≤115≤3

3、粉煤灰的技术指标166

按国标规定各级粉煤灰适用范围：（1）Ⅰ级粉煤灰适用于钢筋混凝土和跨度小于6m的预应力混凝土；（2）Ⅱ级粉煤灰适用于钢筋混凝土和无筋混凝土；（3）Ⅲ级粉煤灰主要适用于无筋混凝土。（4）用于预应力混凝土、钢筋混凝土及设计强度等级30及以上的无筋混凝土的粉煤灰等级，如经试验论证，可以用比上述三条规定低一级的粉煤灰。

3、粉煤灰的技术指标167

活性混合材与水调和后，本身不会硬化或硬化极慢，强度极低，在氢氧化钙溶液中显著水化，而在饱和的该溶液中水化更快，水化反应：

xCa(OH)2+SiO2+mH2O——CaOSiO2(m+x)H2OyCa(OH)2+A2O3+nH2O——CaOA2O3(n+y)H2O

掺混合材的硅酸盐水泥水化分两步：第一步：水泥熟料的水化；第二步：氢氧化钙与活性混合材中的活性组分反应生成水化硅酸钙和水化铝酸钙。（五）活性混合材的作用168当液相中有石膏存在时，将于水化铝酸钙反应生成水化硫铝酸钙，这些水化物能在空气中硬化，并能在水中继续硬化，具有相当高的强度。激发剂：氢氧化钙和石膏的存在，使活性混合材的潜在活性得以发挥，即氢氧化钙和石膏的起着激发水化、促进凝结的作用，故称为激发剂。激发剂分类

碱性激发剂：石灰和水泥熟料

硫酸盐激发剂：二水石膏和半水石膏（有碱性激发剂的条件下作用得以发挥）（五）活性混合材的作用169

二、普通硅酸盐水泥

普通硅酸盐水泥定义技术要求强度要求技术性能和应用170

（一）普通硅酸盐水泥定义硅酸盐水泥熟料6%-15%混合材料适量石膏磨细水硬性胶凝材料普通水泥P·O普通硅酸盐水泥是一种水硬性的胶凝材料；混合材料的最大量≯

15%，允许掺≯5%窑灰或≯

10%的非活性混合材来代替。171（二）普通硅酸盐水泥强度要求强度等级：

32.5，32.5R，42.5,，42.5R，

52.5，52.5R172（三）普通水泥的性能和应用性能特点

初凝时间≮45min；终凝时间≯

10h

大部分性能和硅酸盐水泥相近，不同点：早期水化速度稍慢，３天强度稍低；抗冻性和耐磨性也略差；耐腐蚀性提高。应用应用范围与硅酸盐水泥基本相同；是通用水泥的主要品种。173三、矿渣、火山灰和粉煤灰水泥矿渣、火山灰和粉煤灰水泥定义三种水泥的技术要求三种水泥的共性和应用三种水泥的区别和应用174

（一）矿渣硅酸盐水泥硅酸盐水泥熟料粒化高炉矿渣适量石膏磨细水硬性胶凝材料矿渣水泥P·S粒化高炉矿渣掺量为20%～70%。可用石灰石、窑灰、粉煤灰和火山灰质混合材料中的一种代替矿渣，代替数量≯水泥质量的8%，代替后水泥中粒化高炉矿渣≮２0%。175技术性质：GB1344-1999规定：MgO≯5.0%，如压蒸试验合格，MgO含量允许放宽到6.0%；SO3≯4.0%；强度等级：32.5，32.5R，42.5,，42.5R，52.5，

52.5R；密度2.8～3.1g/cm3，堆积密度约为1000～1200Kg/cm3。（一）矿渣硅酸盐水泥176

（二）火山灰质硅酸盐水泥硅酸盐水泥熟料火山灰质混合材适量石膏磨细水硬性胶凝材料火山灰水泥P·P通用水泥的主要品种之一；火山灰质混合材掺量为20%～５0%。177技术性质

GB1344-1999规定：MgO≯5.0%，如压蒸试验合格，MgO含量允许放宽到6.0%；SO3≯3.5%；强度等级：32.5，32.5R，42.5,，42.5R，52.5，

52.5R；密度2.8～3.1g/cm3，堆积密度约为900～1000Kg/cm3。（二）火山灰质硅酸盐水泥178硅酸盐水泥熟料粉煤灰适量石膏磨细水硬性胶凝材料粉煤灰水泥P·Ｆ通用水泥的主要品种之一；粉煤灰掺量为20%～４0%；细度、凝结时间、体积安定性和强度要求与火山灰水泥相同。

（三）粉煤灰硅酸盐水泥179

强度指标：分为６个强度等级（下见表）其他技术要求同普通硅酸盐水泥。（四）三种水泥的技术性质和应用180（四）三种水泥的技术性质和应用1、与硅酸盐水泥