水泥的分类及使用培训讲义

水泥

水泥是建筑工程中最为重要的建筑材料之一，自问世以来对工程建设起了巨大的推动作用，目前世界上水泥品种已达200余种，几乎任何种类、规模的工程都离不开水泥。概述

什么是水泥(cement)？

水泥是以水化活性矿物为主要成分的水硬性胶凝材料。水泥的种类有哪些？根据水泥的主要矿物成分：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3-1通用硅酸盐水泥

凡由硅酸盐水泥熟料、适量石膏、0～5％石灰石或粒化高炉矿渣等磨细制成的水硬性胶凝材料，称为硅酸盐水泥。

一、通用硅酸盐水泥的一般规定硅酸盐水泥熟料石膏(CaSO42H2O)活性混合材料

非活性混合料其他二、通用硅酸盐水泥组成材料主要胶凝物质，能水化硬化；调节水泥的凝结时间；调节水泥的强度等级；硅酸盐水泥熟料主要成分：CaO(=C)，SiO2(=S)，Al2O3(=A)，Fe2O3(=F)少量杂质：MgO、K2O、Na2O、SO3、P2O5等3-2硅酸盐水泥一、硅酸盐水泥是怎样制造的？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”硅质(粘土)钙质(石灰石)1450℃调节原料石膏水泥生料熟料混合材料水泥制造的“两磨一烧”工艺流程粉磨煅烧粉磨

水泥颗粒宏观形貌水泥颗粒的结构水泥熟料颗粒细观形貌水泥熟料矿物微观结构这是烧成阶段，这时的3CaO·Al2O3、4Cao·Al2O3·Fe2O3烧至部分熔融状态，出现液相，把剩余的Cao及部分2CaO·SiO2溶解于其中，在此液相中2CaO·SiO2吸收Cao形成3CaO·SiO2（C3S）从1300℃升至1450℃，再降到1300℃有机物被烧尽，黏土分解形成无定型的SiO2、Al2O3500～800℃石灰石进行分解形成Cao，并开始与黏土中SiO2、Al2O3及Fe2O3发生固相反应。800～1000℃生料自由水分逐渐蒸发而干燥开始加热时固相反应加速，并逐渐生成2Cao·SiO2（C2S）、3Cao·Al2O3（C3A）、4Cao·Al2O3·Fe2O3（C4AF）随温度的升高固相反应结束，这时在物料中仍剩余一部分Cao未与其他氧化物化合。1300℃硅酸盐水泥熟料矿物矿物名称缩写矿物式硅酸三钙C3S3CaO·SiO2硅酸二钙C2S2CaO·SiO2铝酸三钙C3A3CaO·Al2O3铁铝酸四钙C4AF4CaO·Al2O3·Fe2O3含量(mass%)37~6015~377~1510~18

硅酸盐水泥熟料主要含有四种矿物：简写：CaO—C，SiO2—S，Al2O3—A，Fe2O3—F，H2O—H除上述四种主要熟料矿物外，硅酸盐水泥中还含有f-CaO、f-MgO和K2O、Na2O等次要成分。硅酸盐水泥熟料矿矿物特性矿物种类硅酸三钙硅酸二钙铝酸三钙铁铝酸四钙缩写C3SC2SC3AC4AF水化速度快慢最快快水化热多少最多较多强度高早低后高低低耐腐蚀性差好最差中3、硅酸盐水泥的硬化化机理水泥与适量的水拌拌合后，最初形成成具有可塑性的浆浆体，随着水化反反应的进行，水泥泥浆体逐渐变稠失失去可塑性，但尚尚不具有强度，这这一过程称为水泥泥的“凝结”。随后凝结了的水泥泥浆体开始产生强强度，并逐渐发展展成为坚硬的水泥泥石，这一过程称称为“硬化”。水泥的水化贯穿凝凝结、硬化过程的的始终。水泥的水化反反应2（3CaO·SiO2）+6H2O→3CaO·2SiO2·3H2O+3Ca(OH)22(2CaO·SiO2)+4H2O→3CaO·2SiO2·3H2O+Ca(OH)23CaO·Al2O3+6H2O→3CaO·Al2O3·6H2O4CaO·Al2O3·Fe2O3+7H2O→3CaO·Al2O3·6H2O+CaO·Fe2O3·H2O水泥的水化硅酸三钙硅酸二钙铝酸三钙铁铝酸四钙水泥浆扫描电电镜照片（7d龄期）C-S-H钙矾石C-S-H氢氧化钙晶体体石膏调节凝结结时间的原理理石膏与水化铝铝酸钙反应生生成水化硫铝铝酸钙针状晶晶体（钙矾石石）。该晶体体难溶，包裹裹在水泥熟料料的表面上，，形成保护膜膜，阻碍水分分进入水泥内内部，使水化化反应延缓下下来，从而避避免了纯水泥泥熟料水化产产生闪凝现象象。所以，石石膏在水泥中中起调节凝结结时间的作用用。CaSO4·2H2O+3CaO·Al2O3+H2O→3CaO·Al2O3·3CaSO4·31H2O高硫型水化硫硫铝酸钙晶体体但如果掺入过多石膏膏,会造成水水泥的体积安定性不良。硅酸盐水泥的的凝结硬化凝结:水泥加水拌和和形成具有一一定流动性和可塑塑性的浆体，经过自身的的物理化学变变化逐渐变稠失去去可塑性的过程。硬化:失去可塑性的的浆体随着时时间的增长产生明显的强强度，并逐渐发展展成为坚硬的水水泥石的过程。硅酸盐水泥的的凝结硬化初始的溶解和和水化流动性、可塑塑性好，凝胶胶体膜层围绕绕水泥颗粒成成长。凝胶膜破裂、、长大并连接接、水泥颗粒粒进一步水化化。多孔的空空间网络—凝凝聚结构，失失去可塑性。。凝胶体填充毛毛细管，硬化化成密实空间间网。水泥石结构未水化水泥颗颗粒水化产物－晶晶体、胶体毛细孔、毛细细孔水凝胶孔毛细孔－未被水化产产物所填充的的原充水空间间凝胶孔－C-S-H内部的结构孔孔水泥石是多相（固、液、气气）多孔体系，水泥石的工工程性质取决决于水泥石的的结构组成，，即决定于水水化物的类型型和相对含量量、内部孔的的大小、形状状和分布状态态。未水化水泥颗粒水钙矾石氢氧化钙(三)影响水泥水化化硬化的因素素熟料矿物组成成细度石膏掺量水灰比温度和湿度养护时间372856

龄期d强度硅酸盐水泥的技术要求（1）物理指标凝结时间安定性强度及强度等等级细度（2）化学指标烧失量不溶物碱含量初凝：从水泥加水水拌和起至标标准稠度净浆浆开始失去可可塑性所需的的时间。国标规定：初凝时间≥45min，国产水泥一一般为1-3h。工程意义：水泥的初凝凝时间不宜过过早，以便施施工时有充分分的时间搅拌拌、运输、浇浇捣和砌筑等等操作。终凝：从水泥加水水拌和起至标标准稠度净浆浆完全失去可可塑性并开始始产生强度所所需的时间。。国标规定：终凝时间≥6.5h，国产水泥一一般为5-6h。工程意义：终凝时间不不宜过迟，以以便施工完毕毕后更快硬化化，达到一定定的强度，以以利于下一步步施工工艺的的进行。影响水泥凝结结时间的因素素：熟料的矿矿物组成、石石膏掺量、混混合材的品种种与掺量、水水泥细度、温温度、水灰比比等。1、凝结时间2、体积安定性性定义：是指水泥在凝凝结硬化过程程中体积变化化的均匀程度度。体积安定性不不良：水泥在凝结硬硬化过程中产产生不均匀的的体积变化。。安定性不良的的原因：熟料中含有过过多的f-CaO熟料中含有过过多的f-MgO石膏掺量过多多生成钙矾石过烧体积安定性不不良的水泥应应作废品处理理，禁止用于于任何工程中中。沸煮法只能检检测f-CaO所造成的体积积安定性不良良。对于f-MgO和石膏造成的的体积安定性性不良则需分分别采用压蒸蒸法、长时间间在温水中浸浸泡法。水泥的强度是是评价和选用用水泥的重要要技术指标，，也是划分水水泥强度等级级的重要依据据。国家标准准规定采用胶胶砂法来测定定水泥3d和28天抗压强度和和抗折强度，根据测定结结果来确定水水泥强度等级级。3、强度及强度度等级烧失量不溶物碱含量水泥在一定温温度，一定时时间内加热后后烧失的数量量。水泥煅烧烧不佳或受潮潮后均会导致致烧失量增加加。不溶物指水泥泥在浓盐酸中中溶解保留下下来的不溶性性残留物。不不溶物越多，，水泥活性下下降。属于选择性性指标，水水泥中碱含含量以Na2O+0.658K2O计算值表示示。水泥中中的碱含量量高时，如如果配置混混凝土的骨骨料具有碱碱活性，可可能产生碱骨料反应应，导致混混凝土因不不均匀膨胀胀而破坏。。（2）化学指标标水泥在出厂厂和使用前前必须检验验的技术指指标有四项项：化学指标、、凝结时间间、强度和和体积安定定性（其中中细度作为为选择性指指标）。这四项指标标中，除强度外，，其它任何何一项指标标不合格，，则水泥不不能使用；；反之，若仅仅强度一项项指标不合合格，而其其它三项指指标合格，，则水泥可可降等级使使用。五、水泥石石的腐蚀与与防止(一)水泥石腐蚀蚀的种类1.软水侵蚀(溶出型侵蚀蚀)当水泥石受受到蒸馏水水、天然的的雨水、雪雪水以及含含重碳酸盐盐很少的河河水、湖水水等软水作作用时，水水泥石中的的氢氧化钙钙不断溶解解流失，特特别是处于于流水或有有压力的水水中时，氢氢氧化钙的的溶解使得得水泥石的的密实度下下降，强度度和耐久性性也降低；；而且由于于氢氧化钙钙浓度的下下降，还引引起了水泥泥石中的其其它水化产产物的分解解。Ca(OH)2+Ca(HCO3)2→CaCO3+H2O2.酸类腐蚀碳酸水腐蚀蚀在某些工业业废水和地地下水中，，常溶有一一定量的CO2及其盐类，，天然水中中也溶有CO2，它们会与与水泥石中中的Ca(OH)2反应：CO2+H2O+Ca(OH)2→CaCO3+2H2OCO2+CaCO3+H2OCa(HCO3)2一般酸腐蚀蚀在一些工业业废水、地地下水和沼沼泽水中，，经常含有有各种不同同浓度的无无机酸或有有机酸，而而水泥石由由于含有Ca(OH)2呈碱性，这这些酸与碱碱会发生反反应：H++OH－→H2O酸的浓度越越高，侵蚀蚀越剧烈。。3.盐类类腐蚀硫酸盐腐蚀蚀在海水、湖湖泊水、地地下水及某某些工业废废水中，常常含有不同同程度的钾钾、钠、氨氨的硫酸盐盐，硫酸盐盐侵蚀的特特征是某些些盐类的结结晶体逐渐渐在水泥石石的毛细管管中积累并并长大，水水泥石由于于内应力而而遭到严重重破坏。当硫酸盐浓浓度不高时时，生成含含有大量结结晶水的钙钙钒石，体体积增大1.5倍以以上，产生生极大的膨膨胀应力而而破坏。当当硫酸盐浓浓度较高时时，产生二二水石膏结结晶，也会会导致水泥泥石开裂破破坏。Na2SO4+Ca(OH)2+2H2O→CaSO4·2H2O+2NaOH镁盐腐蚀海水和某些些盐沼水、、地下水中中常含有大大量的镁盐盐，主要是是硫酸镁和和氯化镁，，它们与水水泥石接触触后，会发发生如下反反应：MgSO4+Ca(OH)2+2H2O→CaSO4·2H2O+Mg(OH)2MgCl2+Ca(OH)2+H2O→CaCl2+Mg(OH)2+H2O生成的Mg(OH)2松软而无胶胶结能力，，CaCl2则易溶于水水，会使Ca(OH)2不断被消耗耗；二水石石膏则会进进一步引起起硫酸盐腐腐蚀。因此，硫酸酸镁对水泥泥石的腐蚀蚀是双重腐腐蚀。4.强碱碱腐蚀硅酸盐水泥泥基本是耐耐碱的，碱碱类溶液浓浓度不高对对水泥石是是无害的。。但铝酸盐盐含量较高高的硅酸盐盐水泥遇到到强碱(NaOH、、KOH)时，强强碱会与水水泥进行如如下反应：：3CaO··Al2O3+6NaOH→→3Na2O·Al2O3+3Ca(OH)2铝酸钠是易易溶于水的的，从而造造成水泥石石的腐蚀。。当水泥石被被NaOH浸透后又又在空气中中干燥，与与空气中的的CO2作用生成碳碳酸钠，碳碳酸钠在毛毛细孔中结结晶而使水水泥石胀裂裂。2NaOH+CO2+9H2O→Na2CO3·10H2O(二)防防止腐蚀的的措施水泥石易受受腐蚀的原原因水泥石内存存在容易受受腐蚀的成成分水泥石本身身存在孔隙隙2.加速腐蚀的的因素液态的腐蚀蚀介质较高的温度度、压力较快的流速速适宜的湿度度干湿交替3.防止腐蚀的的措施根据侵蚀环环境特点，，合理选择择水泥品种种提高水泥石石的密实度度，降低孔孔隙率在水泥石表表面设置保保护层当水泥石处处于多种介介质同时侵侵蚀时，应应分清对水水泥石侵蚀蚀最严重的的介质，采采取相应的的措施，提提高水泥石石的耐腐蚀蚀性。六、硅酸盐盐水泥的性性质、应用用及存放(一)性质与应用用1.强度高适用于高强强混凝土和和预应力钢钢筋混凝土土工程。2.硬化化快适用于要求求凝结快、、早强高以以及冬季施施工等工程程。3.抗冻冻性好适用于冬季季施工及严严寒地区遭遭受反复冻冻融的工程程4.耐蚀蚀性差不适用于与与淡水及海海水等腐蚀蚀性介质接接触的工程程。5.抗碳碳化性好对钢筋的保保护作用强强，适合CO2浓度高的环环境。6.水化化热大不适用于大大体积混凝凝土工程，，但有利于于冬季施工工。7.耐热热性差不适用于有有耐热要求求的混凝土土工程。8.耐磨磨性好适用于公路路、地面工工程。其他硅酸盐水泥泥1、普通硅酸酸盐水泥物理指标安定性

细度强度凝结时间

初凝时间不小于45min，终凝时间不大于600min用沸煮法检验合格42.5,42.5R，52.5,52.5R四个级别

比表面积表示，不少于300m2/kg化学指标普通硅酸盐盐水泥的性性质与应用用在早强、强度等等级、水化热、、抗冻性、抗碳碳化能力上略有有降低，耐热性性和耐腐蚀性略略有提高化学指标（见上表）三种硅酸盐水泥泥的性质与应用用共同性质早期强度低后期期强度高抗腐蚀性强抗碳化能力差水化热低水泥强度发展较较快，后期强度度可赶上甚至超超过同强度等级级的普通硅酸盐盐水泥适宜用于水工、、海港工程及受受侵蚀性作用的的工程不宜用于二氧化化碳浓度高的环环境适用于大体积混混凝土工程湿热敏感性强适用于蒸汽养护护生产的预制构构件耐磨、抗冻差不适用严寒地区区各自性质矿渣水泥粉煤灰水泥耐热性好，适用于高温车间、高炉基础及热气体通道等耐热工程。拌制混凝土时泌水性大，易形成粗大孔隙，硬化时易产生较大干缩，保水性差、泌水性及干缩性大火山灰水泥具有良好的保水性，火山灰水泥的水泥石结构密实，具有较高的抗渗性。干缩大、干燥环境中表面易“起毛”，对于处在干热环境中施工的工程，不宜使用火山灰水泥比表面积小，吸附水的能力小，不易水化，干缩性小，抗裂性高，保水性差，易泌水，且活性主要在后期发挥。因此，粉煤灰水泥早期强度、水化热比矿渣水泥和火山灰水泥还要低，因此特别适用于大体积混凝土工程包装标志验收核对水泥包装上所注明的水泥品种、代号、净含量、强度等级，生产许可证标志（QS），出厂编号，执行标准号，包装年月日等。包装袋两侧应印有水泥名称和强度等级，硅酸盐水泥和普通硅酸盐水泥为红色