土木工程材料课件第4章水泥

第4章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。按用途和性能分类水泥通用水泥专用水泥特种水泥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，如中、低热水泥，道路水泥等具有某种性能比较突出的水泥，如快硬硅酸盐水泥、抗硫酸盐水泥等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矿物的硅酸盐水泥。水泥硅酸盐系列水泥铝酸盐系列水泥硫铝酸盐系列水泥氟铝酸盐系列水泥铁铝酸盐系列水泥我国水泥工业现状近年来我国水泥工业发展很快，无论是品种、产量、质量都有很大的突破，尤其是产量居世界前列。但同时也存在着严重的不足，主要表现为：能耗大、污染严重。我们来看一组统计数据：

如何降低水泥能耗、减少污染物的排放量，将是今后应该研究的主要内容，绿色产业化是水泥工业的发展方向。生产1吨水泥约1.2t石灰石约169kg标准煤约1tCO2约2kgSO24kgNOx耗电100kWh大量粉尘与烟尘第一节硅酸盐水泥、普通硅酸盐水泥

现行国家标准GB175-2007定义：凡由硅酸盐水泥熟料、0～5％的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（国外统称为波特兰水泥）。

硅酸盐水泥Ⅰ型硅酸盐水泥，代号P·Ⅰ不掺加混合材料Ⅱ型硅酸盐水泥，代号P·Ⅱ掺加不超过水泥质量5%石灰石或粒化高炉矿渣混合材料凡由硅酸盐水泥熟料、6～15％的混合材料、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，代号为P.O。掺加活性混合材料时，最大掺量不得超过15%；掺加非活性混合材料时最大掺量不得超过水泥质量的10%。（一）硅酸盐水泥的生产1、硅酸盐水泥熟料组成

由水泥原料经配比后煅烧得到的块状材料，即为水泥熟料，是水泥的主要组成部分。可分为化学成分和矿物成分两类。化学成分（占熟料总质量的94%左右）：氧化钙CaO，60%—67%；氧化硅SiO2，20%—24%；氧化铝AL2O3,4%—9%；氧化铁Fe2O3,2.5%—6%。硅酸盐水泥熟料的矿物组成矿物名称化学成分缩写符号含量硅酸三钙3CaO·SiO2

C3S50％～60％硅酸二钙2CaO·SiO2

C2S15％～37％铝酸三钙3CaO·Al2O3

C3A7％～15％铁铝酸四钙4CaO·Al2O3·Fe2O3

C4AF10％～18％2、硅酸盐水泥的生产工艺生产原料

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：生料制备：以石灰石、粘土和铁矿粉为主要原料，将其按一定比例配合、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0～5％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”。

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。

石灰质原料粘土质原料铁矿石熟料生料水泥石膏和混合材料磨细按比例配合1450℃煅烧磨细水泥生产流程图生料SiO2CaO化合反应800～1450℃800℃左右分解反应Al2O3Fe2O32CaO·SiO23CaO·SiO23CaO·Al2O34CaO·Al2O3·Fe2O3（二）硅酸盐水泥的水化和凝结硬化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 水化铁酸钙熟料矿物水化硬化特性矿物名称水化速率28d水化热凝结硬化速率强度耐化学侵蚀性早期后期硅酸三钙快多快高高中硅酸二钙慢少慢低高良铝酸三钙最快最多最快低低差铁铝酸四钙快中快低低优

2、硅酸盐水泥的水化硅酸盐水泥是由熟料矿物和石膏组成，水泥加水拌和后，C3S、C3A、C4AF与水快速反应，石膏也溶于水，在石膏的存在下，C3A与水生成水化铝酸钙会与石膏发生反应生成针状晶体的三硫型水化硫铝酸钙（钙矾石）：水化硫铝酸钙（钙矾石）3、硅酸盐水泥的凝结硬化水泥的凝结是指水泥加水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三个阶段：潜伏期（诱导期）：水泥矿物的水化反应凝结期：初凝；终凝硬化期：固体水泥加水拌合后的水化反应，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，水化产物在溶液中很快达饱和或过饱和状态而不断析出，水泥颗粒表面的新生物厚度逐渐增大，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形成了骨架结构。此时，水泥浆便开始慢慢失去可塑性，表现为水泥的初凝。

随着水化产物的不断增加，水泥颗粒之间的毛细孔不断被填实，加之水化产物中的氢氧化钙晶体、水化铝酸钙晶体不断贯穿于水化硅酸钙等凝胶体之中，逐渐形成了具有一定强度的水泥石，从而进入了硬化阶段。水化产物的进一步增加，水分的不断丧失，使水泥石的强度不断发展。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。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。

4、影响硅酸盐水泥凝结硬化的主要因素（１）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）环境温度和湿度在适当温度条件下，水泥的水化、凝结和硬化速度较快。反应产物增长较快，凝结硬化加速，水化热较多。相反，温度降低，则水化反应减慢，强度增长变缓。但高温养护往往导致水泥后期强度增长缓慢，甚至下降。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。（5）龄期（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。（6）储存条件水泥应该储存在干燥的环境里，如果受潮会因水化而结块，从而失去胶结能力，强度严重降低，即使是在良好的干燥环境中，也不能储存太久，一般规定不超过3个月。（7）石膏掺量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。（三）硅酸盐水泥的技术性质1、氧化镁含量：不宜超过5%，经压蒸安定性试验合格，放宽到6%；2、三氧化硫含量：不得超过3.5%；3、烧失量：Ⅰ型硅酸盐水泥不得超过3%，Ⅱ型不得超过3.5%；4、不溶物：Ⅰ型硅酸盐水泥不得超过0.75%，Ⅱ型不得超过1.5%。5、细度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，凝结硬化速度越快，早期强度越高。水泥细度用比表面积来衡量，我国现行国标规定：硅酸盐水泥的细度比表面积大于300㎡/㎏，其余品种水泥在80μm方孔筛上筛余量不大于10%。一般认为，水泥颗粒粒径小于40μm时才具有较大的活性。但水泥颗粒太细，使混凝土发生裂缝的可能性增加，此外，水泥颗粒细度提高会导致生产成本提高。

筛析法以80μm方孔筛上的筛余量百分率表示。

水泥试样筛余百分率按下式计算

式中：F

—水泥试样筛余百分率，%；

ms—水泥试样在80μm筛上筛余质量，g；

m—水泥试样的质量，g。

水泥负压筛析仪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6、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。凝结时间以试针沉入水泥标准稠度净浆至一定深度所需时间表示。现行国家标准(GB/T1346-2001)规定：将标准稠度的水泥净浆装入凝结时间测定仪的试模中，以标准试针（分初凝用试针和终凝用试针）测试。标准法维卡仪初凝试针终凝试针当初凝试针沉至距底板4mm±1mm时，为水泥达到初凝状态，由水泥加水时至达到初凝状态所经历的时间作为初凝时间；完成初凝时间测定后，将试模连同浆体翻转180°，换上终凝试针（终凝针上装有一个环形附件），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，为水泥达到终凝状态，由水泥加水时至达到终凝状态所经历的时间作为水泥的终凝时间。

水泥的初凝时间不宜过短，终凝时间不宜过长。水泥的初凝时间太短，则在施工前即已失去流动性和可塑性而无法施工；水泥的终凝时间过长，则将延长施工进度和模板周转期。我国现行国标(GB175-1999)规定，硅酸盐水泥初凝不得早于45min，终凝不得迟于6.5h。普通硅酸盐水泥初凝不得早于45min，终凝不得迟于10h。7、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程度。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：①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(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。

②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。国家标准(GB175-1999)规定，硅酸盐水泥的体积安定性用沸煮法检验必须合格。沸煮法分雷氏法（标准法）和试饼法（代用法）两种。

①雷氏法是将标准稠度的水泥净浆按规定方法装入雷氏夹的环形试模中，湿养24h后测定指针尖端距离。雷氏夹雷氏夹膨胀测定仪接着将其放入沸煮箱内，30min内加热至水沸腾，然后恒沸3h。待试件冷却后再测定指针尖端的距离，若沸煮前后指针尖端增加的距离不超过5.0mm，则认为水泥的体积安定性合格。沸煮箱

②试饼法是用标准稠度的水泥净浆按规定方法制成规定的试饼，经养护、沸煮后，观察饼的外形变化，如目测试饼无裂纹，用钢直尺检查无弯曲，则认为安定性合格，反之为不合格。

雷氏法为标准法，试饼法是代用法，有矛盾时以标准法为准。8、强度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。

我国现行标准《水泥胶砂强度检验方法（ISO法）》（GB17671－1999）规定：将水泥、标准砂及水按规定的比例（水泥：标准砂：水＝1：3：0.5），用规定方法制成40mm×40mm×160mm的标准试件，在标准条件（24h之内在温度20℃±1℃，相对湿度不低于90％的养护箱或雾室内，24h后在20℃±1℃的水中）下养护，测定其3d和28d的抗折强度和抗压强度。相对湿度：空气中实际所含水蒸气密度和同温度下饱和水蒸气密度的百分比值。水泥胶砂搅拌机水泥胶砂试模水泥胶砂振实台电动抗折试验机压力试验机水泥强度等级：

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、52.5R、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（GB175－2007）

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。品种强度等级抗压强度(MPa)

抗折强度(MPa)3d28d3d28d硅酸盐水泥42.542.5R17.022.042.542.53.54.06.56.552.552.5R23.027.052.552.54.05.07.07.062.562.5R28.032.062.562.55.05.58.08.09、碱水泥中的碱含量按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。技术标准细度比表面积(m2/kg)凝结时间(min)安定性(沸煮法)抗压强度(MPa)不溶物(%)MgO含量(%)SO3含量(%)烧失量(%)碱含量(%)初凝终凝Ⅰ型Ⅱ型Ⅰ型Ⅱ型指标＞300≥45≤390必须合格见上表≤0.75≤1.55.0≤3.5≤3.0≤3.50.60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。（四）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）

Ca(OH)2晶体是水泥的主要水化产物之一，水泥的其他水化产物也须在一定浓度的Ca(OH)2溶液中才能稳定存在。水泥石长期接触软水时，会使水泥石中的氢氧化钙不断被溶出，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。软水腐蚀的程度与水的暂时硬度（水中重碳酸盐即碳酸氢钙和碳酸氢镁的含量）有关，因其能与水泥石中的Ca(OH)2反应生成不溶于水的碳酸钙：碳酸钙沉淀在水泥石的孔隙内而提高其密实度，并在水泥石表面形成紧密不透水层，可以阻止外界水的侵入和内部的Ca(OH)2扩散析出。所以水的硬度越高，腐蚀作用越小。2）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。4CaO·Al2O3·12H2O+3CaSO4+20H2O

=3CaO·Al2O3·3CaSO4·31H2O+Ca(OH)2

当水中硫酸盐浓度较高时，硫酸钙还会在孔隙中直接结晶成二水石膏，体积膨胀，引起膨胀应力，导致水泥石破坏。3）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：

MgCl2+Ca(OH)2+2H2O=CaCl2+Mg(OH)2MgSO4+Ca(OH)2+2H2O=CaSO4·2H2O+Mg(OH)2

硫酸镁对水泥石起镁盐和硫酸盐的双重腐蚀作用。4）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，从而破坏了水泥石的结构。其腐蚀反应过程为：

Ca(OH)2+CO2+H2O→CaCO3+2H2O

CaCO3+CO2+H2O→Ca(HCO3)25）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=CaSO4·2H2O

酸的浓度越大，腐蚀作用越强。6）强碱的腐蚀

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，生成易溶的铝酸钠：3CaO·Al2O3+6NaOH=3Na2O·Al2O3+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

2、水泥石腐蚀的基本原因（1）内因：水泥石中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、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。（五）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）。（2）抗冻性好。适用于抗冻性要求高的工程。（3）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。（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。（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。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。（六）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10％～20％，6个月后降低15％～30％。存放超过6个月的水泥必须经过检验后才能使用。

第二节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、火山灰质硅酸盐水泥、粉煤灰硅酸盐水泥及复合硅酸盐水泥。

（一）混合材料1）非活性混合材料

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。火山灰性：指一种材料磨成细粉，单独不具有水硬性，但在常温下与石灰一起和水拌合后，能生成具有水硬性化合物的性能。潜在的水硬性：指将磨细的材料与水拌合后，在有少量激发剂的情况下，具有水硬性的性能。常用的活性混合材料：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，其粒径一般为0.5～5mm。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（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P·O。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（GB175－2007）

品种强度等级抗压强度(MPa)

抗折强度(MPa)3d28d3d28d普通硅酸盐水泥

42.542.5R17.022.042.542.53.54.06.56.552.552.5R23.027.052.552.54.05.07.07.0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；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P·S。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P·S·A；B型矿渣掺量>50%且≤70%，代号P·S·B。

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P·P。水泥中火山灰质混合材料掺加量按质量百分比计为20％～50％；

3）粉煤灰硅酸盐水泥：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P·F。水泥中粉煤灰掺加量按质量百分比计为20％～40％。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(GB1344—2007)强度等级抗压强度(MPa)抗折强度(MPa)3d28d3d28d32.510.032.52.55.532.5R15.032.53.55.542.515.042.53.56.542.5R19.042.54.06.552.521.052.54.07.052.5R23.052.54.57.0三种水泥的共性（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；（4）水化放热量小，适合大体积混凝土工程；（5）抗冻性和耐磨性较差，抗碳化能力差。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P·C。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(GB12958—1999)

强度等级抗压强度(MPa)抗折强度(MPa)3d28d3d28d32.511.032.52.55.532.5R16.032.53.55.542.516.042.53.56.542.5R21.042.54.06.552.522.052.54.07.052.5R26.052.55.07.0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。第三节硅酸盐系特种水泥(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P.W。白色硅酸盐水泥细度要求为80μm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。（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0～10％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强度等级抗压强度(MPa)抗折强度(MPa)3d28d3d28d32.516.032.53.56.542.521.042.54.07.052.526.052.55.07.5（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；（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/T311-1997）、低热微膨胀水泥（标准代号为GB2938-1997）和自应力硅酸盐水泥（标准代号为JC/T218-1995）。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Al2O3≥16%，SiO