第三节 水泥,一、水泥(Cement)：是一种多组分的人造矿物粉料，它与水拌和后成为塑性胶体，既能在空气中硬化，又能在水中硬化，并能将砂石等材料胶结成具有一定强度的整体。（水泥是水硬性胶凝材料。） 硅酸盐水泥 水泥 铝酸盐水泥 系列 硫铝酸盐水泥 铁铝酸盐水泥 硅酸盐水泥系列是以硅酸钙为主要成分的水泥熟料、一定量的混合材料和适量石膏，经共同磨细而成。,硅酸盐水泥系列,硅酸盐水泥（05%）,通用水泥,普通水泥（6%15%）,矿渣水泥 火山灰水泥 粉煤灰水泥,复合水泥,专用水泥专门用于某些工程的水泥,如 道路水泥、中低热水泥、砌 筑水泥等。 特性水泥某种性能较突出的水泥，如 快硬硅酸盐水泥、高铝水泥、 彩色水泥、膨胀水泥等。,（20%),标注:上述百分含量为混合材料的掺量,（一） 硅酸盐水泥,1、硅酸盐水泥的定义、类型及代号 （1）定义：凡由硅酸盐水泥熟料、05%石灰石或粒化高炉矿渣、适量的石膏磨细制成的水硬性胶凝材料，称为硅酸盐水泥国外通称的波特兰水泥（Portland cement）。 （2）类型及代号 硅酸盐水泥 型硅酸盐水泥：不掺混合材料的，代号P。 型硅酸盐水泥：粉磨时掺加不超过水泥重量5% 的石灰石或粒化高炉矿渣混合材料，代号P 。 硅酸盐水泥分42.5R、52.5、52.5R、62.5、62.5R、72.5R（R代表早强型水泥）,（3）调节原料（辅助原料）：石膏等，为满足成分要求用。如：铁矿粉的铁质原料补充氧化铁的含量。 砂岩的硅质原料增加二氧化硅的成分等。,（二）硅酸盐水泥的生产 1.原料 （1）石灰质原料：主要提供CaO。采用石灰岩、凝灰岩 和贝壳等。 （2）粘土质原料：主要提供SiO2、Al2O3及Fe2O3。采用 粘 土、黄土、页岩、泥岩、粉砂岩 及 河泥等。,石灰石 煅烧 石膏 磨细 粘土 按比例混合生料进窑熟料 水泥成品 辅助原料 磨 细 1450 生料在窑内经历： 干燥预热分解烧成冷却,2.生产过程 两磨一烧：制备生料（一磨） 1450 煅烧熟料（一烧） 加入 石膏 粉磨水泥（二磨）,3.生料 CaO： 62% 67% SiO2 : 20% 24% Al2O3 : 4% 7%,（三）硅酸盐水泥熟料的矿物组成,1.主要成分：主要由四种矿物化学组成,2.其它成分 游离CaO、MgO 及SO 3，其含量过高将造成水泥安定性不良。 碱矿物及玻璃体等，其中的Na2O和K2O含量较高时，遇到活性骨料时，易产生碱骨料反应，影响混凝土的质量。 3.石膏 熟料+石膏 水泥 石膏：辅助作用主要作用是减缓水泥的水化速度。 凝结最快的铝酸三钙和石膏反应生成硫铝酸钙沉淀包围水泥，延缓水泥的凝结时间。掺量：25%，过多会引起强度下降或产生瞬凝，安定性不合格。 （四）硅酸盐水泥的水化与凝结硬化 拌合 可塑性 水化 水化 水泥+水 具 水泥浆 凝结 硬化 流动性 （水泥石）,1、硅酸盐水泥的水化 水泥和水拌合表面的熟料矿物立刻与水发生化学反应各组分开始逐渐溶解放出一定热量固相体积也逐渐增加。其反应式如下： 2(3CaOSiO2)+6H2O 3CaO2SiO23H2O+3Ca(OH)2 硅酸三钙 水化硅酸钙 氢氧化钙 2(2CaOSiO2)+4H2O 3CaO2SiO23H2O+Ca(OH)2 硅酸二钙 水化硅酸钙 氢氧化钙 3CaOAl2O3+6H2O 3CaOAl2O36H2O 铝酸三钙 水化铝酸三钙 4CaOAl2O3Fe2O3+7H2O 3CaOAl2O36H2O+CaOFe2O3H2O 铁铝酸四钙 水化铁酸一钙 3CaOAl2O36H2O + CaSO4 3CaOAl2O33CaSO431H2O 水化铝酸钙 石膏 或3CaOAl2O3CaSO412H2O 水化硫铝酸钙或单硫型水化硫铝酸钙,主要水化产物（在完全水化的水泥石中 ）： 水化硅酸钙 70%（凝胶）是水泥石形成强度的最主要化合物 氢氧化钙 20%（晶体） 水化铝酸钙 水化硫铝酸钙晶体（也称钙矾石）7% 水化反应为放热反应， 其放出的热量称为水化热。 其水化热大，放热的周期 也较长，但大部分（50% 以上）热量是在3天以内。 特别是在水泥浆发生凝结、 硬化的初期放出。,2、硅酸盐水泥的凝结硬化过程 分为：早、中、晚 三个时期 （1）水化早期，初始反应期（凝胶膜的生成期） 20，3h,（3）水化后期，硬化 更长时间 水化反应减慢水化产物填充由水占据的空间晶体相互搭接整体水泥石硬化 硬化：浆体的强度逐渐提高并变成坚硬的石状固体水泥石,（2）水化中期，凝结 20 30h，30%的水泥已经水化 包裹膜增厚 凝结：水泥加水拌和初期形成具有可塑性的浆体，然后逐渐变稠并失去可塑性的过程。分为初凝和终凝。 初凝：水泥加水拌和至水泥浆开始失去可塑性的阶段。 终凝：水泥加水拌和至水泥浆完全失去可塑性并开始产生强度的阶段。,水泥石的组成：凝胶体（CSH） 未水化的水泥颗粒内核 毛细孔和凝胶孔 晶体粒子（Ca（OH）2） 水泥石的工程性质决定于水泥石的结构组成，即决定于 水化物的类型 水化物的相对含量 孔的大小、形状和分布状态,多相（固、液、气） 多孔体系,取决于,水化程度,水泥的品种,水灰比,（拌和时的用水 量和水泥用量之比 ）,结论：1. 水灰比相同时，水化程度愈高，则水泥石结构中水化 物 愈多，而毛细孔和未水化水泥的量相对减少。水泥石结构密实、强度高、耐久性好。 2.水化程度相同而水灰比不同的水泥石结构，水灰比越大，毛细孔所占比例相对增加，因此该水泥石的强度和耐久性下降。,3、影响硅酸盐水泥凝结硬化的主要因素 （1）熟料矿物组成的影响 硅酸盐水泥熟料矿物组成，是影响水泥的水化速度、凝结硬化过程及产生强度等的主要因素。 硅酸三钙（C3S）：Tricalcium sillicate； 硅酸二钙（ C2S）：Dicalcium sillicate 铝酸三钙（ C3A）： Tricalcium aluminate； 铝酸四钙 （C4AF ）：Tetriacalcium aluminoferrie 四种主要熟料矿物中，C3A是决定性因素。,硅酸盐水泥熟料矿物的水化、凝结硬化特性,改变熟料中矿物组成的相对含量，即可配制成具有不同特性的硅酸盐水泥。 提高C3S的含量 减少C3A和C3S的含量 提高C2S的含量 降低C3A的含量,快硬高强水泥,低热水泥,抗硫酸盐侵蚀水泥,（2.）水泥细度的影响 直接影响：水化，凝结硬化，强度，干缩及水化热。 越细:凝结速度越快，早期强度越高。 但过细易与空气中的水分及二氧化碳反应，并且硬化时收缩也较大，且成本高。 一般水泥颗粒：小于40m 时就具有较高的活性 大于100m活性较小 通常水泥颗粒的粒径在7 200m（0.0070.2mm）范围内 。 （3） 拌合加水量的影响 影响硬化水泥石强度的主要因素。 拌合加入水量越大，硬化水泥石中毛细孔就越多。水泥石的强度随其毛细孔隙率的增加呈线性关系下降，从而强度低。 （4）养护湿度和温度的影响 （1）湿度应该保持潮湿状态 ，混凝土在浇筑后两到三周 内必须加强洒水养护。 （2）温度提高温度也可以加速水化反应。如采用蒸汽养护和蒸压养护。冬季施工时，须采取保温措施。,5. 养护龄期的影响 水泥水化硬化是一个较长时期不断进行的过程。 随着龄期的增长水泥石的强度逐渐提高。 水泥在314d内强度增长较快，28d后增长缓慢。 养护到 28d 。 7. 水泥受潮与久存的影响 水泥也不可储存过久 三个月后其强度降低约10 20% 半年后降低约15 30% 一年后降低约25 40% 受潮水泥颗粒重磨可使其暴露出新鲜表面而恢复部分活性。 对于微结块的水泥，强度约降低1020%适当方式压碎后用于次要工程。,五、硅酸盐水泥的技术性质 国家标准GB17592，对硅酸盐水泥的主要技术性质如下要求。 （一）细度（Fineness） 细度是指水泥颗粒的粗细程度。 影响水泥性能的重要指标鉴定水泥品质的主要项目之一。 水泥细度通常采用筛分法或比表面积法（勃氏法）测定。 （1）筛分法是以80m方孔筛的筛余量表示。普通水泥的细度用筛余量表示，其筛余量不得超过10.0%。 （2）比表面积法以1kg水泥所具有的比表面积（m2/kg）表示。硅酸盐水泥的细度用比表面积表示，应大于300m2/kg。 颗粒愈细，与水接触的比表面积愈大，因而水化速度加快，水泥石的早期强度高，但硬化收缩较大，水泥易受潮而降低活性。因此水泥细度应适当，凡水泥细度不符合规定者为不合格品。,（二）凝结时间（Setting time） 凝结时间：是指水泥从开始加水到失去塑性，即从可塑状态发展到固体状态所需的时间。分为初凝和终凝。 1.初凝时间（Initial setting time） 自开始加水拌和起，至水泥浆开始失去可塑性与流动性所需的时间，称为初凝时间。 初凝时间不宜过早，以便在施工时有足够的时间完成混凝土或砂浆的搅拌、运输、浇筑和砌筑等操作。国家标准规定了硅酸盐水泥的初凝时间不得早于45min。 2.终凝时间（Final setting time） 自加水时起至水泥浆完全失去可塑性并开始产生强度所需的时间称为终凝时间。 水泥的终凝时间不宜过迟，以免拖延工期。国家标准规定了硅酸盐水泥的终凝时间不得迟于6.5h。,凡初凝时间不符合规定者为废品，终凝时间不符合规定者为不合格品。 水泥凝结时间的测定要按国家标准规定的方法水泥稠度用水量、凝结时间、安定性检验方法（GB1346）进行。 它是以标准稠度的水泥净浆（水泥+水），在规定温度和湿度下，用凝结时间测定仪来测定。 3.标准稠度用水量 标准稠度是为测定水泥的凝结时间、体积安定性等性能时，对水泥净浆以标准方法拌制、测试并达到规定的可塑性程度时的稠度。 标准稠度用水量：是指水泥净浆达到规定稠度时所需的拌合水量，以水与水泥质量之比的百分数表示。 硅酸盐水泥的标准稠度用水量，一般在24 % 30%之间。 水泥熟料矿物成分不同时，其标准稠度用水量亦有所差别