土木工程材料第四章

第4章.水泥4.2

特種水泥和專用水泥4.1常用水泥（通用硅酸鹽水泥）

教學目標掌握常用水泥的生產(chǎn)、特性、影響水泥性能的因素。熟悉某些特種水泥和專用水泥的性能及其用途。4.1常用水泥（通用硅酸鹽水泥）概述常用水泥的種類其他通用硅酸鹽水泥硅酸鹽水泥常用水泥的選用常用水泥的特性

1.按《水泥的命名、定義和術語》（GB/T4131-1997）：水泥是指加水拌合成塑性漿體，能膠結砂石等適當材料并能在空氣和水中硬化的粉狀水硬性膠凝材料。2.水泥是各種混凝土的最基本的組成材料，廣泛用于建筑、道路、水利和國防工程中，素有“建筑業(yè)的糧食”之稱。概述

按用途和性能分類用于一般土木建筑工程中的水泥，如硅酸鹽水泥、礦渣硅酸鹽水泥等具有專門用途水泥，如中、低熱水泥，道路水泥等具有某種性能比較突出的水泥，如快硬硅酸鹽水泥、抗硫酸鹽水泥等4.水泥的分類：3.水泥發(fā)明于1824年。由于它具有與英國波特蘭城建筑巖石相似的顏色，故稱之為波特蘭水泥（我國稱為硅酸鹽水泥），首先取得這項專利技術權的是英國的J·Aspdin

（約瑟夫·阿斯普?。?。按其化學成分類雖然水泥品種繁多，分類方法各異，但我國水泥產(chǎn)量的90%左右屬以硅酸鹽為主要水硬性礦物的硅酸鹽水泥。5.我國水泥工業(yè)現(xiàn)狀近年來我國水泥工業(yè)發(fā)展很快，無論是品種、產(chǎn)量、質量都有很大的突破，尤其是產(chǎn)量居世界前列。但同時也存在著嚴重的不足，主要表現(xiàn)為：能耗大、污染嚴重。我們來看一組統(tǒng)計數(shù)據(jù)：

如何降低水泥能耗、減少污染物的排放量，將是今后應該研究的主要內容，綠色產(chǎn)業(yè)化是水泥工業(yè)的發(fā)展方向。通用水泥硅酸鹽水泥普通硅酸鹽水泥（普通水泥）礦渣硅酸鹽水泥（礦渣水泥）火山灰硅酸鹽水泥（火山灰水泥）粉煤灰硅酸鹽水泥（粉煤灰水泥）復合硅酸鹽水泥（復合水泥）一、常用水泥的種類二、硅酸鹽水泥

凡由硅酸鹽水泥熟料、0～5％的石灰石或?；郀t礦渣（凡在高爐冶煉生鐵時，所得以硅酸鹽與硅鋁酸鹽為主要成分的熔融物，經(jīng)淬冷成粒后，即為?；郀t礦渣）

、適量石膏磨細制成的水硬性膠凝材料，稱為硅酸鹽水泥(波特蘭水泥)。當硅酸鹽水泥中不摻混合材料時，稱為Ⅰ型硅酸鹽水泥，代號P.Ⅰ。當硅酸鹽水泥中混合材料摻量不超過5%時，稱為Ⅱ型硅酸鹽水泥，代號P.Ⅱ。原材料石灰石粘土校正原料鐵質校正原料鐵粉硅質校正原料砂巖、粉砂巖1.生產(chǎn)工藝：兩磨一燒

水泥生產(chǎn)的步驟可用四個字概括：兩磨一燒。

水泥生料在窯內的煅燒過程，雖方法各異，但都要經(jīng)歷干燥、預熱、分解、熟料燒成及冷卻等幾個階段。其中，熟料燒成是水泥生產(chǎn)的關鍵。按燒成工藝，水泥生產(chǎn)可分為回轉窯和立窯兩種。生料SiO2CaO化合反應800～1450℃800℃左右分解反應Al2O3Fe2O32CaO·SiO23CaO·SiO23CaO·Al2O34CaO·Al2O3·Fe2O3回轉窯是指旋轉煅燒窯（俗稱旋窯），屬于建材設備類?；剞D窯按處理物料不同可分為水泥窯、冶金化工窯和石灰窯。水泥窯主要用于煅燒水泥熟料，分干法生產(chǎn)水泥窯和濕法生產(chǎn)水泥窯兩大類。冶金化工窯則主要用于冶金行業(yè)鋼鐵廠貧鐵礦磁化焙燒；鉻、鎳鐵礦氧化焙燒；耐火材料廠焙燒高鋁釩土礦和鋁廠焙燒熟料、氫氧化鋁；化工廠焙燒鉻礦砂和鉻礦粉等類礦物。石灰窯（即活性石灰窯）用于焙燒鋼鐵廠、鐵合金廠用的活性石灰和輕燒白云石。我國目前使用的立窯有兩種類型：普通立窯和機械立窯。普通立窯是人工加料和人工卸料或機械加料，人工卸料；機械立窯是機械加料和機械卸料。機械立窯是連續(xù)操作的，它的產(chǎn)、質量及勞動生產(chǎn)率都比普通立窯高。根據(jù)建材技術政策要求，小型水泥廠應用機械化立窯，逐步取代普通立窯。（1）原材料的破碎與粉磨

石灰質原料：提供CaO；粘土質原料：提供SiO2、Al2O3和Fe2O3；校正原料：鐵質校正原料、硅質校正原料、鋁質校正材料。（2）硅酸鹽水泥熟料的燒成

硅酸鹽水泥熟料主要包括下列四種礦物：硅酸三鈣（3CaO·SiO2，簡寫為C3S），含量37%～60%；硅酸二鈣（2CaO·SiO2，簡寫為C2S），含量15%～37%；鋁酸三鈣（3CaO·Al2O3，簡寫為C3A），含量7%～15%；鐵鋁酸四鈣（4CaO·Al2O3·Fe2O3，簡寫為C4AF），含量10%～18%。煅燒窯：立窯、回轉窯。

（ｌ）硅酸三鈣硅酸三鈣的化學成分為３ＣaＯ·ＳiＯ2，其簡寫為Ｃ3S。它是硅酸鹽水泥熟料中最主要的礦物成分，約占水泥熟料總量的３６％～６０％。硅酸三鈣遇水后能夠很快與水產(chǎn)生水化反應，并產(chǎn)生較多的水化熱。它對促進水泥的凝結硬化，特別是對水泥３～７天內的早期強度以及后期強度都起主要作用。（２）硅酸二鈣硅酸二鈣的化學成分為2ＣaＯ·ＳiＯ2，其簡寫為C2S，約占水泥熟料總量的15％～37％。硅酸二鈣遇水后反應較慢，水化熱也較低。它不影響水泥的凝結，對水泥的后期強度起主要作用。（３）鋁酸三鈣鋁酸三鈣的化學成分是３CaO·Al2O3，其簡寫為C3Ａ，約占水泥熟料總量的7～15％。鋁酸三鈣遇水后反應極快，產(chǎn)生的熱量大而且很集中。鋁酸三鈣對水泥的凝結起主導作用，但其水化產(chǎn)物強度較低，主要對水泥的早期強度有所貢獻。（４）鐵鋁酸四鈣鐵鋁酸四鈣的化學成分為:４CaO·Al2O3·Fe2O3，其簡寫為Ｃ4AF，約占水泥熟料總量的10％～18％。鐵鋁酸四鈣遇水時水化反應也很快，水化熱較低，水化產(chǎn)物的強度不高，對水泥石的抗壓強度貢獻不大，主要對抗折強度貢獻較大。（3）水泥成品的磨制磨制水泥成品的原材料包括：硅酸鹽水泥熟料、石膏和混合材料。名稱代號組分（質量分數(shù)，％）熟料石膏混合材料?；郀t礦渣火山灰質混合材料粉煤灰石灰石硅酸鹽水泥,PortlandcementP·Ⅰ100－－－－≥95≤5－－－P·Ⅱ≥95－－－≤5普通硅酸鹽水泥,ordinaryportlandcementP·O≥80且＜95＞5且≤20－礦渣硅酸鹽水泥,Portlandblastfurnace-slagcementP·S·A≥50且＜80＞20且≤50－－－P·S·B≥30且＜50＞50且≤70－－－火山灰質硅酸鹽水泥,PortlandpozzolanacementP·P≥60且＜80－＞20且≤40－－粉煤灰硅酸鹽水泥,Portlandfly-ashcement

P·F≥60且＜80－－＞20且≤40－復合硅酸鹽水泥,compositePortlandcementP·C≥50且＜80＞20且≤50

2、硅酸鹽水泥的水化和凝結硬化1）硅酸鹽水泥熟料礦物的水化反應

水化鐵酸鈣水化硅酸鈣氫氧化鈣C-S-H凝膠水化鋁酸鈣

2）硅酸鹽水泥熟料礦物水化、凝結硬化特性低低高高后期低低低高早期強度中最多少多28d水化熱快最快慢快水化凝結硬化速度C4AFC3AC2SC3S熟料礦物性能指標

3）硅酸鹽水泥的水化

硅酸鹽水泥是由熟料礦物和石膏組成，水泥加水拌和后，C3S、C3A、C4AF與水快速反應，石膏也溶于水，在石膏的存在下，C3A與水生成水化鋁酸鈣會與石膏發(fā)生反應生成針狀晶體的三硫型水化硫鋁酸鈣（鈣礬石）：水化硫鋁酸鈣（鈣礬石），形成水化物膜層，水泥漿具有可塑性和流動性。4）硅酸鹽水泥的凝結與硬化

水泥的凝結是指水泥加水后從流動狀態(tài)到固體狀態(tài)的變化，即水泥漿失去流動性而具有一定的強度。

水泥的硬化是指水泥漿體固化后所建立的網(wǎng)狀結構具有一定的機械強度，并不斷發(fā)展的過程。

（1）分散在水中未水化的水泥顆粒（2）在水泥顆粒表面形成水化物膜層（3）膜層長大并相互連接（凝結）（4）水化物進一步發(fā)展，填充毛細孔（硬化）水泥凝結硬化過程示意圖1——水泥顆粒；2——水分；3——凝膠；4——晶體；5——水泥顆粒未水化內核；6——毛細孔

水泥的凝結硬化大致可劃分為以下六個階段：初始反應期潛伏期（初凝）：水泥礦物的水化反應凝結期：終凝硬化期：固體減速期穩(wěn)定期5）影響硅酸鹽水泥凝結硬化的主要因素（１）礦物組成不同礦物成分和水起反應時所表現(xiàn)出來的特點是不同的，如C3A水化速率最快，放熱量最大而強度不高；C2S水化速率最慢，放熱量最少，早期強度低，后期強度增長迅速等。因此，改變水泥的礦物組成，其凝結硬化情況將產(chǎn)生明顯變化。水泥的礦物組成是影響水泥凝結硬化的最重要的因素。（2）水泥的細度在礦物組成相同的條件下，水泥磨得愈細，水泥顆粒平均粒徑小，比表面積大，水化時與水的接觸面大，水化速度快，相應地水泥凝結硬化速度就快，早期強度就高。（3）拌和用水量水泥漿的水灰比是指水泥漿中水與水泥的質量之比。當水泥漿中加水較多時，水灰比較大，此時水泥的初期水化反應得以充分進行；但是水泥顆粒間原來被水隔開的距離較遠，顆粒間相互連接形成骨架結構所需的凝結時間長，所以水泥漿凝結較慢。水泥漿的水灰比較大時，多余的水分蒸發(fā)后形成的孔隙較多,造成水泥石的強度較低，因此水泥漿的水灰比過大時，會明顯降低水泥石的強度。（4）環(huán)境溫度和濕度在適當溫度條件下，水泥的水化、凝結和硬化速度較快。反應產(chǎn)物增長較快，凝結硬化加速，水化熱較多。相反，溫度降低，則水化反應減慢，強度增長變緩。但高溫養(yǎng)護往往導致水泥后期強度增長緩慢，甚至下降。水的存在是水泥水化反應的必要條件。當環(huán)境濕度十分干燥時，水泥中的水分將很快蒸發(fā)，以致水泥不能充分水化，硬化也將停止；反之，水泥的水化將得以充分進行，強度正常增長。（5）齡期（時間）水泥的凝結硬化是隨時間延長而漸進的過程，隨著養(yǎng)護齡期增長，水化產(chǎn)物不斷積累，水泥石結構趨于致密，強度不斷增長。（6）儲存條件水泥應該儲存在干燥的環(huán)境里，如果受潮會因水化而結塊，從而失去膠結能力，強度嚴重降低，即使是在良好的干燥環(huán)境中，也不能儲存太久，一般規(guī)定不超過3個月。（7）石膏摻量石膏起緩凝作用的機理可解釋為：水泥水化時，石膏能很快與鋁酸三鈣作用生成水化硫鋁酸鈣（鈣礬石），鈣礬石很難溶解于水，它沉淀在水泥顆粒表面上形成保護膜，從而阻礙了鋁酸三鈣的水化反應，控制了水泥的水化反應速度，延緩了凝結時間。控制C3A的水化凝結硬化速度，調節(jié)水泥凝結時間。摻量3％左右。控制C3A的水化凝結硬化速度，調節(jié)水泥凝結時間。摻量3％左右。C3A的水化：反應迅速，產(chǎn)生急凝，或閃凝。加入石膏：高硫形水化硫鋁酸鈣又稱鈣礬石（俗稱水泥桿菌，針狀），不溶于水，阻止C3A水化，延緩水泥凝結。石膏耗完C3A與鈣礬石反應單硫形水化硫鋁酸鈣溶于水，水化繼續(xù)

鈣礬石顯微形貌

3、硅酸鹽水泥的技術要求1）細度水泥顆粒不能太粗，也不宜太細。測定水泥的細度可以用篩析法和比表面積法。篩析法：用80μm方孔篩的篩余百分數(shù)表示。比表面積法:測單位質量粉末的總表面積，以m2/kg表示。

細度指水泥顆粒的粗細程度。一般情況下，水泥顆粒越細，其總表面積越大，與水反應時接觸的面積也越大，水化反應速度就越快，所以相同礦物組成的水泥，細度越大，凝結硬化速度越快，早期強度越高。水泥細度用比表面積來衡量，我國現(xiàn)行國標規(guī)定：硅酸鹽水泥的細度比表面積大于300㎡/㎏，其余品種水泥在80μm方孔篩上篩余量不大于10%。

篩析法以80μm方孔篩上的篩余量百分率表示。

水泥試樣篩余百分率按下式計算

式中：F

—水泥試樣篩余百分率，%；

ms—水泥試樣在80μm篩上篩余質量，g；

m—水泥試樣的質量，g。

水泥負壓篩析儀2）標準稠度用水量硅酸鹽水泥的標準稠度用水量一般為24%-30%水泥標準稠度用水量是指達到標準稠度水泥凈漿時用水量與水泥質量之比。水泥質量常取500g;水泥凈漿標準稠度定義是用維卡儀測得試桿沉入凈漿并距底板6±1mm時的水泥凈漿稠度。

3）凝結時間初凝：標準稠度凈漿開始失去可塑性；終凝：標準稠度凈漿完全失去可塑性并開始產(chǎn)生強度；初凝時間不能過短，終凝時間不能過長；測定水泥凝結時間采用標準稠度的水泥凈漿。水泥的初凝時間不宜過短，終凝時間不宜過長。水泥的初凝時間太短，則在施工前即已失去流動性和可塑性而無法施工；水泥的終凝時間過長，則將延長施工進度和模板周轉期。我國現(xiàn)行國標(GB175-1999)規(guī)定，硅酸鹽水泥初凝不得早于45min，終凝不得遲于6.5h。普通硅酸鹽水泥初凝不得早于45min，終凝不得遲于10h。4）水泥的體積安定性

水泥在凝結硬化過程中體積變化的均勻程度。如果這種體積變化是輕微的均勻的，則對建筑物的質量沒什么影響，但是如果混凝土硬化后，由于水泥中某些有害成分的作用，在水泥石內部產(chǎn)生了劇烈的、不均勻的體積變化，則會在建筑物內部產(chǎn)生破壞應力，導致建筑物的強度降低。若破壞應力發(fā)展到超過建筑物的強度，則會引起建筑物開裂、崩塌等嚴重質量事故，這種現(xiàn)象稱為水泥的體積安定性不良。引起水泥體積安定性不良的原因是：①水泥中含有過多的游離CaO和MgO。熟料中所含游離CaO或MgO都是過燒的，結構致密，水化很慢。加之被熟料中其它成分所包裹，使得其在水泥已經(jīng)硬化后才進行熟化，生成六方板狀的Ca(OH)2晶體，這時體積膨脹97%以上，從而導致不均勻體積膨脹，使水泥石開裂。

②石膏摻量過多。當石膏摻量過多時，在水泥硬化后，殘余石膏與水化鋁酸鈣繼續(xù)反應生成鈣礬石，體積增大約1.5倍，從而導致水泥石開裂。檢驗體積安定性不良原因游離氧化鎂（f-MgO）石膏游離氧化鈣（f-CaO）過燒態(tài)過燒態(tài)與水化鋁酸鈣反應生成鈣礬石檢驗沸煮法（餅法/雷氏法）檢驗控制f-MgO含量控制SO3含量氧化鎂、三氧化硫及安定性不良的水泥應作廢品處理。

5）強度及強度等級

水泥技術要求中最基本的指標，它直接反映了水泥的質量水平和使用價值。水泥的強度越高，其膠結能力也越大。硅酸鹽水泥的強度主要取決于熟料的礦物組成和水泥的細度，此外還與水灰比、試驗方法、試驗條件、養(yǎng)護齡期等因素有關。按規(guī)定齡期抗壓強度和抗折強度來劃分，分為42.5、42.5R、52.5、52.5R、62.5、62.5R六個強度等級。硅酸鹽水泥各齡期強度不低于下表。為提高水泥早期強度，我國現(xiàn)行標準將水泥分為普通型和早強型（或稱R型）兩個型號。早強型水泥3d的抗壓強度較同強度等級的普通型強度提高10%～24%；早強型水泥的3d抗壓強度可達28d抗壓強度的50%。

硅酸鹽水泥各齡期的強度要求強度等級抗壓強度（MPa）抗折強度（MPa）3d28d3d28d42.517.042.53.56.542.5R22.042.54.06.552.523.052.54.07.052.5R27.052.55.07.062.528.062.55.08.062.5R32.062.55.58.0水泥：標準砂：水＝1：3：0.5

水泥混凝土路面用水泥，在供應條件允許時，應盡量優(yōu)先選用早強型水泥，以縮短混凝土養(yǎng)護時間，提早通車。我國現(xiàn)行標準《水泥膠砂強度檢驗方法（ISO法）》（GB17671－1999）規(guī)定：將水泥、標準砂及水按規(guī)定的比例（水泥：標準砂：水＝1：3：0.5），用規(guī)定方法制成40mm×40mm×160mm的標準試件，在標準條件（24h之內在溫度20℃±1℃，相對濕度不低于90％的養(yǎng)護箱或霧室內，24h后在20℃±1℃的水中）下養(yǎng)護，測定其3d和28d的抗折強度和抗壓強度。相對濕度：空氣中實際所含水蒸氣密度和同溫度下飽和水蒸氣密度的百分比值。水泥膠砂攪拌機水泥膠砂試模電動抗折試驗機壓力試驗機6）堿含量

水泥中的堿含量按Na2O+0.658K2O計算值來表示。若使用活性骨料，要求提供低堿水泥時，水泥中堿含量不得大于0.6%或由供需雙方商定。當混凝土骨料中含有活性二氧化硅時，會與水泥中的堿相互作用形成堿的硅酸鹽凝膠，由于后者體積膨脹會引起混凝土開裂，造成結構破壞，這種現(xiàn)象稱為“堿-骨料反應”。是影響混凝土耐久性的一個重要因素。7）氧化鎂含量：不宜超過5%，經(jīng)壓蒸安定性試驗合格，放寬到6%；8）三氧化硫含量：不得超過3.5%；9）燒失量：Ⅰ型硅酸鹽水泥不得超過3%，Ⅱ型不得超過3.5%；10）不溶物：Ⅰ型硅酸鹽水泥不得超過0.75%，Ⅱ型不得超過1.5%。11）水化熱技術指標硅酸鹽水泥普通水泥礦渣水泥火山灰水泥粉煤灰水泥復合水泥Ⅰ型Ⅱ型不溶物≤0.75%1.50%/////燒失量≤3.0%3.5%≤5.0%////氧化鎂≤5.0%，若壓蒸安定性試驗合格，則≤6.0%熟料中MgO≤5.0%，若壓蒸安定性試驗合格，則≤6.0%三氧化硫≤3.5%3.5%4.0%3.5%細度比表面積＞300m2/kg/////80μm方孔篩篩余≤/10.0%10.0%10.0%10.0%10.0%凝結時間初凝≥45min終凝≤6.5h≤10h安定性沸煮法檢驗合格強度等級42.5、42.5R、52.5、52.5R、62.5、62.5R42.5、42.5R、52.5、52.5R32.5、32.5R、42.5、42.5R、52.5、52.5R堿（若使用活性骨料）用戶要求提供低堿水泥時，≤0.60%或由供需雙方商定

由供需雙方商定常用水泥的技術要求

4.硬化水泥石中的組成

水化產(chǎn)物。忽略一些次要和少量的成分，水泥水化的最終產(chǎn)物是：水化硅酸鈣（C-S-H凝膠，約70%）、水化鐵酸鈣凝膠，氫氧化鈣（約20%）、水化鋁酸鈣、水化硫鋁酸鈣晶體；未水化的水泥顆粒、水（自由水和吸附水）和孔隙（毛細孔和凝膠孔）。

5、硅酸鹽水泥石的腐蝕硅酸鹽水泥硬化后形成的水泥石，在正常環(huán)境條件下將繼續(xù)硬化，強度不斷增長。但在某些腐蝕性液體或氣體的長期作用下，水泥石就會受到不同程度的腐蝕，嚴重時會使水泥石強度明顯降低甚至完全破壞，這種現(xiàn)象稱為水泥石的腐蝕。（1）軟水的腐蝕（溶出性腐蝕）軟水:雨水、雪水、蒸餾水及含重碳酸鹽甚少的河水與湖水。如果水泥石長期處于流水或壓力流水作用下，Ca(OH)2將不斷流失而使水泥石破壞。硬水中不腐蝕：軟水腐蝕的程度與水的暫時硬度（水中重碳酸鹽即碳酸氫鈣和碳酸氫鎂的含量）有關，因其能與水泥石中的Ca(OH)2反應生成不溶于水的碳酸鈣：

1）腐蝕的類型（2）鹽類腐蝕

硫酸鹽腐蝕水化鋁酸鈣鈣礬石體積增加1.5倍以上，膨脹破壞

當環(huán)境中含有硫酸鹽的水滲入到水泥石結構中時，會與水泥石中的氫氧化鈣反應生成硫酸鈣，硫酸鈣再與水泥石中的水化鋁酸鈣反應生成鈣礬石，產(chǎn)生1.5倍的體積膨脹，這種膨脹必然導致脆性水泥石結構的開裂，甚至崩潰。由于鈣礬石為微觀針狀晶體，人們常稱其為水泥桿菌。4CaO·Al2O3·12H2O+3CaSO4+20H2O

=3CaO·Al2O3·3CaSO4·31H2O+Ca(OH)2

當水中硫酸鹽濃度較高時，硫酸鈣還會在孔隙中直接結晶成二水石膏，體積膨脹，引起膨脹應力，導致水泥石破壞。鎂鹽腐蝕硫酸鎂對水泥石有鎂鹽和硫酸鹽雙重腐蝕的作用。海水及地下水中，常含有大量的鎂鹽，主要是硫酸鎂和氯化鎂。它們與水泥石中的氫氧化鈣起復分解反應：

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

（3）酸類腐蝕

碳酸腐蝕“碳化”雨水及地下水中常溶有較多的二氧化碳，形成了碳酸。碳酸水先與水泥石中的氫氧化鈣反應，中和后使水泥石碳化，形成了碳酸鈣，碳酸鈣再與碳酸反應生成可溶性的碳酸氫鈣，并隨水流失，從而破壞了水泥石的結構。其腐蝕反應過程為：

一般酸腐蝕因為水泥的水化產(chǎn)物呈堿性。，CaCl2溶于水。工程結構處于各種酸性介質中時，酸性介質易與水泥石中的氫氧化鈣反應，其反應產(chǎn)物可能溶于水中而流失，或發(fā)生體積膨脹造成結構物的局部被脹裂，破壞了水泥石的結構。其基本化學反應式為： （4）強堿腐蝕堿類溶液如濃度不大時一般是無害的，但鋁酸鹽含量較高的硅酸鹽水泥遇到強堿（如氫氧化鈉）作用后也會破壞。氫氧化鈉與水泥熟料中未水化的鋁酸鹽作用，生成易溶的鋁酸鈉：3CaO·Al2O3+6NaOH=3Na2O·Al2O3+3Ca(OH)2當水泥石被氫氧化鈉浸透后又在空氣中干燥，與空氣中的二氧化碳作用生成碳酸鈉，碳酸鈉在水泥石毛細孔中結晶沉積，會使水泥石脹裂。

2NaOH+CO2=Na2CO3+H2O2）水泥石腐蝕的基本原因（1）內因：水泥石中存在有引起腐蝕的組成成分氫氧化鈣和水化鋁酸鈣；水泥石本身不密實，有很多毛細孔通道，侵蝕性介質易進入其內部；（2）外因：外界存在腐蝕性介質和條件。3）水泥石腐蝕的防止（1）根據(jù)環(huán)境特點，合理選擇水泥品種。如處于軟水環(huán)境的工程，常選用摻混合材料的礦渣水泥、火山灰水泥或粉煤灰水泥，因為這些水泥的水泥石中氫氧化鈣含量低，對軟水侵蝕的抵抗能力強。（2）提高水泥石的致密度，降低水泥石的孔隙率。通過減小水灰比，摻加外加劑，采用機械攪拌和機械振搗，可以提高水泥石的密實度。（3）在水泥石的表面涂抹或鋪設保護層，隔斷水泥石和外界的腐蝕性介質的接觸。例如，可在水泥石表面涂抹耐腐蝕的涂料，如：水玻璃、瀝青、環(huán)氧樹脂等；或在水泥石的表面鋪建筑陶瓷、致密的天然石材等。6、硅酸鹽水泥的特性與應用（1）凝結硬化快，早期及后期強度均高。適用于有早強要求的工程（如冬季施工、預制、現(xiàn)澆等工程），高強度混凝土工程（如預應力鋼筋混凝土，大壩溢流面部位混凝土）。（2）抗凍性好。適用于抗凍性要求高的工程。（3）水化熱高。不宜用于大體積混凝土工程。但有利于低溫季節(jié)蓄熱法施工。（4）耐腐蝕性差。因水化后氫氧化鈣和水化鋁酸鈣的含量較多。不宜用于流動的淡水接觸及有水壓作用的工程，也不適用于受海水、礦物水等作用的工程。（5）抗碳化性好。因水化后氫氧化鈣含量較多，故水泥石的堿度不易降低，對鋼筋的保護作用較強。適用于空氣中二氧化碳濃度高的環(huán)境。（6）耐熱性差。因水化后氫氧化鈣含量高。不適用于承受高溫作用的混凝土工程。（7）耐磨性好。適用于高速公路、道路和地面工程。7、硅酸鹽水泥的儲存與運輸（1）硅酸鹽水泥在儲存和運輸過程中，應按不同品種、不同強度等級及出廠日期分別儲運，不得混雜。（2）要注意防潮、防水。（3）水泥的有效儲存期是3個月。一般水泥在儲存3個月后，強度降低約10％～20％，6個月后降低15％～30％。存放超過6個月的水泥必須經(jīng)過檢驗后才能使用。三、其他通用硅酸鹽水泥

為改善硅酸鹽水泥的某些性能，同時達到增加產(chǎn)量和降低成本的目的，在硅酸鹽水泥熟料中，摻入一定數(shù)量的混合材料和適量石膏共同磨細的水硬性膠凝材料，稱為摻混合材料的硅酸鹽水泥?？煞譃槠胀ü杷猁}水泥、礦渣硅酸鹽水泥、火山灰質硅酸鹽水泥、粉煤灰硅酸鹽水泥及復合硅酸鹽水泥。1）非活性混合材料在常溫下，加水拌和后不能與水泥、石灰或石膏發(fā)生化學反應的混合材料。又稱填充性混合材料。作用：提高水泥產(chǎn)量，降低生產(chǎn)成本，降低強度等級，減少水化熱，改善耐腐蝕性和和易性等。代表材料：石英砂、石灰石、粘土等。1、水泥混合材料

在生產(chǎn)水泥時，為改善水泥性能，調節(jié)水泥強度等級，而加到水泥中去的人工的和天然的礦物材料。

2）活性混合材料

常溫下，加水拌和后能與水泥、石灰或石膏發(fā)生化學反應，生成具有水硬性膠凝物質的混合材料?；鹕交倚裕褐敢环N材料磨成細粉，單獨不具有水硬性，但在常溫下與石灰一起和水拌合后，能生成具有水硬性化合物的性能。潛在的水硬性：指將磨細的材料與水拌合后，在有少量激發(fā)劑的情況下，具有水硬性的性能。（1）常用的活性混合材料：?；郀t礦渣、火山灰質混合材料和粉煤灰。粒化高爐礦渣煉鐵高爐的熔融礦渣，經(jīng)急速冷卻而成的松軟顆粒；直徑一般為0.5～5mm，需磨細使用；急冷一般用水淬方法進行，故又稱水淬高爐礦渣；成粒在于阻止結晶，形成玻璃體，具有較高的潛在活性；活性成分，一般認為是活性氧化鋁和活性氧化硅，在常溫下可與氫氧化鈣起作用而產(chǎn)生強度?；鹕交屹|混合材料凡是天然或人工的以氧化硅、氧化鋁為主要成分，具有火山灰性的礦物材料，稱為火山灰質混合材料。如火山灰、凝灰?guī)r等。火山灰：火山噴發(fā)的熔巖急冷形成。含有玻璃體，成分主要是活性氧化硅和活性氧化鋁，使火山灰具有活性。

粉煤灰火力發(fā)電廠煤粉燃燒的煙氣中收集的灰渣，又稱飛灰。顆粒直徑0.001～0.05mm，玻璃態(tài)的實心或空心球狀。活性來自玻璃體，成分主要是活性氧化硅和活性氧化鋁。

混合材料分類化學活性舉例在水泥中作用非活性混合材料與水泥成分不起化學作用或化學作用很小石英砂、石灰石、慢冷礦渣、各種廢渣填充、提高水泥產(chǎn)量、降低水泥強度等級、減少水化熱活性混合材料常溫下，細粉與石灰（或石灰和石膏）加水拌合能生成具有膠凝性的水化產(chǎn)物，在空氣和水中硬化。粒化高爐礦渣、火山灰質混合材料、粉煤灰上述＋活性效應

2、摻加混合材料硅酸鹽水泥的水化（1）一次水化反應首先是水泥熟料水化，生成較多的水化硅酸鈣、水化鋁酸鈣和氫氧化鈣等水化產(chǎn)物。（2）二次水化反應水化生成的Ca(OH)2再與活性混合材料中的活性組分發(fā)生二次水化反應生成相應的水化產(chǎn)物。若存在石膏，則石膏與鋁酸鈣反應生成硫鋁酸鈣而具有一定的強度。Ca(OH)2和石膏起著激發(fā)水化（使活性混合材料的潛在活性得以發(fā)揮），促進凝結硬化的作用，故稱為激發(fā)劑。常用的激發(fā)劑有堿性激發(fā)劑和硫酸鹽激發(fā)劑兩類。堿性激發(fā)劑：石灰，硅酸鹽水泥熟料。硫酸鹽激發(fā)劑：二水石膏、半水石膏和各種化學石膏。硫酸鹽激發(fā)劑的激發(fā)作用必須在有堿性激發(fā)劑的條件下，才能充分發(fā)揮。

3、普通硅酸鹽水泥凡由硅酸鹽水泥熟料、5%～20%活性混合材料、適量石膏磨細制成的水硬性膠凝材料，稱為普通硅酸鹽水泥（簡稱普通水泥），代號P·O。其中允許用不超過水泥質量5％的窯灰（窯灰是回轉窯在生產(chǎn)硅酸鹽水泥熟料時,從窯尾廢氣中經(jīng)收塵設備收集下來的干燥粉狀材料,其排放量相當于熟料的10%￣20%）或不超過水泥質量8%的非活性混合材料來代替。

普通硅酸鹽水泥強度等級分為42.5、42.5R、52.5、52.5R四個強度等級。普通硅酸鹽水泥強度標準（GB175－2007）

品種強度等級抗壓強度(MPa)

抗折強度(MPa)3d28d3d28d普通硅酸鹽水泥

42.542.5R17.022.042.542.53.54.06.56.552.552.5R23.027.052.552.54.05.07.07.0

由于混合材料的摻量較少，所以普通硅酸鹽水泥的性質與硅酸鹽水泥基本相同，略有差異，主要表現(xiàn)為：1.早期強度略低；2.耐腐蝕性略有提高；3.耐熱性稍好；4.水化熱略低；5.抗凍性、耐磨性、抗碳化性略有降低。4、礦渣硅酸鹽水泥、火山灰質硅酸鹽水泥、粉煤灰硅酸鹽水泥1）礦渣硅酸鹽水泥：簡稱礦渣水泥由硅酸鹽水泥熟料和?；郀t礦渣、適量石膏磨細制成的水硬性膠凝材料，代號P·S。水泥中?；郀t礦渣摻加量按質量百分比計為20%~70%，并分為A型和B型。A型礦渣摻量>20%且≤50%，代號P·S·A；B型礦渣摻量>50%且≤70%，代號P·S·B。2）火山灰質硅酸鹽水泥：簡稱火山灰水泥

凡由硅酸鹽水泥熟料和火山灰質混合材料、適量石膏磨細制成的水硬性膠凝材料，代號P·P。水泥中火山灰質混合材料摻加量按質量百分比計為20％～40％；

3）粉煤灰硅酸鹽水泥：簡稱粉煤灰水泥凡由硅酸鹽水泥熟料和粉煤灰、適量石膏磨細制成的水硬性膠凝材料，代號P·F。水泥中粉煤灰摻加量按質量百分比計為20％～40％。

這三種水泥強度等級分為32.5、32.5R、42.5、42.5R、52.5、52.5R六個強度等級。礦渣水泥、火山灰水泥及粉煤灰水泥的強度標準(GB1344—2007)強度等級抗壓強度(MPa)抗折強度(MPa)3d28d3d28d32.510.032.52.55.532.5R15.032.53.55.542.515.042.53.56.542.5R19.042.54.06.552.521.052.54.07.052.5R23.052.54.57.04）三種水泥的共性（1）凝結硬化慢，早期強度低，后期強度增長快；（2）對溫度敏感，適合高溫濕熱養(yǎng)護；（3）抗軟水、海水和硫酸鹽腐蝕的能力較強；（4）水化放熱量小，適合大體積混凝土工程；（5）抗凍性和耐磨性較差，抗碳化能力差。5）三種水泥的特性（1）礦渣水泥：

耐熱性較好，可用于溫度不高于200℃的混凝土工程；如軋鋼、鑄造、鍛造、熱處理等高溫車間及熱工窯爐基礎，也可用于溫度高達300-400℃的熱氣體通道等耐熱工程。保水性差，易產(chǎn)生泌水，抗?jié)B性差，干縮性大，不宜用于有抗?jié)B要求的混凝土工程中。（2）火山灰水泥：細微孔隙多，保水性好，泌水性低，水化形成的水化硅酸鈣凝膠多，結構致密，具有較高的抗?jié)B性和耐水性，可用于有抗?jié)B要求的混凝土工程。當干燥收縮顯著，水化停止后的凝膠易脫水收縮，影響強度和耐久性，需加強養(yǎng)護，保持濕潤，不宜用于干熱環(huán)境中。（3）粉煤灰水泥：

干縮性小，抗裂性好，和易性好。但吸水性差，水泥易泌水，形成較多連通孔隙，干燥時易產(chǎn)生細微裂縫，抗?jié)B性差，不宜用于干燥環(huán)境和抗?jié)B要求高的工程。5、復合硅酸鹽水泥凡由硅酸鹽水泥熟料、兩種或兩種以上規(guī)定的混合材料、適量石膏磨細制成的水硬性膠凝材料，稱為復合硅酸鹽水泥(簡稱復合水泥)，代號P·C。水泥中混合材料總摻加量按質量百分比應大于20％，不超過50％。允許用不超過8％的窯灰代替部分混合材料；摻礦渣時混合材料摻量不得與礦渣硅酸鹽水泥重復。復合硅酸鹽水泥強度等級分為32.5、32.5R、42.5、42.5R、52.5、52.5R六個強度等級。復合硅酸鹽水泥的強度要求(GB12958—1999)

強度等級抗壓強度(MPa)抗折強度(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復合硅酸鹽水泥早期強度接近于普通水泥，性能略優(yōu)于其他摻加混合材料的水泥，適用范圍較廣。摻加的兩種或兩種以上的混合材料，有利于發(fā)揮各種材料的優(yōu)點，為充分利用混合材料生產(chǎn)水泥，擴大水泥應用范圍，提供了廣闊的途徑。四、通用硅酸鹽水泥的特性品種硅酸鹽水泥普通水泥礦渣水泥火山灰水泥粉煤灰水泥復合水泥主要特性凝結硬化快凝結硬化較快凝結硬化慢凝結硬化慢凝結硬化慢與所摻兩種或兩種以上混合材料的種類、摻量有關，其特性基本上與礦渣水泥、火山灰水泥、粉煤灰水泥的特性相似早期強度高早期強度較高早期強度低，后期強度增長較快早期強度低，后期強度增長較快早期強度低，后期強度增長較快水化熱大水化熱較大水化熱較低水化熱較低水化熱較低抗凍性好抗凍性較好抗凍性差抗凍性差抗凍性差干縮性小干縮性較小干縮性大干縮性大干縮性較小，抗裂性較好耐蝕性差耐蝕性較差耐蝕性較好耐蝕性較好耐蝕性較好耐熱性差耐熱性較差耐熱性好耐熱性較好耐熱性較好抗碳化能力差抗碳化能力差抗碳化能力差——泌水性大—————抗?jié)B性較好—————和易性較好

五、常用水泥的選用

高鋁水泥（鋁酸鹽水泥）快硬硅酸鹽水泥白色和彩色硅酸鹽水泥4.2特種水泥和專用水泥抗硫酸鹽硅酸鹽水泥道路水泥膨脹水泥低水化熱硅酸鹽水泥砌筑水泥一、高鋁水泥（鋁酸鹽水泥）以鋁礬土和石灰石為原料，經(jīng)高溫煅燒得到鋁酸鈣為主的熟料磨細制成。代號CA。按Al2O3的含量百分數(shù)分為四類：CA-50（50％≤Al2O3＜60％），CA-60（60％≤Al2O3＜68％），CA-70

（68％≤Al2O3＜77％），CA-80

（Al2O3≥77％）。

熟料礦物組成鋁酸一鈣（CA）－70％；二鋁酸一鈣（CA2）－少量；硅酸二鈣（C2S）－少量。鋁酸鹽水泥的水化T＜20℃：CA+10H2O→CAH10；T=20～30℃：2CA+11H2O→C2AH8+Al2O3.3H2O；T＞30℃：3CA+12H2O→C3AH6+Al2O3.3H2O強度的產(chǎn)生CAH10、C2AH8相互交織成堅固的結晶合生體;氫氧化鋁凝膠填充于晶體骨架空隙中;CAH10、C2AH8→C3AH6，強度降低溫度升高，轉化加速晶體的轉化

快凝、早強。用于緊急工程、搶修工程、冬季施工工程；耐熱性好和耐硫酸鹽腐蝕性強。配制耐熱混凝土和耐硫酸鹽混凝土；水化熱大。不能用于大體積混凝土；長期強度會降低。注意施工溫度（15℃～25℃），按最低穩(wěn)定強度設計；不得與硅酸鹽水泥、石灰等混用；低收縮；耐堿性差;產(chǎn)品標準：《鋁酸鹽水泥》（GB201-2000）。產(chǎn)品特性及應用

二、快硬硅酸鹽水泥

由硅酸鹽水泥熟料和適量石膏磨細制成，以3d抗壓強度表示強度等級的水硬性膠凝材料稱為快硬硅酸鹽水泥（簡稱快硬水泥）。(初凝時間45m、終凝時間<10h)快硬硅酸鹽水泥的生產(chǎn)與普通水泥相似，主要是提高熟料中的快硬高強成分C3S和C3A的含量并適當?shù)亩鄵郊邮?，但要求嚴格的生產(chǎn)工藝條件，原料有害雜質要少，生料均勻性要好，熟料冷卻速率要高?？煊补杷猁}水泥凝結硬化快，早期強度高，后期強度也高，抗凍性及抗?jié)B性強，水化放熱量大，耐腐蝕性差。適用于要求早期強度高的工程，緊急搶修工程，冬期施工工程以及制作預應力鋼筋混凝土或高強混凝土預制構件。不適用于大體積混凝土工程及與腐蝕介質接觸的混凝土工程。三、白色和彩色硅酸鹽水泥1.白色硅酸鹽水泥（白水泥）硅酸鹽水泥熟料中氧化鐵等含量少。產(chǎn)品標準：《白色硅酸鹽水泥》（GB/T2015-2005）。技術要求：細度、凝結時間、安定性、水泥白度（≥87）、強度（32.5、42.5、52.5）。2.彩色硅酸鹽水泥生料＋著色物質、熟料＋著色物質、白水泥＋著色物質。

產(chǎn)品標準：《彩色硅酸鹽水泥》（JC/T870-2000）。技術要求：三氧化硫、細度、凝結時間、安定性、強度、色差。3.應用：用于各種裝飾裝修。

在以硅酸鈣為主要礦物成分的水泥熟料中，加入適量石膏磨細制成的具有一定抗硫酸鹽侵蝕性能的水硬性膠凝材料，稱為抗硫酸鹽硅酸鹽水泥，簡稱抗硫酸鹽水泥。分為中抗硫酸鹽硅酸鹽水泥（P.MSR）和高抗硫酸鹽硅酸鹽水泥（P.HSR）兩大類。抗硫酸鹽水泥除了具有較高的抗腐蝕性能外，還具有較高的抗凍性，主要適應于受硫酸鹽腐蝕、凍融循環(huán)及干濕交替作用的海港、水利、地下、隧涵、道路和橋梁基礎工程。四、抗硫酸鹽硅酸鹽水泥五、膨脹水泥

硬化過程中不產(chǎn)生收縮而具有一定膨脹性能的水泥。按膨脹值的大小，膨脹水泥可分為補償收縮水泥和自應力水泥兩大類。補償收縮水泥膨脹率較小，因此又叫做無收縮水泥，這種水泥可防止混凝土產(chǎn)生收縮裂縫；自應力水泥的膨脹值較大，這種靠水泥自身水化產(chǎn)生膨脹來張拉鋼筋達到的預應力稱為自應力。在路橋工程中，膨脹水泥常用于水泥混凝土路面、機場道面或橋梁結構中修補混凝土。膨脹原理：生成鈣礬石。調整組分比例，可得不同的膨脹值。若膨脹受限，則產(chǎn)生自應力。自應力≥2MPa，稱為自應力水泥；自應力＜2MPa，稱為膨脹水泥；應用：補償