第3章 無機膠凝材料

第3章無機膠凝材料參與式試驗練習題歷史回顧3.1

石灰

3.2石膏

3.3其它氣硬性膠凝材料

3.4通用硅酸鹽水泥的組成與技術(shù)要求

3.5通用硅酸鹽水泥的水化硬化與性能

3.6特性水泥和專用水泥創(chuàng)新能力培養(yǎng)常見問題及解答本章學習指導本章學習指導

本章共6個知識點。本章的學習目標是：⑴掌握石膏、石灰及水玻璃等氣硬性膠凝材料的硬化機理性質(zhì)及使用要點，熟悉其主要用途；⑵熟悉硅酸鹽水泥的礦物組成，了解其硬化機理，熟練掌握通用硅酸鹽水泥的性能特點，相應的檢測方法及選用原則；⑶了解特性水泥和專用水泥的主要性能及使用特點。本章的難點是硅酸鹽水泥的組成、技術(shù)要求，重點是通用硅酸鹽水泥的性能特點和選用原則。水泥品種繁多，建議學習中以硅酸鹽水泥為點，搞清楚此點后拓展至其它通用硅酸鹽水泥，再拓展至其它特性水泥和專用水泥，采用點面結(jié)合、對比的學習方法。建議本章課內(nèi)5學時，課外3學時。歷史回顧古埃及人發(fā)現(xiàn)尼羅河流域盛產(chǎn)的石膏可以做成很好的粘結(jié)材料。他們發(fā)現(xiàn)，把開采出來的石膏碾碎磨細，再加上少量粘土一起煅燒，就會失去一部分結(jié)晶水成為熟料。熟料中加水，調(diào)成糊狀，過不了多久又會重新變硬，而且石膏糊粘性甚好。由此，埃及人發(fā)明了與水泥相似的石膏粘結(jié)劑，并用它創(chuàng)造了世界建筑史上的奇跡——金字塔。這些金字塔是由巨大的石塊以石膏復合膠凝材料粘結(jié)而成的具有良好的耐久性。金字塔使用的膠凝材料膠凝材料土木工程中能通過一系列物理、化學作用，將散粒狀材料(如砂和石子)或塊狀材料(如磚塊和石塊)粘結(jié)成整體的材料，統(tǒng)稱為膠凝材料。膠凝材料按其化學組成成分的不同，可分為無機膠凝材料和有機膠凝材料兩大類。⑴有機膠凝材料是以天然或人工合成高分子化合物為主要成分的膠凝材料。常用的有機膠凝材料主要有石油瀝青、煤瀝青和各種合成樹脂等。⑵無機膠凝材料是以無機化合物為主要成分的膠凝材料，按其硬化條件不同又分為氣硬性無機膠凝材料和水硬性無機膠凝材料兩種。目前，在土木工程中無機膠凝材料的應用更加廣泛。①氣硬性膠凝材料只能在空氣中凝結(jié)硬化，也只能在空氣中保持和增長強度，所以只適用于地上和干燥環(huán)境中，不能用于潮濕環(huán)境，更不能用于水中。常用的有建筑石膏、石灰和水玻璃等。②水硬性膠凝材料即能在空氣中，還能更好地在水中凝結(jié)硬化、保持和增長強度，它既適用于地上，也能適用于潮濕環(huán)境或水中?；A(chǔ)知識3.1

石灰

3.1.1石灰的生產(chǎn)及分類3.1.2石灰的熟化與硬化3.1.3

石灰的性質(zhì)與技術(shù)要求3.1.4石灰的應用3.1.1石灰的生產(chǎn)及分類

生石灰粉：石灰在制備過程中，采用石灰石、白云石、白堊、貝殼等原料經(jīng)煅燒后，即得到塊狀的生石灰，生石灰粉是由塊狀生石灰磨細而成（以CaO為主要成分）。

消石灰粉：將生石灰用適量水經(jīng)消化和干燥而成的粉末，主要成分為Ca(OH)2,稱為消石灰粉。

石灰膏：將塊狀生石灰用過量水(約為生石灰體積的3～4倍)消化，或?qū)⑾曳酆退韬?，所得的一定稠度的膏狀物，主要成分為Ca(OH)2和水。3.1.2石灰的熟化與硬化

1.石灰的熟化

生石灰與水反應生成氫氧化鈣，稱為石灰的熟化。石灰的熟化過程會放出大量的熱，熟化時體積增大1～2.5倍。為了消除過火石灰的危害，石灰膏在使用之前應進行陳伏。陳伏是指石灰乳在儲灰坑中放置14d以上的過程（上面覆蓋一層水，防碳化）。

2.石灰漿體的硬化

石灰漿體的硬化包括干燥結(jié)晶和碳化，后者過程緩慢。（1）干燥結(jié)晶硬化過程石灰漿體在干燥過程中，游離水分蒸發(fā)，形成網(wǎng)狀孔隙，使石灰粒子更緊密，并使Ca(OH)2從飽和溶液中逐漸結(jié)晶析出。（2）碳化過程Ca(OH)2與空氣中的CO2和水反應，形成碳酸鈣。由于碳化作用主要發(fā)生在顆粒表層，且生成的CaCO3膜層較致密，阻礙了空氣中CO2的滲入，也阻礙了內(nèi)部水分蒸發(fā)，因此硬化緩慢。

3.1.3

石灰的性質(zhì)與技術(shù)要求

石灰的性質(zhì)是可塑性好；硬化較慢、強度低，硬化時體積收縮大，耐水性差，吸濕性強。建筑生石灰技術(shù)指標項目鈣質(zhì)生石灰鎂質(zhì)生石灰優(yōu)等品一等品合格品優(yōu)等品一等品合格品CaO+MgO含量不少于（％）908580858075CO2含量不大與（％）5796810未消化殘渣含量（5mm圓孔篩余）不大于（％）5101551015產(chǎn)漿量，不少于（L/kg）2.82.32.02.82.32.03.1.4石灰的應用

1.石灰乳將消石灰粉或熟化好的石灰膏加入大量的水攪拌稀釋，成為石灰乳。主要用于內(nèi)墻和天棚刷白，石灰乳中加入各種耐堿顏料，可形成彩色石灰乳。2.配制砂漿由于石灰膏和消石灰粉中氫氧化鈣顆粒非常小，調(diào)水后具有很好的可塑性。因而，?？捎檬腋嗷蛳曳叟渲瞥墒疑皾{或水泥石灰混合砂漿。3.石灰土和三合土石灰與粘土拌合后稱為灰土或石灰土，再加砂或爐渣等即成為三合土。用于建筑物的地基和道路工程的基層、墊層。4.制作硅酸鹽制品以磨細的石灰與硅質(zhì)材料為膠凝材料，必要時加入少量石膏，經(jīng)蒸汽養(yǎng)護或蒸壓養(yǎng)護制作硅酸鹽制品。

觀察與討論討論3.1

石灰

石灰砂漿的裂紋

請觀察下圖A、B兩種已經(jīng)硬化的石灰砂漿產(chǎn)生的裂紋有何差別，并討論其成因。

石灰砂漿A

石灰砂漿B

3.1

石灰

討論

在煅燒過程中，若溫度過低或煅燒時間不足，使得CaCO3不能完全分解，將會生成“欠火石灰”。如果煅燒時間過長或溫度過高，將生成顏色較深、塊體致密的“過火石灰”。過火石灰水化極慢，當石灰變硬后才開始熟化，產(chǎn)生體積膨脹，引起已變硬石灰體的隆起鼓包和開裂。

石灰砂漿A為凸出放射性裂紋，這是由于石灰漿的陳伏時間不足，致使其中部分過火石灰在石漿砂漿制作時尚未水化，導致在硬化的石灰砂漿中繼續(xù)水化成Ca(OH)2，產(chǎn)生體積膨脹，從而形成膨脹性裂紋。

石灰砂漿B為網(wǎng)狀干縮性裂紋，是因石灰砂漿在硬化過程中干燥收縮所致。尤其是水灰比過大、石灰過多，易產(chǎn)生此類裂紋。工程實例分析3.1

石灰

(1)內(nèi)外墻粉刷層爆裂

(2)石灰的選用現(xiàn)象原因分析(1)內(nèi)外墻粉刷層爆裂

上海某新村四幢六層樓1989年9-11月進行內(nèi)外墻粉刷，1990年4月交付甲方使用。此后陸續(xù)發(fā)現(xiàn)內(nèi)外墻粉刷層發(fā)生爆裂。至5月份陰雨天，爆裂點迅速增多，破壞范圍上萬平方米。爆裂源為微黃色粉?；蚍哿?。該內(nèi)外墻粉刷用的“水灰”，系寶山某廠自辦的“三產(chǎn)”性質(zhì)的部門供應，該部門由個人承包。

經(jīng)了解，粉刷過程已發(fā)現(xiàn)“水灰”中有一些粗顆粒。對采集的微黃色爆裂物作X射線衍射分析，證實除含石英、長石、CaO、Ca(OH)2、CaCO3外，還含有較多的MgO、Mg(OH)2以及少量白云石。原因分析(1)內(nèi)外墻粉刷層爆裂

該“水灰”含有相當數(shù)量的粗顆粒，相當部分為CaO與MgO，這些未充分消解的CaO和MgO在潮濕的環(huán)境下緩慢水化，分別生成Ca(OH)2和Mg(OH)2，固相體積膨脹約2倍，從而產(chǎn)生爆裂破壞。還需說明的是，MgO的水化速度更慢，更易造成危害。

使用劣質(zhì)建材，就是給工程埋下定時炸彈，危害人民利益?，F(xiàn)象原因分析(2)石灰的選用

工地急需配制石灰砂漿。當時有消石灰粉、生石灰粉及生石灰三種材料可供選用。因生石灰價格相對較便宜，便選用，并馬上加水配制石灰膏，再配制石灰砂漿。使用數(shù)日后，石灰砂漿出現(xiàn)眾多凸出的膨脹性裂縫。石灰砂漿的膨脹性裂縫

原因分析(2)石灰的選用

該石灰的陳伏時間不夠。數(shù)日后部分過火石灰在已硬化的石灰砂漿中熟化，體積膨脹，以致產(chǎn)生膨脹性裂紋。

因工期緊，若無現(xiàn)成合格的石灰膏，可選用消石灰粉或生石灰粉。消石灰粉在磨細過程中，把過火石灰磨成細粉，克服了過火石灰在熟化時造成的體積安定性不良的危害。故可不必陳伏可直接使用，且生石灰熟化時放出的熱可大大加快砂漿的凝結(jié)硬化，加水量亦較少，硬化后的砂漿強度亦較高。3.2石膏

3.2.4建筑石膏的應用

3.2.1石膏的種類3.2.2建筑石膏的水化硬化3.2.3建筑石膏的性質(zhì)與技術(shù)要求基礎(chǔ)知識3.2.1石膏的種類1.天然石膏（CaSO4?2H2O、CaSO4）天然二水石膏又稱生石膏或軟石膏。它是生產(chǎn)石膏膠凝材料的主要原料。純凈的天然二水石膏礦石呈無色透明或白色，但天然石膏常含有各種雜質(zhì)而呈灰色，褐色，黃色，紅色，黑色等顏色。包括：石膏、硬石膏和混合石膏。2．化工石膏化工石膏是指一些含有CaSO4·2H2O與CaSO4混合物的化工副產(chǎn)品及廢渣，如磷石膏是制造磷酸時的廢渣等。3．建筑石膏（β-CaSO4?1/2H2O）建筑石膏是以β半水石膏為主要成分，不預加任何外加劑的粉狀膠結(jié)料，主要用于制作石膏建筑制品。4．高強石膏（α-CaSO4?1/2H2O）將二水石膏置于0.13MPa、124℃的過飽和蒸壓條件下，或置于某些鹽溶液中沸煮，可獲得晶粒較粗、較致密的α型半水石膏即高強石膏。3.2.2建筑石膏的水化硬化

石膏漿體中的自由水分因水化和蒸發(fā)而逐漸減少，粒子總表面積增加，因而漿體可塑性逐漸減小，漿體漸漸變稠，這一過程稱為凝結(jié)。其后，漿體繼續(xù)變稠，逐漸凝聚成為晶體。晶體逐漸長大，共生和相互交錯，漿體逐漸產(chǎn)生強度，并不斷增長，直到完全干燥。晶體之間的摩擦力和粘結(jié)力不再增加，強度才停止發(fā)展。這一過程稱為建筑石膏的硬化。石膏漿體的凝結(jié)和硬化是一個連續(xù)的過程。凝結(jié)可以分為初凝和終凝兩個階段：將漿體開始失去可塑性的狀態(tài)稱為漿體初凝，從加水至初凝的這段時間稱為初凝時間；漿體完全失去可塑性，并開始產(chǎn)生強度稱為漿體終凝，從加水至終凝的時間稱為終凝時間。3.2.3建筑石膏的性質(zhì)與技術(shù)要求1.

建筑石膏的性質(zhì)

建筑石膏凝結(jié)硬化快，其制品具有以下特性：①密度和堆積密度相對較低，屬于輕質(zhì)材料；②凝結(jié)硬化快；③凝結(jié)硬化時體積略膨脹；④硬化后孔隙率高，⑤防火性能好；⑥耐水性和抗凍性差。2.

建筑石膏的技術(shù)要求

根據(jù)GB9776-88《建筑石膏》規(guī)定，建筑石膏按強度、細度、凝結(jié)時間指標分為優(yōu)等品、一等品和合格品三個等級。

儲存3個月后，強度降低30%左右，超過3個月，需從新進行質(zhì)量檢驗。3.2.4建筑石膏的應用1.

制備石膏砂漿和粉刷石膏

粉刷石膏是二水石膏或無水石膏經(jīng)煅燒，產(chǎn)生的生成物(β-CaSO4·1/2H2O和Ⅱ型CaSO4）單獨或兩者混合后摻入外加劑，也可加入集料制成的膠結(jié)料。粉刷石膏按用途分為面層粉刷石膏(Ｍ)、底層粉刷石膏(Ｄ)和保溫層粉刷石膏(Ｗ)。2.

建筑石膏制品

建筑石膏制品的種類很多，如紙面石膏板、空心石膏板、石膏砌塊、裝飾石膏板、石膏角線、燈圈、羅馬柱等，主要用于分室墻、內(nèi)隔墻、吊頂及裝飾。建筑石膏加水、砂和緩凝劑制成石膏砂漿，用于室內(nèi)抹灰。觀察與討論(1)建筑石膏粉的質(zhì)量問題

(2)硬化石膏的結(jié)構(gòu)與性能3.2石膏

討論（1）建筑石膏粉的質(zhì)量問題

請觀察建筑石膏粉，并分析是否宜用此石膏粉制作粘結(jié)制品或石膏制品。石膏粉吸潮結(jié)粒討論（1）建筑石膏粉的質(zhì)量問題

從上圖可見該建筑石膏粉已吸潮結(jié)粒，對凝結(jié)硬化性能及強度均有影響，已不宜使用。

由于建筑石膏粉易吸潮，影響其以后使用時的凝結(jié)硬化性能和強度，長期儲存也會降低強度，因此建筑石膏粉存貯時必須防潮，儲存時間不得過長，一般不得超過三個月。討論請觀察下圖中硬化石膏的結(jié)構(gòu)特點，分析硬化石膏的結(jié)構(gòu)與性能的關(guān)聯(lián)。建筑石膏制品

(2)硬化石膏的結(jié)構(gòu)與性能討論(2)硬化石膏的結(jié)構(gòu)與性能從上圖可見建筑石膏制品的結(jié)構(gòu)特點是多孔。

①隔熱吸聲性良好。因多封閉的細微孔，導熱系數(shù)也就較低，且其大多是微孔，表面微孔會使聲音反射或傳導的能力顯著下降從而有好的吸聲性能。

②防火性能好。

③具一定的阻濕阻溫性。

④耐水性及防凍性差。

⑤加工性能好。工程實例分析3.2石膏

（1）石膏飾條粘貼失效

（2）石膏制品發(fā)霉變形

現(xiàn)象原因分析（1）石膏飾條粘貼失效

某工人用建筑石膏粉拌水，拌成一桶石膏漿，用以在光滑的天花板上直接粘貼石膏飾條，前后半小時完工。幾天后最后粘貼的兩條石膏飾條突然墜落。原因分析（1）石膏飾條粘貼失效

①建筑石膏拌水后一般數(shù)分鐘至半小時左右凝結(jié)，后來粘貼石膏飾條時石膏漿已初凝，粘結(jié)性能差。可摻入緩凝劑，延長凝結(jié)時間；或者分多次配制石膏漿，即配即用。

②在光滑的天花板上直接貼石膏條，粘貼難以牢固，宜對表面予以打刮，以利粘貼?；蛘撸谡辰Y(jié)的石膏漿中摻入部分粘結(jié)性強的粘結(jié)劑?，F(xiàn)象原因分析（2）石膏制品發(fā)霉變形

某住戶喜愛石膏制品，全宅均用普通石膏浮雕板作裝飾。使用一段時間后，客廳、臥室效果相當好，但廚房、廁所、浴室的石膏制品出現(xiàn)發(fā)霉變形。原因分析（2）石膏制品發(fā)霉變形

廚房、廁所、浴室等處一般較潮濕，普通石膏制品具有強的吸濕性和吸水性，在潮濕的環(huán)境中，晶體間的粘結(jié)力削弱，強度下降、變形，且還會發(fā)霉。

建筑石膏一般不宜在潮濕和溫度過高的環(huán)境中使用。欲提高其耐水性，可于建筑石膏中摻入一定量的水泥或其他含活性SiO2、Al2O3及CaO的材料，如粉煤灰、石灰。摻入有機防水劑亦可改善石膏制品的耐水性。

基礎(chǔ)知識3.3其他氣硬性膠凝材料

3.3.1水玻璃

3.3.2菱苦土

3.3.1水玻璃1.水玻璃的組成和硬化

水玻璃俗稱泡花堿，是由不同比例的堿金屬氧化物和二氧化硅化合而成的一種可溶于水的硅酸鹽。建筑常用的為硅酸鈉(Na2O·nSiO2)水溶液，又稱鈉水玻璃。要求高時也使用硅酸鉀(K2O·nSiO2)的水溶液，又稱鉀水玻璃。液體水玻璃是一種具有膠體特征，又具有溶液特征的膠體溶液。2.水玻璃的性質(zhì)與應用

水玻璃在凝結(jié)硬化后，粘結(jié)能力強,強度較高,

不燃燒、耐高溫,耐酸性好,耐堿性和耐水性差。利用水玻璃凝結(jié)硬化后的性能，在建筑工程中主要有以下幾方面用途：涂刷材料表面，提高抗風化能力；加固土壤；配制速凝防水劑；修補磚墻裂縫。3.3.2鎂質(zhì)膠凝材料

菱苦土，又稱鎂質(zhì)膠凝材料或氯氧鎂水泥，其主要成分為MgO。菱苦土硬化后的主要產(chǎn)物為xMg(OH)2；若加入氧化鎂固化劑，硬化后主要為xMg(OH)2·yMgCl2·zH2O，其吸濕性大，耐水性差。遇水或吸濕后易產(chǎn)生翹曲變形，表面泛霜，且強度大大降低。因此菱苦土制品不宜用于潮濕環(huán)境。

使用玻璃纖維增強的菱苦土制品具有很高的抗折強度和抗沖擊能力，其主要產(chǎn)品為玻璃纖維增強菱苦土波瓦。觀察與討論討論水玻璃與鋁合金窗表面的斑跡

3.3其他氣硬性膠凝材料

某些建筑物的室內(nèi)墻面裝修過程中可以觀察到，使用以水玻璃為成膜物質(zhì)的膩子作為底層涂料，施工過程往往散落到鋁合金窗上，造成了鋁合金窗外表形成有損美觀的斑跡。試分析原因，應采取什么措施避免這類現(xiàn)象。水玻璃與鋁合金窗表面的斑跡

①鋁合金制品不耐酸堿。

②水玻璃呈強堿性。

當含堿涂料與鋁合金接觸時，引起鋁合金窗表面發(fā)生腐蝕反應，使鋁合金表面銹蝕而形成斑跡：

Al2O3+2NaOH→2NaAlO2+H2O

2Al+2H2O+2NaOH→2NaAlO2+3H2↑

防治措施：①避免使用酸堿性比較大的涂料。

②鋁合金表面涂塑保護。

③精心、文明施工。工程實例分析水玻璃表面處理現(xiàn)象原因分析3.3其它氣硬性膠凝材料

把水玻璃涂在粘土磚表面，可以提高抗風化能力；但涂在石膏制品表面則會使石膏制品破壞。水玻璃表面處理原因分析

水玻璃浸入粘土磚表面，可使材料更致密，提高風化能力；但浸入石膏制品，水玻璃與石膏反應生成硫酸鈉晶體，在制品孔隙內(nèi)產(chǎn)生體積膨脹，使石膏制品破壞?；A(chǔ)知識3.4.1通用硅酸鹽水泥的定義及生產(chǎn)概況

3.4.2通用硅酸鹽水泥的組成材料3.4通用硅酸鹽水泥的組成與技術(shù)要求

3.4.3通用硅酸鹽水泥的技術(shù)要求

3.4.1

通用硅酸鹽水泥的定義及生產(chǎn)概況

1.通用硅酸鹽水泥的定義

2.通用硅酸鹽水泥的生產(chǎn)概述通用硅酸鹽水泥（CommonPortlandCement）是以硅酸鹽水泥熟料和適量的石膏、或/和混合材料制成的水硬性膠凝材料。通用硅酸鹽水泥按混合材料的品種和摻量分為硅酸鹽水泥、普通硅酸鹽水泥、礦渣硅酸鹽水泥、火山灰質(zhì)硅酸鹽水泥、粉煤灰硅酸鹽水泥和復合硅酸鹽水泥。通用硅酸鹽水泥的組成見表。名稱代號組分熟料礦渣火山灰質(zhì)混合材料粉煤灰石灰石硅酸鹽水泥P.I100————P.Ⅱ≥95≤5——————≤5普通水泥P.O≥80且＜

95＞5且≤201—礦渣水泥P.S.AP.S.B≥50且＜80≥30且＜50＞20且≤502＞20且≤502———火山灰水泥P.P≥60且＜80—＞20且≤403——粉煤灰水泥P.F≥60且＜

80——＞20且≤404—復合水泥P.C≥50且＜80＞20且≤505

通用硅酸鹽水泥的組成

/%1、2、3、4、5見說明

幾點說明：1.本組分材料為符合本標準的活性混合材料，其中允許用不超過水泥質(zhì)量8%且符合標準的非活性混合材料或不超過水泥質(zhì)量5%且符合標準的窯灰代替。2.本組分材料為符合GB/T203或GB/T18046的活性混合材料，其中允許用不超過水泥質(zhì)量8%且符合標準的活性混合材料或非活性混合材料或窯灰中的任一種材料代替。3.本組分材料為符合GB/T2847的活性混合材料。4.本組分材料為符合GB/T1596的活性混合材料。5.本組分材料為由兩種（含）以上符合標準的活性混合材料或/和符合標準的非活性混合材料組成，其中允許用不超過水泥質(zhì)量8%且符合標準的窯灰代替。摻礦渣時混合材料摻量不得與礦渣硅酸鹽水泥重復。

3.4.2通用硅酸鹽水泥的組成材料

1.硅酸鹽水泥熟料2.石膏3.水泥混合材料4.助磨劑1.硅酸鹽水泥熟料硅酸鹽水泥熟料的主要礦物組成、含量及特性如下：硅酸三鈣，礦物成分為3CaO?SiO2，簡稱為C3S，含量為37%～60%，其水化速度較快，硅酸鹽水泥強度的主要來源，水化熱較高，干縮較小。硅酸二鈣，礦物成分為2CaO·SiO2，簡稱為C2S，含量為15%～37%；其水化速度慢，早期強度低，后期強度增進率較高，水化熱低，干縮較小。鋁酸三鈣，礦物成分為3CaO?Al2O3，簡稱為C3A，含量為7%～15%，水化速度快，早期強度高，后期強度較低，水化熱高，干縮大。鐵鋁酸四鈣，礦物成分為4CaO?Al2O3?Fe2O3，簡稱為C4AF，含量為10%～18%，水化速度較快，早期強度較高，水化熱較低，干縮小。其他組分包括少量的游離氧化鈣、硫酸鹽等。

(1)天然石膏：符合GB/T5483中規(guī)定的G類或M類二級（含）以上的石膏或混合石膏。

(2)工業(yè)副產(chǎn)石膏：以硫酸鈣為主要成分的工業(yè)副產(chǎn)物。采用前應經(jīng)過試驗證明對水泥性能無害。

石膏作為混合料的活性激發(fā)劑，它的最佳摻量與熟料中的C3A的含量有關(guān)，并且與混合材料的種類有關(guān)。C3A的含量越高，石膏摻量越多；

摻混合料的水泥較硅酸鹽水泥要摻的多；

但是摻的少不能有效調(diào)節(jié)凝結(jié)時間，摻的多影響水泥的體積安定性。2.石膏3.水泥混合材料

在生產(chǎn)水泥時，為改善水泥性能，調(diào)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，稱為水泥混合材料。水泥混合材料包括三類：

活性混合材料：符合標準要求的粒化高爐礦渣、粒化高爐礦渣粉、粉煤灰、火山灰質(zhì)混合材料?；钚曰旌喜氖蔷哂谢鹕交倚曰驖撛谒残?，以及兼有火山灰性和水硬性的礦物質(zhì)材料。

非活性混合材料：活性指標低于標準要求的?；郀t礦渣、?；郀t礦渣粉、粉煤灰、火山灰質(zhì)混合材料；石灰石和砂巖，其中石灰石中的三氧化二鋁含量應不超過2.5%。窯灰：從水泥回轉(zhuǎn)窯窯尾廢氣中收集的粉塵。4.助磨劑助磨劑的要求水泥粉磨時，允許加入適量的助磨劑，其加入量不應超過水泥質(zhì)量的0.5%，且應符合JC/T667的規(guī)定。3.4.3幾種通用硅酸鹽水泥的技術(shù)要求

1.化學要求2.物理要求(1)凝結(jié)時間包括：不溶物、燒失量、三氧化硫、氧化鎂、氯離子、堿含量等。水泥凝結(jié)時間測定水泥標準稠度用水量測定(2)安定性水泥安定性實驗(3)強度1.化學要求

不溶物：P.I硅酸鹽水泥不大于0.75﹪；P.Ⅱ硅酸鹽水泥不大于1.50﹪。

燒失量：P.I硅酸鹽水泥不大于3.0﹪；P.Ⅱ硅酸鹽水泥不大于3.5﹪；普通硅酸鹽水泥不大于5.0﹪。

三氧化硫：硅酸鹽水泥、普通水泥、粉煤灰水泥、火山灰水泥和復合水泥不大于3.5﹪；礦渣水泥不大于4.0﹪。

氧化鎂：硅酸鹽水泥和普通水泥不大于5.０﹪。a.如果水泥壓蒸試驗合格，則放寬至6.0%。其它通用硅酸鹽水泥不大于6.０﹪，若水泥中氧化鎂的含量大于6.0%時，需進行水泥壓蒸安定性試驗并合格。

氯離子：通用硅酸鹽水泥不大于0.06﹪。堿含量：水泥中堿含量按Na2O+0.658K2O計算值表示。用戶要求提供低堿水泥時，水泥中的堿含量不大于0.60﹪或由供需雙方商定。2.物理要求(1)凝結(jié)時間硅酸鹽水泥初凝不小于45min，終凝不大于6.5h；普通硅酸鹽水泥、礦渣硅酸鹽水泥、火山灰質(zhì)硅酸鹽水泥、粉煤灰硅酸鹽水泥、復合硅酸鹽水泥初凝不小于45min，終凝不大于10h。初凝為水泥加水拌和時起至標準稠度凈漿開始失去可塑性所需的時間；終凝為水泥加水拌和時起至標準稠度凈漿完全失去可塑性并開始產(chǎn)生強度所需的時間。為使水泥混凝土和砂漿有充分的時間進行攪拌、運輸、澆搗和砌筑，水泥初凝時間不能過短。當施工完成，則要求盡快硬化，具有強度，故終凝時間不能太長。2.物理要求(2)安定性沸煮法合格。安定性是指水泥在凝結(jié)硬化過程中體積變化的均勻性。當水泥漿體硬化過程發(fā)生了不均勻的體積變化，會導致水泥石膨脹開裂、翹曲，即安定性不良。安定性不良的水泥會降低建筑物質(zhì)量，甚至引起嚴重事故。(3)強度品種強度等級抗壓強度/MPa抗折強度/MPa3d28d3d28d硅酸鹽水泥42.517.0≥42.53.56.542.5R22.04.06.552.523.0≥52.54.07.052.5R27.05.07.062.528.0≥62.55.08.062.5R32.05.58.0普通水泥42.516.0≥42.53.56.542.5R21.04.06.552.522.0≥52.54.07.052.5R26.05.07.0礦渣水泥，火山灰水泥，粉煤灰水泥，復合水泥32.510.0≥32.52.55.532.5R15.03.55.542.515.0≥42.53.56.542.5R19.04.06.552.521.0≥52.54.07.052.5R23.04.57.0將水泥、標準砂和水按1∶3.0∶0.5的比例，制成40mm×40mm×160mm的標準試件，在標準養(yǎng)護條件下（1d內(nèi)為20±1攝氏度、相對濕度為90%以上的空氣中，1d后為20±1攝氏度的水中）養(yǎng)護至規(guī)定的齡期，分別按規(guī)定的方法測定其3d和28d的抗折強度和抗壓強度。水泥膠砂試件(4)細度

硅酸鹽水泥和普通硅酸鹽水泥以比表面積代表細度：比表面積不小于300m2/kg；礦渣硅酸鹽水泥、火山灰質(zhì)硅酸鹽水泥、粉煤灰硅酸鹽水泥和復合硅酸鹽水泥以篩余率表示，80μm方孔篩篩余不大于10%或者45μm方孔篩篩余不大于30%。選擇性指標觀察與討論假凝現(xiàn)象3.4通用硅酸鹽水泥的組成與技術(shù)要求

某工地使用某廠生產(chǎn)的硅酸鹽水泥，加水拌和后，水泥漿體在短時間內(nèi)迅速凝結(jié)。后經(jīng)劇烈攪拌，水泥漿體又恢復塑性，隨后過3h才凝結(jié)。請討論形成這種現(xiàn)象的原因。討論討論

此為水泥假凝現(xiàn)象。假凝是指水泥的一種不正常的早期固化或過早變硬現(xiàn)象。假凝與快凝不同，前者放熱量甚微，且經(jīng)劇烈攪拌后漿體可恢復塑性，并達到正常凝結(jié)，對強度無不利影響。

假凝現(xiàn)象與很多因素有關(guān)，一般認為主要是由于水泥粉磨時磨內(nèi)溫度較高，使二水石膏脫水成半水石膏的緣故。當水泥拌水后，半水石膏迅速水化為二水石膏，形成針狀結(jié)晶網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，從而引起漿體固化。另外，某些含堿較高的水泥，硫酸鉀與二水石膏生成鉀石膏迅速長大，也會造成假凝。假凝現(xiàn)象現(xiàn)象原因分析水泥凝結(jié)時間前后變化

某立窯水泥廠生產(chǎn)的普通水泥游離氧化鈣含量較高，加水拌和后初凝時間僅40min。但后來放置1個月，凝結(jié)時間又恢復正常，而強度下降。3.4通用硅酸鹽水泥的組成與技術(shù)要求

工程實例分析原因分析

①該立窯水泥廠的普通硅酸鹽水泥游離氧化鈣含量較高，該氧化鈣相當部分的煅燒溫度較低。加水拌和后，水與氧化鈣迅速反應生成氫氧化鈣，并放出水化熱，使?jié){體的溫度升高，加速了其他熟料礦物的水化速度，從而產(chǎn)生了較多的水化產(chǎn)物，形成了凝聚結(jié)晶網(wǎng)結(jié)構(gòu)，凝結(jié)時間較短。

②水泥放置一段時間后，吸收了空氣中的水汽，大部分氧化鈣生成氫氧化鈣，或進一步與空氣中的二氧化碳反應，生成碳酸鈣。故此時加入拌和水后，不會再出現(xiàn)原來的水泥漿體溫度升高、水化速度過快、凝結(jié)時間過短的現(xiàn)象。但其他水泥熟料礦物也會和空氣中的水汽反應，部分產(chǎn)生結(jié)團、結(jié)塊，使強度下降。水泥凝結(jié)時間前后變化基礎(chǔ)知識3.5.2通用硅酸鹽水泥的性能特點及應用3.5.1硅酸鹽水泥的水化硬化

3.5通用硅酸鹽水泥的水化硬化與性能3.5.3通用硅酸鹽水泥石的腐蝕與預防3.5.1

硅酸鹽水泥的水化硬化1.

硅酸鹽水泥熟料礦物的水化(1)硅酸三鈣的水化

(2)硅酸二鈣的水化

(3)鋁酸三鈣的水化

(4)鐵相固溶體的水化

(1)硅酸三鈣水化

硅酸三鈣在常溫下的水化反應如下：3CaO·SiO2＋nH2O＝xCaO·SiO2·yH2O＋(3－x)Ca(OH)2

硅酸三鈣的反應速度較快，生成了水化硅酸鈣(C-S-H凝膠)膠體，并以凝膠的形態(tài)析出，構(gòu)成具有很高強度的空間網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，生成的氫氧化鈣以晶體的形態(tài)析出。(2)硅酸二鈣的水化

β-C2S的水化與C3S相似，只不過水化速度較慢而已。

2CaO·SiO2＋nH2O＝xCaO·SiO2·yH2O＋(2－x)Ca(OH)2

所形成的水化硅酸鈣在C/S和形貌方面與C3S水化生成物無大的區(qū)別，故也稱為C-S-H凝膠。但Ca(OH)2生成量比C3S的少，結(jié)晶卻粗大些。(3)鋁酸三鈣的水化

鋁酸三鈣的水化迅速，放熱快，其水化產(chǎn)物組成和結(jié)構(gòu)受液相CaO濃度和溫度的影響很大，先生成介穩(wěn)狀態(tài)的水化鋁酸鈣，最終轉(zhuǎn)化為水石榴石（C3AH6）。在有石膏的情況下，C3A水化的最終產(chǎn)物與起石膏摻入量有關(guān)。最初形成的三硫型水化硫鋁酸鈣，簡稱鈣礬石，常用AFt表示。若石膏在C3A完全水化前耗盡，則鈣礬石與C3A作用轉(zhuǎn)化為單硫型水化硫鋁酸鈣(AFm)。水泥中摻入適量石膏，與C3A起反應，調(diào)節(jié)凝結(jié)時間，如不摻入石膏或石膏摻量不足時，水泥會發(fā)生瞬凝現(xiàn)象。(4)鐵相固溶體的水化

水泥熟料中鐵相固溶體可用C4AF作為代表。它的水化速率比C3A略慢，水化熱較低，即使單獨水化也不會引起快凝。其水化反應及其產(chǎn)物與C3A很相似。鐵相固溶體的水化產(chǎn)物的強度問題較復雜，組成的變化對其強度的影響較大，純的C4AF強度較低，但固溶了其它組分后則可有較大幅度的提高。2.

硅酸鹽水泥的凝結(jié)硬化

硅酸鹽水泥水化初期，水化產(chǎn)物的數(shù)量較少，水泥漿還具有良好的可塑性。隨后水化產(chǎn)物的數(shù)量不斷增加，自由水分不斷減少，水化產(chǎn)物顆粒間逐漸接近，部分顆粒粘結(jié)在一起形成了一定的網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，水泥漿體失去可塑性，產(chǎn)生凝結(jié)。石膏對硅酸鹽水泥水化起緩凝劑作用。硬化是指凝結(jié)的水泥漿體隨著水化的進一步進行，開始產(chǎn)生明顯的強度并逐漸發(fā)展而成為堅實的水泥石的過程。

初凝：凝聚結(jié)構(gòu)的形成，使水泥漿體開始失去可塑性。

終凝：固相顆粒間的空隙不斷減少，結(jié)構(gòu)逐漸緊密，直至水泥漿體完全失去可塑性，開始具有能擔負一定荷載的強度。

硬化的水泥石中存在水泥熟料水化產(chǎn)物、未水化的水泥顆粒、水和孔隙。3.5.2

通用硅酸鹽水泥的性能特點及應用1.硅酸鹽水泥和普通水泥

早期強度高，水化熱較大，抗凍性較好，耐蝕性差，干縮較小。適用于一般土建工程混凝土、高強混凝土、預應力鋼筋混凝土，以及受反復冰凍作用的結(jié)構(gòu)。2.礦渣水泥

早期強度較低，后期強度增長較快，水化熱較低，耐熱性好，耐蝕性較強，抗凍性差，干縮性較大，泌水較多。適用于高溫車間和有耐熱耐火要求的混凝土結(jié)構(gòu)，大體積混凝土結(jié)構(gòu)，蒸汽養(yǎng)護的構(gòu)件，有抗硫酸鹽侵蝕要求的工程。3.火山灰水泥和粉煤灰水泥

早期強度較低，后期強度增長較快，水化熱較低，耐蝕性較強，抗?jié)B性好，抗凍性差?；鹕交宜喔煽s性大。粉煤灰水泥干縮性較小，抗裂性較高。它們適用于大體積混凝土結(jié)構(gòu)和有抗?jié)B要求的混凝土結(jié)構(gòu)，蒸汽養(yǎng)護的構(gòu)件和有抗硫酸鹽侵蝕要求的工程?；鹕交宜嗖贿m用處在干燥環(huán)境中的混凝土工程。3.5.3通用硅酸鹽水泥石的腐蝕與預防1.通用硅酸鹽水泥石的腐蝕2.通用硅酸鹽水泥石腐蝕的預防1.通用硅酸鹽水泥石的腐蝕引起水泥石腐蝕的原因很多，作用機理也很復雜，但主要是下面幾種典型的腐蝕：①軟水的侵蝕；②硫酸鹽的腐蝕；（“水泥桿菌”）③鎂鹽的腐蝕；（硫酸鎂雙重腐蝕）④一般酸的腐蝕；⑤碳酸腐蝕。需說明的是，水泥石腐蝕的主要內(nèi)因有兩方面：一是水泥石中存在易被腐蝕的組分，主要是氫氧化鈣和水化鋁酸鈣；二是水泥石本身不夠密實。3.5.3通用硅酸鹽水泥石的腐蝕與預防2.腐蝕的預防根據(jù)以上腐蝕原因的分析，可采用下列措施，減少或防止水泥石的腐蝕：①根據(jù)侵蝕環(huán)境特點，合理選用水泥及熟料礦物組成。②提高水泥石的密實度，改善孔結(jié)構(gòu)。硬化水泥石是一多孔體系，腐蝕性介質(zhì)通常是靠滲透進入水泥石內(nèi)部，從而使水泥石腐蝕。③加做保護層。當腐蝕作用較強時，可用耐腐蝕性好的涂料等材料，在混凝土及砂漿表面做不透水的保護層，防止腐蝕性介質(zhì)與水泥石接觸。3.5.3通用硅酸鹽水泥石的腐蝕與預防水泥可以散裝或袋裝，袋裝水泥每袋凈含量為50kg，且應不少于標志質(zhì)量的99％；隨機抽取20袋總質(zhì)量(含包裝袋)應不少于1000kg。其它包裝形式由供需雙方協(xié)商確定，但有關(guān)袋裝質(zhì)量要求，應符合上述規(guī)定。

一般情況，儲存3個月的水泥，強度約下降10%～20%；儲存6個月的水泥，強度約下降15%～30%；儲存一年后的水泥，強度約下降25%～40%。所以，水泥的儲存期一般規(guī)定不超過3個月，受潮的水泥必須經(jīng)重新檢驗強度等指標后方可使用。3.5.4通用硅酸鹽水泥的包裝、標志與儲存觀察與討論討論3.5通用硅酸鹽水泥的水化硬化與性能某停車場混凝土不耐磨

某施工隊使用一立窯水泥廠生產(chǎn)的普通水泥鋪筑停車場。該水泥顏色為較深的灰黑色，據(jù)了解是以煤渣作混合材料，混凝土的水灰比為0.55。完工后一個月發(fā)現(xiàn)混凝土強度正常，邊部切割后觀察，混凝土基本無大的孔洞。但表面耐磨性差，且在局部低凹表面的顏色為明顯不同的灰黑色，其耐磨性更差。水泥經(jīng)檢驗強度及安定性等合格，但燒失量為6.3％。請分析原因。討論某停車場混凝土不耐磨

經(jīng)檢測該水泥燒失量不合格。造成燒失量高于標準規(guī)定有幾種可能：

a.熟料燒不透

b.石膏雜質(zhì)多

c.混合材料本身燒失量大，且摻量高

從現(xiàn)象來看，最后一點的問題估計是主要的。在局部低凹表面灰黑色的水泥漿含較多燒失量高的煤渣，而這些煤渣的耐磨性較差，使該停車場混凝土耐磨性差。另外，該混凝土水灰比過大，亦有利于混凝土的離析，煤渣的富集。從切割邊部混凝土觀察知混凝土基本無大孔洞，這可知混凝土的流動性較大，且振搗已相當充分。但對于水灰比較大的混凝土若振搗過度，更易離析、泌水，使煤渣在表面富集，使混凝土表面不耐磨。工程實例分析

(1)某機場道肩混凝土破壞

3.5通用硅酸鹽水泥的水化硬化與性能現(xiàn)象原因分析

某機場道肩混凝土于1995年7-11月施工，當年10月就發(fā)現(xiàn)網(wǎng)狀裂縫，次年6月表面層開始剝落。該混凝土使用某立窯水泥廠生產(chǎn)的普通硅酸鹽水泥。該廠當時生產(chǎn)的熟料呈暗紅色，還有一些白色物質(zhì)。鉆取破壞與未破壞的混凝土各加工成試件，未被破壞混凝土強度可滿足設(shè)計要求，密實，顏色為正常的青灰色。而已破壞的混凝土強度大大下降，低于設(shè)計值，劈開可見砂漿層與集料之間粘結(jié)疏松。經(jīng)X射線衍射分析可知，已破壞混凝土試樣有大量Ca(OH)2和大量CaCO3。原因分析

經(jīng)有關(guān)單位研究認為，該混凝土破壞主要是由于水泥質(zhì)量不穩(wěn)定所致，水泥中有一定數(shù)量的游離氧化鈣存在，以及大量生成的鈣礬石造成混凝土膨脹開裂。且由于水泥質(zhì)量不穩(wěn)定，給混凝土施工造成不便。水泥凝結(jié)時間或長或短，使混凝土施工質(zhì)量得不到保證。討論

以下是A、B兩種硅酸鹽水泥熟料礦物組成百分比含量，請分析A、B兩種硅酸鹽水泥的早期強度及水化熱的差別。（2）熟料礦物組成對早期強度及水化熱的影響

現(xiàn)象工程實例分析討論

硅酸鹽水泥熟料礦物各具特性。

C3S在最初四個星期內(nèi)強度發(fā)展迅速，它實際上決定著硅酸鹽水泥四個星期以內(nèi)的強度。C3S的水化熱較多，其含量也最多，故它放出的熱量最多，但其耐腐蝕性較差。C3A硬化速度最快，但強度低，其對硅酸鹽水泥在1～3d或稍長的時間內(nèi)的強度起到一定作用；C3A的水化熱多；耐腐蝕性最差。

A水泥的C3S及C3A含量高，而C3S及C3A的早期強度及水化熱都較高，故A硅酸鹽水泥的早期強度與水化熱高于B水泥?，F(xiàn)象原因分析

某大體積的混凝土工程，澆筑兩周后拆模，發(fā)現(xiàn)擋墻有多道貫穿型的縱向裂縫。該工程使用某立窯水泥廠生產(chǎn)的42.5Ⅱ型硅酸鹽水泥，其熟料礦物組成如下：C3S

61％；C2S

14％；C3A

14％；C4AF

11％。（3）擋墻開裂與水泥的選用工程實例分析原因分析

由于該工程所使用的水泥C3A和C3S含量高，導致該水泥的水化熱高，且在澆筑混凝土中，混凝土的整體溫度高，以后混凝土溫度隨環(huán)境溫度下降，產(chǎn)生冷縮，造成貫穿型的縱向裂縫。防治措施：首先，對大體積的混凝土工程宜選用低水化熱，即C3A和C3S的含量較低的水泥。其次，水泥用量及水灰比也需適當控制。

基礎(chǔ)知識3.6特性水泥和專用水泥

3.6.4其他水泥

3.6.1鋁酸鹽水泥3.6.2中熱水泥和低熱礦渣水泥3.6.3道路水泥3.6.1鋁酸鹽水泥

鋁酸鹽水泥是以石灰石和鋁礬為主要原料，經(jīng)煅燒至全部或部分熔融，得到以鋁酸鈣為主要礦物的熟料，經(jīng)磨細而成的水硬性膠凝材料，代號為CA。其主要礦物組成為：CA、CA2，還有少量C12A7、C2AS和微量的尖晶石和鈣鈦石以及鐵相，可能為C2F，也可能為CF2、Fe203、Fe0等。鋁酸鹽水泥的早期強度發(fā)展迅速，適用于工期緊急的工程，如國防、道路和特殊搶修工程等。鋁酸鹽水泥最適宜的硬化溫度為15℃左右，一般不得超過25℃。如溫度過高，水化鋁酸一鈣和水化鋁酸二鈣會轉(zhuǎn)變成水化鋁酸三鈣，固相體積減少，孔隙率大大增加，強度顯著降低。因此，鋁酸鹽水泥混凝土不能進行蒸汽養(yǎng)護，也不宜在高溫季節(jié)施工。3.6.2快硬硫鋁酸鹽水泥

以無水硫鋁酸鈣和硅酸二鈣為主要成分，加入適量石膏而磨細的具有早期強度高的特點的水硬性膠凝材料。

快硬硫鋁酸鹽水泥主要用于配置早強、抗?jié)B、抗硫酸鹽侵蝕的混凝土工程。

可用于冬期施工、搶修、堵漏等工程。低堿度硫鋁酸水泥3.6.3中熱水泥和低熱礦渣水泥

中熱硅酸鹽水泥和低熱礦渣硅酸鹽水泥的主要特點為水化熱低，適用于大壩和大體積混凝土工程。

中熱硅酸鹽水泥是由適當成分的硅酸鹽水泥熟料加入適量石膏磨細而成的具有中等水化熱的水硬性膠凝材料，簡稱中熱水泥。

低熱礦渣硅酸鹽水泥是由適當成分的硅酸鹽水泥熟料加入礦渣和適量石膏磨細而成具有低水化熱的水硬性膠凝材料，簡稱低熱礦渣水泥。其礦渣摻量為水泥質(zhì)量的20％～60％，允許用不超過混合材料總量50％的磷渣或粉煤灰代替礦渣。3.6.4道路水泥

由較高鐵鋁酸鈣含量的硅酸鹽道路水泥熟料，0％～10％活性混合材料和適量石膏磨細制成的水硬性膠凝材料，稱為道路硅酸鹽水泥（簡稱道路水泥）。對道路水泥的性能要求是：耐磨性好、收縮小、抗凍性好、抗沖擊性好，有高的抗折強度和良好的耐久性。道路水泥的上述特性，主要依靠改變水泥熟料的礦物組成、粉磨細度、石膏加入量及外加劑來達到。

技術(shù)要求：氧化鎂含量（不應大于5.0%）；三氧化硫含量（不應大于3.5%）；燒失量（不應大于3.0%）；比表面積（300-500m2/kg）；凝結(jié)時間（初凝不早于1.5h，終凝不遲于10h）；沸煮安定性合格；干縮率（28d不大于0.10%）；耐磨性；堿含量；強度。

3.6.5其他水泥

1.白色硅酸鹽水泥由白色硅酸鹽水泥熟料加入適量石膏，磨細制成的水硬性膠凝材料稱為白色硅酸鹽水泥（簡稱白水泥）。白水泥對白度有要求。2.砌筑水泥凡由一種或一種以上的水泥混合材料，加入適量硅酸鹽水泥熟料和石膏，經(jīng)磨細制成的工作性較好的水硬性膠凝材料，稱為砌筑水泥，代號M。砌筑水泥中混合材料摻加量按質(zhì)量百分比計應大于50%，允許摻入適量的石灰石或窯灰。3.抗硫酸鹽硅酸鹽水泥以適當成分的硅酸鹽水泥熟料，加入適量石膏磨細制成