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1、土木工程材料第第三三章章 （二二）水水泥泥关高明主讲|水泥，指加水拌和成塑性浆体后，能胶水泥，指加水拌和成塑性浆体后，能胶结砂、石等适当材料并能在空气和水中结砂、石等适当材料并能在空气和水中硬化的粉状水硬性胶凝材料。硬化的粉状水硬性胶凝材料。土木建土木建筑工程通常采用的水泥主要有：硅酸盐筑工程通常采用的水泥主要有：硅酸盐水泥、普通硅酸盐水泥、矿渣硅酸盐水水泥、普通硅酸盐水泥、矿渣硅酸盐水泥、火山灰质硅酸盐水泥、粉煤灰硅酸泥、火山灰质硅酸盐水泥、粉煤灰硅酸盐水泥等品种。盐水泥等品种。|第一节第一节 硅酸盐水泥硅酸盐水泥|凡凡由由硅硅酸酸盐盐水水泥泥熟熟料料、石石灰灰石石或或粒粒化化高高炉炉矿矿渣
2、渣、适适量量石石膏膏磨磨细细制制成的水硬性胶凝材料，称为硅酸盐水泥。成的水硬性胶凝材料，称为硅酸盐水泥。|硅硅酸酸盐盐水水泥泥在在国国际际上上分分为为两两种种类类型型：不不掺掺混混合合材材的的称称I I型型硅硅酸酸盐盐水水泥泥，其其代代号号为为P P.I I；在在硅硅酸酸盐盐水水泥泥熟熟料料粉粉磨磨时时掺掺入入不不超超过过水水泥泥质质量量5%5%的的石石灰灰石石或或粒粒化化高高炉炉矿矿渣渣混混合合材材料料的的称称IIII型型硅硅酸酸盐盐水水泥泥，其其代代号为号为IIII。一一.硅酸盐水泥的生产硅酸盐水泥的生产|生生产产硅硅酸酸盐盐水水泥泥的的原原料料，主主要要是是石石灰灰质质和和粘粘土土质质两
3、两类类原原料料。为为了了补补充充铁铁质质及及改改善善煅煅烧条件，还可加入适量铁粉、萤石等。烧条件，还可加入适量铁粉、萤石等。|生生产产水水泥泥的的基基本本工工序序可可以以概概括括为为：“两两磨磨一一烧烧”：先先将将原原材材料料破破碎碎并并按按其其化化学学成成分分配配料料后后，在在球球磨磨机机中中研研磨磨为为生生料料。然然后后入入窑窑锻锻烧烧至至部部分分熔熔融融，所所得得以以硅硅酸酸钙钙为为主主要要成成分分的的水水泥泥熟熟料料，配配以以适适量量的的石石膏膏及及混混合合材材料料在在球球磨磨机机中中研研磨磨至至一一定定细细度度，即即得得到到硅酸盐水泥。硅酸盐水泥。|二二.硅酸盐水泥熟料的矿物组成硅酸
4、盐水泥熟料的矿物组成|硅酸盐水泥熟料的主要矿物组成为硅酸盐水泥熟料的主要矿物组成为:|（）硅酸三钙（）硅酸三钙|硅酸三钙的化学成分为硅酸三钙的化学成分为|a ai i2 2，其其简简写写为为3 3S S。它它是是硅硅酸酸盐盐水水泥泥熟熟料料中中最最主主要要的的矿矿物物成成分分，约约占占水水泥泥熟熟料料总总量量的的。硅硅酸酸三三钙钙遇遇水水后后能能够够很很快快与与水水产产生生水水化化反反应应，并并产产生生较较多多的的水水化化热热。它它对对促促进进水水泥泥的的凝凝结结硬硬化化，特特别别是是对对水水泥泥天天内内的的早早期期强度以及后期强度都起主要作用强度以及后期强度都起主要作用。|（）硅酸二钙（）硅
5、酸二钙|硅酸二钙的化学成分为硅酸二钙的化学成分为|2 2a ai i2 2，其其简简写写为为C C2 2S S，约约占占水水泥泥熟熟料料总总量量的的15153737。硅硅酸酸二二钙钙遇遇水水后后反反应应较较慢慢，水水化化热热也也较较低低。它它不不影影响响水水泥泥的的凝凝结结，对水泥的后期强度起主要作用。对水泥的后期强度起主要作用。|（）铝酸三钙（）铝酸三钙|铝铝酸酸三三钙钙的的化化学学成成分分是是CaOAlCaOAl2 2O O3 3，其简写为，其简写为C C3 3，约占水泥熟料总量的，约占水泥熟料总量的7 7 1515。铝铝酸酸三三钙钙遇遇水水后后反反应应极极快快，产产生生的的热热量量大大而
6、而且且很很集集中中。铝铝酸酸三三钙钙对对水水泥泥的的凝凝结结起起主主导导作作用用，但但其其水水化化产产物物强强度度较较低低，主要对水泥的早期强度有所贡献。主要对水泥的早期强度有所贡献。|（）铁铝酸四钙（）铁铝酸四钙|铁铝酸四钙的化学成分为铁铝酸四钙的化学成分为:|CaOAlCaOAl2 2O O3 3FeFe2 2O O3 3，其简写为，其简写为4 4AFAF，约占水泥熟料总量的约占水泥熟料总量的10101818。铁铝酸。铁铝酸四钙遇水时水化反应也很快，水化热较低，四钙遇水时水化反应也很快，水化热较低，水化产物的强度不高，对水泥石的抗压强水化产物的强度不高，对水泥石的抗压强度贡献不大，主要对抗
7、折强度贡献较大。度贡献不大，主要对抗折强度贡献较大。|3.3.硅酸盐水泥的水化硅酸盐水泥的水化|硅硅酸酸盐盐水水泥泥遇遇水水后后，水水泥泥中中的的各各种种矿矿物物成成分分会会很快发生水化反应，生成各种水化物。很快发生水化反应，生成各种水化物。|硅酸三钙硅酸三钙水水水化硅酸钙水化硅酸钙 氢氧化钙氢氧化钙硅酸二钙硅酸二钙 水水 水化硅酸钙水化硅酸钙 氢氧化钙氢氧化钙|铝酸三钙铝酸三钙 水水水化铝酸三钙水化铝酸三钙|铁铝酸四钙铁铝酸四钙 水水 水化铝酸三钙水化铝酸三钙 水化铁酸钙水化铁酸钙|水水泥泥中中的的石石膏膏也也很很快快与与水水化化铝铝酸酸钙钙反反应应生生成成难难溶溶的的水水化化硫硫铝铝酸酸钙
8、钙针针状状结结晶晶体体，也也称称为钙矾石晶体为钙矾石晶体：水化硫铝酸钙（钙矾石）|经经过过上上述述水水化化反反应应后后，水水泥泥浆浆中中不不断断增增加加的的水水化化产产物物主主要要有有：水水化化硅硅酸酸钙钙(50%)(50%)、氢氢氧氧化化钙钙(25%)(25%)、水水化化铝铝酸酸钙钙、水水化化铁铁酸酸钙钙及及水化硫铝酸钙等新生矿物。水化硫铝酸钙等新生矿物。|4.4.硅酸盐水泥的凝结和硬化硅酸盐水泥的凝结和硬化|水水泥泥加加水水拌拌合合后后的的剧剧烈烈水水化化反反应应，一一方方面面使使水水泥泥浆浆中中起起润润滑滑作作用用的的自自由由水水分分逐逐渐渐减减少少；另另一一方方面面，水水化化产产物物在
9、在溶溶液液中中很很快快达达饱饱和和或或过过饱饱和和状状态态而而不不断断析析出出，水水泥泥颗颗粒粒表表面面的的新新生生物物厚厚度度逐逐渐渐增增大大，使使水水泥泥浆浆中中固固体体颗颗粒粒间间的的间间距距逐逐渐渐减减小小，越越来来越越多多的的颗颗粒粒相相互互连连接接形形成成了了骨骨架架结结构构。此此时时，水水泥泥浆浆便便开开始始慢慢慢慢失失去去可可塑塑性性，表表现现为为水水泥的初凝。泥的初凝。|由由于于铝铝酸酸三三钙钙水水化化极极快快，会会使使水水泥泥很很快快凝凝结结，为为使使工工程程使使用用时时有有足足够够的的操操作作时时间间，水水泥泥中中加加入入了了适适量量的的石石膏膏。水水泥泥加加入入石石膏膏
10、后后，一一旦旦铝铝酸酸三三钙钙开开始始水水化化，石石膏膏会会与与水水化化铝铝酸酸三三钙钙反反应应生生成成针针状状的的钙钙矾矾石石。钙钙矾矾石石很很难难溶溶解解于于水水，可可以以形形成成一一层层保保护护膜膜覆覆盖盖在在水水泥泥颗颗粒粒的的表表面面，从从而而阻阻碍碍了了铝铝酸酸三三钙钙的的水水化化，阻阻止止了了水水泥泥颗颗粒粒表表面面水水化化产产物物的的向向外外扩扩散散，降降低低了了水水泥泥的的水水化化速速度度，使水泥的初凝时间得以延缓。使水泥的初凝时间得以延缓。|当当掺掺入入水水泥泥的的石石膏膏消消耗耗殆殆尽尽时时，水水泥泥颗颗粒粒表表面面的的钙钙矾矾石石覆覆盖盖层层一一旦旦被被水水泥泥水水化化
11、物物的的积积聚聚物物所所胀胀破破，铝铝酸酸三三钙钙等等矿矿物物的的再再次次快快速速水水化化得得以以继继续续进进行行，水水泥泥颗颗粒粒间间逐逐渐渐相相互互靠靠近近，直直至至连连接接形形成成骨骨架架。水泥浆的塑性逐渐消失，直到终凝。水泥浆的塑性逐渐消失，直到终凝。|随着水化产物的不断增加，水泥颗粒之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，从而渐形成了具有一定强度的水泥石，从
12、而进入了硬化阶段。水化产物的进一步增进入了硬化阶段。水化产物的进一步增加，水分的不断丧失，使水泥石的强度加，水分的不断丧失，使水泥石的强度不断发展。不断发展。|随随着着水水泥泥水水化化的的不不断断进进行行，水水泥泥浆浆结结构构内内部部孔孔隙隙不不断断被被新新生生水水化化物物填填充充和和加加固固的的过过程程，称称为为水水泥泥的的“凝凝结结”。随随后后产产生生明明显显的的强强度度并并逐逐渐渐变变成成坚坚硬硬的的人人造造石石水水泥泥石石，这这一一过过程程称称为为水泥的水泥的“硬化硬化”。|实实际际上上，水水泥泥的的水水化化过过程程很很慢慢，较较粗粗水水泥泥颗颗粒粒的的内内部部很很难难完完全全水水化化
13、。因因此此，硬硬化化后后的的水水泥泥石石是是由由晶晶体体、胶胶体体、未未完完全全水水化化颗颗粒粒、游游离离水水及及气气孔孔等组成的不均质体。等组成的不均质体。|5.5.影响水泥凝结硬化的主要因素影响水泥凝结硬化的主要因素|（）矿物组成（）矿物组成|不不同同矿矿物物成成分分和和水水起起反反应应时时所所表表现现出出来来的的特特点点是是不不同同的的，如如C C3 3A A水水化化速速率率最最快快，放放热热量量最最大大而而强强度度不不高高；C C2 2S S水水化化速速率率最最慢慢，放放热热量量最最少少，早早期期强强度度低低，后后期期强强度度增增长长迅迅速速等等。因因此此，改改变变水水泥泥的的矿矿物物
14、组组成成，其其凝凝结结硬硬化化情情况况将将产产生生明明显显变变化化。水水泥泥的的矿矿物物组组成成是影响水泥凝结硬化的最重要的因素是影响水泥凝结硬化的最重要的因素.（）水泥浆的水灰比（）水泥浆的水灰比|水水泥泥浆浆的的水水灰灰比比是是指指水水泥泥浆浆中中水水与与水水泥泥的的质质量量之之比比。当当水水泥泥浆浆中中加加水水较较多多时时，水水灰灰比比较较大大，此此时时水水泥泥的的初初期期水水化化反反应应得得以以充充分分进进行行；但但是是水水泥泥颗颗粒粒间间原原来来被被水水隔隔开开的的距距离离较较远远，颗颗粒粒间间相相互互连连接接形形成成骨骨架架结结构构所所需需的的凝凝结结时时间间长长，所所以以水水泥泥
15、浆凝结较慢。浆凝结较慢。|水水泥泥浆浆的的水水灰灰比比较较大大时时，多多余余的的水水分分蒸蒸发发后后形形成成的的孔孔隙隙较较多多,造造成成水水泥泥石石的的强强度度较较低低，因因此此水水泥泥浆的水灰比过大时，会明显降低水泥石的强度。浆的水灰比过大时，会明显降低水泥石的强度。|（3 3）石膏掺量）石膏掺量|石石膏膏起起缓缓凝凝作作用用的的机机理理可可解解释释为为：水水泥泥水水化化时时，石石膏膏能能很很快快与与铝铝酸酸三三钙钙作作用用生生成成水水化化硫硫铝铝酸酸钙钙（钙钙矾矾石石），钙钙矾矾石石很很难难溶溶解解于于水水，它它沉沉淀淀在在水水泥泥颗颗粒粒表表面面上上形形成成保保护护膜膜，从从而而阻阻碍
16、碍了了铝铝酸酸三三钙钙的的水水化化反反应应，控控制制了了水水泥泥的的水水化化反反应应速速度度，延延缓缓了了凝凝结结时间。时间。|（4 4）水泥的细度）水泥的细度|在在矿矿物物组组成成相相同同的的条条件件下下，水水泥泥磨磨得得愈愈细细，水水泥泥颗颗粒粒平平均均粒粒径径小小，比比表表面面积积大大，水水化化时时与与水水的的接接触触面面大大，水水化化速速度度快快，相相应应地地水水泥泥凝凝结结硬硬化化速速度度就快，早期强度就高。就快，早期强度就高。|（5 5）环境温度和湿度）环境温度和湿度|在在适适当当温温度度条条件件下下，水水泥泥的的水水化化、凝凝结结和和硬硬化化速速度度较较快快。反反应应产产物物增增
17、长长较较快快，凝凝结结硬硬化化加加速速，水水化化热热较较多多。相相反反，温温度度降降低低，则则水水化化反反应应减减慢慢，强强度度增增长长变变缓缓。但但高高温温养养护护往往往往导导致致水水泥泥后后期期强强度度增增长长缓缓慢慢，甚甚至下降。至下降。|水水的的存存在在是是水水泥泥水水化化反反应应的的必必要要条条件件。当当环环境境湿湿度度十十分分干干燥燥时时，水水泥泥中中的的水水分分将将很很快快蒸蒸发发，以以致致水水泥泥不不能能充充分分水水化化，硬硬化化也也将将停停止止；反反之之，水水泥泥的的水水化化将将得得以以充充分分进进行，强度正常增长。行，强度正常增长。|（6 6）龄期（时间）龄期（时间）|水水
18、泥泥的的凝凝结结硬硬化化是是随随时时间间延延长长而而渐渐进进的的过过程程，只只要要温温度度、湿湿度度适适宜宜，水水泥泥强强度度的的增长可持续若干年。增长可持续若干年。|6.6.硅酸盐水泥的技术要求硅酸盐水泥的技术要求|（）细度（）细度|水水泥泥颗颗粒粒的的粗粗细细程程度度对对水水泥泥的的使使用用有有重重要要影影响响。水水泥泥颗颗粒粒粒粒径径一一般般在在7 7200 200 mm范围内。范围内。|国国家家标标准准GB175-1999GB175-1999规规定定，水水泥泥的的细细度度可可用用比比表表面面积积或或0.08 0.08 mmmm方方孔孔筛筛的的筛筛余余量量（未未通通过过部部分分占占试试样
19、样总总量量的的百百分分率率）来来表表示示。其其筛筛余余量量不不得得超超过过规规定定的的限限值值。比比表表面面积积是是指指单单位位质质量量的的水水泥泥粉粉末末所所具具有有的的表表面面积积的的总总和和（cmcm2 2/g/g 或或 m m2 2/kg/kg）。一般常为一般常为317317350m350m2 2/kg/kg。|（）标准稠度用水量（）标准稠度用水量|稠稠度度是是水水泥泥浆浆达达到到一一定定流流动动度度时时的的需需水水量量。国国家家标标准准规规定定检检验验水水泥泥的的凝凝结结时时间间和和体体积积安安定定性性时时需需用用“标标准准稠稠度度”的的水水泥泥净净浆浆。“标标准准稠稠度度”是是人人
20、为为规规定定的的稠稠度度，其其用用水水量量采采用用水水泥泥标标准准稠稠度度测测定定仪仪测测定定。硅硅酸酸盐盐水水泥泥的的标标准准稠稠度度用用水水量量一一般般在在之间。之间。|（3 3）凝结时间）凝结时间|水水泥泥从从加加水水开开始始到到失失去去其其流流动动性性，即即从从液液体体状状态态发发展展到到较较致致密密的的固固体体状状态态的的过过程程称称为为水水泥泥的的凝凝结结过程。这个过程所需要的时间称为凝结时间。过程。这个过程所需要的时间称为凝结时间。|凝凝结结时时间间分分初初凝凝时时间间和和终终凝凝时时间间。初初凝凝时时间间为为水水泥泥加加水水拌拌和和至至标标准准稠稠度度的的净净浆浆完完全全失失去
21、去可可塑塑性性所所需需的的时时间间。终终凝凝时时间间为为水水泥泥加加水水拌拌和和至至标标准准稠稠度度的的净净浆浆完完全全失失去去可可塑塑性性并并开开始始产产生生强强度度所所需需的的时时间。间。|国国家家标标准准规规定定，水水泥泥的的凝凝结结时时间间是是以以标标准准稠稠度度的的水水泥泥净净浆浆，在在规规定定温温度度及及湿湿度度环环境境下下用用水水泥泥净净浆浆凝凝结结时时间间测测定定仪仪测测定定。硅硅酸酸盐盐水水泥泥的的初初凝凝时时间间不不得早于得早于45min45min，终凝时间不得迟于，终凝时间不得迟于6h 30min6h 30min。|（）体积安定性（）体积安定性|水水泥泥浆浆体体硬硬化化后
22、后体体积积变变化化的的均均匀匀性性称称为为水水泥泥的的体体积积安安定定性性。即即水水泥泥硬硬化化浆浆体体能能保保持持一一定定形形状状，不不开开裂裂，不不变变形形，不不溃溃散散的的性性质质。体体积积安安定定性性不不良良的的水水泥泥应应作作废废品品处处理理，不不得得应应用用于于工工程程中中，否否则则将将导致严重后果。导致严重后果。|导导致致水水泥泥安安定定性性不不良良的的主主要要原原因因一一般般是是由由于于熟熟料料中中的的游游离离氧氧化化钙钙、游游离离氧氧化化镁镁或或掺掺入入石石膏膏过过多多等等原原因因造造成成的的，其其中中游游离离氧氧化化钙钙是是一一种种最最为为常常见见，影影响响也也是是最最严严
23、重重的的因因素素。熟熟料料中中所所含含游游离离氧氧化化钙钙或或氧氧化化镁镁都都是是过过烧烧的的，结结构构致致密密，水水化化很很慢慢。加加之之被被熟熟料料中中其其它它成成分分所所包包裹裹，使使得得其其在在水水泥泥已已经经硬化后才进行熟化，生成六方板状的硬化后才进行熟化，生成六方板状的 CaCa（OHOH）2 2晶晶体体，这这时时体体积积膨膨胀胀以以上上，从而导致不均匀体积膨胀，使水泥石开裂。从而导致不均匀体积膨胀，使水泥石开裂。当当石石膏膏掺掺量量过过多多时时，在在水水泥泥硬硬化化后后，残残余余石石膏膏与与水水化化铝铝酸酸钙钙继继续续反反应应生生成成钙钙矾矾石石，体体积积增增大大约约1.51.5
24、倍，从而导致水泥石开裂。倍，从而导致水泥石开裂。|国国家家标标准准规规定定水水泥泥的的体体积积安安定定性性用用雷雷氏氏法法或或试试饼沸煮法检验。饼沸煮法检验。|（5 5）强度）强度|强强度度是是评评价价硅硅酸酸盐盐水水泥泥质质量量的的又又一一个个重重要要指指标标。水水泥泥的的强强度度是是按按照照GB/T17961-1999GB/T17961-1999水水泥泥胶胶砂砂强强度度检检验验方方法法（ISOISO）法法的的标标准准方方法法制制作作的的水水泥泥胶胶砂砂试试件件，在在201C201C温温度度的的水水中中，养养护护到到规规定定龄龄期期时时检检测测的的强强度度值值。其其中中标标准准试试件件尺尺寸
25、寸为为4cm4cm16cm4cm4cm16cm，胶胶砂砂中中水水泥泥与与标标准准砂砂之之比比为为 1 1：3 3（W/C=0.5W/C=0.5），标标准准试试验验龄龄期期分分别别为为 d d和和28d28d分分别别检检验验其其抗抗压压强强度度和和抗抗折折强强度度。按按照照测测定定结结果果，将将硅硅酸酸盐盐水水泥泥分分为为42.542.5、42.5R42.5R、52.552.5、52.5R52.5R、62.562.5、62.5R62.5R六六个个强强度度等等级级。各各等等级级硅硅酸酸盐盐水泥在不同龄期的强度要求见表水泥在不同龄期的强度要求见表3-13-1。表3-1硅酸盐水泥在不同龄期的强度要求(
26、GB175-1999)强度等级抗压强度（MPa）抗折强度（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注：表中表示早强型，其它为普通型。|(6)(6)碱含量碱含量|水水泥泥中中含含有有较较多多的的强强碱碱物物NaNa2 2O O或或 K K2 2O O时时，容容易易发发生生不不良良反反应应对对结结构构造造成成危危害害。因因而而国国家家标标准准规规定定，水水泥泥中中的的含含碱碱量量不不得得大大
27、于于0.6%0.6%。|7.7.水泥石的腐蚀水泥石的腐蚀|7.1 7.1 水泥石腐蚀的方式水泥石腐蚀的方式|（）软水侵蚀（）软水侵蚀|水水泥泥石石长长期期接接触触软软水水时时，会会使使水水泥泥石石中中的的氢氢氧氧化化钙钙不不断断被被溶溶出出，当当水水泥泥石石中中游游离离的的氢氢氧氧化化钙钙减减少少到到一一定定程程度度时时，水水泥泥石石中中的的其其它它含含钙钙矿矿物物也也可可能能分分解解和和溶溶出出，从从而而导导致致水水泥泥石石结结构构的的强强度度降降低低，甚甚至至破破坏坏。当当水水泥泥石石处处于于软软水水环环境境时时，特特别别是是处处于于流流动动的的软软水水环环境境中中时时，水水泥泥被被软软水
28、水侵侵蚀蚀的的速速度更快。度更快。|（）一般酸的腐蚀（）一般酸的腐蚀|工工程程结结构构处处于于各各种种酸酸性性介介质质中中时时，酸酸性性介介质质易易与与水水泥泥石石中中的的氢氢氧氧化化钙钙反反应应，其其反反应应产产物物可可能能溶溶于于水水中中而而流流失失，或或发发生生体体积积膨膨胀胀造造成成结结构构物物的的局局部部被被胀胀裂裂，破破坏坏了了水水泥泥石石的的结结构构。其其基基本本化化学学反反应应式为：式为：（）碳酸的腐蚀（）碳酸的腐蚀|雨雨水水及及地地下下水水中中常常溶溶有有较较多多的的二二氧氧化化碳碳，形形成成了了碳碳酸酸。碳碳酸酸水水先先与与水水泥泥石石中中的的氢氢氧氧化化钙钙反反应应，中中
29、和和后后使使水水泥泥石石碳碳化化，形形成成了了碳碳酸酸钙钙，碳碳酸酸钙钙再再与与碳碳酸酸反反应应生生成成可可溶溶性性的的碳碳酸酸氢氢钙钙，并并随随水水流流失失，从从而而破破坏坏了了水水泥泥石石的的结结构构。其其腐腐蚀蚀反反应应过程为：过程为：|（）硫酸盐的腐蚀（）硫酸盐的腐蚀|当当环环境境中中含含有有硫硫酸酸盐盐的的水水渗渗入入到到水水泥泥石石结结构构中中时时，会会与与水水泥泥石石中中的的氢氢氧氧化化钙钙反反应应生生成成石石膏膏，石石膏膏再再与与水水泥泥石石中中的的水水化化铝铝酸酸钙钙反反应应生生成成钙钙矾矾石石，产产生生1.51.5倍倍的的体体积积膨膨胀胀，这这种种膨膨胀胀必必然然导导致致脆
30、脆性性水水泥泥石石结结构构的的开开裂裂，甚甚至至崩崩溃溃。由由于于钙钙矾矾石石为为微微观观针针状晶体，人们常称其为水泥杆菌。状晶体，人们常称其为水泥杆菌。|此此外外，有有些些其其它它物物质质也也能能腐腐蚀蚀水水泥泥石石，如如镁镁盐盐、强碱、糖类、脂肪等。强碱、糖类、脂肪等。|7.2 7.2 防止水泥石腐蚀的方法防止水泥石腐蚀的方法 （）根据工程的环境特点，合理选择水泥（）根据工程的环境特点，合理选择水泥品种，或适当掺加混合材料，减少可腐蚀物品种，或适当掺加混合材料，减少可腐蚀物质的浓度，防止或延缓水泥的腐蚀。如处于质的浓度，防止或延缓水泥的腐蚀。如处于软水环境的工程，常选用掺混合材料的矿渣软水
31、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、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。蚀的抵抗能力强。|（）提高混凝土的密实度，采取措（）提高混凝土的密实度，采取措施减少水泥石结构的孔隙率，特别是施减少水泥石结构的孔隙率，特别是提高表面的密实度，阻塞腐蚀介质渗提高表面的密实度，阻塞腐蚀介质渗入水泥石的通道。入水泥石的通道。|（）在在水水泥泥石石结结构构的的表表面面设设置置保保护护层层，隔隔绝绝腐腐蚀蚀介介质质与与水水泥泥石石的的联联系系。如如采采用用涂涂料料、贴贴面面等等致致密密
32、的的耐耐腐腐蚀蚀层层覆覆盖盖水水泥泥石石，能能够够有有效效地地保保护护水水泥泥石石不被腐蚀。不被腐蚀。|8.8.硅酸盐水泥的性能特点与应用硅酸盐水泥的性能特点与应用|（）凝凝结结硬硬化化快快，早早期期及及后后期期强强度度均均高高，适适用用于于有有早早强强要要求求的的工工程程，（如如冬冬季季施施工工、预预制制、现现浇浇等等工工程程），高高强强度度混混凝凝土土工工程程（如如预预应应力力钢钢筋筋混混凝凝土土，大大坝坝溢溢流流面部位混凝土）。面部位混凝土）。|（2 2）抗抗冻冻性性好好，适适合合水水工工混混凝凝土土和和抗抗冻冻性要求高的工程。性要求高的工程。|（3 3）耐耐腐腐蚀蚀性性差差，因因水水化
33、化后后氢氢氧氧化化钙钙和和水化铝酸钙的含量较多。水化铝酸钙的含量较多。|（4 4）水水化化热热高高，不不宜宜用用于于大大体体积积混混凝凝土土工程。但有利于低温季节蓄热法施工工程。但有利于低温季节蓄热法施工。|（5 5）抗抗碳碳化化性性好好。因因水水化化后后氢氢氧氧化化钙钙含含量量较较多多，故故水水泥泥石石的的碱碱度度不不易易降降低低，对对钢钢筋筋的的保保护护作用强。适用于空气中二氧化碳浓度高的环境。作用强。适用于空气中二氧化碳浓度高的环境。|（6 6）耐耐热热性性差差。因因水水化化后后氢氢氧氧化化钙钙含含量量高高。不适用于承受高温作用的混凝土工程。不适用于承受高温作用的混凝土工程。|（7 7）
34、耐耐磨磨性性好好，适适用用于于高高速速公公路路、道道路路和和地地面工程。面工程。|第二节第二节 掺混合材料的硅酸盐水泥掺混合材料的硅酸盐水泥|水水泥泥用用混混合合材材料料可可按按其其活活性性的的不不同同，分为活性混合材料和非活性混合材料。分为活性混合材料和非活性混合材料。|1.1.水泥混合材料水泥混合材料|混混合合材材料料磨磨成成细细粉粉并并与与石石灰灰或或石石膏膏混混合合均均匀匀，用用水水拌拌和和后后，在在常常温温下下可可生生成成具具有有水水硬硬性性的的水水化化物物，这这种种性性质质称称为为混混合合材材料料的的火火山山灰灰活活性性。混混合合材材料料分为活性混合材料和非活性混合材料。分为活性混
35、合材料和非活性混合材料。|常常用用的的活活性性混混合合材材料料有有粒粒化化高高炉炉矿矿渣渣、火火山山灰灰质质混混合合材材料料和和粉粉煤煤灰灰等等。其其主主要要化化学学成成分分为为活活性性氧氧化化硅硅和和活活性性氧氧化化铝铝。这这些些活活性性材材料料本本身身不不会会发发生生水水化化反反应应，不不产产生生胶胶凝凝性性。但但在在氢氢氧氧化化钙钙或或石石膏膏等等溶溶液液中中，它它们们却却能能产产生生明明显显的的水水化化反反应应，形成水化硅酸钙和水化铝酸钙：形成水化硅酸钙和水化铝酸钙：|掺掺混混合合材材料料的的硅硅酸酸盐盐水水泥泥水水化化时时，水水泥泥熟熟料料首首先先水水化化产产生生氢氢氧氧化化钙钙，氢
36、氢氧氧化化钙钙再再与与活活性性混混合合材材料料中中的的活活性性氧氧化化硅硅和和活活性性氧氧化化铝铝反反应应，形形成成水水化化硅硅酸酸钙钙和和水水化化铝铝酸酸钙钙。因因而而，这这一一反反应应也也称为称为“二次反应二次反应”。|水水泥泥熟熟料料水水化化产产生生氢氢氧氧化化钙钙，熟熟料料中中也也含含有有石石膏膏，因因此此具具备备了了使使活活性性混混合合材材料料发发挥挥活活性性的的条条件件，常常将将氢氢氧氧化化钙钙、石石膏膏称称为为活活性性混混合合材材料料的的“激激发发剂剂”。激激发发剂剂浓浓度度越越高高，激激发发作作用用越越大大，混混合合材材料料活活性性发发挥挥越越充充分分。有有人人认认为为，在在饱
37、饱和和氢氢氧氧化化钙钙溶溶液液中中，石石膏膏甚甚至至可可与与水水泥泥中中的的铝铝酸酸三钙形成水化硫铅酸钙。三钙形成水化硫铅酸钙。|非活性混合材料有磨细石英砂、石非活性混合材料有磨细石英砂、石灰石、粘土、缓冷矿渣等。它们掺入灰石、粘土、缓冷矿渣等。它们掺入水泥，不与水泥成分起化学反应或化水泥，不与水泥成分起化学反应或化学反应很弱，主要起填充作用，可调学反应很弱，主要起填充作用，可调节水泥强度，降低水化热及增加水泥节水泥强度，降低水化热及增加水泥产量等。产量等。2.2.普通硅酸盐水泥普通硅酸盐水泥|凡凡以以适适当当成成分分的的生生料料烧烧至至部部分分熔熔融融，所所得得以以硅硅酸酸钙钙为为主主的的水
38、水泥泥熟熟料料加加入入6 61 1的的混混合合材材料料和和适适量量石石膏膏磨磨细细制制成成的的水水硬硬性性胶胶凝凝材材料料，称称为为普普通通硅硅酸酸盐盐水水泥泥（简称普通水泥），代号（简称普通水泥），代号P P.O.O.|普普通通硅硅酸酸盐盐水水泥泥分分为为32.532.5、32.5R32.5R、42.542.5、42.5R42.5R、52.552.5、52.5R52.5R六六个个强强度度等等级级。各各等级水泥在不同龄期的强度要求见表等级水泥在不同龄期的强度要求见表3-23-2。(P58表3-7）|普通硅酸盐水泥的主要性能特点如下：普通硅酸盐水泥的主要性能特点如下：|（1 1）早期强度略低，后
39、期强度高。）早期强度略低，后期强度高。|（2 2）水化热略低。）水化热略低。|（3 3）抗抗渗渗性性好好，抗抗冻冻性性好好，抗抗碳碳化化能力强。能力强。|（4 4）抗侵蚀、抗腐蚀能力稍好。）抗侵蚀、抗腐蚀能力稍好。|（5 5）耐磨性较好；耐热性能较好。）耐磨性较好；耐热性能较好。|普普通通硅硅酸酸盐盐水水泥泥的的应应用用范范围围和和硅硅酸酸盐盐水泥相同。水泥相同。|3.3.矿渣硅酸盐水泥矿渣硅酸盐水泥|由由硅硅酸酸盐盐水水泥泥熟熟料料和和的的粒粒化化高高炉炉矿矿渣渣及及适适量量石石膏膏混混合合磨磨细细而而成成的的水水硬硬性性胶胶凝凝材材料料，称称为为矿矿渣渣硅硅酸酸盐盐水水泥泥（简简称称矿矿渣
40、渣水水泥泥），代代号号P PS.S.|矿渣硅酸盐水泥的主要性能特点如下：矿渣硅酸盐水泥的主要性能特点如下：|（1 1）早早期期强强度度低低，后后期期强强度度高高。对对温温度度敏敏感感，适宜于高温养护。适宜于高温养护。|（2 2）水化热较低，放热速度慢。）水化热较低，放热速度慢。|（3 3）具有较好的耐热性能。）具有较好的耐热性能。|（4 4）具有较强的抗侵蚀、抗腐蚀能力）具有较强的抗侵蚀、抗腐蚀能力|（5 5）泌水性大，干缩较大。）泌水性大，干缩较大。|（6 6）抗渗性差，抗冻性较差，抗碳化能力差。）抗渗性差，抗冻性较差，抗碳化能力差。|4.4.火山灰质硅酸盐水泥火山灰质硅酸盐水泥|由由硅硅酸
41、酸盐盐水水泥泥熟熟料料和和的的火火山山灰灰质质混混合合材材料料及及适适量量石石膏膏混混合合磨磨细细而而成成的的水水硬硬性性胶胶凝凝材材料料，称称为为火火山山灰灰质质硅硅酸酸盐盐水水泥泥（简简称称火火山灰水泥），代号山灰水泥），代号。|火山灰水泥的主要性能特点如下：火山灰水泥的主要性能特点如下：|（1 1）早早期期强强度度低低，后后期期强强度度高高。对对温温度度敏敏感感，适宜于高温养护。适宜于高温养护。|（2 2）水化热较低，放热速度慢。）水化热较低，放热速度慢。|（3 3）具有较强的抗侵蚀、抗腐蚀能力）具有较强的抗侵蚀、抗腐蚀能力|（4 4）需水性大，干缩率较大。）需水性大，干缩率较大。|（5
42、 5）抗抗渗渗性性好好，抗抗冻冻性性较较差差，抗抗碳碳化化能能力力差差，耐磨性差。耐磨性差。|5 5粉煤灰硅酸盐水泥粉煤灰硅酸盐水泥|由由硅硅酸酸盐盐水水泥泥熟熟料料和和的的粉粉煤煤灰灰及及适适量量石石膏膏混混合合磨磨细细而而成成的的水水硬硬性性胶胶凝凝材材料料称称为为粉粉煤煤灰灰硅硅酸酸盐盐水水泥泥（简简称称粉粉煤煤灰灰水水泥泥），代代号号。|粉煤灰水泥的主要性能特点如下：粉煤灰水泥的主要性能特点如下：|（1 1）早早期期强强度度低低，后后期期强强度度高高。对对温温度度敏敏感感，适宜于高温养护。适宜于高温养护。|（2 2）水化热较低，放热速度慢。）水化热较低，放热速度慢。|（3 3）具有较强
43、的抗侵蚀、抗腐蚀能力）具有较强的抗侵蚀、抗腐蚀能力|（4 4）需水量低，干缩率较小，抗裂性好。）需水量低，干缩率较小，抗裂性好。|（5 5）抗冻性较差，抗碳化能力差，耐磨性差。）抗冻性较差，抗碳化能力差，耐磨性差。|6.6.矿矿渣渣水水泥泥、火火山山灰灰水水泥泥、粉粉煤煤灰灰水水泥泥的的强强度度等级等级|矿矿渣渣硅硅酸酸盐盐水水泥泥、火火山山灰灰质质硅硅酸酸盐盐水水泥泥、粉粉煤煤灰灰硅硅酸酸盐盐水水泥泥分分为为32.532.5、32.5R32.5R、42.542.5、42.5R42.5R、52.552.5、52.5R52.5R、六六个个强强度度等等级级。各各等等级级水水泥泥在在不不同同龄龄期期
44、的的强强度度要要求求见见表表3-3(P653-3(P65表表3-9)3-9)。其其主主要要适用范围见表适用范围见表3-113-11（P68P68）|第三节 铝酸盐水泥|铝酸盐水泥是以石灰岩和矾土为主要原料，配制成适当成分的生料，烧至全部或部分熔融所得以铝酸钙为主要矿物的熟料，经磨细而成的水硬性胶凝材料，代号。1.铝酸盐水泥的主要矿物成分|（）铝酸一钙（CaOAl2O3简写）凝结正常，硬化迅速，为铝酸盐水泥强度的主要来源。|（）二铝酸一钙（CaO2Al2O3简写 2），其特点是凝结硬化慢，早期强度较低，后期强度高。|此外还有少量水化极快、凝结迅速而强度不高的七铝酸十二钙（127）以及胶凝性极差的
45、铝方柱石（C2AS）、六铝酸一钙（CA6）等矿物。|2.2.铝酸盐水泥的水化与硬化铝酸盐水泥的水化与硬化|铝铝酸酸一一钙钙由由于于晶晶体体结结构构中中钙钙、铝铝的的配配位位极极不不规规则则，水水化化极极快快。其其水水化化过过程程及及其其产产物物与与温温度度的的关关系系极极大大，当当温温度度低低于于30C30C时时，水水化化生生成成水水化化铝铝酸酸钙钙（CAHCAH1010）、水水化化铝铝酸酸二二钙钙（C C2 2AHAH8 8）、氢氧化铝凝胶（氢氧化铝凝胶（AHAH3 3）。水化铝酸二钙 氢氧化铝凝胶|铝铝酸酸盐盐水水泥泥的的硬硬化化过过程程与与硅硅酸酸盐盐水水泥泥基基本本相相似似。CAHCA
46、H1010、C C2 2AHAH8 8都都属属六六方方晶晶系系，其其晶晶体体呈呈片片状状或或针针状状，互互相相交交错错攀攀附附，重重叠叠结结合合，可可形形成成坚坚强强的的结结晶晶共共生生体体，使使水水泥泥获获得得很很高高的的强强度度。氢氢氧氧化化铝铝凝凝胶胶又又填填充充于于晶晶体体骨骨架的空隙，所以能形成比较致密的结构。架的空隙，所以能形成比较致密的结构。|当当温温度度高高于于30C30C时时，水水化化生生成成立立方方晶晶系系的的水水化化铝铝酸酸三三钙钙（C C3 3AHAH6 6）、氢氢氧氧化化铝铝凝凝胶胶（AHAH3 3）。此此时时形形成成的的水水泥泥石石孔孔隙隙率率很很大大，强强度度较较
47、低低。因因而而铝铝酸酸盐盐水水泥泥不不宜宜在在高高于于3030的条件下养护。的条件下养护。|3.3.铝酸盐水泥的技术要求铝酸盐水泥的技术要求|（）细细度度 比比表表面面积积不不小小于于300 300 m m2 2/kg/kg或或0.045mm0.045mm筛余不大于筛余不大于20%20%。|（）凝结时间（）凝结时间|按按GB201-2000GB201-2000规规定定的的标标准准稠稠度度胶胶砂砂测测得得的的凝凝结结时时间间应应符符合合如如下下要要求求：CA-50CA-50、CA-70CA-70、CA-80CA-80铝铝酸酸盐盐水水泥泥的的初初凝凝时时间间不不早早于于30min30min，终终凝
48、凝时时间间应应不不迟迟于于6 6；CA-60CA-60铝铝酸酸盐盐水水泥泥的的初初凝凝时时间间不不早早于于60min60min，终终凝凝时时间间应应不不迟迟于于1818。|（）强度（）强度|铝铝酸酸盐盐水水泥泥按按照照AlAl2 2O O3 3含含量量分分为为四四类类。各各类类型型铝铝酸酸盐盐水水泥泥的的不不同同龄龄期期强强度度值值不不得得低低于于表表3-43-4的规定。的规定。|（4 4）铝铝酸酸盐盐水水泥泥受受到到高高温温作作用用时时，由由于于产产生生了了固固相相反反应应，烧烧结结结结合合代代替替了了水水化化结结合合，因因而而具具有有良良好好的的耐耐高高温温性能。性能。|4.4.铝酸盐水泥
49、的性能与应用铝酸盐水泥的性能与应用|（）早早期期强强度度很很高高，故故适适用用于于工工期期紧紧急急的的工工程程。如如国国防防、道道路路和和紧紧急急抢抢修修工工程。程。|（）抗抗渗渗性性、抗抗冻冻性性好好。铝铝酸酸盐盐水水泥泥拌拌合合需需水水量量少少，而而水水化化需需水水量量大大，故故硬硬化后水泥石的孔隙率很小。化后水泥石的孔隙率很小。|（）抗抗硫硫酸酸盐盐腐腐蚀蚀性性好好。因因水水化化产产物物中中不不含含有有氢氢氧氧化化钙钙，并并且且氢氢氧氧化化铝铝凝凝胶胶包包裹裹其其它它水水化化产产物物起起到到保保护护作作用用以以及及水水泥泥石石的的孔孔隙隙率率很很小小，故故适适合合抗抗硫硫酸酸盐盐腐腐蚀工
50、程。蚀工程。|（）水水化化放放热热极极快快且且放放热热量量大大，不不得得应用于大体积混凝土工程。应用于大体积混凝土工程。|（）耐耐热热性性好好。高高温温下下产产生生烧烧结结作作用用，具具有有良良好好的的耐耐高高温温性性能能，较较高高的的强强度度，故适合耐热工程。故适合耐热工程。|（）长长期期强强度度降降低低较较大大，不不适适合合长长期期承载结构。承载结构。|（）高高温温、高高湿湿度度条条件件下下强强度度显显著著降降低低。不不宜宜在在高高温温、高高湿湿环环境境中中施施工工、使使用。用。|第四节 其它品种水泥|1.道路硅酸盐水泥|凡由适当成分的生料烧至部分熔融，所得以硅酸钙为主要成分，并且铁铝酸钙