1、混凝土組成材料之水泥混凝土組成材料之水泥(1)(1) CementCement水泥的定義水泥的定義 凡細磨成粉末狀，加入適量水后成為凡細磨成粉末狀，加入適量水后成為塑性漿體，既能在空氣中硬化，又能在水塑性漿體，既能在空氣中硬化，又能在水中硬化，并能將砂、石等散粒或纖維材料中硬化，并能將砂、石等散粒或纖維材料牢固地膠結在一起的水硬性膠凝材料，通牢固地膠結在一起的水硬性膠凝材料，通稱水泥（稱水泥（cementcement）。）。 用水泥基材料建造的早期建筑愛迭斯頓燈塔v最早采用具有水硬性膠凝材料制備混凝土最早采用具有水硬性膠凝材料制備混凝土的是中國人，而不是多少年來一直誤認為的是中國人，而不是多少

2、年來一直誤認為的古羅馬人。據甘肅省考古研究所于的古羅馬人。據甘肅省考古研究所于19801980年和年和19831983年考察，在該省秦安縣的大地灣年考察，在該省秦安縣的大地灣（黃河支流渭水之畔，西安以西約（黃河支流渭水之畔，西安以西約600600公公里處）先后發掘出兩個大型住宅遺址，該里處）先后發掘出兩個大型住宅遺址，該遺址的地坪系用混凝土建造，經測算距今遺址的地坪系用混凝土建造，經測算距今已有已有5 5千年，相當于千年，相當于“新石器時代新石器時代”。從。從大地灣發掘出的混凝土是用水硬性的水泥大地灣發掘出的混凝土是用水硬性的水泥所制成。這種水泥以礓石所制成。這種水泥以礓石一種富含碳一種富含碳

3、酸鈣的粘土為原料煅燒而成。酸鈣的粘土為原料煅燒而成。水泥按其用途和性能分類水泥按其用途和性能分類 v 通用水泥：通用水泥： 用于大量土木建筑工程一般用途的水泥，如硅用于大量土木建筑工程一般用途的水泥，如硅酸鹽水泥、普通硅酸鹽水泥、礦渣硅酸鹽水泥、火酸鹽水泥、普通硅酸鹽水泥、礦渣硅酸鹽水泥、火山灰質硅酸鹽水泥、粉煤灰硅酸鹽水泥、復合硅酸山灰質硅酸鹽水泥、粉煤灰硅酸鹽水泥、復合硅酸鹽水泥等。鹽水泥等。 v 專用水泥：專用水泥： 指有專門用途的水泥，如油井水泥、砌筑水泥指有專門用途的水泥，如油井水泥、砌筑水泥 v 特性水泥：特性水泥： 某種性能比較突出的一類水泥，如快硬硅酸鹽水某種性能比較突出的一類

4、水泥，如快硬硅酸鹽水泥、低熱礦渣硅酸鹽水泥、抗硫酸鹽硅酸鹽水泥、泥、低熱礦渣硅酸鹽水泥、抗硫酸鹽硅酸鹽水泥、膨脹硫鋁酸鹽水泥、自應力鋁酸鹽水泥等膨脹硫鋁酸鹽水泥、自應力鋁酸鹽水泥等。水泥按組成分類水泥按組成分類 硅酸鹽系水泥硅酸鹽系水泥 鋁酸鹽系水泥鋁酸鹽系水泥 硫酸鹽系水泥硫酸鹽系水泥 硫鋁酸鹽系水泥硫鋁酸鹽系水泥 磷酸鹽系水泥等磷酸鹽系水泥等 目前，水泥品種已達目前，水泥品種已達100100余種，其中硅酸鹽系余種，其中硅酸鹽系水泥用途最廣，本章即重點介紹。水泥用途最廣，本章即重點介紹。本章內容本章內容1.11.1 水泥工業的現狀及發展水泥工業的現狀及發展1.21.2 硅酸鹽水泥（波特蘭水泥

5、）硅酸鹽水泥（波特蘭水泥） 1.31.3 摻混合材料的硅酸鹽水泥摻混合材料的硅酸鹽水泥1.41.4 高鋁水泥高鋁水泥1.51.5 專用水泥專用水泥1.61.6 特性水泥特性水泥1.1 1.1 水泥工業的現狀及發展水泥工業的現狀及發展1.1.11.1.1 世界水泥發展狀況世界水泥發展狀況1.1.21.1.2 水泥生產方法的改進水泥生產方法的改進 1.1.31.1.3 我國水泥工業發展概況我國水泥工業發展概況 1.1.41.1.4 加入加入WTOWTO后我國國有水泥企業的挑戰后我國國有水泥企業的挑戰 1.1.1 1.1.1 世界水泥發展狀況世界水泥發展狀況 水泥是建筑工業水泥是建筑工業三大基本材料

6、之一三大基本材料之一（其它二者為鋼材和（其它二者為鋼材和木材），使用廣，用木材），使用廣，用量大。量大。 每噸水泥消耗的每噸水泥消耗的能量僅為鋼材的能量僅為鋼材的1/61/6。因此從節能出發，水因此從節能出發，水泥作為結構材料，受泥作為結構材料，受到人們更多的重視。到人們更多的重視。 1 16 620202828170170混凝土紅磚鋼材玻璃鋁材每噸材料消耗能量比例世界水泥態勢（一）世界水泥態勢（一） 近近1010年來，發達國家由于各國經濟發展速度減年來，發達國家由于各國經濟發展速度減緩，生產成本增高和能源消耗、環保要求等各方緩，生產成本增高和能源消耗、環保要求等各方面原因，水泥生產呈現飽和及

7、縮減態勢。面原因，水泥生產呈現飽和及縮減態勢。 而與此同時，一些經濟迅速發展中國家，水而與此同時，一些經濟迅速發展中國家，水泥需求量不斷增大，帶動了那里的水泥工業的迅泥需求量不斷增大，帶動了那里的水泥工業的迅猛發展，特別是東亞、西南亞地區，猛發展，特別是東亞、西南亞地區，19981998年亞洲年亞洲國家生產的水泥幾乎占到了世界水泥總量的國家生產的水泥幾乎占到了世界水泥總量的60%60%以上。以上。世界水泥態勢（二）世界水泥態勢（二） 在此期間，發達國家的跨國公司和集團，利用在此期間，發達國家的跨國公司和集團，利用他們在水泥生產技術和裝備制造方面的優勢以及他們在水泥生產技術和裝備制造方面的優勢以

8、及在國際資本運作方面的實力，利用發展中國家豐在國際資本運作方面的實力，利用發展中國家豐富的原料資源、相對廉價的勞動力以及資金的相富的原料資源、相對廉價的勞動力以及資金的相對短缺，在國外發展自己的水泥基地，發展國際對短缺，在國外發展自己的水泥基地，發展國際水泥貿易取得比在本國更大的經濟利益，甚至反水泥貿易取得比在本國更大的經濟利益，甚至反銷本國，滿足本國的水泥消費需求。銷本國，滿足本國的水泥消費需求。 在這方面，日本、韓國表現得最為明顯。歐洲在這方面，日本、韓國表現得最為明顯。歐洲一些大公司半數以上產量是在國外生產的。這種一些大公司半數以上產量是在國外生產的。這種世界水泥生產和消費重心的改變趨勢

9、，將是今后世界水泥生產和消費重心的改變趨勢，將是今后一個時期的顯著特點。一個時期的顯著特點。 1.1.2 1.1.2 水泥生產方法的改進水泥生產方法的改進硅酸鹽水泥的生產過程可以概括為硅酸鹽水泥的生產過程可以概括為“兩磨一兩磨一燒燒” ” 。石灰石粘 土鐵礦石生料磨熟料磨燒成設備水泥產品水泥水泥煅燒設備煅燒設備 生料進口生料進口熟料出口熟料出口生料進口熟料出口熟料出口立立窯窯模模型型回轉窯模型回轉窯模型水泥生產工藝按按生料的制備過程分類水泥生產工藝按按生料的制備過程分類濕濕法法干干法法 原料與水共入生料磨，料漿喂入回轉窯煅燒。原料與水共入生料磨，料漿喂入回轉窯煅燒。其優點是：其優點是：生料成分

10、易控制，產品質量高，原料生料成分易控制，產品質量高，原料磨房揚塵較少。磨房揚塵較少。缺點是：缺點是：能耗大，通常在能耗大，通常在6900 6900 kJ/kgkJ/kg（熟料）以下，其僅用于蒸發料漿水分的（熟料）以下，其僅用于蒸發料漿水分的熱能就高達熱能就高達2200kJ/kg2200kJ/kg（熟料），為熟料形成理（熟料），為熟料形成理論需熱量的論需熱量的2-32-3倍。倍。 生料為干粉，可采用立窯和回轉窯生產。生料為干粉，可采用立窯和回轉窯生產。其優點是：其優點是：能耗相對較低，能耗相對較低，但缺點是：但缺點是：生料粉生料粉不易混合均勻，粉狀物料輸送也不夠簡便，車不易混合均勻，粉狀物料輸送

11、也不夠簡便，車間內粉塵飛揚大等。間內粉塵飛揚大等。 新型干法生產工藝新型干法生產工藝 提高了干法窯的熱效率，采用了原料預均化、提高了干法窯的熱效率，采用了原料預均化、粉狀物料均化與管道輸送技術，入窯前生料的預粉狀物料均化與管道輸送技術，入窯前生料的預熱及高效率收塵的研究取得了較大的進展。熱及高效率收塵的研究取得了較大的進展。 2020世紀世紀7070年代出現了懸浮預熱、窯外分解新年代出現了懸浮預熱、窯外分解新技術、新工藝，使得熟料煅燒熱耗降至技術、新工藝，使得熟料煅燒熱耗降至3000kJ/ 3000kJ/ kgkg以下。新型干法生產取代了濕法，成為水泥生以下。新型干法生產取代了濕法，成為水泥生

12、產的基本方法。產的基本方法。 代表當代水泥生產技術水平的新型干法生產代表當代水泥生產技術水平的新型干法生產技術和裝備，由于追求高效率、低能耗、技術和裝備，由于追求高效率、低能耗、“零污零污染染”的環保措施，取得了顯著的成就和進步。的環保措施，取得了顯著的成就和進步。1.1.3 1.1.3 我國水泥工業發展概況我國水泥工業發展概況v 1886 1886年，河北年，河北唐山建立啟新洋唐山建立啟新洋灰公司，是我國灰公司，是我國最早的水泥廠。最早的水泥廠。v 19201920年，上海年，上海龍華鎮建立了我龍華鎮建立了我國第一臺濕法水國第一臺濕法水泥窯生產線。泥窯生產線。 1990 1994 1997

13、2000 200524.055.15.510.0約世界水泥產量的1/3約世界水泥產量的1/2我國水泥產量，億噸2005、2006年全球水泥產量（年全球水泥產量（108 噸）前噸）前10名的國家名的國家 No.國家國家200520061中國中國10.00（10.6）11.00（12.4）2印度印度1.301.553美國美國0.991.014日本日本0.660.685韓國韓國0.500.526西班牙西班牙0.480.507俄羅斯俄羅斯0.450.548泰國泰國0.400.409巴西巴西0.390.3710意大利意大利0.380.46全球全球22.20（22.80）25.00（26.407）*括號內

14、為按我國公布的數據計算我國回轉窯和立窯水泥占總產量的比重我國回轉窯和立窯水泥占總產量的比重 1990199019911991199219921993199319941994回轉窯水泥產量回轉窯水泥產量（萬噸（萬噸/ /年）年） 6163616364006400634363436450645066006600占水泥總產量占水泥總產量 29.2629.2625.3425.3420.5820.5817.8017.8016.1016.10立窯水泥占總產量立窯水泥占總產量 70.3470.3474.6674.6679.4279.4281.9081.9085.2085.20 19981998年我國立窯總數

15、約年我國立窯總數約80008000臺，其中機立窯約臺，其中機立窯約60006000臺，臺，普立窯及土立窯分別約普立窯及土立窯分別約15001500臺和臺和500500臺，后二者的水泥產量臺，后二者的水泥產量占占12%12%。其中立窯水泥多采用。其中立窯水泥多采用F F、S S礦化劑，使水泥的強度和礦化劑，使水泥的強度和凝結時間出現波動，給建筑施工帶來困難。凝結時間出現波動，給建筑施工帶來困難。 我國水泥工業與世界先進水平的差距我國水泥工業與世界先進水平的差距 對比項對比項 世界先進水平世界先進水平 中國水平中國水平 備注備注 水泥立窯數量水泥立窯數量 發達國家沒有發達國家沒有 82518251

16、臺臺 1997 1997 新型干法新型干法生產能力比例生產能力比例 日本占日本占98.3%98.3%，意大利占意大利占96.5% 96.5% 10% 10% 1997 1997 水泥企業平均規模水泥企業平均規模 60 60萬噸萬噸 6 6萬噸左右萬噸左右 19981998水泥全員勞動水泥全員勞動生產率生產率 日本日本1368113681噸噸/ /人人 年年 全國平均全國平均290290噸噸/ /人人 年年 19981998 世界排名前世界排名前1010名水泥公司年產量均在名水泥公司年產量均在20002000萬噸以上，萬噸以上，瑞士的霍德班克公司的水泥產量高達瑞士的霍德班克公司的水泥產量高達83

17、008300萬噸，而我國目萬噸，而我國目前最大的海螺、渤海水泥集團生產規模僅在前最大的海螺、渤海水泥集團生產規模僅在500500萬萬-600-600萬萬噸左右。噸左右。 “十五”期間新型干法比例要超過20%，企業平均規模達20萬噸。 我國水泥我國水泥98%98%仍以內銷為主，原因是我國水仍以內銷為主，原因是我國水泥質量次，在采用新標準前，出口的水泥符合中泥質量次，在采用新標準前，出口的水泥符合中國水泥標準，但同國外水泥相比存在四大問題。國水泥標準，但同國外水泥相比存在四大問題。v 細度細；細度細；v 凝結慢；凝結慢；v 早期強度低；早期強度低；v 均勻性差。均勻性差。1.2 1.2 硅酸鹽水泥

18、（波特蘭水泥）硅酸鹽水泥（波特蘭水泥）1.2.11.2.1 硅酸鹽水泥熟料硅酸鹽水泥熟料 1.2.21.2.2 硅酸鹽水泥的凝結硬化硅酸鹽水泥的凝結硬化 1.2.31.2.3 硅酸鹽水泥的性能硅酸鹽水泥的性能 1.2.41.2.4 水泥石的腐蝕與防護水泥石的腐蝕與防護 1.2.51.2.5 硅酸鹽水泥的應用與存放硅酸鹽水泥的應用與存放硅酸鹽水泥為什么又叫波特蘭硅酸鹽水泥為什么又叫波特蘭水泥水泥? ? 1919世紀初期（世紀初期（1810-18251810-1825年），英國人年），英國人AspdinAspdin用人工用人工配合原料，再經煅燒、磨細以制造水硬性膠凝材料。這配合原料，再經煅燒、磨細

19、以制造水硬性膠凝材料。這種膠凝材料凝結后的外觀顏色與當時建筑上常用的英國種膠凝材料凝結后的外觀顏色與當時建筑上常用的英國波特蘭島出產的石灰石相似，故稱之為波特蘭島出產的石灰石相似，故稱之為波特蘭水泥波特蘭水泥，我，我國稱為國稱為硅酸鹽水泥硅酸鹽水泥。Portland Cement Portland Cement Silicate CementSilicate Cement 硅酸鹽水泥的構成和類別硅酸鹽水泥的構成和類別硅酸鹽水泥硅酸鹽水泥 = = 水泥熟料水泥熟料 + + 石膏石膏 + + 混合材混合材P P （型硅酸鹽水泥）型硅酸鹽水泥）= = 硅酸鹽水泥熟料硅酸鹽水泥熟料 + + 石膏石膏

20、+ O+ OP P （型硅酸鹽水泥）型硅酸鹽水泥）= = 硅酸鹽水泥熟料硅酸鹽水泥熟料 + + 石膏石膏 + + 5%5%石灰石或石灰石或粒狀高爐礦渣粒狀高爐礦渣 1.2.1 1.2.1 硅酸鹽水泥熟料硅酸鹽水泥熟料 化學成分化學成分: CaO、Al2O3、Fe2O3、SiO2 礦物組成礦物組成：AliteC3S3CaO SiO2 3660%Belite C2S 2CaO SiO2 1537%，此二者，此二者75-82%； C3A 3CaO Al2O3 715% C4AF 4CaO Al2O3 Fe2O3 10-18%，此二者，此二者25%； f-CaO、MgO 10% 制備：制備： 石灰石、

21、粘土、鐵礦粉石灰石、粘土、鐵礦粉 生料生料 熟料熟料 生產方法有：干法、濕法、回轉窯、立窯生產方法有：干法、濕法、回轉窯、立窯1450 煅燒C C3 3S S的生成的生成L LL + CaOL + CaOC C3 3S + CaOS + CaOC C2 2S + CaOS + CaOC C2 2S S + + C C3 3S S1250207025702130C C2 2S SCaOCaOC C2 2S + CaO L CS + CaO L C3 3S SC C3 3S S從液相中析出，上述反從液相中析出，上述反應進行不完全，或降溫過應進行不完全，或降溫過程中程中C C3 3S S發生分解：發

22、生分解：C C3 3S CS C2 2S + CaOS + CaO將導致熟料中將導致熟料中f-CaOf-CaO量的量的增多，影響水泥的安定性。增多，影響水泥的安定性。 硅酸鹽水泥熟料礦物的水化硅酸鹽水泥熟料礦物的水化 2(3CaO 2(3CaO SiOSiO2 2) + 6 H) + 6 H2 2O = 3CaOO = 3CaO 2 2SiOSiO2 2 3 3H H2 2O + 3 Ca(OH)O + 3 Ca(OH)2 2 C-S-HC-S-H 2(2CaO 2(2CaO SiOSiO2 2) + 4 H) + 4 H2 2O = 3CaOO = 3CaO 2 2SiOSiO2 2 3 3

23、H H2 2O + Ca(OH)O + Ca(OH)2 2 C-S-HC-S-H 3CaO3CaO AlAl2 2O O3 3 + 6 H+ 6 H2 2O = 3CaOO = 3CaO AlAl2 2O O3 3 6H6H2 2O O 立方晶體立方晶體 4CaO 4CaO AlAl2 2O O3 3 FeFe2 2O O3 3 + 7 H+ 7 H2 2O = 3CaOO = 3CaO AlAl2 2O O3 3 6H6H2 2O + CaOO + CaO FeFe2 2O O3 3 H H2 2O O 各熟料礦物單獨與水作用的性質各熟料礦物單獨與水作用的性質 C C3 3S S C C2

24、2S S C C3 3A A C C4 4AF AF 凝結硬化速度凝結硬化速度28d28d水化放熱量水化放熱量強度強度干燥、收縮干燥、收縮 抗腐蝕能力抗腐蝕能力快快多多高高較大較大較差較差 慢慢少少早期低、后期高早期低、后期高小小好好最快最快最多最多低低最大最大最差最差 快快多多低低小小 最好最好熟料熟料單礦物水化程度單礦物水化程度 3 3天天7 7天天2828天天3 3月月6 6月月C C3 3A A 71.871.876.476.479.779.788.388.390.890.8C C3 3S S 33.233.242.342.365.565.592.292.293.193.1C C4 4

25、AF AF 64.364.366.066.068.868.886.586.589.489.4C C2 2S S 6.76.79.69.610.310.327.027.027.427.4C C3 3A A在水泥中的實際水化情況在水泥中的實際水化情況3CaO3CaO AlAl2 2O O3 3 + Ca(OH) + Ca(OH)2 2 + 12 H + 12 H2 2O = 4CaOO = 4CaO AlAl2 2O O3 3 13H13H2 2O O 水化極快，無強度，瞬時凝結。有石膏存在時：水化極快，無強度，瞬時凝結。有石膏存在時：4CaO4CaO AlAl2 2O O3 3 13H13H2

26、2O + 3 (CaSOO + 3 (CaSO4 4 2H2H2 2O) + 14 HO) + 14 H2 2O =O = 3CaO 3CaO AlAl2 2O O3 3 3CaSO3CaSO4 4 32H32H2 2O + Ca(OH)O + Ca(OH)2 2生成高硫型水化硫鋁酸鈣（生成高硫型水化硫鋁酸鈣（Aft)Aft)，即鈣礬石，為針狀晶，即鈣礬石，為針狀晶體，包圍熟料顆粒，形成體，包圍熟料顆粒，形成“保護膜保護膜”，延緩水化。當石，延緩水化。當石膏耗盡，而且膏耗盡，而且3CaO3CaO AlAl2 2O O3 3量較多時：量較多時：3CaO3CaO AlAl2 2O O3 3 3Ca

27、SO3CaSO4 4 32H32H2 2O + 2O + 2（3CaO3CaO AlAl2 2O O3 3）+ 4 H+ 4 H2 2O =O = 3 3（3CaO3CaO AlAl2 2O O3 3 CaSOCaSO4 4 12H12H2 2O O） 單硫型水化硫鋁酸鈣單硫型水化硫鋁酸鈣(Afm(Afm) )C C3 3A A水化產物水化產物實際參加反應的實際參加反應的CSHCSH2 2/C/C3 3A A摩爾比摩爾比水化產物水化產物3.03.03.0-1.03.0-1.01.01.01.01.00 0AftAftAft + AfmAft + AfmAfmAfmC C3 3A(CS,CH)H

28、A(CS,CH)H1212C C3 3AHAH6 6C C4 4AFAF在水泥中的實際水化情況在水泥中的實際水化情況4CaO4CaO AlAl2 2O O3 3 FeFe2 2O O3 3 + Ca(OH) + Ca(OH)2 2 + 22 H + 22 H2 2O = O = 2 4CaO2 4CaO (Al(Al2 2O O3 3,Fe,Fe2 2O O3 3) ) 13H13H2 2OO有石膏存在時，生成高硫型水化硫鋁酸鈣有石膏存在時，生成高硫型水化硫鋁酸鈣(Aft)(Aft)：4CaO4CaO AlAl2 2O O3 3 FeFe2 2O O3 3 + 2 Ca(OH) + 2 Ca(

29、OH)2 2 + 6 (CaSO + 6 (CaSO4 4 2H2H2 2O) + 50 HO) + 50 H2 2O =O = 2 3CaO 2 3CaO (Al(Al2 2O O3 3,Fe,Fe2 2O O3 3) ) 3CaSO3CaSO4 4 32H32H2 2OO當石膏耗盡，而且尚有當石膏耗盡，而且尚有4CaO4CaO (Al(Al2 2O O3 3,Fe,Fe2 2O O3 3) ) 13H13H2 2O O時，生成單時，生成單硫型水化硫鋁酸鈣硫型水化硫鋁酸鈣(Afm(Afm) )：24CaO24CaO (Al(Al2 2O O3 3,Fe,Fe2 2O O3 3) ) 13H1

30、3H2 2O + 3CaOO + 3CaO AlAl2 2O O3 3 3CaSO3CaSO4 4 32H32H2 2O =O = 33CaO 33CaO (Al(Al2 2O O3 3,Fe,Fe2 2O O3 3) ) CaSOCaSO4 4 12H12H2 2O + 2 Ca(OH)O + 2 Ca(OH)2 2 + 20 H + 20 H2 2O O 水泥水化產物水泥水化產物C C3 3S S的水化產物：的水化產物：C-S-H + Ca(OH)C-S-H + Ca(OH)2 2 C C2 2S S的水化產物：的水化產物：C-S-H + Ca(OH)C-S-H + Ca(OH)2 2C

31、C3 3A A和和C C4 4AFAF的水化產物：的水化產物：Aft + AfmAft + Afm在充分水化的水泥石中：在充分水化的水泥石中：v C-S-HC-S-H約占約占70%70%；v Ca(OH)Ca(OH)2 2約占約占20%20%；v Aft+AfmAft+Afm約約7%7%。 1.2.2 1.2.2 硅酸鹽水泥的凝結硬化硅酸鹽水泥的凝結硬化 水泥加水拌和后，成為可塑的水泥漿，水泥水泥加水拌和后，成為可塑的水泥漿，水泥漿逐漸變稠失去塑性，但尚不具有強度的過程，漿逐漸變稠失去塑性，但尚不具有強度的過程，稱為稱為水泥的水泥的“凝結凝結”。隨后產生明顯的強度并逐。隨后產生明顯的強度并逐漸

32、發展而成為堅強的人造石漸發展而成為堅強的人造石水泥石，這一過水泥石，這一過程稱為程稱為水泥的水泥的“硬化硬化”。 圖3-35 硅酸鹽水泥在一定溫度下水化時的放熱曲線v水泥水化歷程快速反應期、誘導期、加速期、減速期、結水泥水化歷程快速反應期、誘導期、加速期、減速期、結束期束期v誘導前期（誘導前期（15min15min）：反應速度極快；）：反應速度極快；v誘導期（誘導期（2 24h)4h)：誘導期結束時水泥初凝：誘導期結束時水泥初凝v加速期（加速期（4 48h8h）：反應速度重新加快，大量水化產物生）：反應速度重新加快，大量水化產物生成，加速期結束時水泥終凝成，加速期結束時水泥終凝v減速期（減速期

33、（121224h24h） ：隨大量水化產物的生成，反應速率：隨大量水化產物的生成，反應速率降低，網絡結構形成，強度逐漸提高。降低，網絡結構形成，強度逐漸提高。v穩定期：反應速率很底，受擴散控制。穩定期：反應速率很底，受擴散控制。水泥凝結硬化過程示意圖水泥凝結硬化過程示意圖 (a) (b) (c) (d) 123 45631水泥顆粒； 2水分；3凝膠； 4晶體；5水泥顆粒的未水化內核；6毛細孔 (a)(a)分散在水中未水化的水分散在水中未水化的水泥顆粒；泥顆粒；(b)(b)在水泥顆粒表面形成水在水泥顆粒表面形成水化物膜層；化物膜層；(c)(c)膜層長大并互相連接膜層長大并互相連接（凝結）；（凝結

34、）；(d)(d)水化物進一步發展，填水化物進一步發展，填充毛細孔（硬化）充毛細孔（硬化）1.2.3 1.2.3 硅酸鹽水泥的性能硅酸鹽水泥的性能 細度細度 凝結時間；凝結時間； 強度；強度； 安定性；安定性； 化學減縮；化學減縮； 水化熱。水化熱。 細細 度度當水泥顆粒當水泥顆粒90m90m時幾乎沒有活性時幾乎沒有活性 40m40m時活性好時活性好磨的過細磨的過細電耗大，產量低，成本高電耗大，產量低，成本高 收縮大，易開裂收縮大，易開裂 水化速度過大，凝結硬化快水化速度過大，凝結硬化快國標要求硅酸鹽水泥細度用比表面積表示國標要求硅酸鹽水泥細度用比表面積表示300m300m2 2/kg/kg；其

35、它通用水泥用；其它通用水泥用0.08mm0.08mm篩篩余表示，要求不大于余表示，要求不大于10%10%現有細度的各種表示數值之間存在什么樣的關系? 我們暫時把水泥顆粒看作都是圓球我們暫時把水泥顆粒看作都是圓球形的形的, ,再把一顆再把一顆80 80 mm的顆粒分成不同粒的顆粒分成不同粒徑的小顆粒徑的小顆粒, ,而總體積不變而總體積不變, ,其結果其結果: :v水泥的顆粒直徑 80 45 30 20 10 5 3 2v (m)v總體積相同時 1 5.6 19 64 512 4096 18986 64000v 的顆粒數v表面積變化， 1 1.77 2.7 4 8 16 26.7 40顆粒大小與全

36、水化時間的關系顆粒大小與全水化時間的關系v硅酸鹽水泥中各種礦物的水化速度是不同的硅酸鹽水泥中各種礦物的水化速度是不同的, ,但從但從硅酸鹽水泥的平均水化速度來論硅酸鹽水泥的平均水化速度來論, ,一個顆粒的全水一個顆粒的全水化與水泥顆粒大小存在直接關系。有研究指出水泥化與水泥顆粒大小存在直接關系。有研究指出水泥水化深度水化深度d d與水化天數與水化天數t t的關系為的關系為: : d=2t d=2t0.250.25 這樣不同粒徑的水泥顆粒完全水化時間如下這樣不同粒徑的水泥顆粒完全水化時間如下: : 顆粒粒徑 ，m 2 3 5 10 20 30 45 80 全水化時間，天 0.0625 0.316

37、 2.44 39 625 3164 16018 160000 2 m 2 m的顆粒在的顆粒在1.51.5小時就完全水化、小時就完全水化、3 m3 m的的7.57.5小時全部水化小時全部水化; ;而而10 m10 m的要的要3939天天, ,此時此時混凝土已不再專門養護了。混凝土已不再專門養護了。 45 m45 m的顆粒在水化一個月時大約水化了一的顆粒在水化一個月時大約水化了一半。可見從水泥的有效利用來說水泥中的主半。可見從水泥的有效利用來說水泥中的主要顆粒組成應在要顆粒組成應在3-30 (m )3-30 (m )為好。為好。水泥篩水泥篩余反映細度的靈敏性與所用篩孔尺寸有關余反映細度的靈敏性與所

38、用篩孔尺寸有關, ,發發展的趨勢是展的趨勢是45 m45 m代替代替80 m, 32 m80 m, 32 m代替代替45 m45 m; ;（2）凝結時間）凝結時間 加水拌和加水拌和可塑漿體具有流動性可塑漿體具有流動性初凝初凝稠硬漿體流動性消失稠硬漿體流動性消失終凝終凝硬化漿體強度增長硬化漿體強度增長誘導期凝結硬化初凝時間終凝時間GB175-1999GB175-1999規定，硅酸鹽水泥初凝不早規定，硅酸鹽水泥初凝不早于于45min45min，終凝時間不晚于，終凝時間不晚于6h30min6h30min。水泥漿體屈服值與凝結時間的關系水泥漿體屈服值與凝結時間的關系 屈服值鈣礬石形成（或二水石膏形成）

39、初凝終凝C-S-H形成水化時間初凝時間取決于C3A、C4AF及C3S的水化；終凝時間主要受C3S水化控制。Ca2+、OH-Al(OH)4-SO42-C-S-HAftCSH2凝結時間的測定凝結時間的測定維卡儀維卡儀試針支架試桿圓模 試桿沉至底板試桿沉至底板3-5mm時，時，即為初凝狀態；當下沉即為初凝狀態；當下沉0.5mm，沒有壓痕時即為，沒有壓痕時即為終凝狀態。終凝狀態。 影響凝結時間的因素：影響凝結時間的因素： C3A含量；含量； 水泥的細度；水泥的細度； 水灰比；水灰比； 混合材摻量。混合材摻量。 水泥標準稠度用水量測定水泥標準稠度用水量測定1055075560試針支架試錐試模 凝結時間需

40、要凝結時間需要在標準稠度用水量在標準稠度用水量下測定。下測定。 試錐下降深度試錐下降深度為為28282mm2mm時的加時的加水量即為標準稠度水量即為標準稠度用水量。用水量。（3）強度）強度GB177-85GB177-85（舊標準）（舊標準） GB/T17671-1999 GB/T17671-1999 灰砂比灰砂比 1:2.5 1:2.5 1:3 1:3 水灰比水灰比 0.44-0.46 0.44-0.46 * * 0.5 0.5 標準砂粒徑標準砂粒徑/mm /mm 0.25-0.650.25-0.65，其中，其中0.25-0.40%0.25-0.40%占占60%60%，0.40-0.650.4

41、0-0.65占占40%40%0.08-2.00.08-2.0，其中，其中0.08-0.50.08-0.5，0.5-1.00.5-1.0，1.0-2.01.0-2.0各占各占1/3 1/3 試件受壓面積試件受壓面積/mm /mm 404062.5 62.5 404040 40 水泥膠砂強度檢驗方法（水泥膠砂強度檢驗方法（ISOISO法）（法）（GB/T17671-1999GB/T17671-1999） 4040160試體連模一起在濕氣中（溫度201，相對濕度不低于90%）養護24h，然后脫模在水中（201）養護，測定3d和28d強度。 試件尺寸硅酸鹽水泥各齡期的強度要求硅酸鹽水泥各齡期的強度要求

42、(GB175-1999)(GB175-1999) 強度等級強度等級 抗壓強度（抗壓強度（MPaMPa） 抗折強度（抗折強度（MPaMPa） 3d 3d 28d 28d 3d 3d 28d 28d 42.5 42.5 17.0 17.0 42.542.53.53.56.56.542.5R 42.5R 22.022.042.542.54.04.06.56.552.5 52.5 23.023.052.552.54.04.07.07.052.5R 52.5R 27.027.052.552.55.05.07.07.062.5 62.5 28.028.062.562.55.05.08.08.062.5R

43、62.5R 32.032.062.562.55.55.58.08.0三個強度等級、兩種類型。R早強型（4 4）安定性）安定性 水泥在調水和凝結以后，必須不產生任何顯水泥在調水和凝結以后，必須不產生任何顯著的體積變化。體積安定性不良的水泥，有凝結著的體積變化。體積安定性不良的水泥，有凝結硬化過程中產生不均勻的膨脹，從而導致硬化漿硬化過程中產生不均勻的膨脹，從而導致硬化漿體的開裂。體的開裂。 f-CaOf-CaO、f-MgOf-MgO水化引起及水化引起及石膏摻量過多石膏摻量過多時，時，石膏與硬化體中的水化鋁酸鈣作用生成鈣礬石，石膏與硬化體中的水化鋁酸鈣作用生成鈣礬石，體積膨脹體積膨脹1.51.5倍

44、造成破壞。倍造成破壞。 安定性的檢驗方法安定性的檢驗方法 f-CaOf-CaO：沸煮法：沸煮法( (餅法餅法) )或雷氏法檢驗；或雷氏法檢驗； MgOMgO：216216，20atm20atm3h3h，試體膨脹率不超過，試體膨脹率不超過0.5%0.5%。因其檢測煩瑣，故規定。因其檢測煩瑣，故規定f-MgO5.0%f-MgO5.0%。 SOSO3 3：冷餅試驗：將試餅置于潮濕環境或浸入水：冷餅試驗：將試餅置于潮濕環境或浸入水中經過中經過28d28d或更長時間觀察有無明顯變形。其檢測或更長時間觀察有無明顯變形。其檢測煩瑣，規定煩瑣，規定SOSO3 33.5%1.3g/l1.3g/l，由于，由于Ca

45、(OH)Ca(OH)2 2的溶的溶解而侵蝕。解而侵蝕。 Ca(OH)Ca(OH)2 2 = Ca= Ca2+2+ + 2 OH + 2 OH- -K Kspsp=Ca=Ca2+2+OHOH- - 2 2v流水造成Ca(OH)2晶體的溶蝕，帶來 孔隙率的增大 CSH凝膠需要足夠的堿環境，隨Ca(OH)2溶蝕，CSH分解自身CaO去補充，久而久之，水泥石孔隙率越來越大，結構破壞。 鹽類侵蝕鹽類侵蝕 硫酸鹽侵蝕硫酸鹽侵蝕4CaO4CaO AlAl2 2O O3 3 12H12H2 2O + 3 CaSOO + 3 CaSO4 4 + 20 H + 20 H2 2O =O = 3CaO 3CaO Al

46、Al2 2O O3 3 3CaSO3CaSO4 4 31H31H2 2O + Ca(OH)O + Ca(OH)2 2體積膨脹體積膨脹1.51.5倍以上，破壞水泥石。倍以上，破壞水泥石。 鎂鹽侵蝕鎂鹽侵蝕MgSOMgSO4 4+ Ca(OH)+ Ca(OH)2 2+ 2H+ 2H2 2O = CaSOO = CaSO4 4 2H2H2 2O + Mg(OH)O + Mg(OH)2 2MgClMgCl2 2 + Ca(OH) + Ca(OH)2 2 = CaCl = CaCl2 2 + Mg(OH) + Mg(OH)2 2水泥桿菌，針狀晶體酸類侵蝕酸類侵蝕2 HCl2 HCl + Ca(OH) +

47、 Ca(OH)2 2 = CaCl = CaCl2 2 + 2 H + 2 H2 2O OH H2 2SOSO4 4 + Ca(OH) + Ca(OH)2 2 = CaSO = CaSO4 4 2H2H2 2O O 防止措施防止措施 在水泥結構物表面設置防護層，如瀝青防水在水泥結構物表面設置防護層，如瀝青防水層，不透水的水泥噴漿層，塑料防水層等；層，不透水的水泥噴漿層，塑料防水層等； 提高水泥結構物的密實度，可減少腐蝕水的提高水泥結構物的密實度，可減少腐蝕水的滲透。滲透。 3.2.5 3.2.5 硅酸鹽水泥的應用與存放硅酸鹽水泥的應用與存放v 廢品和不合格品廢品和不合格品 v 應用應用v 存放

48、存放廢品和不合格品廢品和不合格品v 廢品：廢品：凡凡MgOMgO、SOSO3 3、初凝時間、安定性中任一、初凝時間、安定性中任一項不符合項不符合GB175-1999GB175-1999標準規定時，均為廢品；標準規定時，均為廢品；v 不合格品：不合格品：凡細度、終凝時間、不溶物和燒凡細度、終凝時間、不溶物和燒失量中的任一項不符合失量中的任一項不符合GB175-1999GB175-1999標準規定或混標準規定或混合材料摻加量超過最大限量和強度低于商品強度合材料摻加量超過最大限量和強度低于商品強度等級的指標時為不合格品。水泥包裝標志中水泥等級的指標時為不合格品。水泥包裝標志中水泥品種、強度等級、生產

49、者名稱和出廠編號不全的品種、強度等級、生產者名稱和出廠編號不全的也屬于不合格品。也屬于不合格品。 硅酸鹽水泥的應用硅酸鹽水泥的應用 硅酸鹽水泥等級較高硅酸鹽水泥等級較高高強度混凝土和預應高強度混凝土和預應力混凝土；力混凝土； 凝結硬化較快，耐凍性好凝結硬化較快，耐凍性好適用于要求凝結適用于要求凝結快，早期強度高，冬季施工及嚴寒地區遭受反復快，早期強度高，冬季施工及嚴寒地區遭受反復凍融工程；凍融工程； 水化熱大，不宜用于大體積混凝土工程；水化熱大，不宜用于大體積混凝土工程； 含較多含較多Ca(OH)Ca(OH)2 2，耐軟水侵蝕和耐化學腐蝕性，耐軟水侵蝕和耐化學腐蝕性差，不宜用于經常與流動的淡水

50、接觸及有水壓作差，不宜用于經常與流動的淡水接觸及有水壓作用的工程；也不適用于受海水、礦物水等作用的用的工程；也不適用于受海水、礦物水等作用的工程；工程； 受熱溫度不能高。受熱溫度不能高。 硅酸鹽水泥的存放硅酸鹽水泥的存放 在一般貯存條件下，經過在一般貯存條件下，經過3 3個月后，水泥強個月后，水泥強度約降低度約降低10-20%10-20%；經；經6 6個月后，約降低個月后，約降低15-30%15-30%；1 1年后，約降低年后，約降低25-40%25-40%。 這是由于水泥吸收空氣中的水分和這是由于水泥吸收空氣中的水分和COCO2 2使顆使顆粒表面水化甚至碳化，喪失膠凝能力。粒表面水化甚至碳化

51、，喪失膠凝能力。1.3 1.3 摻混合材料的硅酸鹽水泥摻混合材料的硅酸鹽水泥1.3.11.3.1 水泥混合材料水泥混合材料（1 1）活性混合材料）活性混合材料 （2 2）非活性混合材料）非活性混合材料 2.3.22.3.2 摻混合材料的硅酸鹽水泥摻混合材料的硅酸鹽水泥 3.3.1 3.3.1 水泥混合材料水泥混合材料 在制成水泥時，按國家標準規定，對于某在制成水泥時，按國家標準規定，對于某些品種，還允許摻入一定數量的天然的或人工制些品種，還允許摻入一定數量的天然的或人工制得的材料，其目的是為了得的材料，其目的是為了改善水泥的某些性質，改善水泥的某些性質，提高水泥的質量，降低成本。這種材料叫做混

52、合提高水泥的質量，降低成本。這種材料叫做混合材料。材料。水泥混合材料通常分為活性混合材料和非水泥混合材料通常分為活性混合材料和非活性混合材料。活性混合材料。 （1 1）活性混合材料）活性混合材料 與水調和后，本身不會硬化或硬化極為緩慢；與水調和后，本身不會硬化或硬化極為緩慢； 在在Ca(OH)Ca(OH)2 2或石膏等或石膏等“激發劑激發劑”作用下，可使作用下，可使其潛在活性得以發揮，具有水硬性；其潛在活性得以發揮，具有水硬性； 這種材料為玻璃態物質，其主要成分為活性這種材料為玻璃態物質，其主要成分為活性SiOSiO2 2和活性和活性AlAl2 2O O3 3。常見的活性混合材料有：。常見的活

53、性混合材料有： 粒狀高爐礦渣（粒狀高爐礦渣（granulated blast-furnace slaggranulated blast-furnace slag）；）； 火山灰（火山灰（pozzolanapozzolana）質混合材料；）質混合材料； 粉煤灰（粉煤灰（fly-ashfly-ash）活性材料激發劑類型活性材料激發劑類型堿性激發劑堿性激發劑硫酸鹽激發劑硫酸鹽激發劑石灰和硅酸鹽水泥熟料石灰和硅酸鹽水泥熟料 二水石膏或半水石膏，硫二水石膏或半水石膏，硫酸鹽激發劑的激發作用必須在酸鹽激發劑的激發作用必須在有堿性激發劑的條件下，才能有堿性激發劑的條件下，才能充分發揮。充分發揮。 活性混合材

54、料硬化機理活性混合材料硬化機理x Ca(OH)x Ca(OH)2 2 + SiO + SiO2 2 + m H + m H2 2O = xCaOO = xCaO SiOSiO2 2 mHmH2 2O O ( (活性活性SiOSiO2 2) ) (C-S-H)(C-S-H) 4 Ca(OH)4 Ca(OH)2 2 + Al + Al2 2O O3 3 + 13 H + 13 H2 2O = 4CaOO = 4CaO AlAl2 2O O3 3 13H13H2 2O O ( (活性活性AlAl2 2O O3 3) ) 4CaO4CaO AlAl2 2O O3 3 13H13H2 2O + 3(Ca

55、SOO + 3(CaSO4 4 2H2H2 2O) + 14 HO) + 14 H2 2O =O = 3CaO 3CaO AlAl2 2O O3 3 3CaSO3CaSO4 4 32H32H2 2O + Ca(OH)O + Ca(OH)2 2（2 2）非活性混合材料）非活性混合材料 與水泥成分不起化學作用（即無化學活性）或與水泥成分不起化學作用（即無化學活性）或化學作用很小；化學作用很小； 為結晶態物質，如磨細的石英砂、石灰石、粘為結晶態物質，如磨細的石英砂、石灰石、粘土、白云石、砂巖、慢冷礦渣及各種廢渣等屬于土、白云石、砂巖、慢冷礦渣及各種廢渣等屬于非活性混合材料；非活性混合材料； 非活性混

56、合材料摻入硅酸鹽水泥中主要起調節非活性混合材料摻入硅酸鹽水泥中主要起調節水泥等級、減少水化熱、節約熟料用量的作用。水泥等級、減少水化熱、節約熟料用量的作用。 普通硅酸鹽水泥普通硅酸鹽水泥（ordinary portland cementordinary portland cement，代，代號號P.OP.O）：）：6-15%6-15%混合材；新標準擬放寬到混合材；新標準擬放寬到20%20% 礦碴硅酸鹽水泥礦碴硅酸鹽水泥（portland blastfurnace slag portland blastfurnace slag cementcement，代號，代號P.SP.S）：）：20-70%

57、20-70%粒化高爐礦渣；粒化高爐礦渣； 火山灰質硅酸鹽水泥火山灰質硅酸鹽水泥（portland pozzolana portland pozzolana cementcement，代號，代號P.PP.P）：）：20-50%20-50%火山灰質混合材；火山灰質混合材； 粉煤灰硅酸鹽水泥粉煤灰硅酸鹽水泥（portland fly-ash cementportland fly-ash cement，代號代號P.FP.F）：）：20-40%20-40%粉煤灰；粉煤灰； 復合硅酸鹽水泥復合硅酸鹽水泥（composite portland cementcomposite portland cement，代號代號P.CP.C）：）：15-50%15-50%混合材。混合材。3.3.2 3.3.2 摻混合材料的硅酸鹽水泥摻混合材料的硅酸鹽水泥按按DIN EN 197-1水泥的名稱與組成水泥的名稱與組成 水泥品種水泥品種除波特蘭水泥熟料外的主要成分除波特蘭水泥熟料外的主要成分品種品種名稱名稱縮寫縮寫種類種類質量質量CEM波特蘭水泥波特蘭水泥CEM0CEM 波特蘭礦渣水泥波特蘭礦渣水泥CEM /A-S礦渣礦渣620CEM /B-S2135波特蘭硅灰水泥波特蘭硅灰水泥CEM /A-D硅灰（硅灰（D）610波特蘭火山灰水泥波特蘭火山灰水泥CEM /A-P天然火山灰（天然火山灰（P）620CEM