1、3水泥教學內容：.本章以硅酸鹽水泥為重點，闡述了常用六大品種水泥的組成、特性、質量標準及適用 范圍；并概括介紹了其他品種水泥。教學目的：了解常用（硅酸鹽）水泥的生產工藝掌握水泥的礦物組成及特性掌握常用（硅酸鹽）水泥的技術性質和質量要求掌握影響水泥凝結與硬化的因素掌握影響凝結時間、強度、體積安定性、水化熱的因素掌握引起水泥石腐蝕的原因及防止措施掌握常用水泥品種的特點，能根據工程要求合理選擇、使用水泥了解其他水泥的特點教學重點：常用（硅酸鹽）水泥的特性影響常用水泥性能的因素常用（硅酸鹽）水泥的選用教學難點：常用（硅酸鹽）水泥的特性影響常用水泥性能的因素常用（硅酸鹽）水泥的強度檢驗方法及評定教學方法

2、：在課堂講清水泥礦物組成的水化特性的同時，通過案例討論使學生理解水化產物與性能 的關系；以混凝土施工現場養護的措施，分析水泥石的性能與水泥的礦物組成、齡期、外部 環境等的關系；通過案例教學使學生掌握根據工程要求合理選擇、使用水泥方法、思路。 參考資料：1.土木工程材料湖南大學等中國建筑工業出版社2.結構工程材料覃維祖清華大學出版社3.建筑工程材料劉祥順中國建筑工業出版社4.作業布置:硅酸鹽水泥、普通硅酸鹽水泥技術標準P27 1、 2、 3、 4補充作業：1、2、3、4、5、6、7教學過程設計: 3.1概述定義：水泥，指加水拌和成塑性漿體后，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

3、性膠凝材料。水泥的分類按礦物組成：硅酸鹽水泥 鋁酸鹽水泥 硫鋁酸鹽水泥 鐵鋁酸鹽水泥按用途和性質：通用水泥：硅酸鹽水泥P. I 0%P. II5%普通硅酸鹽水泥P.O5 15%礦渣硅酸鹽水泥P.S20 70%火山灰硅酸鹽水泥P.P2050%粉煤灰硅酸鹽水泥P.F2040%復合硅酸鹽水泥P.C15 50%專用水泥：道路水泥、砌筑水泥、油井水泥、大壩水泥特種水泥：膨脹水泥、快硬水泥、防輻射水泥、抗硫酸鹽水泥、白色硅酸鹽水泥3.2硅酸鹽水泥定義：凡由硅酸鹽水泥熟料，05%石灰石或粒化高爐礦渣，適量石膏磨成細 粉制成的水硬性膠凝材料，成為硅酸鹽水泥，并按摻合料的多少分為P.I和P.II型。硅酸鹽水泥熟

4、料：指以適當成分的生料燒制部分熔融，所得的以硅酸鈣為主 要成分的產物，簡稱熟料。原材料石灰質：有石灰巖、白堊、凝灰巖等，主要提供CaO；粘土質：有各種粘土、黃土等，主要提供SiO2、Al2O3、Fe2O3。校正原料：鐵礦粉、硅質原料、鋁磯土等。3生產工藝先將原材料破碎并按其化學成分配料后，在球磨機中研磨為生料。然后入窯鍛燒 至部分熔融，所得以硅酸鈣為主要成分的水泥熟料，配以適量的石膏及混合材料 在球磨機中研磨至一定細度，即得到硅酸鹽水泥。簡稱“兩磨一燒”：按生料的制備方法分：濕法和干法。濕法是將原料配好后，加水濕磨成含水約35%40%的生料漿，經 校正成分，攪拌后入窯煅燒。該法的優點是生料成分

5、均勻，控制精確，產品 質量高；缺點是能耗大。干法是將原料烘干，配制后研磨成生料粉入窯煅燒。由于干法比濕 法產量高，且節約能源，所以是目前的常用方法。(窯外預分解)按煅燒水泥所用的窯的類型分：回轉窯和立窯。現立窯已經被限制使 用。煅燒過程經歷干燥、預熱、分解、燒成、冷卻階段，產生一系列物理一化學變 化。溫度的重要性：當溫度從1300C升到1450C，再降至1300C，即燒 成階段。這時鋁酸三鈣及鐵鋁酸四鈣燒至部分熔融，出現液相，將所剩的氧 化鈣和硅酸二鈣溶解，硅酸二鈣在液相中吸收氧化鈣形成最重要的硅酸三鈣。這一步是關鍵，須保持溫度和時間，否則游離氧化鈣會影響水泥質量。硅酸鹽水泥熟料的礦物組成及礦

6、物成分的水化反應水泥的質量主要取決于熟料的質量，優質的熟料應具有合適的礦物組成和巖 相結構。礦物組成：硅酸三鈣，C3S; 硅酸二鈣，C2S; 鋁酸三鈣，c3a: 鐵鋁酸四鈣；C4AF;還有少量的CaO、MgO、SO3及堿(K2O, Na2O)等有害成分。礦物成分的水化反應C3S+H2O-C-S-H(C3S2H3) + Ca(OH)2C2S+H2OC-S-H+Ca(OH)2C3A+H2OYAH6C4AF+H2O-C3AH6(水化鋁酸鈣) + CFH(水化鐵酸鈣)在上述水化反應進行的同時，水泥熟料磨細過程中摻入的石膏也參與了化學 反應：3(CaSO 2H O) + C AH r 3CaO Al O

7、 3CaSO 31H O42362 342水泥水化產物有：水化硅酸鈣70%、水化鐵酸鈣凝膠；氫氧化鈣20%、水化 鋁酸鈣、水化硫鋁酸鈣7%晶體。5硅酸鹽水泥的凝結硬化凝結硬化的機理：凝結定義：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， 但不具有強度的過程。硬化定義：水泥漿產生明顯的強度并逐漸變成堅硬的人造石一一水泥石，這一 過程稱為水泥的“硬化”。凝結的產生：當水泥和水拌和后，在水泥顆粒表面即產生水化反應，水化產物 立即溶于水中，這時，水泥顆粒又暴露出一層新的表面，水化反應繼續進行。由 于各種水化產物溶解度很小，水化產物的生成速度大于水化產物向溶液中擴散速 度，所以很快使水泥顆

8、粒周圍液相中的水化產物濃度到達飽和或過飽和狀態，并 從溶液中析出，成為高度分散的凝膠體，隨著水化作用繼續進行，凝膠體不斷增 加，游離水不斷減少，水泥將逐漸失去塑性，即出現凝結現象，但此時尚不具有 強度。硬化的產生：隨著水化產物的不斷增加，水泥顆粒之間的毛細孔不斷被填實， 加之水化產物中的Ca(OH)2晶體，水化鋁酸鈣晶體不斷貫穿于水化硅酸鈣等凝膠 體中，逐漸形成為具有一定強度的水泥石，從而進入硬化階段。隨著凝膠體膜層的逐漸增厚，水泥顆粒內部的水化愈來越困難，經過長時間 (幾個月甚至若干年)的水化以后，除原來極細的水泥顆粒外，多數顆粒仍存在 尚未水化的內核。所以，硬化后的水泥石是由凝膠體(凝膠和

9、晶體)、未水化的水 泥顆粒內核和毛細孔組成，它們在不同時期相對數量的變化，使水泥石的性質隨 之改變。影響水泥凝結硬化的主要因素礦物組成是最重要的內在因素，改變水泥的礦物組成，其凝結硬化情況將產生明顯變 化。石膏作用：緩凝作用：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（鈣磯石）， 鈣磯石很難溶解于水，它沉淀在水泥顆粒表面形成保護膜，從而阻礙了 C3A的 水化，控制了水泥的水化反應速度，延緩了凝結。改善性能：提高早期強度，降低干縮變形，改善耐久性、抗滲性等 激發劑作用：活性混合材激發劑。摻量：石膏的摻量必須嚴格控制，適宜的石膏摻量主要取決于水泥中的c3a的含量和 石膏中的SO3含量。石

10、膏的摻量一般為水泥質量的3%5%。按SO3計不超過 3.5%（礦渣水泥4%）。石膏摻量過高，將使水泥發生安定性不良。水泥細度在礦物組成相同的條件下，水泥的細度越細，與水接觸時水化反應表面積越 大，水化反應產物增長越快，水化熱較多。環境溫度、濕度溫度提高f水化反應變快f凝結硬化變快，強度增長快；過高也不利溫度降低f水化反應變慢f凝結硬化變慢，強度增長慢。濕度不夠f水化反應慢，甚至停止。水泥水化時應注意養護。（保持環境的溫度和濕度，使水泥石強度不斷增長 的措施稱為養護。）時間一齡期水泥的凝結硬化是隨時間延長而漸進的過程，與此同時，強度不斷增長。只 要溫度、濕度適宜，水泥強度的增長可持續若干年。硅酸

11、鹽水泥的技術性質（1）細度1）水泥細度的重要性：水泥顆粒的粗細程度對水泥的使用是至關重要的。水泥的顆粒一般為7200 m，一般認為，水泥顆粒在40M m以下，水泥具有較 高的活性。顆粒越細，與水起反應的表面積越大，水化反應越快、越充分，早期 強度和后期強度強度都較高，但收縮也較大，且耗能多、成本高。2）水泥的細度測試方法：0.080mm篩余量。比表面積，硅酸鹽水泥的比表面積一般為317350m2/kg。（2）標準稠度需水量1）定義：水泥加水調制到某一規定稠度的凈漿時所需拌合用水量。2）作用：國家標準規定水泥的凝結時間和安定性必須使用“標準稠度”的 水泥漿。因此，標準稠度需水量關系到測試的結果。

12、硅酸鹽水泥的標準稠度需水 量一般為21 %28%。3）測定方法：固定用水量法（P = 33.4-0.185S）、調整用水量法4）影響因素：礦物組成：C3A需水量最大，C2S需水量最小；細度； 32混合材料種類及摻量等。（3）凝結時間凝結時間分為初凝時間和終凝時間。（1）初凝時間：加水拌和到漿體失去塑性所需的時間。一般不能早于45min。過短影響施工。（2）終凝時間：加水拌和到完全失去塑性，開始產生強度所需的時間。一 般不能遲于390min。過長影響強度的增長和后續工作的開展。（3）假凝：（4）體積安定性定義：水泥體積安定性是水泥硬化后因體積膨脹而產生變形的性能。原因：造成水泥安定性不良的原因有

13、三個，相應的測試方法也不相同：（1）游離氧化鈣過多，主要是生成氫氧化鈣產生膨脹，檢測方法為沸煮法。（2）游離氧化鎂過多，主要是生成氫氧化鎂產生膨脹，檢測方法是壓蒸。（3）三氧化硫超標，主要是生成鈣磯石膨脹，檢測方法是長期浸水。后兩者出廠化學分析檢驗：MgO5%，SO 3.5;（5）強度3強度是評價水泥質量最重要的指標。1）影響強度的因素：水泥礦物組成；細度；石膏摻量；齡期；環境溫度和濕度；水灰比、試驗條件和試驗方法等。2）測試指標：主要測試3d和28d抗壓強度和抗折強度。根據該強度將水泥 分為 42.5、42.5R、52.5、52.5R、62.5、62.5R。R 表示早強。（3）測試方法：膠砂

14、尺寸、標準砂、成型一養護一測強一數據處理（6）水化熱1）定義：水泥礦物在水化反應中放出的熱量。大部分水化熱是在水化反應 初期。2）影響因素：主要取決于熟料的礦物組成、水泥細度。通常強度等級高， 水化熱大；凡可以起到促凝作用的均可提高水化熱；反之，凡能延緩水化作用的 因素，均可以降低早期水化熱。3）利弊：水化熱對大體積混凝土工程不利，應使用水化熱低的水泥，或減 少水泥用量。對采用蓄熱法施工的冬期混凝土工程有利，水化熱有助于水化并提 高早期強度。硅酸鹽水泥的性能特點與應用（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、現澆等工程），高強度混凝土工程（如預應力鋼筋

15、混凝土，大壩溢流 面部位混凝土）。（2）抗凍性好，適合水工混凝土和抗凍性要求高的工程。（3）耐腐蝕性差，因水化后氫氧化鈣和水化鋁酸鈣的含量較多。（4）水化熱高，不宜用于大體積混凝土工程。但有利于低溫季節蓄熱法施工。（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 鋼筋的保護作用強。適用于空氣中二氧化碳濃度高的環境。（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.水泥石的腐蝕（1）定義：水泥是在外界侵蝕性介質（軟水、含酸、含鹽水溶液等）作用下， 結構受到破壞，強度降低的現象稱為水泥石的侵蝕。水泥

16、石的腐蝕是外界因素（侵 蝕性介質）通過水泥石中某些組分（氫氧化鈣、水化鋁酸鈣等）而起到破壞作用 的。（2）腐蝕的類型1）軟水侵蝕（溶出性侵蝕）Ca（OH）2的溶解，使水泥石變得疏松。堿性降低，導致其它水化產物的分解 溶蝕，最終使水泥石破壞。2）溶解性化學腐蝕碳酸水的腐蝕：Ca（OH） + CO + H O = CaCO + 2H O CacO + cO + H O o Ca（HCO ）鹽酸等一般酸的腐蝕223 22HC1 + Ca（OH） = CaCl + 2H O鎂鹽等的腐蝕：222匕 / MgC12 + ：a（OH）2 = CaC12 + Mg（OH）2H SO + Ca（OH） = Ca

17、SO 2H O3（CaSO 2H O）2+ 3C4aO Al O2 6H O ；3CaO Al O 3CaSO 31H O 4 2. ， . 、 2 3_ . 2. 一 、 2. 3、.一,4 2 生成的二水石膏在水泥石孔隙中結晶產生膨脹；水化硫鋁酸鈣，體積膨脹1.5倍，對水泥石產生嚴重破壞作用。（3）水泥石腐蝕的原因及防腐蝕措施1）水泥石腐蝕的原因侵蝕性介質以液相形式與水泥接觸并具有一定的濃度和數量；水泥石中存在有引起腐蝕的組分氫氧化鈣和水化鋁酸鈣；水泥中本身結構不密實，有一些可供侵蝕性介質滲入的毛細孔道。2）防腐蝕的措施根據環境條件合理選擇水泥品種提高混凝土密實度，減少侵蝕性介質滲入水泥石

18、內部的通道，可以有 效地減輕侵蝕在混凝土的外表面加覆蓋層，隔離侵蝕性介質與水泥石接觸。3.3摻混合材的硅酸鹽水泥.水泥用混合材料1）定義：在生產硅酸鹽水泥的過程中，為了改善水泥的性質，調節水泥強 度而加入水泥中的人工或天然礦物材料，稱為水泥混合材料。目的：可以達到改善水泥性能、調節水泥強度、增加水泥品種、提高水 泥產量、降低水泥成本的目的。火山灰活性：混合材料磨成細粉并與石灰或石膏混合均勻，用水拌和后， 在常溫下可生成具有水硬性的水化物，這稱為混合材料的火山灰活性。2分類：非活性混合材料主要起填充作用，可調節水泥強度，降低水化熱及增加水泥產量等。主要有 磨細石英砂、石灰石、粘土、緩冷礦渣等。活

19、性混合材料主要化學成分為活性二氧化硅、活性氧化鋁。本身與水不起化學反應，但在 有激發劑(硫酸鹽或堿性)的情況下，能發生水化反應，生成具有水硬性的水化 硅酸鈣和水化鋁酸鈣。主要品種有：粒化高爐礦渣、火山灰質、粉煤灰等。A粒化高爐礦渣煉鐵時為使鐵礦石易熔加入石灰石作溶劑，高溫下氧化鈣與鐵礦石中的黏土 礦物生成硅酸鹽與鋁酸鹽礦物，浮于鐵水表面，排出用水急冷成為顆粒狀、質地 疏松、多孔的粒化高爐礦渣，又稱水淬高爐礦渣。其玻璃體含量達80%以上， 其礦物成分為硅酸鈣，與水泥熟料礦物成分相似，差別是鈣含量低、硅含量高。B火山噴發時形成的一系列礦物材料統稱為火山灰質混合材料，包括浮石、 火山渣(灰)、凝灰巖

20、等。還有一些天然材料或工業廢渣，由于其成分與火山灰 材料相似，也稱為火山灰質混合材料，如燒粘土、粉煤灰、自燃煤砰石、硅藻土 (石)等。按化學成分和活性來源將火山灰質混合材料分為三類：含水硅酸質材料：以SiO為主要活性成分，含有結合水，如硅藻土、 蛋白石和硅質渣等。與石灰反應能力強，活性好，但需水量大、干縮大。鋁硅玻璃質材料：以SiO和AlO為主要活性成分，如火山灰、凝灰巖、 浮石和粉煤灰等。活性大小與化學成分、2冷卻速度有關。燒粘土質混合材料：以A12O3為主要活性成分，如燒粘土、煤渣、自燃 煤砰石等.C粉煤灰是火力發電廠以煤粉作燃料，燃燒后收集起來的粒徑為150 “m的極細灰渣顆粒，呈玻璃態

21、實心或空心球狀，由于其主要活性成分為SiO2 和Al O所以也把粉煤灰劃歸為火山灰質混合材料。屬鋁硅玻璃質。潔性混合材的水化在常溫下，活性混合材料與水拌合后.本身不會硬化或硬化極為緩慢，強度 很低。但在Ca(OH)的飽和溶液中，會發生顯著的水化作用，生成具有水硬性的 水化硅酸鈣和水化鋁(OH)j-FSiOj-FrHjO oaO * SiOz , (x-Fn)H2O3?Ca(OH)3+A12O3+wH2O3X2aO A12O3 , (+w)H2O式中：弋、)值隨混合材料的種類、Ca(OH) 2和活性SiO2的比率、環境溫度及 作用時間的變化而變化，一般為1或稍大，n、m值一般為、2.5。當有石膏

22、存在時.石膏可與上述反應生成的水比鋁酸鈣進一步反應生成水硬 性的水化硫鋁酸鈣；氫氧化鈣或石膏的存在是活性混合材料的潛在活性得以發揮的必要條件，故 稱之為活性混合材料的激發劑。氫氧比鈣稱為堿性激發劑，石膏稱為硫酸鹽激發 劑。活性混合材料的水化速度較水泥熟料慢，且對溫度敏感、高溫下水化速度明 顯加快，強度提高；低溫下，水化速度很慢，故活性混合材料適合高溫養護。作用（1）水泥混合材（2）混凝土摻合料摻混合材料的硅酸鹽水泥水化特點摻混合材料水泥及混合材料摻量水泥品種摻入混合材品種摻量（%）簡寫礦渣硅酸鹽水泥礦渣20 70P.S火山灰硅酸鹽水泥火山灰20 50P.P粉煤灰硅酸鹽水泥粉煤灰20 40P.F

23、復合硅酸鹽水泥兩種及兩種以上15 50P.C普通硅酸鹽水泥混合材摻量少，各項性能與硅酸鹽水泥相比略低。其他4種水 泥的性能由于混合材摻量大，有其共性，品種不同又有各自特點。1）共性（1）凝結硬化慢、早期強度低，后期強度增長快一混合材料的二次反應。（2）對溫度敏感、適合蒸養（3）水化熱低。熟料含量降低（4）耐侵蝕性好。二次反應消耗了易被侵蝕的氫氧化鈣。火山灰質中A12O3為主的耐腐蝕性差（5）抗凍性差、耐磨性差。需水量大，孔隙多（6）抗碳化性差。氫氧化鈣少2）個性（1）礦渣硅酸鹽水泥：易泌水，耐高溫。（2）火山灰硅酸鹽水泥：需水量大，干縮大，不宜用于干燥環境，抗滲性好。（3）粉煤灰硅酸鹽水泥：早

24、期強度很低，需水量小，干縮小，抗裂性好。3）應用以具體的工程實例在選擇水泥時要考慮的問題分析，環境、結構特點與選擇水泥品種的關系。水泥在土木工程中的應用水泥在砂漿和混凝土中起膠結作用。正確地選擇水泥品種，嚴格質量驗收， 妥善運輸與儲存等是保證工程質量、杜絕質量事故的重要措施。水泥品種的選擇原則（1）根據使用環境條件選擇：侵蝕性介質條件下：礦渣水泥、火山灰水泥、粉煤灰水泥、復合水泥等。強侵蝕性介質條件：抗硫酸鹽硅酸鹽水泥等。（2）按工程特點：1）大體積混凝土工程：中低熱水泥、摻混合材水泥2）有早強要求的工程：硅酸鹽水泥、普通硅酸鹽水泥3）高溫工程：鋁酸鹽水泥、礦渣水泥4）搶修工程：快硬硫鋁酸鹽水

25、泥、快硬硅酸鹽水泥、快凝塊硬硅酸鹽水泥（3）按混凝土所處部位選擇水泥品種：1）經常遭受水沖刷的混凝土、水位變化區的外部混凝土構筑物的溢流面等： 硅酸鹽水泥、普通硅酸鹽水泥、中熱硅酸鹽水泥，避免使用火山灰水泥2）位于水中或水下部位的混凝土、采用濕熱養護的混凝土：礦渣水泥、火山 灰水泥、粉煤灰水泥水泥強度等級的選擇原則高強度等級水泥適用于要求高強度等級的混凝土或要求早強的混凝土；低強 度等級水泥適宜于、配制低強度等級的混凝土或砌筑砂漿。3.4鋁酸鹽水泥鋁酸鹽水泥是一類快硬、高強、耐腐蝕、耐熱的水泥，又稱為高鋁水泥。它 以石灰巖和磯土為主要原料，配制成適當成分的生料，燒至全部或部分熔融所得 的以鋁酸

26、鈣為主要礦物的熟料，經磨細而成的水硬性膠凝材料。.主要礦物組成（1）鋁酸一鈣，CA。其特點是凝結不快，而硬化迅速，為鋁酸鹽水泥強度 的主要來源。早強高，但后期增長緩慢（2）二鋁酸一鈣，CA2。其特點是凝結硬化慢，后期強度較高，但早期強 度卻很低。（3）其次還有凝結迅速而強度不高的七鋁酸十二鈣，以及凝膠性差的鋁方 柱石。.水化反應及水化產物（1）CA和CA的水化反應隨溫度的不同可形成性能差異很大的水化產物。/CAH1。30P水化產物中，c3ah；屬于立方晶系，常有很多晶體缺陷，故強度較低，因 而鋁酸鹽水泥不宜在高于30C的條件下養護。在較低溫度下形成的CAH10和 c2ah8均屬于六方晶系，其晶體呈片狀或針狀，互相交錯攀附，重疊結合，可形 成堅強的結晶合生體，使水泥石具有很高的強度。加之氫氧化鋁膠體填充于晶體 骨架的孔隙，從而形成了十分致密的結構。鋁酸鹽水泥水化產物的結合水量可達 水泥重量的50%，遠高于硅酸鹽水泥水化產物的結合水量（約25%），而這種結 合水呈固相，這也是鋁酸鹽水泥石結構致密的原因之一。.鋁酸鹽水泥的技術性能.化學成分按氧化鋁含量分為四類：CA50、CA60、CA70、CA 80。堿是該水 泥的有害成分，故其含量被限制。.物理性能細度：以0.045mm篩余控制。凝結時間：與硅酸鹽水泥顯