1、 3.2 硅酸盐水泥,大约2000年前，希腊和古罗马人在建筑工程中使用了一种石灰和火山灰的混合物，它们在水中缓慢水化生成坚硬的固体。这是最早应用的水泥。19世纪初，英、法等国将粘土化的石灰（或泥灰岩）煅烧成为水硬性材料。当其中氧化硅和氧化铝的含量达20%35%时，称为天然水泥。1824年，英国人J.阿斯普丁用石灰石和粘土烧成一种水硬性的胶凝材料，它在硬化之后的颜色、外观和当时英国用于建筑的优质波特兰石头相似，故称之为波特兰水泥。他为此取得了专利，于1825年在英国建厂生产。但阿斯普丁所得产物因烧成温度低而质量不够好。真正类似于今天的波特兰水泥的是1850年英国人I.C.约翰逊制造的。,最早采用
2、水硬性胶凝材料制备混凝土的是中国人，而不是多少年来一直误认为的古罗马人。据甘肃省考古研究所于1980年和1983年考察，在该省秦安县的大地湾（黄河支流渭水之畔，西安以西约600公里处）先后发掘出两个大型住宅遗址，该遗址的地坪系用混凝土建造，经测算距今已有5千年，相当于“新石器时代”。从大地湾发掘出的混凝土是用水硬性的水泥所制成。这种水泥以礓石一种富含碳酸钙的粘土为原料煅烧而成。中国1889年于唐山建立了第一座水泥厂，1906年在唐山成立了启新洋灰股份有限公司，开创了中国的水泥工业，1949年的水泥产量为66万吨，1985年，水泥产量达到1.6亿吨，居世界第一，2003年10月年产量已经突破7亿
3、吨。,什么是水硬性胶凝材料？,不但能在空气中硬化，还能更好地在水中硬化、保持并继续增长其强度的胶凝材料。,3.2.1硅酸盐水泥的生产及矿物组成凡由硅酸盐水泥熟料、05的石灰石或粒化高炉矿渣、适量石膏磨细制成的水硬性胶凝材料，称为硅酸盐水泥(波特兰水泥)。当硅酸盐水泥中不掺混合材料时，称为型硅酸盐水泥，代号P.。当硅酸盐水泥中混合材料掺量不超过5%时，称为型硅酸盐水泥，代号P.。,1.硅酸盐水泥的生产,水泥生产的步骤可用四个字概括：两磨一烧。,水泥生料在窑内的煅烧过程，虽方法各异，但都要经历干燥、预热、分解、熟料烧成及冷却等几个阶段。其中，熟料烧成是水泥生产的关键。按烧成工艺，水泥生产可分为回转
4、窑和立窑两种。,2.水泥熟料矿物组成 硅酸三钙3CaO SiO2，C3S，37%60%硅酸盐水泥强度的来源 硅酸二钙2CaO SiO2，C2S，15%37% 铝酸三钙3CaO Al2O3，C3A，7%15% 铁铝酸四钙4CaO Al2O3 Fe2O3 ， C4AF， 10%18%,3.2.2 硅酸盐水泥的水化及凝结硬化 1.硅酸盐水泥的水化 水泥单矿物水化的反应式如下： C3S+ H2OC-S-H（凝胶）+Ca（OH）2（六方片状晶体） C2S+ H2OC-S-H+Ca（OH）2 C3A + H2O C3AH6（立方晶体）C3AH6 +Ca（OH）2 C4AH13 C3AH6 +CaSO4 C
5、3A S3H31（钙矾石，针状晶体） C4AF + H2O C3AH6 + CFH（凝胶）,图3-2 各种熟料矿物的强度增长,2.硅酸盐水泥的凝结硬化,硬化,在硬化的水泥石中，同时包含有水泥熟料矿物水化的凝胶体和结晶体、未水化的水泥颗粒、水（自由水和吸附水）和孔隙（毛细孔和凝胶孔），它们在不同时期相对数量的变化，使水泥石的性质随之改变。,3.影响水泥凝结硬化的因素 （1）矿物成分 （2）细度 （3）用水量 （4）养护时间 （5）环境的温度和湿度 （6）石膏掺量,3.2.3 硅酸盐水泥的技术性质 硅酸盐水泥、普通硅酸盐水泥（GB175-1999）,1.细度细度是指水泥颗粒的粗细程度。水泥细度通常
6、采用筛分析法或比表面积法(勃氏法)测定。筛析法以80m方孔筛的筛余百分率表示。比表面积法以 lkg水泥所具有的总表面积(m2kg)表示。国家标准规定，硅酸盐水泥的细度用比表面积表示，应大于300m2kg。凡水泥细度不符合规定者为不合格品。,2.凝结时间水泥的凝结时间有初凝时间与终凝时间之分。国家标准规定，硅酸盐水泥的初凝时间不得早于45min，否则为废品；终凝时间不得迟于6.5h，否则为不合格品。初凝不宜过快是为了保证有足够的时间在初凝之前完成混凝土成型等各工序的操作；终凝不宜过迟是为了使混凝土在浇捣完毕后能尽早完成凝结硬化，产生强度，以利于模板的尽早拆除及下道工序的及早进行。水泥凝结时间的测
7、定，是以标准稠度的水泥净浆，在规定温度和湿度下，用凝结时间测定仪来测定的。,3.体积安定性水泥的体积安定性是指水泥在凝结硬化过程中体积变化的均匀性。水泥体积安定性不良会使水泥制品、混凝土构件产生膨胀性裂缝，降低建筑物质量 ，甚至引起严重工程事故。因此体积安定性不合格的水泥应作废品处理，不得用于任何工程中。水泥安定性不良的原因：（1）游离氧化钙过量（2）游离氧化镁过量（3）石膏过量,检测方法：（1）游离氧化钙过量 沸煮法（饼法和雷氏法，有争议时以雷氏法为准）（2）游离氧化镁过量 压蒸法 （3）石膏过量 长期在常温的水中才能发现因氧化镁和石膏的危害作用不便于快速检验，因此常在水泥生产中严格加以控制
8、。国家标准对硅酸盐水泥的体积安定性是这样规定的：沸煮安定性合格，水泥熟料中游离氧化镁含量不得超过5.0，如压蒸安定性合格可放宽到6.0%，水泥中三氧化硫含量不得超过3.5。,4.强度及强度等级水泥的强度是评定其质量的重要指标，也是划分水泥强度等级的依据。按照国家标准硅酸盐水泥、普通硅酸盐水泥（GB175-1999）和水泥胶砂强度检验方法（GB/T17671-1999）的规定，将水泥和标准砂按1：3混合，用0.5的水灰比, 按规定的方法制成标准试件，在标准温度(20士1)的水中养护，分别测其3d和28d的强度。根据测定结果,将硅酸盐水泥分为42.5、42.5R、52.5、52.5R、62.5和6
9、2.5R等六个强度等级。其中有代号R者为早强型水泥。,硅酸盐水泥各龄期的强度要求（GB175-1999） 表3-7,注意：水泥标号与强度等级的区别！同一种水泥，ISO法检验的强度与GB法检验的强度相比较，平均约降低了一个强度等级。例：某水泥用老标准（即GB法）检验，其标号为425号。若用新标准（即ISO法）检验，其强度等级应为32.5级。,5.碱含量水泥中碱含量按Na2O0.658K2O计算值来表示。若使用活性骨料，用户要求提供低碱水泥时，水泥中碱含量不得大于0.60%或由供需双方商定。,6.水化热水泥在水化过程中放出的热称为水泥的水化热。水化放热量和放热速度不仅决定于水泥的矿物成分，而且还与
10、水泥的细度、水泥中掺混合材及外加剂的品种、数量有关。水泥中，放热量大的矿物同时也是放热速度快的矿物。因此，硅酸盐水泥的水化热大部分集中在早期释放。这一特点决定了硅酸盐水泥不宜用于大体积混凝土工程。,国家标准GB 175-1999硅酸盐水泥、普通硅酸盐水泥还规定：a.氧化镁、三氧化硫、初凝时间、安定性中任一项不符合本标准规定时，均为废品。b.凡细度、终凝时间、不溶物和烧失量中的任一项不符合本标准规定或混合材料掺加量超过最大限量和强度低于商品强度等级的指标时为不合格品。水泥包装标志中水泥品种、强度等级、生产者名称和出厂编号不全的也属于不合格品。c.水泥袋上标志应齐全。,3.2.4 水泥石的腐蚀与防
11、止1.软水的侵蚀（溶出性侵蚀、溶析）2.盐类腐蚀（硫酸盐和镁盐）3.酸类腐蚀（碳酸和一般酸）4.强碱的腐蚀5.腐蚀的防止,3.2.5硅酸盐水泥的应用与存放 适宜用于： （1）重要结构的高强度混凝土和预应力混凝土工程； （2）要求凝结快、早期强度高，冬季施工及严寒地区遭受反复冻融的工程。不宜用于： （1）经常与流动的淡水接触及有水压作用的工程； （2）受海水、矿物水作用的工程； （3）大体积混凝土工程； （4）高温工程。,运输和贮存水泥要按不同品种、强度等级及出厂日期存放，并加以标志。防止错用、混用水泥及水泥过期。即使在良好的储存条件下，水泥也不可储存过久，因为水泥会吸收空气中的水分和二氧化碳，
12、使颗粒表面水化甚至碳化，丧失胶凝能力，强度大为降低。此称之为水泥的受潮。经三个月后水泥强度约降低10一20，六个月后约降低15一30，一年后约降低25一40。对受潮较轻的水泥，可通过将其磨细而恢复其水化活性，可用于次要工程。严重受潮甚至整包板结的水泥应报废。,受潮两个月的水泥,受潮四个月的水泥,受潮六个月的水泥, 3.3 掺混合材料的硅酸盐水泥 3.3.1 水泥混合材料 1.活性混合材料（1）粒化高炉矿渣（2）火山灰质混合材料 硅藻土、硅藻石、蛋白石、硅质渣、火山灰、凝灰岩、浮石、烧粘土、煤渣、煅烧煤矸石等。（3）粉煤灰 2.非活性混合材料 3.活性混合材料的作用,3.3.2 普通硅酸盐水泥凡
13、由硅酸盐水泥熟料、615混合材料、适量石膏磨细制成的水硬性胶凝材料，称为普通硅酸盐水泥(简称普通水泥)代号P.O。掺活性混合材料时，不得超过15，其中允许用不超过水泥质量5的窑灰(水泥回转窑窑尾废气中收集下的粉尘)或不超过水泥质量10的非活性混合材料来代替；掺非活性混合材科时，最大掺量不得超过水泥质量10。其技术指标与硅酸盐水泥相比的不同之处在于：细度、终凝时间、强度等级。,3.3.3 矿渣硅酸盐水泥 由硅酸盐水泥熟料和粒化高炉矿渣及适量石膏混合磨细而成的水硬性胶凝材料，称为矿渣硅酸盐水泥(简称矿渣水泥)，代号P.S。水泥中粒化高炉矿渣掺量按质量百分比计为20%70%。允许用石灰石、窑灰、粉煤
14、灰和火山灰质混合材料中的一种代替矿渣，代替数量不得超过水泥质量的8%，替代后水泥中粒化高炉矿渣不得少于20%。其技术指标与普通水泥相比的不同之处在于：水泥中SO3含量的规定、水泥的3d强度指标。,其特性相对与硅酸盐水泥的主要特点：（1）二次水化；（2）凝结硬化稍慢、早期强度较低，但后期强度往往能赶上甚至超过同等级的普通水泥；适于蒸汽养护或压蒸养护等湿热处理；（3）抗腐蚀能力强；（4）耐热性好，但抗碳化能力较差；（5）泌水性较大，干缩较大，抗渗性及抵抗干湿循环的性能均较差。,3.3.4 火山灰质硅酸盐水泥 由硅酸盐水泥熟料和2050的火山灰质混合材料及适量石膏混合磨细而成的水硬性胶凝材料，称为火
15、山灰质硅酸盐水泥(简称火山灰水泥)，代号P.P。其技术指标与普通水泥相比的不同之处在于：水泥的3d强度指标。,火山灰水泥的凝结硬化特性、水化放热、强度发展、碳化等性能都与矿渣水泥基本相同。但火山灰水泥的抗冻性和耐磨性比矿渣水泥差，干缩较大，在干热条件下会产生起粉现象。因此，火山灰水泥不宜用于有抗冻、耐磨要求和干热环境使用的工程。此外，火山灰质混合材料在潮湿环境下，会吸收石灰而产生膨胀胶化作用，使水泥石结构致密，因此有较高的密实度和抗渗性，适宜用于抗渗要求较高的工程。,3.3.5 粉煤灰硅酸盐水泥 由硅酸盐水泥熟料和2040的粉煤灰及适量石膏混合磨细而成的水硬性胶凝材料称为粉煤灰硅酸盐水泥(简称粉煤灰水泥)，代号P.F。其技术指标与普通水泥相比的不同之处在于：水泥的3d强度指标。粉煤灰水泥的干缩小，抗裂性较好。同时，拌制的混凝土和易性较好。,3.3.6 复合硅酸盐水泥 由硅酸盐水泥熟料、两种或两种以上规定的混合材料和适量的石膏磨细制成的水硬性胶凝材料，称为复合硅酸盐水泥(简称复合水泥)，代号P.C。其技术指标与普通水泥相同。复合硅酸盐水泥的特性取决于所掺两种混合材料的种类、掺量及相对比例，与矿渣水泥、火山灰水泥、粉煤灰水泥有不同程度的相似，其使用应根据所掺入的混合材料种类，参照其他掺混合材料水泥的适用范围和工程实践经验选用。,
