第三章 水泥 第一讲

2.普通硅酸盐水泥 凡由硅酸盐水泥熟料，再加入6性胶凝 材料称为普通硅酸盐水泥（代号P· O) 普通硅酸盐水泥= 硅酸盐水泥熟料+（6%~15%）混合材+石膏 活性材料的最大掺量不超过15% 非活性材料的最大掺量不超过10%
由于混合材料的掺量较少，所以普通硅酸 盐水泥的性质与硅酸盐水泥基本相同，略有 差异，主要表现为： 1.早期强度略低； 2.水化热略低 3.耐腐蚀性 强；4.温度、湿度敏感性强，耐热性稍好； 5.抗冻性差；6.耐磨性、抗碳化性略有降低。
52.5 52.5
62.5 62.5
4.0 5.0
5.0 5.5
7.0 7.0
8.0 8.0
水泥混凝土路面用水泥，在供应条件允许时，应尽量优先选
用早强型水泥，以缩短混凝土养护时间，提早通车。
• （2）凝结时间 • 是指水泥从加水拌合起至失去流动性，即从可塑性发展到固体状
态所需的时间，分为初凝时间和终凝时间。 • 初凝时间是水泥从加水拌合起至水泥浆开始失去可塑性所需的时间； 终凝时间是从水泥加水拌合起至水泥浆完全失去可塑性所需的时间。水

水泥种类
硅酸盐水泥 铝酸盐水泥 硫铝酸盐水泥 铁铝酸盐水泥
系列

硅酸盐水泥系列——是以硅酸钙为主要成分的 水泥熟料、一定量的混合材料和适量石膏，经 共同磨细而成。
混合材料的掺量 硅酸盐系列水泥的分类

通用水泥
（0~5%） 普通硅酸盐水泥（6%~15%） 矿渣硅酸盐水泥（ 20～70 %） 火山硅酸盐灰水泥（ 20～50 %）
3.1.2 石膏
在水泥生产过程中，为了调节水泥的凝
结时间，应在水泥中加入适量石膏作缓凝剂，
如天然二水石膏（CaSO4•2H2O，代号G）、
硬石膏（CaSO4,代号A）以及混合石膏（代 号M）或工业副产品石膏（以硫酸钙为主要成 分的工业副产品，如磷石膏、钛石膏、氟石膏、 盐石膏等）
3.1. 3混合材料
• 硅酸三钙↑——高强水泥
• 铝酸三钙、硅酸三钙↓ —水化热↓——大坝水泥
硅酸二钙
↑
• 铁铝酸四钙↑——抗折强度↑——道路水泥
• 3.水化物 • 水泥加水后，熟料矿物与水发生水化反应，生 成一系列新的化合物，主要有：水化硅酸钙凝胶、 水化铁酸钙凝胶、氢氧化钙晶体、水化铝酸钙晶体 和水化硫铝酸钙晶体。 • 4.硅酸盐水泥的凝结和硬化
2. 龄期 “龄期”:自加水搅拌开始，所经历的时间，按天或 小时计 . 龄期与强度的关系 在正常养护的条件下，强度将随龄期的增长而不断 发展，最初3~7d内强度发展较快，以后逐渐缓慢， 28d基本完成，再后显著变慢，强度增长也变慢。 3.早期强度、后期强度：28d以前的强度称为早期强 度、 28d以后的强度称为后期强度。
影响水泥凝结硬化的因素
• （1）水泥细度
40um>颗粒直径，具有较高的活性
•

100um<颗粒直径，活性很小
越细:凝结速度越快，早期强度越高。但过细——易与空 气中的水分及二氧化碳反应，并且硬化时收缩也较大，且 成本高。
• （2）石膏掺量（延缓凝结速度） • 石膏掺量<1.3% 时并不能阻止水泥快凝；石膏掺量>2.5% 时，凝结时间增长很少。
常用：粒化高炉矿渣：CaO、SiO2和Al2O3 火山灰混合材： SiO2和Al2O3 天然：火山灰、凝灰岩、浮
石等 人工：煤矸石渣、烧页岩、 烧粘土等
粉煤灰等： SiO2和Al2O3 2、非活性混合材料
不具活性或活性甚低的人工或天然的矿物质材料，经磨细， 掺入水泥中不起化学作用，仅起调节水泥性质、降低水化热、 降低标号、提高产量等作用的混合材料，称为非活性混合材料 （又称填充性混合材料） 。
• 1）.凝结:凝结=初凝+终凝 • 凝结时间：凝结时间=初凝时间+终凝时间。 • 初凝：为水泥加水拌合起， 至水泥浆开始失去塑性止。 • 终凝：从水泥加水拌合起， 至水泥浆完全失去塑性并开 始产生强度止。 •
• 2）凝结硬化的概念
–凝结：水泥加水拌合而成的浆体，经过一系列物 理化学变化，浆体逐渐变稠失去可塑性而成为水 泥石的过程；（初凝、终凝） –硬化：水化反应进一步进行，水化物也随时间的 延续而增加，且不断充实毛细孔，水泥浆体网络 结构更趋致密，强度提高并逐渐变成坚硬岩石状 固体→水泥石 的过程称为硬化。 –水泥的凝结过程和硬化过程是连续进行的。
硅酸盐水泥强度标准（GB175－2007）
品种 强度等级
42.5 42.5R 抗压强度(MPa) 3d 17.0 22.0 28d 42.5 42.5 抗折强度(MPa) 3d 3.5 4.0 28d 6.5 6.5
硅酸盐水泥
52.5 52.5R
62.5 62.5R
23.0 27.0
28.0 32.0
（3）水泥浆的水灰比（W/C） W/C越大，毛细孔隙率越大，强度越小 （4）温度与湿度：温度越高，凝结硬化越快。 在0℃以下，当水结成冰时，水泥的水化、凝结硬化作用 将停止，因而，在冬季施工时，需要采取保温等措施。应 该保持潮湿状态 （5）龄期：最初3~7d内强度发展较快，以后逐渐缓慢，28d 基本完成，再后显著变慢，强度增长也变慢。 水泥水化硬化是一个较长时期不断进行的过程。 随着龄期的增长——水泥石的强度逐渐提高。 养护到 28d 。
泥的初凝时间不宜过早，以便施工时有足够的时间，保证施 工工艺的需要（如混凝土搅拌、运输和浇捣所需的时间）； 水泥的终凝时间不宜过迟，以免影响水泥硬化后的性质和拖 延工期，影响工程进度。 • （硅酸盐水泥：初凝45min 终凝390min ） • （普通硅酸盐水泥：初凝45min 终凝600min ）
预备知识：1.凝结:凝结=初凝+终凝
凝结时间：凝结时间=初凝时间+终凝时间。 初凝时间为水泥加水拌合起， 至水泥浆开始失去 塑性所需的时间。 终凝时间从水泥加水拌合起， 至水泥浆完全失去 塑性并开始产生强度所需的时间。 水泥凝结时间在施工中有重要意义，初凝时间不宜过 短，终凝时间不宜过长。 硅酸盐水泥初凝时间不得早于45min，终凝时间不 得迟于390min；普通硅酸盐水泥初凝时间不得早于 5min，终凝时间不得迟于600min。 水泥初凝时间不合要求，该水泥报废；终凝时间不合 要求，视为不合格。
3.1 硅酸盐水泥的主要原料
3.1.1 硅酸盐水泥熟料 矿物组成
3CaO· SiO2 2CaO· SiO2 3 CaO · Al2O3 4 CaO· Al2O3· Fe2O3
熟 料
简写
C3S C2S C3A C4AF
• 1.硅酸盐水泥的原料及生产
• 硅酸盐水泥的生产工艺——“两磨一烧”工艺
石灰石
4 CaO· Al2O3· Fe2O3
• 2.水泥熟料矿物及其特性*课本28页
矿物名称 含量范围 （质量％） 水化反应速 度 强 度 硅酸三钙 硅酸二钙 铝酸三钙 45～60 快 高 较高 15～30 慢 6～12 最快 低 最高 铁铝酸四钙 10～18 快
熟料矿物磨细加水，均能单独与水发生化学反应，其特点见下表。
《通用硅酸盐水泥》（GB175-2007）
按照GB175-2007《通用硅酸盐水泥》的规定，采用 GB/T17671-1999《水泥胶砂强度检验方法（ISO法）》 规定的方法，将水泥、标准砂和水按1∶3.0∶0.5的比 例，制成40mm〓40mm〓160mm的标准试件，在标 准养护条件下（1d内为20〒1摄氏度、相对湿度为90% 以上的空气中，1d后为20〒1摄氏度的水中）养护至规 定的龄期，分别按规定的方法测定其3d和28d的抗折强 度和抗压强度。根据测定的结果划分水泥强度等级。如 硅酸盐水泥（P.Ⅰ/P.Ⅱ）分为32.5、32.5R、42.5、 42.5R、52.5、52.5R、62.5和62.5R八个强度等级（分 别代表试件28d的抗压强度标准值的最小值为32.5MPa、 42.5MPa、52.5MPa、62.5MPa，带R的为早强型等级）
早期低， 后期高
低
低（含量多 时对抗折强 度有利）
中
水 化 热
水泥是几种熟料矿物的混合物，改变矿物成分间比例时，水 泥性质即发生相应的变化，可制成不同性能的水泥。
矿物组成对水泥性能的影响 以上是单个矿物组成的性能，水泥是几种熟料
矿物的混合物，改变熟料矿物成分间的比例，水
泥的性质即发生相应的变化。
按比例混合
石 膏
磨细
粘 土 铁矿粉
生 料
1350℃～ 1450℃
煅烧
熟 料
混合材料
硅酸盐水泥
磨细
原料：主要是石灰质和粘土质两类原料。为了 补充铁质及改善煅烧条件，还可加入适量铁粉、 萤石等。
生料粉磨工艺
φ3.5×10m中卸烘干磨（生料粉磨 ）
熟料煅烧工艺
五级旋风预热器CDC 窑外分解系统
电收尘器
•主要有：磨细的石英砂、石灰石、粘土、慢冷矿渣、炉渣等 不符合技术要求的活性混合材可作为非活性材料。 3、窑灰：介于活性混合材料与非活性混合材料之间。
在硅酸岩水泥熟料中掺入适量的混合材料可 制成六大品种的水泥：
硅酸盐水（0 ～ 5%）
普通硅酸盐水泥（6% ～ 15%） 矿渣硅酸盐水泥（ 20～70 %） 火山硅酸盐灰水泥（ 20～50 %） 粉煤硅酸盐灰水泥（ 20～40 %） 复合硅酸盐水泥（ 15～50 %）




*（6）. 水泥受潮与久存的影响 水泥也不可储存过久 三个月后其强度降低约10 ~ 20% 半年后降低约15 ~ 30% 一年后降低约25 ~ 40% 受潮水泥颗粒——重磨可使其暴露出新鲜表面而恢复部分 活性。 对于微结块的水泥，强度约降低10~20%——适当方式 压碎后用于次要工程。 一般，南方，水泥放不能过雨季
定义：磨细水泥时掺入的人工的或天然的矿物材料 称为混合材料。 种类：按性质不同分：活性混合材料（用量最大） 非活性混合材料 1.活性混合材料： 加水拌和本身并不硬化，但与石灰、石膏或 硅酸岩水泥一起，加水拌和后能发生化学反应， 生成有一定胶凝性的物质，且具有水硬性，这种 混合材料称为活性混合材料。其主要成分为SiO2、 Al2O3等。