通用水泥、白水泥与彩色水泥

（3）影响硅酸盐水泥凝结硬化的主要因素 a,熟料矿物组成的影响 b,水泥细度的影响 7-200um c,拌合加水量的影响 w/c=0.40,孔隙率29.6%；w/c=0.70，孔隙率50.3%； d,养护湿度和温度的影响 e,养护龄期的影响 f,调凝外加剂的影响 g,水泥受潮与久存 3个月内。
5.1.1.6 硅酸盐水泥的技术要求和性质
（1）硅酸盐水泥的水化 水泥水化的主要反应式可近似表示如下： C3S、C2S与水反应生成水化硅酸钙和氢氧化
钙：
2(3CaO • SiO2 ) 6H2O 3CaO • 2SiO2 • 3H 2O 3Ca(OH )2 2(2CaO • SiO2 ) 4H2O 3CaO • 2SiO2 • 3H 2O Ca(OH )2
≤3.5
碱（Na2O+0.658K2O）
≤0.6或协商指标
表5.4 硅酸盐水泥的强度指标（依据GB175—1999）
强度等级
42.5 42.5R 52.5 52.5R 62.5 62.5R
抗压强度（MPa）
3d
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
28
17.0
42.5
22.0
42.5
23
52.5
27
52.5
28
62.5
32
62.5
抗折强度（MPa）
表5.5 环境介质对硬化水泥浆体的侵蚀作用分类及特点
类别 第一类 型侵蚀
第二类 型侵蚀
第三类 型侵蚀
侵蚀类型
侵蚀特点
溶出性侵蚀（淡 由于水的浸析作用，使水泥中固相组成逐渐
3
细度(比表面积)(m2/kg)
4
凝结时间（min）
指标
P·I
P·Ⅱ
≤0.75
≤1.50
≤3.0
≤3.5
>300 初凝时间≥45 终凝时间≤390
序号
5
6 7 8
项目
指标
P·I
P·Ⅱ
安定性
沸煮法检 验
雷氏夹膨 胀（mm）
合格 ≤5
氧化镁（%）
≤5.0水泥经压蒸安定性实验 检验合格可放宽到6.0
三氧化硫（%）
快硬、高强、膨胀、自应力 铁铝酸盐水泥等
其他
以氟铝酸盐矿 物为主要成分
耐酸水泥、氧化镁水泥、生 态水泥、少熟料和无熟料水 泥等
本章内容
5.1 通用水泥 5.2 白水泥与彩色水泥
5.1 通用水泥
5.1.1 硅酸盐水泥 Portland cement
5.1.1.1 硅酸盐水泥的定义与代号 凡由硅酸盐水泥熟料、0～5%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。
硅酸盐水泥分两种：不掺加混合材料的称Ⅰ 型硅酸盐水泥，用代号P·Ⅰ表示；在硅酸盐水泥 粉磨时掺入不超过水泥质量5%的石灰石或粒化高 炉矿渣的称Ⅱ型硅酸盐水泥，用代号P·Ⅱ表示。
5.1.1.2 组成材料
（1）硅酸盐水泥熟料 凡以适当成分的生料烧至部分熔融，所得以
（1）硅酸三钙3CaO·SiO2，简写成C3S，含量 37%~60%
（2）硅酸二钙2CaO·SiO2，简写成C2S，含量 15%~37%
（3）铝酸三钙3CaO·Al2O3，简写成C3A， 含量7%~15%
（4）铁铝酸四钙4CaO·Al2O3·Fe2O3，简写成 C4AF，含量10%~18%。
通常熟料中硅酸三钙、硅酸二钙的含量占 75%左右，统称为硅酸盐矿物。
胶凝材料可分为有机和无机胶凝材料两大类， 沥青和各种树脂属于有机胶凝材料，无机胶凝材 料按硬化条件不同又可分为水硬性和非水硬性两 种。
水泥是指加水拌和成塑性浆体后，能胶结砂、 石等适当材料，既能在空气中硬化，又能在水中 硬化的粉状水硬性胶凝材料。它是各种类型水泥 的总称。
水泥的分类详见表5.1。 白色水泥、彩色水泥以其良好的装饰性能应 用于各种建筑装饰工程中，通常称其为装饰水泥。
氟铝酸盐水 以氟铝酸盐矿 快凝快硬氟铝酸盐水泥、型 泥系列 物为主要成分 砂水泥、锚固水泥等
类别
定义
主要品种
按水泥的组 成分类
硫铝酸盐水 泥系列
铁铝酸盐水 泥系列
以硫铝酸盐矿 物为主要成分
以铁铝酸盐矿 物为主要成分
快硬硫铝酸盐水泥型砂水泥、 高强硫铝酸盐水泥、膨胀硫 铝酸盐水泥、自应力硫铝酸 盐水泥、低碱硫铝酸盐水泥 等
3d
28
3.5
6.5
4.0
6.5
4.0
7.0
5.0
7.0
5.0
8.0
5.5
8.0
一般称3d或7d以前的强度为早期强度，28d及其后的强度称后期强度， 也有将3个月以后的强度称为长期强度。 《水泥胶砂强度检验方法》GB/T17671-1999；水泥：标准砂=1：3 质量比； w/c=0.5，40mm× 40mm× 160mm; 20±1°左右，养护3d或28d的抗折抗 压强度；
硅酸盐水泥的密度一般在3.1~3.2g/cm3之间， 松散堆积密度一般在1000~1300kg/m3，紧密堆积 密度一般在1500~1900kg/m3 。 （9）水化热
水泥在水化过程中放出的热为水泥的水化热
（10）包装标志及储运 水泥袋上表明：产品名称，代号，净含量，强度
等级，生产许可证编号，生产者名称和地址， 出厂编号，执行标准号，包装年月日。 硅酸盐水泥和普通水泥的印刷为红色标志；
硅酸钙为主要成分的烧结物，称硅酸盐水泥熟料， 简称熟料。
（2 混合材料是指在粉磨水泥时与熟料、石膏一
起加入磨内用以提高水泥产量，降低水泥生产成 本，增加水泥品种，改善水泥性能的矿物质材料， 如粒化高炉矿渣、石灰石、粉煤灰、火山灰质混 合材料等。
粒化高炉矿渣是高炉冶炼生铁所得以硅酸钙 和铝酸钙为主要成分的熔融物经急速冷却成粒后
（2）硅酸盐水泥的凝结硬化 当水泥与水接触后，水泥颗粒表面开始水化，
生成可溶性水化产物立即溶于水中，水泥颗粒内 部未水化的水泥继续反应，直至溶液达到饱和。 当溶液浓度达到较高的过饱和度时，水化产物沉 淀为胶体颗粒，或由水化反应直接生成胶体析出。 随水化产物逐渐沉淀凝聚，水泥浆体逐渐失去流 动性和可塑性而凝结。
铝酸三钙和铁铝酸四钙，含量占22%左右。
熟料中四种主要矿物的性能见表4.2。
性能 熟料矿物
C3S C2S
C3A
C4AF
表5.2 四种熟料矿物的性能
水化速率 快 慢 最快 快
28d水化热 （J/g） 多 少
最多
中
强度
高（强度绝对 值最高）
早期低，后期 高
早期高，后期 低（强度绝对
值低）
较低
抗硫酸盐性 能
较差 好
差
好
5.1.1.5 硅酸盐水泥的水化、凝结硬化
凝结和硬化是同一过程中的不同阶段，凝结 标志着水泥浆体失去流动性而具有一定的塑性强 度，硬化则表示水泥浆体固化后形成的结构具有 一定的机械强度。
狭义讲，水泥水化是水泥凝结硬化的基础， 水泥凝结硬化是水泥水化的必然结果；广义讲， 水泥的水化是从水化开始到硬化的整个过程。
硅酸盐水泥的技术指标主要有不溶物、烧失 量、细度、凝结时间、安定性、氧化镁、三氧化 硫、碱及强度指标共9项。
硅酸盐水泥的技术指标见表5.3、表5.4。 （1
水泥强度是水泥试体净浆在单位面积上所能 承受的外力。
表5.3 硅酸盐水泥化学物理指标（依据GB175—1999）
序号
项目
1
不溶物（%）
2
烧失量（%）
表5.1 水泥的分类
类别
通用水泥
按水泥的用 途和性能分
类
专用水泥
特性水泥
定义
主要品种
一般土木工程 通常采用的水
泥
硅酸盐水泥、普通硅酸盐水 泥、矿渣硅酸盐水泥、火山 灰硅酸盐水泥、粉煤灰硅酸 盐水泥、复合硅酸盐水泥、 石灰石硅酸盐水泥
专门用途的水 泥
某种性能比较 突出的一类水
泥
如油井水泥、道路水泥、砌 筑水泥等
5.1.1.7 硅酸盐水泥的腐蚀及防止方法
对于水泥耐久性有害的环境介质主要有淡水、 酸和酸性水、硫酸盐溶液和碱溶液等。
在环境介质的侵蚀作用下，硬化的水泥结构 会发生一系列物理化学变化，强度降低，甚至溃 裂破坏。
环境介质对硬化水泥浆体的侵蚀作用可分为 三类，具体见表5.5。
（一）水泥石的主要几种侵蚀作用 1、软水侵蚀（溶出性侵蚀） 氢氧化钙微溶于水，溶解度1.23g/L; 由于水泥石周围的碱度降低导致水化产物溶解与
松散，导致流失破坏；称为溶析；
2、盐类侵蚀 a, 硫酸盐侵蚀 含水铝酸钙与硫酸盐的反应，生成水化硫铝酸钙膨胀晶体；水泥石开裂
而破坏； b,镁盐侵蚀 镁盐与氢氧化钙反应产生的氢氧化镁胶结力差，生成的可容盐易溶于水
等； 3、酸类侵蚀 a, 碳酸的侵蚀 酸碱中和的重碳酸盐易溶于水； b,一般酸的侵蚀 4、强碱的侵蚀 强碱与铝酸盐反应生成可溶的铝酸钠等。
由于水泥到28d时强度大部分已发挥出来，以后强度增大相当缓慢， 所以通常用28d强度作为水泥质量的分级来划分不同的强度等级。
硅酸盐水泥强度等级分为42.5、42.5R、52.5、52.5R、62.5、62.5R。 普通水泥强度等级分为32.5、32.5R、42.5、42.5R、52.5、52.5R。
在CaO饱和液下且温度较高时，C3A与水反 应形成水化铝酸钙，反应式如下:
3CaO • Al2O3 6H2O 3CaO • Al2O3 • 6H 2O 在水泥粉磨时都需掺入适量的石膏以延缓水
泥的凝结时间防止急凝的发生。其反应式如下：
3CaO • Al2O3 6H2O 3(CaSO4 • 2H2O) 19H2O 3CaO • Al2O3 • 3CaSO4 • 31H 2O
生产硅酸盐水泥的主要原料有石灰质原料、 粘土质原料，有时加入少量铁矿粉等。
将各种原料经破碎后按比例配合、磨细并调 配成为成分合适、质量均匀的生料，称生料的制 备；
生料在水泥窑内煅烧至部分熔融，所得以硅 酸钙为主要成分的硅酸盐水泥熟料，称为熟料煅 烧；
熟料加适量石膏、混合材料共同磨细成粉状 的水泥，并包装或散装出厂，称为水泥制成及出 厂。
5 水泥
本章提要
通过对硅酸盐水泥较详细的阐述，以了解 硅酸盐水泥熟料的矿物组成及对硬化水泥浆体 结构、性能的影响，理解各通用水泥的技术要 求、性质及应用范围，重点掌握白水泥和彩色 水泥的生产、技术要求、性质以及在建筑装饰 工程中的应用。
所谓胶凝材料，即胶结料，是指在物理、化 学作用下，能从浆体变成坚固石状体，并胶结其 他物料而且具有一定机械强度的物质。
（4）水泥体积安定性 水泥硬化后体积变化的均匀性称为水泥体积
安定性，简称安定性。用试餠法或雷氏法检验； （5
标准稠度是为了使水泥凝结时间、体积安定 性的测定具有可比性所规定的水泥净浆的稠度。
（6）凝结时间 水泥凝结时间是水泥从拌水开始到失去流动性，即
从可塑性状态发展到固体状态所需要的时间，分初凝时 间和终凝时间两种。
石灰石为水泥工业原料，在水泥中掺入少量 石灰石可以起到混合材料的作用。
火山灰质混合材料是指天然的或人工的以氧 化硅、氧化铝为主要成分的矿物质材料。
粉煤灰是从煤粉炉烟道气体中收集的粉尘。 （3）石膏
石膏是用作调节水泥的凝结时间的组分。可 用天然石膏，也可以用工业副产品石膏。
5.1.1.3 硅酸盐水泥的生产
初凝时间是指水泥加水拌和到标准稠度净浆开始失 去塑性的时间；p型不得早于45min；
终凝时间是指水泥加水拌和直至标准稠度净浆完全 失去塑性的时间。 P型不得迟于6.5h；po不得迟于10h； 水泥凝结时间的测定---标准稠度用水量。
（7）碱 标准中规定水泥中碱含量按Na2O+0.658K2O
计算值来表示。水泥中碱的含量不得大于0.6%； （8）密度、堆积密度
生料制备的主要工序是生料粉磨，水泥制成 及出厂的主要工序是水泥的粉磨，因此，亦可将 水泥的生产过程概括为“两磨一烧”。
其生产工艺流程如图5.1所示。
图5.1 硅酸盐水泥生产过程示意图
5.1.1.4 硅酸盐水泥熟料的矿物组成
熟料主要由CaO、SiO2、Al2O3、Fe2O3四种氧 化物组成，总量在95%以上，它们经一系列复杂的 物理化学反应形成熟料矿物。硅酸盐水泥熟料的 主要矿物有以下四种：
快硬硅酸盐水泥、自应力铝 酸盐水泥、抗硫酸盐硅酸盐 水泥、白色和彩色硅酸盐水 泥等
类别
定义
主要品种
硅酸盐水泥 系列(简称 硅酸盐水泥)
以硅酸盐矿物 为主要成分
通用水泥及大部分专用水泥、 特性水泥
按水泥的组 成分类
铝酸盐水泥 系列
以铝酸盐矿物 为主要成分
铝酸盐膨胀水泥、铝酸盐自 应力水泥、铝酸盐耐火水泥 等
（2）细度 细度即水泥的粗细程度，通常以比表面积或筛余数
表示。
比表面积1kg水泥的总表面积大于300m2/kg；筛余量不得 超过10%； （3）不溶物和烧失量
不溶物是指水泥经酸和碱处理，不能被溶解的残留 物。其主要成分是结晶SiO2，其次是R2O3
水泥烧失量是指水泥在950～1000℃高温下煅烧失去 的质量百分数。