硅酸盐水泥的强度等级划分为

强度
高
早低后高
低
低
三、硅酸盐水泥的水化、凝结与硬化
(一) 熟料矿物的水化反应
硅酸三钙
3CaO· SiO2+H2O→3CaO· 2SiO2· 3H2O+Ca(OH)2
水化硅酸钙凝胶C3S2H3
氢氧化钙晶体CH
硅酸二钙 铝酸三钙
2CaO· SiO2+H2O→3CaO·2SiO2· 3H2O+Ca(OH)2 3CaO· Al2O3+H2O→3CaO· Al2O3· 6H2O
CO2+CaCO3+H2OCa(HCO3)2
4. 强碱腐蚀
硅酸盐水泥基本是耐碱的，碱类溶液浓度不高对水泥石是 无害的。但铝酸盐含量较高的硅酸盐水泥遇到强碱 (NaOH 、 KOH) 时，强碱会与水泥进行如下反应： 3CaO· Al2O3 +6NaOH→3Na2O· Al2O3+3Ca(OH)2 铝酸钠是易溶于水的，从而造成水泥石的腐蚀。 当水泥石被NaOH浸透后又在空气中干燥，与空气中的CO2
可降等级使用。
五、水泥石的腐蚀与防止
(一) 水泥石腐蚀的种类
1. 软水侵蚀(溶出型侵蚀)
当水泥石受到蒸馏水、天然的雨水、雪水以及含重碳酸 盐很少的河水、湖水等软水作用时，水泥石中的氢氧化钙不 断溶解流失，特别是处于流水或有压力的水中时，氢氧化钙 的溶解使得水泥石的密实度下降，强度和耐久性也降低；而 且由于氢氧化钙浓度的下降，还引起了水泥石中的其它水化 产物的分解。
3. 酸类腐蚀
一般酸腐蚀
在一些工业废水、地下水和沼泽水中，经常含有各种不同 浓度的无机酸或有机酸，而水泥石由于含有 Ca(OH)2 呈碱性，
这些酸与碱会发生反应： H++OH－ → H2O 酸的浓度越高，侵蚀越剧烈。 碳酸水腐蚀
在某些工业废水和地下水中，常溶有一定量的 CO2 及其盐 类，天然水中也溶有CO2，它们会与水泥石中的Ca(OH)2反应： CO2+H2O+Ca(OH)2→CaCO3+2H2O
沸煮法只能检测f-CaO所造成的体积安定性不良。对于 f-MgO和石膏造成的体积安定性不良则需分别采用压蒸 法、长时间在温水中浸泡法 。 标准规定：f-MgO≯5.0%，SO3 ≯ 3.5%。
(四) 强度
胶砂强度
GB17671－1999规定：将水泥、标准砂及水按1 : 3.0 : 0.5， 用规定方法制成规格为40×40×160mm的标准试件，在标 准养护条件(1d内为20±1℃、RH＞90%的空气中，1d后 放入20± 1℃的水中)下养护，测定3d和28d时的抗折强度
镁盐腐蚀 海水和某些盐沼水、地下水中常含有大量的镁盐，主要是 硫酸镁和氯化镁，它们与水泥石接触后，会发生如下反应： MgSO4+ Ca(OH)2+2H2O→CaSO4· 2H2O+Mg(OH)2
MgCl2+ Ca(OH)2+H2O→CaCl2+Mg(OH)2+H2O
生成的Mg(OH)2松软而无胶结能力，CaCl2则易溶于水， 会使Ca(OH)2不断被消耗；二水石膏则会进一步引起硫酸盐腐 蚀。因此，镁盐对水泥石的腐蚀是双重腐蚀。
第三章 水泥
水泥是一种粉末状材料，属于水硬性胶凝材料，是基本建 设中最重要的土木工程材料。广泛用于工业和民用建筑、道路、 桥梁、铁路、水利和国防等工程；用于生产各种类型的混凝土 及混凝土制品。我国的水泥产量已经达到 6 亿 t ，水泥品种也达 到了80余种。
水硬性
多样性 低成本 可塑性
水泥的优点
与钢筋 粘结性好
和抗压强度。根据水泥品种不同，分别测定3d、28d的抗
折强度和抗压强度，即为水泥的胶砂强度。
强度等级
根据水泥的胶砂强度划分的级别称为强度等级。硅酸盐 水泥的强度等级划分为42.5，42.5R，52.5，52.5R，62.5，
62.5R共六个等级。
硅酸盐水泥强度等级
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
(三) 体积安定性
定义：是指水泥在凝结硬化过程中体积变化的均匀程度。 体积安定性不良：水泥在凝结硬化过程中产生不均匀的体 积变化。 安定性不良的原因： 熟料中含有过多的f-CaO 熟料中含有过多的f-MgO 石膏掺量过多 生成钙矾石 过烧
体积安定性不良的水泥应作废品处理，禁止用于任何工程中
未水化水 泥颗粒
水 C-S-H 钙矾石 氢氧化钙 硬化后
(三) 影响水泥水化硬化的因素
熟料矿物组成
石膏掺量
强 度
细度
温度和湿度
养护时间
3 7
28 龄期 d
56
四、硅酸盐水泥的技术要求
(一) 细度
水泥的细度指水泥的粗细程度或分散度。细度决定了水泥 与水接触的表面积。从而影响水泥的水化、凝结速度和性质。
潜伏期
凝结期
硬化期
凝胶体填充毛细管，6h-若干年硬 化石状体密实空间网
水泥石结构
未水化水泥颗粒 水化产物－晶体、胶体 毛细孔、毛细孔水 凝胶孔
硬化前
毛细孔－未被水化产物所 填充的原充水空间 凝胶孔－C-S-H内部的结 构孔 水泥石是多相（固、液、 气）多孔体系，水泥石的 工程性质取决于水泥石的 结构组成，即决定于水化 物的类型和相对含量、内 部孔的大小、形状和分布 状态。
52.5 52.5R
62.5 62.5R
23.0 27.0
28.0 32.0
52.5 52.5
62.5 62.5
4.0 5.0
5.0 5.5
7.0 7.0
8.0 8.0
注：R型为早强型，主要是3d强度较高。
水泥在出厂和使用前必须检验的技术指标有
四项：细度、凝结时间、强度和体积安定性。 这四项指标中，除强度外，其它任何一项指标 不合格，则水泥不能使用；反之，若仅强度一 项指标不合格，而其它三项指标合格，则水泥
Ca(OH)2+Ca(HCO3)2→CaCO3 +H2O
2. 盐类腐蚀
硫酸盐腐蚀
在海水、湖泊水、地下水及某些工业废水中，常含有不同 程度的钾、钠、氨的硫酸盐，硫酸盐侵蚀的特征是某些盐类的 结晶体逐渐在水泥石的毛细管中积累并长大，水泥石由于内应 力而遭到严重破坏。
当硫酸盐浓度不高时，生成含有大量结晶水的钙钒石，体 积增大1.5倍以上，产生极大的膨胀应力而破坏。当硫酸盐浓度 较高时，产生二水石膏结晶，也会导致水泥石开裂破坏。 Na2SO4+ Ca(OH)2+2H2O→CaSO4· 2H2O +2NaOH
CaSO4· 2H2O+3CaO· Al2O3+H2O→3CaO· Al2O3· 3CaSO4· 31H2O
高硫型水化硫铝酸钙晶体
当石膏消耗完后 ，部分高硫型水化硫铝酸 钙 ( 又称钙矾石 AFt) 转变为低硫型水化硫铝酸钙晶体 AFm(3CaO· Al2O3· CaSO4· 12H2O ，即 )。 C 3AS H12
(二) 凝结硬化
凝结: 水泥加水拌和形成具有一定流动性和可塑 性的浆体，经过自身的物理化学变化逐渐变稠失去 可塑性的过程。
硬化: 失去可塑性的浆体随着时间的增长产生明
显的强度，并逐渐发展成为坚硬的水泥石的过程。
凝结硬化过程
初始反应期 初始的溶解和水化，约持续5-10 分钟。 流动性可塑性好凝胶体膜层围绕 水泥颗粒成长，1h 凝胶膜破裂、长大并连接、水泥 颗粒进一步水化，6h。多孔的空 间网络—凝聚结构，失去可塑性
水泥的细度和性质 细度 < 40μm 与水接触的表面积 凝结和硬化速度 大 高 性质 强度高
过细
>100μm
很大
小
很高
低
成本高
低
水泥的细度可用筛析法(80μm或45μm 方孔筛筛 余)和比表面积法(勃氏法)检验。 比表面积法是通过测量一定量空气通过水泥时 流速的变化来测定颗粒粒径分布情况。
GB 175－2006规定：硅酸盐水泥的比表 面积应大于300m2/kg，否则为不合格。
简写：CaO—C， SiO2 —S， Al2O3 —A， Fe2O3 —F， H2O—H
除上述四种主要熟料矿物外，硅酸盐水泥中还含有
f-CaO、f-MgO和K2O、Na2O等次要成分。
硅酸盐水泥熟料矿物特性
矿物种类 缩写 含量（%） 水化速度 水化热 硅酸三钙 C 3S 37-60 快 多 硅酸二钙 C2S 15-37 慢 少 铝酸三钙 C3A 7-15 最快 最多 铁铝酸四钙 C4AF 10-18 快 较多
硅酸盐水泥主要水化产物
水化硅酸钙凝胶C-S-H——约占70%
氢氧化钙晶体CH——约占20%
水化硫铝酸钙晶体（AFt和AFm）——约占7%
水化铁酸一钙凝胶CFH
水化铝酸三钙晶体C3AH6
水泥浆扫描电镜照片（7d龄期）
钙矾石
C-S-H
CH Crystal 氢氧化钙晶体
C-S-H 水化硅酸钙凝胶
水化铝酸三钙晶体C3AH6
铁铝酸四钙
4CaO· Al2O3· Fe2O3+H2O→3CaO· Al2O3· 6H2O+CaO· Fe2O3· H2 O
水化铁酸钙凝胶CFH
石膏调节凝结时间的原理
石膏与水化铝酸钙反应生成水化硫铝酸钙针状晶体
（钙矾石）。该晶体难溶，包裹在水泥熟料的表面上，形 成保护膜，阻碍水分进入水泥内部，使水化反应延缓下来， 从而避免了纯水泥熟料水化产生闪凝现象。所以，石膏在 水泥中起调节凝结时间的作用。
硅酸盐水泥的生产工艺——“两磨一烧”工 艺
石灰石 粘土 铁矿粉 磨细 生 料 熟 1400～1450℃ 料 石膏
煅烧
石灰石或 粒化矿渣
磨细
Leabharlann Baidu
硅 酸 盐 水 泥
生产水泥的方法主要有干法立窑生产和湿法回转窑生产两种
1 生料的制备
包括生料的配合、粉磨与均化
管球磨
T
喂料 成品 Q 开路系统
Q
F
闭路系统
比表面积测定仪
(二) 凝结时间
凝结时间：水泥净浆从加水至失去流动性
所需要的时间。
国标规定：水泥的凝结时间必须采用标准 稠度的水泥净浆，在标准温、湿条件下用水 泥凝结时间测定仪测定。 标准稠度：试锥下沉深度为 28 ± 2mm 或 距底板6±1mm时的稠度。 标准稠度用水量：水泥浆达到标准稠度时 的用水量，以水占水泥质量的百分数表示。
标准稠度测定仪
标准稠度用水量测试方法有固定水量法和调整水量法两种。
初凝：从水泥加水拌和起至标准稠度净浆开始失去可塑性所 需的时间。 国标规定：初凝时间≮45min，国产水泥一般为1-3h。 实验：以试针距离底板6±1mm为准。 工程意义：水泥的初凝时间不宜过早，以便施工时有充分的时 间搅拌、运输、浇捣和砌筑等操作。 终凝：从水泥加水拌和起至标准稠度净浆完全失去可塑性并 开始产生强度所需的时间。 国标规定：终凝时间≯6.5h，国产水泥一般为5-6h。 实验：以试针下沉0.5mm为准。 工程意义：终凝时间不宜过迟，以便施工完毕后更快硬化，达 到一定的强度，以利于下一步施工工艺的进行。 影响水泥凝结时间的因素：熟料的矿物组成、石膏掺量、混 合材的品种与掺量、水泥细度、温度、水灰比等。
立磨
2 孰料的烧成
旋风筒 预热 连接管道
分解炉 回转窑
冷却机
分解 烧成
冷却
二、熟料矿物组成及特性
水泥熟料矿物组成
组成
硅酸三钙 硅酸二钙
化学分子式
3CaO· SiO2 2CaO· SiO2
缩写
C3S C2S
铝酸三钙
铁铝酸四钙
3CaO· Al2O3
4CaO· Al2O3· Fe2O3
C3A
C4AF
GB175－2006和GB/T1346－2001规定：硅酸盐水泥的体 积安定性用沸煮法3h(分试饼法和雷氏夹法)必须合格。 试饼法是用标准稠度的水泥净浆按规定方法制成规定的 试饼，经养护、沸煮后，观察饼的外形变化，如未发现翘曲 和裂纹，即为安定性合格，反之则为安定性不良。
雷氏法是按规定方法制成 圆柱体试件，然后测定沸煮后 试件的尺寸变化，即膨胀值， 来评定体积安定性是否合格。 >5.0mm，则不合格。
耐久性
工艺简单
按水泥的化学成分，分为硅酸盐系水泥、铝酸盐系水 泥、硫铝酸盐系水泥等； 按用途可分为通用水泥、专用水泥和特性水泥。 通用水泥就是各类工程中常用的六大品种水泥 (硅酸 盐水泥、普通水泥、矿渣水泥、火山灰水泥、粉煤灰水 泥和复合水泥)； 专用水泥主要有砌筑水泥、道路水泥、油井水泥等；
特性水泥主要有快硬硅酸盐水泥、膨胀水泥、喷射水 泥、抗硫酸盐水泥等。
3.1 硅酸盐水泥
一、硅酸盐水泥的概念及生产工艺
国标 GB175-2006 规定：凡由硅酸盐水泥熟料、 0~5% 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，也称波特兰水泥。 不掺加混合材料的称为I型硅酸盐水泥，代号P· I；
掺加不超过水泥质量5%的石灰石或粒化高炉矿渣混合 材料的称为II型硅酸盐水泥，代号P•II。