第三章 掺混合材料的硅酸盐水泥3

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3.3 掺混合料的硅酸盐水泥
3、活性混合材料的作用 活性混合料与水混合后，本身不会硬化或硬化极为缓慢，强度很 低。但在氢氧化钙溶液中，就会发生显著的水化。 掺活性混合料的硅酸盐水泥在与水拌合后，首先是水泥熟料水化 ，水化生成的Ca(OH)2和石膏作为活性“激发剂”，与活性混合 材料中的SiO2、Al2O3反应，即二次水化反应，生成具有水硬性的 水化硅酸钙和水化铝酸钙。
混合材料掺量50%~70%，B型，代号P.S.B
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火山灰质硅酸盐水泥：简称火山灰水泥，凡由硅酸盐水泥熟料 和火山灰质混合材料、适量石膏磨细制成的水硬性胶凝材料， 代号P· P；混合材料的掺量20%~40%。 粉煤灰硅酸盐水泥：简称粉煤灰水泥，凡由硅酸盐水泥熟料和 粉煤灰、适量石膏磨细制成的水硬性胶凝材料，代号P· F；混合
3.3 掺混合料的硅酸盐水泥
水泥加水拌和后，水泥浆体能够保持一定 的水分而不析出的性能，称为保水性 当加水量超过其保水能力时，在凝结过程 中，将有部分水从水泥浆中析出，这种析 出水分的性能，称为泌水性
2）保水性差，泌水性大、干缩性大。 矿渣与熟料共同粉磨过程中，矿渣颗粒难于磨得很细，且矿渣玻璃质 亲水性较弱, 因而矿渣水泥的保水性较差，泌水性较大。这是一个缺点 ，它易使混凝土内形成毛细管 通道及水囊，当水分蒸发后，便形成孔 隙，干缩性大，降低混凝土的密实性、均匀性及抗渗性。
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2、非活性混合材料 在水泥中主要起填充作用而不与水泥发生化学反应或化学反应很 微弱的矿物材料，又称填充性混合材料。在水泥中掺入非活性混 合材料主要是为调节水泥强度等级、节约水泥熟料、提高水泥产 量。 非活性混合材料包括：质地较坚实的有石英岩、石灰岩、砂岩等 磨成的细粉；质地较松 软的有粘土、黄土等。另外，凡不符合技 术要求的粒化高炉矿渣、火山灰质混合材料及粉煤灰等。
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（2）抗软水、抗腐蚀能力强。 由于水泥的熟料少，因而水化生成的氢氧化钙和水化铝酸三钙 含量少，加之二次水化反应还要消耗一部分氢氧化钙和水化铝 酸三钙，因此水泥中造成腐蚀的因素大大降低。 适合用于有硫酸盐、镁盐、软水等腐蚀作用的环境，如水工、 海港、码头等混凝土工程。 （3）水化热低，适合用于大体积混凝土
终凝时间
3、标准稠度用水量 4、体积安定性 产生体积安定性不良的原因 5、水泥的强度与等级 6、水化热
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？
1、软水侵蚀 （1）碳酸水的腐蚀 2、酸性腐蚀
（2）一般酸的腐蚀
(五) 水泥石的腐蚀 （1）镁盐的腐蚀 3、盐类的腐蚀 （2）硫酸盐的腐蚀
4、强碱腐蚀
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≥32.5 ≥42.5 ≥52.5
≥2.5
≥3.5 ≥3.5
42.5R
52.5 52.5R
≥19.0
≥21.0 ≥23.0
≥4.0
≥4.0 ≥4.5
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3、性质与应用 上述三种水泥都是在硅酸盐水泥熟料基础上加入大量活性混合 材料再加入适量石膏磨细制成，所加混合材料在化学组成和化 学活性上基本相同，并且在加水调制后经历了非常相似的水化 过程，因而这三种水泥存在很多共性，但每种活性混合材料的
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表3-9 强度要求(GB175-2007) 抗压强度 强度等级 3d 28d 32.5
矿渣硅酸盐水泥 火山灰硅酸盐水泥 粉煤灰硅酸盐水泥 32.5R 42.5
单位为MPa 抗折强度
3d 28d ≥5.5 ≥6.5 ≥7.0
品 种
≥10.0
≥15.0 ≥15.0
本身又有性质和特征的差异，又使得三种水泥有各自的特性：
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三种水泥的共性： （1）凝结硬化慢，早期强度低、后期强度发展快。 水化：分二步进行：首先熟料与水发生反应，生成的产物与硅酸
盐水泥相同，随后是熟料矿物水化析出的氢氧化钙和掺入水泥中
的石膏分别作为碱性激发剂和硫酸盐激发剂，与活性混合材料的 活性成分发生二次水化反应，生成水化产物。
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活性混合材料主要包括：粒化高炉矿渣、火山灰质混合材料及粉 煤灰 目的是阻止结晶，使其绝 （1）粒化高炉矿渣
大部分成为不稳定的玻璃 体，储有较高的化学性能 ，从而有较高的潜在活性
粒化高炉矿渣是将炼铁高炉的熔融矿渣，经急速冷却得到的松软 颗粒。 粒化高炉矿渣的化学成分主要是活性CaO、SiO2、Al2O3。如果 CaO、Al2O3 含量越高，则矿渣活性越高。
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3.3.2 普通硅酸盐水泥
概念：普通硅酸盐水泥（简称普通水泥），代号P.O。 6%＜活性 混合材料掺加量≤20%，其中允许用不超过水泥质量8%的非活性 混合材料或不超过水泥质量的5%的窑灰代替。
(一) 技术要求 GB175-2007对普通水泥的技术要求如下： （1）凝结时间 初凝时间不得早于45分钟，终凝时间不得大于10小时。
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（2）火山灰质混合材料 凡是天然的或人工的以活性氧化硅和活性氧化铝为主要成分，具 有火山性的矿物质材料， 称为火山灰质混合材料 （3）粉煤灰 粉煤灰是火力发电厂的工业废渣，是从煤粉炉烟道气体中收集 的粉末。其活性成分以活性氧化硅和活性氧化铝为主。
应用：与硅酸盐水泥基本相同，甚至在一些不能用硅酸盐水泥的 地方也可采用普通水泥。
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3.3.3 矿渣硅酸盐水泥 3.3.4 火山灰质硅酸盐水泥
3.3.5 粉煤灰硅酸盐水泥
1、概念 矿渣硅酸盐水泥：简称矿渣水泥，由硅酸盐水泥熟料和粒化高炉矿 渣、适量石膏磨细制成的水硬性胶凝材料。 混合材料掺量20%~50%，A型，代号P.S.A 矿渣硅酸盐水泥
材料的掺量20%~40%。
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2、技术要求
（1）细度、凝结时间、体积安定性 三种水泥的细度要求80μm方孔筛，筛余量不得超过10%或45μm方 孔筛，筛余量不得超过30% 。凝结时间、体积安定性同普通水泥要 求。
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3.3 掺混合料的硅酸盐水泥
3.3 掺混合料的硅酸盐水泥
混合材料指在生产水泥时，为改善水泥性能，调节水泥强度等 级，而加到水泥中人工的或天然的矿物材料。 活性混合材料 按参与水化的程度
混合材料
非活性混合材料 1、活性混合材料 活性混合材料指与石灰或与石膏拌合在一起，并加水后 ，常温 下，能生成具有胶凝性的水化产物，既能在水中又能在空气中 硬化的混合材料。
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（4）湿热敏感性强，适合高温养护 这三种水泥在低温下水化明显减慢，强度较低，采用高温养护可大大 加速活性混合材料的水化，并可加速孰料的水化，故可大大提高早期 强度，且不影响后期强度的发展。 与此相比，普通水泥和硅酸盐水泥在高温养护，虽然早期强度可提高 ，但后期强度发展会受到影响，比一直在低温下养护的强度低。 主要原因是普通水泥和硅酸盐水泥的水化速度较快，短时间内生成大 量的水化产物，这些水化产物对未水化的水泥颗粒的后期水化起到阻
3CaO Al2 O3 6H 2 O 3CaO Al2 O3 6H 2 O
4CaO Al2O3 Fe2O3 7H 2O 3CaO Al2O3 6H 2O CaO Fe2O3 H 2O
为了调节水泥的凝结时间，掺入适量石膏作缓凝剂反应式如下：
3CaO Al2O3 6H 2O 3(CaSO4 2H 2O) 19H 2O 3CaO Al2O3 3CaSO4 31H 2 O
1、选择合适的水泥品种
(六) 水泥石腐蚀的防止措施
2、提高水泥的密实度，降低孔隙率
3、加保护层
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１、凝结硬化快、强度高
2、抗冻性好 3、抗腐蚀性差
(七) 硅酸盐水泥的性质及应用
4、碱度高、抗碳化性能好 5、耐热性差 6、耐磨性好 7、水化热高
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石灰石或粒化矿渣 硅酸盐水泥生产工艺流程示意图
P.II水泥 简称两磨一烧
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(二) 硅酸盐水泥熟料矿物组成及特性 CaO
8000C左右 分解反应
3CaO· 2（C3S） SiO
800~14500C 结合反应
SiO2 Al2O3
2CaO· 2 （C2S） SiO
生料
3CaO· 2O3 （C3A） Al
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（2）强度和强度等级 硅酸盐水泥分4个强度等级，即42.5、42.5Ｒ、52.5、52.5R，表（3-8） 普通水泥的其他技术性质要与硅酸盐水泥相同。
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(二) 普通硅酸盐水泥的主要性能及应用 普通硅酸盐水泥由于混合材料掺量较少，其性质与硅酸盐水泥 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）耐腐蚀性稍好 （4）耐热性稍好 （5）抗冻性、耐磨性、抗炭化性略差
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由于三种水泥中熟料的含量少，二次水化反应又比较慢，因此 早期强度低，但后期由于二次水化的不断进行及熟料的继续水
化，水化产物不断增多，使得水泥强度发展较快，后期强度可
赶上或超过同强度等级的普通硅酸盐水泥。 这三种水泥不适合用于早期强度要求高的混凝土工程，如冬 季施工、现浇工程等。
2、硅酸盐水泥的凝结硬化（了解）
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（1）熟料矿物组成的影响 （2）水泥细度的影响 （3）石膏的掺量
3、影响水泥凝结、硬化的因素
（4） 养护湿度和温度的影响 （5） 龄期的影响
（6） 水灰比的影响
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1、细度
评价指标
初凝时间
2、凝结时间 (四) 硅酸盐水泥的技术要求
，又因为保水性差，易在水泥内产生孔隙通道，抗冻性差。故不
宜用于严寒地区，特别是严寒地区水位经常变动的部位。
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三种水泥的特性： （1）矿渣水泥
1）耐热性强。矿渣水泥的耐热性较强，因此，较其它品种水泥 更适用于高温车 间、高炉基础等耐热工程。
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（2）氧化镁、三氧化硫含量 氧化镁的含量应≤6%，若氧化镁的含量＞6%，需进行压蒸安 定性检验并合格。
矿渣硅酸盐水泥中三氧化硫的含量应≤4% ，火山灰硅酸盐水 泥、粉煤灰硅酸盐水泥中三氧化硫的含量应≤3.5% 。
（3）强度等级 这三种水泥的强度等级按3d、28d的抗压强度和抗折强度来划 分，各强度等级水泥的各龄期的强度不得低于表3-9中的数值。
4CaO· 2O3 · 2O3 （C4AF） FeBaidu NhomakorabeaAl
Fe2O3 水泥熟料
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(三) 硅酸盐水泥的水化和凝结硬化 1、水泥的水化
2 3CaO SiO2 6H2O 3CaO 2SiO2 3H2 0 3Ca(OH )2
2(2CaO SiO2 ) 4H 2O 3CaO 2SiO2 3H 2O Ca(OH ) 2
碍作用，因此，普通水泥和硅酸盐水泥不适合于高温养护。
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（5）抗炭化性较差 用这三种水泥拌制的砂浆和混凝土，由于其中氢氧化钙含量少 ，碱度较低，其中矿渣水泥最为明显， 低碱度使得碳化作用进 行的较快且碳化深度也较大。不适合用于二氧化碳含量高的工 业厂房，如铸造车间。 （6）抗冻性差 这三种水泥早期强度低。受冻易损害，且混合材料加入需水量大
硅酸盐水泥
普通硅酸盐水泥 通用硅酸盐水泥
混合材料的品种 掺量的大小
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
Ⅰ型硅酸盐水泥（P.Ⅰ） 硅酸盐水泥
（不掺加混合材料）
（混合材料掺量﹤5％）
Ⅱ型硅酸盐水泥（P. Ⅱ）
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(一) 硅酸盐水泥的原料及生产 P.I水泥