建筑材料----第三章 水泥

第三章水泥

加水拌合成塑性浆体，能胶结砂、石等适当材料，并能在空气和水中硬化的粉状水硬性胶凝材料，称作水泥。

按水泥的用途及性能，分为通用水泥、专用水泥和特性水泥三类。在每一具体的水泥名称中，都必须注明所含的主要水硬性矿物、结合材料、用途和主要特性等有关内容。

第一节硅酸盐水泥

以适当成分的生料，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，加入占水泥成品质量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。不掺混合材料的，称Ⅰ型硅酸盐水泥，代号P·Ⅰ；掺加混合材料的，称Ⅱ型硅酸盐水泥，代号P·Ⅱ。

一、硅酸盐水泥的主要矿物成分

硅酸盐水泥熟料的主要矿物成分，如表3－1所示。

四种矿物成分，单独与水作用时，所表现的特性如下：

（一）硅酸三钙

硅酸三钙是硅酸盐水泥熟料中的主要矿物成分，遇水时水化反应速度快，水化热大，凝结硬化快，其水化产物表现为早期强度高。硅酸三钙是主要赋予硅酸盐水泥早期强度的矿物。

（二）硅酸二钙

硅酸二钙是硅酸盐水泥中的主要矿物，遇水时水化反应速度慢，水化热很低，其水化产物表现为早期强度低而后期强度增进较高。硅酸二钙是决定硅酸盐水泥后期强度的矿物。

（三）铝酸三钙

铝酸三钙遇水时水化反应极快，水化热很大，水化产物的强度很低。铝酸三钙主要影响硅酸盐水泥的凝结时间，同时也是水化热的主要来源。由于在煅烧过程中，铝酸三钙的熔融物是生成硅酸三钙的基因，故被列为“熔媒矿物”。

（四）铁铝酸四钙

铁铝酸四钙遇水时水化反应速度快，水化热低，水化产物的强度也很低。由于在煅烧熔融阶段有助于硅酸三钙的生成，同样属于“熔媒矿物”。

二、硅酸盐水泥的凝结和硬化

水泥加水拌合后，最初形成具有可塑性的浆体，然后逐渐变稠失去塑性，这一过程称为初凝，开始具有强度时称为终凝，有初凝到终凝的过程为凝结。终凝后强度逐渐提高，并变成坚固的石状物体――水泥，这一过程为硬化。

水泥的凝结硬化过程大致可分成如下三个阶段：

（一）溶解期

水泥与水调和后，其几种主要矿物即发生化学反应，生成水化物。某些水化物之间还会再次发生反应，形成新的水化物。

四种矿物的水化反应及主要水化物如下：

硅酸三钙水化反应较快，生成水化硅酸钙及氢氧化钙：

2(3Ca O·SiO2)+6H2O=3Ca O·2SiO2·3H2O+3Ca(OH)2

由于氢氧化钙的生成，使溶液迅速饱和，此后各矿物的水化都是在这种石灰饱和溶液中进行的。

硅酸二钙水化反应较慢，生成水化硅酸钙和氢氧化钙：

2(2Ca O·SiO2)+4H2O=3Ca O·2SiO2·3H2O+Ca(OH)2铝酸三钙水化反应最快，生成水化铝酸钙：

3CaO·Al2O3 +6H2O=3CaO·Al2O3·6H2O

铁铝酸四钙加水后，较快地生成水化铝酸钙及水化铁酸钙：

4CaO·Al2O3·Fe2O3+7H2O=3CaO·Al2O3·6H2O+CaO·Fe2O3·H2O 另外，掺入的石膏与部分水化铝酸钙反应，生成难溶的水化硫铝酸钙以针状结晶析出，这些水化硫铝酸钙的存在，延缓了水泥的凝结时间，其化学反应式如下：

3CaO·Al2O3·6H2O+3(CaSO4·2H2O)+19H2O=3CaO·Al2O3·3CaSO4·31H2O 综上所述，硅酸盐水泥在溶解期内，经水化反应后生成了以下五种主要的水化物：水化硅酸钙、水化铝酸钙、氢氧化钙、水化铁酸钙和水化硫铝酸钙。

（二）凝结期

经过溶解期后，溶液已达饱和，水继续与水泥颗粒作用而形成的水化物已不能再溶解，它们根据各自的溶解度和结构形式的不同，先后以胶体状态析出，最后发展成为网状絮凝结构的凝胶体，随着凝胶体的逐渐变稠，水泥浆渐渐失去塑性，从而表现为水泥的凝结。

（三）硬化期

由于胶凝体的形成和发展，使水泥的水化越来越困难，因此在凝结后，水泥中还存有大量未完全水化的颗粒，它们吸收凝胶体内的水分继续进行水化作用，使凝胶体渐渐干涸、脱水，而趋于紧密。同时氢氧化钙及水化铝酸钙也由胶质状态转化为稳定的结晶状态。随着结晶体的增生和胶凝体的紧密，两者相互结合，使水泥硬化并不断增长强度。

影响凝结硬化的因素主要有以下几个方面：

（1）矿物组成：矿物成分影响水泥的凝结硬化。

（2）水泥细度：水泥颗粒的粗细影响水化的快慢。

（3）用水量：拌合水的用量，影响着水泥的凝结硬化。

（4）温湿度：一般的说，温度越高，水泥的水化反应越快。当处于0℃以下的环境，凝结硬化完全停止。

（5）石膏掺量：水泥中掺入适量石膏，主要为延缓凝结时间。一般石膏掺入量，占水泥成品质量的3％～5％。

三、硅酸盐水泥的技术要求

按国家标准规定，硅酸盐水泥应确保九项技术要求：水泥中的不溶物、氧化镁含量、三氧化硫含量、烧失量和碱含量，均不得超限；水泥的细度、凝结时间、安定性和强度，均必须达标。

水泥的细度，是表示粗细程度的指标。硅酸盐水泥的细度指标，是采用比筛分法科学的比表面积法。成分相同的水泥，颗粒越细凝结硬化越快，强度越高，但过细时会有许多不利。

凝结时间，是指标准稠度的水泥净浆，在规定条件下，自加水起达到规定的初凝、终凝状态时所用的时间。

安定性，是指水泥在凝结硬化过程中体积变化的稳定性。

水泥的强度，是按国家统一规定的胶砂强度检验法，测得3d、28d的抗折和抗压强度，按达到规定的指标来划分强度等级。

氧化镁、三氧化硫，是水泥中的有害成分，如果含量超标，将会形成膨胀性破坏，是导致水泥不安定的主要因素。

碱的含量，是工程中限定使用低碱水泥是的主要指标。尤其是使用活性骨料配制混凝土时，会形成碱――骨料反应而导致破坏。

四、硅酸盐水泥的腐蚀

硬化后的水泥石，在某些侵蚀性介质的长期作用下，其结构会遭到损坏，强度逐渐降低，