第 四 章 水 泥
Cement
内容提要：
重点介绍硅酸盐水泥的矿物组成、
水化硬化机理、影响水化因素；硅酸盐水泥主要技术性质；水泥石的腐蚀和防止；同时介绍了其它掺混合材的水泥、
特种水泥；达到正确的选择和使用水泥。
4.1 硅酸盐水泥
定义 － 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 Portland
Cement,
一,硅酸盐水泥熟料的矿物组成与特性
1.定义,煅烧时由生料脱水和分解出的 CaO,
AL2O3,SiO2,Fe2O3,在约 1450度的高温下相互间产生化学反应,生成一些以硅酸盐为主的新的化合物,称为水泥熟料,
硅酸盐四种矿物
2.四种熟料矿物,硅酸三钙 (C3S),硅酸二钙
(C2S),铝酸三钙 (C3A),铁铝酸四钙 (C4AF)
3.四种矿物的比例对水泥性质的影响,
如提高 C3S的含量,可得到高强硅酸盐水泥 ;提高 C3S和 C3A的含量,即可制得快硬硅酸盐水泥 ;降低 C3S和 C3A的含量,提高的含量可的低热或中热硅酸盐水泥,
二,硅酸盐水泥的水化、凝结硬化水化 －物质由无水状态变为有水状态，由低含水变为高含水，统称为水化。
凝结 －水泥加水拌和初期形成具有可塑性的浆体，然后逐渐变稠并失去可塑性的过程称为凝结。
硬化 －此后，浆体的强度逐渐提高并变成坚硬的石状固体（水泥石），这一过程称为硬化 。
(一 ).水化反应
2(3CaO.SiO2)+6H2O→ 3CaO.2SiO2.3H2O+
( 水化硅酸钙凝胶 ) 3Ca(OH)2
2(2CaO.SiO2)+4H2O→ 3CaO.2SiO2.3H2O+
Ca(OH)2
3CaO.Al2O3+6H2O→ 3CaO.Al2O3.6H2O
(水化铝酸三钙晶体 )
4CaO.AlO3.Fe2O3+7H2O → 3CaO.Al2O3.6H2O+
CaO.Fe2O3.H2O(水化铁酸钙凝胶 )
(二 ) 水 泥 石
1.水泥石的组成：
未水化水泥颗粒水化产物－晶体、胶体毛细孔、毛细水
2.影响水泥石结构的因数,
a.石膏的掺量 c.养护时间,
b.温度和湿度 d.水灰比三,硅酸盐水泥的技术要求
(一 )密度、细度
a.密度,3.05～ 3.20g/cm3，一般取 3.1
堆积密度,1.3 g/cm3
b.细度－ 指水泥颗粒的粗细程度，用筛余或比表面积表示（ 300～ 350 m2/kg），影响水泥的水化速度、收缩等性质
c.粒径,< 3μm 水化非常迅速，需水量增大；
>40 μm 水化非常缓慢，接近惰性
(二 ) 凝 结 时 间
a.初凝时间 （ t初 ）－水泥开始加水拌和至水泥浆 开始失去可塑性 所需的时间。
b.终凝时间 （ t终 ） －水泥开始加水拌和至水泥浆 完全失去可塑性 并开始产生强度所需的时间。
c.GB1346规定,t初 ≮ 45min
t终 ≯ 6.5h
(三 )体积安定性定义,
是水泥 硬化后 因体积膨胀而产生 不均匀变形的性质。体积安定性不良的水泥应作废品处理。
原因,
熟料中含 游离氧化钙 （ f-CaO)过多熟料中含游离氧化 镁 （ f-MaO)过多石膏过多游离氧化钙、镁膨胀原因
a.熟料中 f-CaO,f-MgO都是过烧的，
结构致密，水化很慢；
b.水泥 硬化后 才吸收孔隙中水分熟化：
CaO+H2O=Ca(OH)2 MgO+H2O=Mg(OH)2
c.体积膨胀 97％以上，从而引起不均匀体积膨胀，使水泥石开裂 。
四,水泥石的腐蚀定义－ 水泥石在 外界侵蚀性介质 （软水、
含酸、含盐、含碱等）的作用下结构受到破坏，强度降低的现象称为水泥石的腐蚀。
表现形式：
体积膨胀－膨胀型腐蚀体积收缩－溶出型腐蚀
(一 )水泥石腐蚀的原因内因－ 水泥石存在不稳定的 Ca(OH)2和介稳的水化硫铝酸钙；
外因－ 环境中有害介质（软水、酸、盐等）
的存在；
联系－ 水泥石中的孔缝系统，产生有害介质的侵蚀、交换作用。
长期性、后期加剧性
(二 )水泥石腐蚀的防止措施：
根据侵蚀环境特点,合理选用水泥品种；
提高水泥石的密实度；
加作保护层－石材、陶瓷、沥青五,硅酸盐水泥的应用常用于,重要结构的高强混凝土和预应力混凝土工程要求凝结快的现场浇注的混凝土工程冬季施工及严寒地区遭受反复冻融的工程不宜用于：
受流动的软水和有水压作用的工程受海水和矿物水作用的工程大体积工程 耐热、耐酸工程
4.2 掺混合材的硅酸盐水泥定义－ 凡在硅酸盐水泥熟料中，掺入一定量的混合材料和适量的石膏共同磨细制成的水硬性胶凝材料，均属掺混合材的硅酸盐水泥。
掺入目的：
a.改善水泥的性能 b.增加品种
c.提高产量 d.节约熟料，
e.降低成本一、混 合 材 料定义－ 在水泥生产过程中，为改善水泥性能，调节水泥标号，扩大使用范围而掺入的天然或人工的 矿质原料 称为混合材。
分类：
活性混合材－ 具有火山灰性或 潜在水硬性的材料，如矿渣、粉煤灰等。
非活性混合材－ 不具有潜在水硬性的材料，
如石灰石粉、慢冷矿渣等非 活 性 混 合 材
a.这类材料本身不具有潜在的水硬性或火山灰性，与水泥矿物组成不起化学作用
b.掺入目的：扩展水泥标号、降低水化
c.常用的有：磨细的石英砂、石灰石粉磨细的高炉矿渣、尾矿粉二、掺混合材的硅酸盐水泥
1、普通硅酸盐水泥 －代号 P.O
—— Ordinary Portland Cement
硅酸盐水泥熟料＋ (6~15)%混合材＋石膏后磨细制成的水硬性胶凝材料标号（ GB175-1999）
32.5,32.5R,42.5,42.5R,52.5,52.5
性质,同硅酸盐水泥相近硅酸盐水泥的技术要求
2.硅酸盐水泥的技术要求
(1)细度 筛孔尺寸为 80μ m的方孔筛的筛余不得超过 10%,否则为不合格
(2)凝结时间 初凝时间不得早于 45min,终凝时间不得迟于 10h
(3)标号 根据 3和 28的抗压强度和抗折强度,将普通硅酸盐水泥划分为
325,425,525,625等四个标号
3.普通硅酸盐的特性
普通硅酸盐与硅酸盐性质差异,
(1)早期强度略低
(2)耐腐蚀性销好
(3)水化热略
(4)抗冻性和抗掺性略差
(5)耐磨性略差三种水泥的共性矿渣、火山灰质、粉煤灰硅酸盐水泥
凝结硬化速度慢，早期强度低，后期强度高；
水化放热速度慢，放热量低；
对温度敏感性高，温度低时影响强度发展；
抗软水,SO42+的腐蚀性好；矿渣水泥耐热性好
适于水下、大体积混凝土结构和蒸养的混凝土构件；
不适于抗冻、干燥地区的混凝土工程。
五种常用水泥的主要性能
22
特性 品种 P.Ⅰ P,Ⅱ P.O P.S P.P P.F
水化热 高 低凝结时间 快 较快 较慢，低温下尤甚强度发展 早期强度高早期强度较高早期强度低，但后期强度可等于同标号硅酸盐水泥抗硫酸腐蚀 较差 较强 当 SiO2多时，抗硫酸盐腐蚀性好当AlO3多时，抗硫酸盐腐蚀性差抗冻性 好 较差干缩性 小 较大 大 较小保水性 较好 差 好 差蒸养适应性 不宜高于 60～ 80℃ 好
4.3 高 铝 水 泥
定义,高铝酸水泥属于铝酸盐类水泥,它是由绿矾土和石灰石为原料,经高温熔融煅烧所得的以铝酸钙为主要成分的熟料,
经磨细而得的水硬性胶凝材料,
(一 )技术要求,
(1)细度 筛孔尺寸为 80μ m的方孔筛的筛余不得超过 10%,否则为不合格
(2)凝结时间 初凝时间不得早于
45min,终凝时间不得迟于 10h
(3)标号 根据 3和 28的抗压强度和抗折强度,将普通硅酸盐水泥划分为
325,425,525,625等四个标号高铝水泥的应用
适于：
紧急抢修的工程，临时军事工事；
冬季施工的工程－水化放热量大且集中；
有抗硫酸盐腐蚀要求的工程－ f-CaO极少
耐高温（ 1300～ 1400℃ ）的工程－高温时，烧结结合代替了水化结合。
不适于于：
长期承重的结构工程－晶体转变引起的强度倒缩；
大体积工程－温度过高引起强度倒缩。
与硅酸盐水泥混用
Cement
内容提要：
重点介绍硅酸盐水泥的矿物组成、
水化硬化机理、影响水化因素；硅酸盐水泥主要技术性质；水泥石的腐蚀和防止；同时介绍了其它掺混合材的水泥、
特种水泥；达到正确的选择和使用水泥。
4.1 硅酸盐水泥
定义 － 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 Portland
Cement,
一,硅酸盐水泥熟料的矿物组成与特性
1.定义,煅烧时由生料脱水和分解出的 CaO,
AL2O3,SiO2,Fe2O3,在约 1450度的高温下相互间产生化学反应,生成一些以硅酸盐为主的新的化合物,称为水泥熟料,
硅酸盐四种矿物
2.四种熟料矿物,硅酸三钙 (C3S),硅酸二钙
(C2S),铝酸三钙 (C3A),铁铝酸四钙 (C4AF)
3.四种矿物的比例对水泥性质的影响,
如提高 C3S的含量,可得到高强硅酸盐水泥 ;提高 C3S和 C3A的含量,即可制得快硬硅酸盐水泥 ;降低 C3S和 C3A的含量,提高的含量可的低热或中热硅酸盐水泥,
二,硅酸盐水泥的水化、凝结硬化水化 －物质由无水状态变为有水状态，由低含水变为高含水，统称为水化。
凝结 －水泥加水拌和初期形成具有可塑性的浆体，然后逐渐变稠并失去可塑性的过程称为凝结。
硬化 －此后，浆体的强度逐渐提高并变成坚硬的石状固体（水泥石），这一过程称为硬化 。
(一 ).水化反应
2(3CaO.SiO2)+6H2O→ 3CaO.2SiO2.3H2O+
( 水化硅酸钙凝胶 ) 3Ca(OH)2
2(2CaO.SiO2)+4H2O→ 3CaO.2SiO2.3H2O+
Ca(OH)2
3CaO.Al2O3+6H2O→ 3CaO.Al2O3.6H2O
(水化铝酸三钙晶体 )
4CaO.AlO3.Fe2O3+7H2O → 3CaO.Al2O3.6H2O+
CaO.Fe2O3.H2O(水化铁酸钙凝胶 )
(二 ) 水 泥 石
1.水泥石的组成：
未水化水泥颗粒水化产物－晶体、胶体毛细孔、毛细水
2.影响水泥石结构的因数,
a.石膏的掺量 c.养护时间,
b.温度和湿度 d.水灰比三,硅酸盐水泥的技术要求
(一 )密度、细度
a.密度,3.05～ 3.20g/cm3，一般取 3.1
堆积密度,1.3 g/cm3
b.细度－ 指水泥颗粒的粗细程度，用筛余或比表面积表示（ 300～ 350 m2/kg），影响水泥的水化速度、收缩等性质
c.粒径,< 3μm 水化非常迅速，需水量增大；
>40 μm 水化非常缓慢，接近惰性
(二 ) 凝 结 时 间
a.初凝时间 （ t初 ）－水泥开始加水拌和至水泥浆 开始失去可塑性 所需的时间。
b.终凝时间 （ t终 ） －水泥开始加水拌和至水泥浆 完全失去可塑性 并开始产生强度所需的时间。
c.GB1346规定,t初 ≮ 45min
t终 ≯ 6.5h
(三 )体积安定性定义,
是水泥 硬化后 因体积膨胀而产生 不均匀变形的性质。体积安定性不良的水泥应作废品处理。
原因,
熟料中含 游离氧化钙 （ f-CaO)过多熟料中含游离氧化 镁 （ f-MaO)过多石膏过多游离氧化钙、镁膨胀原因
a.熟料中 f-CaO,f-MgO都是过烧的，
结构致密，水化很慢；
b.水泥 硬化后 才吸收孔隙中水分熟化：
CaO+H2O=Ca(OH)2 MgO+H2O=Mg(OH)2
c.体积膨胀 97％以上，从而引起不均匀体积膨胀，使水泥石开裂 。
四,水泥石的腐蚀定义－ 水泥石在 外界侵蚀性介质 （软水、
含酸、含盐、含碱等）的作用下结构受到破坏，强度降低的现象称为水泥石的腐蚀。
表现形式：
体积膨胀－膨胀型腐蚀体积收缩－溶出型腐蚀
(一 )水泥石腐蚀的原因内因－ 水泥石存在不稳定的 Ca(OH)2和介稳的水化硫铝酸钙；
外因－ 环境中有害介质（软水、酸、盐等）
的存在；
联系－ 水泥石中的孔缝系统，产生有害介质的侵蚀、交换作用。
长期性、后期加剧性
(二 )水泥石腐蚀的防止措施：
根据侵蚀环境特点,合理选用水泥品种；
提高水泥石的密实度；
加作保护层－石材、陶瓷、沥青五,硅酸盐水泥的应用常用于,重要结构的高强混凝土和预应力混凝土工程要求凝结快的现场浇注的混凝土工程冬季施工及严寒地区遭受反复冻融的工程不宜用于：
受流动的软水和有水压作用的工程受海水和矿物水作用的工程大体积工程 耐热、耐酸工程
4.2 掺混合材的硅酸盐水泥定义－ 凡在硅酸盐水泥熟料中，掺入一定量的混合材料和适量的石膏共同磨细制成的水硬性胶凝材料，均属掺混合材的硅酸盐水泥。
掺入目的：
a.改善水泥的性能 b.增加品种
c.提高产量 d.节约熟料，
e.降低成本一、混 合 材 料定义－ 在水泥生产过程中，为改善水泥性能，调节水泥标号，扩大使用范围而掺入的天然或人工的 矿质原料 称为混合材。
分类：
活性混合材－ 具有火山灰性或 潜在水硬性的材料，如矿渣、粉煤灰等。
非活性混合材－ 不具有潜在水硬性的材料，
如石灰石粉、慢冷矿渣等非 活 性 混 合 材
a.这类材料本身不具有潜在的水硬性或火山灰性，与水泥矿物组成不起化学作用
b.掺入目的：扩展水泥标号、降低水化
c.常用的有：磨细的石英砂、石灰石粉磨细的高炉矿渣、尾矿粉二、掺混合材的硅酸盐水泥
1、普通硅酸盐水泥 －代号 P.O
—— Ordinary Portland Cement
硅酸盐水泥熟料＋ (6~15)%混合材＋石膏后磨细制成的水硬性胶凝材料标号（ GB175-1999）
32.5,32.5R,42.5,42.5R,52.5,52.5
性质,同硅酸盐水泥相近硅酸盐水泥的技术要求
2.硅酸盐水泥的技术要求
(1)细度 筛孔尺寸为 80μ m的方孔筛的筛余不得超过 10%,否则为不合格
(2)凝结时间 初凝时间不得早于 45min,终凝时间不得迟于 10h
(3)标号 根据 3和 28的抗压强度和抗折强度,将普通硅酸盐水泥划分为
325,425,525,625等四个标号
3.普通硅酸盐的特性
普通硅酸盐与硅酸盐性质差异,
(1)早期强度略低
(2)耐腐蚀性销好
(3)水化热略
(4)抗冻性和抗掺性略差
(5)耐磨性略差三种水泥的共性矿渣、火山灰质、粉煤灰硅酸盐水泥
凝结硬化速度慢，早期强度低，后期强度高；
水化放热速度慢，放热量低；
对温度敏感性高，温度低时影响强度发展；
抗软水,SO42+的腐蚀性好；矿渣水泥耐热性好
适于水下、大体积混凝土结构和蒸养的混凝土构件；
不适于抗冻、干燥地区的混凝土工程。
五种常用水泥的主要性能
22
特性 品种 P.Ⅰ P,Ⅱ P.O P.S P.P P.F
水化热 高 低凝结时间 快 较快 较慢，低温下尤甚强度发展 早期强度高早期强度较高早期强度低，但后期强度可等于同标号硅酸盐水泥抗硫酸腐蚀 较差 较强 当 SiO2多时，抗硫酸盐腐蚀性好当AlO3多时，抗硫酸盐腐蚀性差抗冻性 好 较差干缩性 小 较大 大 较小保水性 较好 差 好 差蒸养适应性 不宜高于 60～ 80℃ 好
4.3 高 铝 水 泥
定义,高铝酸水泥属于铝酸盐类水泥,它是由绿矾土和石灰石为原料,经高温熔融煅烧所得的以铝酸钙为主要成分的熟料,
经磨细而得的水硬性胶凝材料,
(一 )技术要求,
(1)细度 筛孔尺寸为 80μ m的方孔筛的筛余不得超过 10%,否则为不合格
(2)凝结时间 初凝时间不得早于
45min,终凝时间不得迟于 10h
(3)标号 根据 3和 28的抗压强度和抗折强度,将普通硅酸盐水泥划分为
325,425,525,625等四个标号高铝水泥的应用
适于：
紧急抢修的工程，临时军事工事；
冬季施工的工程－水化放热量大且集中；
有抗硫酸盐腐蚀要求的工程－ f-CaO极少
耐高温（ 1300～ 1400℃ ）的工程－高温时，烧结结合代替了水化结合。
不适于于：
长期承重的结构工程－晶体转变引起的强度倒缩；
大体积工程－温度过高引起强度倒缩。
与硅酸盐水泥混用
