第二章 水泥
第一节 硅酸盐水泥
? 在中国硅酸盐辞典中，将水泥的概念定义
为：凡以适当的生料，烧至部分熔融，所得以
硅酸钙为主的硅酸盐水泥熟料，加入适量的石
膏磨细制得的水硬性胶凝材料，称之为硅酸盐
水泥。
? 水硬性：粉末状水泥与水泥混合后，经过一系
列复杂的物理化学反应，可由可塑性浆体变成
坚硬的石状体，将散粒材料胶结成整体，这一
过程是水化在水环境下完成的，同时可以在水
中更好的保持石状体的概念。所以，水泥是一
种水硬性胶凝材料。
胶凝材料的发展史大致可分为三个历史时期
? ① 石膏 —— 石灰时期：公元前 2000— 3000年, 利用生石灰和锻烧
石膏的砂浆, —— 埃及金字塔和中国的万里长城 。
? ② 石灰 —— 火山灰时期：公元初 — 18世纪, 石灰中加入火山灰,
其强度与抗水性都比石灰 — 石膏有所提高, —— 古罗马圣庙建筑 。
? ③ 水泥时期：以前的 ①, ② 都是气硬性胶凝材料, 而 1796年, 利
用天然水泥岩 （ 含粘土成分的石灰石 ） 制造的, 罗马水泥,, 开
始有水硬性胶凝材料, 而水泥岩分布不广 。 所以, 1824年英国泥
瓦工 Jose-ph·Aspdin 发明泥特兰水泥, 也即硅酸盐水泥, 而
1838年约翰逊首先将水泥的锻烧的关键：适当的配料和温度加以
明确 。
? 1890年唐山水泥厂是第一个在中国建成的水泥厂 。
? 硅酸盐水泥,Ⅰ 型硅酸盐水泥，代号 P.Ⅰ 。 Ⅱ 型硅酸
盐水泥，代号 P.Ⅱ 。
? 普通硅酸盐水泥：简称普通水泥，代号 P.O。
? 矿渣硅酸盐水泥：简称矿渣水泥，代号 P.S。
? 火山灰质硅酸盐水泥：简称火山灰水泥，代号 P.P。
? 粉煤灰硅酸盐水泥：简称粉煤灰水泥，代号 P.F。
? 复合硅酸盐水泥,复合水泥，代号 P.C。
? 还有其他水泥：如快硬水泥、油井水泥、彩色水泥
等普通硅酸盐水泥,矿渣硅酸盐水泥、火山灰质硅酸盐水泥、粉煤
灰硅酸盐水泥、复合硅酸盐水泥统称掺混合材料的硅酸盐水泥
水泥的分类 —— 六大通用水泥
?(1)生料的配制与粉磨
?(2)硅酸盐水泥的煅烧
?(3)水泥熟料的粉磨
一、硅酸盐水泥的生产 ——
(两磨一烧 )
二、硅酸盐水泥熟料矿物组分
? 矿物名称 化学成分 缩写符号 含量
? 硅酸三钙 3CaO·SiO2 C3S 44％～ 62％
? 硅酸二钙 2CaO·SiO2 C2S 18％～ 30％
? 铝酸三钙 3CaO·Al2O3 C3A 5％～ 12％
? 铁铝酸四钙 4CaO·Al2O3·Fe2O3 C4AF 10％～ 18％
? 其中，硅酸三钙和硅酸二钙为强度组分，铝酸三钙和铁铝
酸四钙为熔剂组分。
? 其他还有少部分 f-CaO,f-MgO及玻璃体等
三、硅酸盐水泥熟料率值和矿物组成计算
? （一）熟料的各率值 —— 各氧化物之间的比例。
? 1,硅率 ;
? 2,铝率（铁率）
? 3,石灰饱和系数 ；
? 4,碱度
（二）水泥熟料中矿物组成
? 根据熟料中的化学成分含量，计算硅率、铝率、碱度和石
灰饱和系数，可以计算出任何水泥熟料中 C2S,C3S,C3A
和 C4AF的含量：
? C3S=3.8SiO2(N-2)=3.8SiO2(3KH-2)
? C2S=2.87SiO2(3-N)=8.61SiO2(1-KH)
? 一般,P=0.9~1.7，所以 C4AF=3.04Fe2O3
? C3A=2.65(Al2O3-0.64Fe2O3)
? CaSO4=1.70SO3
四、硅酸盐水泥的主要技术性能
?1．密度：一般在 3.05~3.2间，其测试注意介质。与密度
有关的因素：① ρ c3S=3.25,ρ c2S=3.28,ρ c3A=3.04,
ρ C4M=3.71
?存放时间越长，密度下降，这是因为水泥中的 f-
CaO(ρ =3.34)吸水及吸收 CO2，变成 Ca(OA)2甚至
CaCO3(ρ =2.23,ρ =2.7)
?水泥欠烧比重小，过烧比重大
?表现密度,1300左右，粉磨越细，表观密度越小。
?2,细度 （ 分散度 ）
?水泥的细度是表示水泥磨细的程度或分泥分散度的指标 。
? 水泥细度的测试有两种方法,① 筛分法 （ 水筛法或干筛法 ）, 我
国多用 0.080(80nm)的方孔筛进行水筛或干筛, 以其筛余百分数
表征细度, 一般筛余量 <12%。 ② 比表面积法：测试单位每克的水
泥粉的总外表面积, 一般没动在 2500~3500cm2/g之间 。
? 硅酸盐水泥多用比表面积法 。
? 水泥细度对水泥性能影响很大 。 （ 在一般情况下 ） ① 水泥细度越
大, 强度越高, 但太细时早期强度增长虽快, 但后期可能要下降,
且对耐久性不利, 分析 —— a,水化速度加快 。 b,水化范围变大 。
② 需水性影响 。 ③ 收缩影响 。 ④ 经济性分析 。
? 3,需水量：将水泥与水拌成标准稠度状态下的加
水量为水泥的标准稠度需水量 。 （ 水泥重量百分数 ）
P.O水泥一般在 25~28%之间 。
? 影响因素,① 细度；
? ② 矿物组分,C3A>C3S>C4AF>C2S
?4,泌水性与保水性
? 在拌制水泥浆以及砂浆, 砼时, 为保证必要的和易性, 往往加入
比标准稠度用水量多的水 。 但是, 水泥由于自重的原因, 有可能
下沉, 而余水则向上移动被析出, 从而使浆体分层, 从而影响强
度及耐久性等 。 （ 这一现象即称为泌水性 ）
– 与之有关的是保水性：此时余水不会析出, 但当在真空抽吸
时能析出, 这种现象称为保水性 。
? 减少泌水性的措施：
? ① 增加水泥细度 。 ② 增加 C3A含量 。 ③ 掺入混合材 。
? 在工程中应杜绝的现象：
? ① 砌筑砂浆要求保水性好, 决不能泌水, 否则砌体很快吸收浆体
中的水分, 从而降低砂浆的塑性和粘结性, 影响砌体的整体性 。
? ② 离心法生产砼制品时, 不能用泌水性大的水泥 。
? 5,凝结时间
? 凝结分为初凝和终凝 。
? 初凝：水泥加水拌合时, 到标准稠度净浆开始推动可塑
性所需的时间 。
? 终凝：水泥加水拌合至标准稠度净浆完全推动可塑性并
开始产生强度所需的时间 。
? 硅酸盐水泥标准规定, 初凝不得早于 45min,终凝不迟
于 6h30min。
? 影响水泥凝结的因素,① 矿物组分, C3A越高, 凝结越
快 。 ② 水泥细度 。 ③ 环境温, 湿度 。 ④ 缓凝组分,a.石
膏 。 b.缓凝剂及促凝剂 。 C.矿物掺合料 。 （ 特别是 FA）
? 6,体积安定性
? 水泥石硬化后, 产生不均匀的体积变化, 即体积安定性不良 。
? 体积稳定性的危害：引起建筑物的破坏, 构件崩溃 。
? 原因,① 熟料中的 f-CaO太多 —— 控制方法：沸煮法测定 。
? ② 熟料中的 f-MgO太多 —— ≯ 5.0%。
? ③ 掺入的石膏太多 ≯ 3.5%。
? ①, ②,一般是由于熟料烧结时温度高于石灰烧结时的温度, 熟
料中的 f-CaO和 f-MgO成死烧状态, 而过熟的 f-Ca与 f-Mg熟化慢,
待水泥凝结酸化后还在熟化, 导致水泥石体积安定性不良 。 （ 熟
化后体积膨胀, 水泥石开裂 ）
? ③,主要是由于过量的石膏与 C3A的水化物水化铝酸钙反应, 生
成高硫型水化硫酸钙, 体积膨胀 1.5倍, 也引起水泥石开裂 。
? 安定性测试,① 饼法 ② 雷化法 。 主要是促使 f-CaO熟化 ）
? 7,强度与水泥标号
? 强度是材料在外力荷载作用下, 材料抵抗破坏
的能力 。 （ 水泥硬化以后石的强度 ）
? 水泥强度与矿物组分和水泥细度关系明显 。
? ① 水泥细度 。 ② 水灰比 。 ③ 矿物组分,C3S早
强与后期强度都高, 而 C2S早期强度较低, 后
期增长快, 一年后可能超过 C3S,C4AF和 C3A早
强都较高, 但后期无增长 。 ④ 环境条件 。
? 8,水化热
? ① 产生的原因：水化放热反应 。
? ② 矿物组分放热速度不同,C3A>C3S>C4AF>C2S。
? ③ 影响水化热的因素：总的放热量一样, 但可以控
制放热速度 。
? ④ 大体积禁用硅酸盐水泥, 普硅也应控制使用 。
? ⑤ 水化热利用 —— 自养护温度：
? 消除水化热不利影响措施：低热水泥, 冷却导流浇
注温度, 养护等 。
9,水泥的 碱含量
? 若使用活性骨料，用户要求提供低碱水泥时，
水泥中的碱含量按 Na2O+0.658K2O计算值表
示不得大于 0.6％ 。
五、硅酸盐水泥的水化过程
? （一）硅酸盐水泥熟料的水化作用
? 水泥的性能主要由其熟料矿物的矿物组成的决
定, 矿物组分遇水, 发生水化反应, 水泥由粉
状胶结成固太而具有强度 。
1,C3S和 C2S的水化,C-S-H以及 CH
硅酸三钙和硅酸二钙（ ?-C2S)由于其晶体结构特点，
因此遇水后与水发生水化反应,
(3CaO·SiO2)+6H2O→3CaO·2SiO 2·3H2O+3Ca(OH)2
2(2CaO·SiO2)+4H2O→ 3CaO·2SiO2·3H2O+Ca(OH)2
C-S-H CH
? 生成的水化硅酸钙（ C-S-H） 中各化学成分不是恒定
值，有两种形态,C-S-H（ Ⅰ ） 和 C-S-H（ Ⅱ ）,其
中,C-S-H（ Ⅰ ） 的 C/S比 =0.8~1.5,C-S-H（ Ⅱ ）
的 C/S比为 1.5~2.0，它们统称为 C-S-H凝胶，结晶度
较差。 C-S-H（ Ⅰ ）又可表示为 C-S-H（ B）。
? C-S-H凝胶有四种形态，它们具有以下特点：
? （ 1）具有高度的不溶性，溶解度极小；
? （ 2）比表面积大，高度分散性；
? （ 3）具有刚度特征,胶体微粒间以化学键和范德华
力结合,有一定的强度；
? （ 4）内部多孔隙（凝胶孔）。
? 而 CH生成量较 CSH少的多，只能起到填充作用，但
由于 CH间是层状结构，层间结合弱，因此，是裂缝
的策源低。而 CH溶解度较大，对耐久性也不利。
? C3S水化比 C2S快，同时生成的 CH较多。
? C-S-H凝胶的形成与温度有一定的关系，从而影响
凝胶类型和 C/S比。
? 3CaO·A12O3+6H2O→ 3CaO·A12O3·6H2O
2,C3A的水化
3,C4AF的水化
（二）硅酸盐水泥的水化
七、水泥石体积的变化
? 1,化学收缩：水泥在水化过程, 由水泥熟料水化成
水化产物, 由于这一过程产生的收缩叫化学收缩 。
? 原因：水泥水化后的固相体体积比水化前大, 虽然如
此, 就整个水泥 —— 水体系来讲, 体积反而有的减少,
其原因是主要原因是水化前体系体积包括固, 液相,
虽然反应生成物固相增大, 但总体积减小 。
? 对于硅酸盐水泥来讲, 每 100g的缩减总量为 7~9ml。
矿物组分化学缩减不同,C3A>C4AF>C3S>C2S。
? 2,干缩 （ 失水收缩 ）
? 3,碳化收缩：当空气中有适当的湿度时,
CO2+H2O 会 引 起 水 泥 石 收 缩 ① CO2+H2O 与
Ca(OH)2不断作用 。 ② CO2与水化物发生置换反
应, 而发生碳化收缩 。
? 4,自干燥收缩 —— 低水胶比下
八、水泥石的耐久性
(1)软水腐蚀 (溶出性腐蚀 ),氢氧化钙不断地溶解流失
(2)离子交换腐蚀 (溶解性腐蚀 )
–1)碳酸的腐蚀
–2)一般酸的腐蚀
–3)镁盐的腐蚀
(3)膨胀性腐蚀
–1)硫酸盐腐蚀
–2)硫酸的腐蚀
(4)碱的腐蚀
(5)水泥石腐蚀的防止
第二节 掺混合材的硅酸盐水泥
? 混合材：在水泥生产时, 为改善水泥的性能,
如强度和耐久性等而加入到水泥中, 和水泥熟
料, 石膏一起粉磨的矿物材料 。
? 混合材又分为活性混合材和非活性混合材 。
? 一, 混合材的类别
? 1,活性混合材：在激发条件下 （ 石灰或石膏
的作用 ）, 加水拌合后, 生成具有胶凝性的水
化产物, 既能在水中, 又能在空气中发展并保
持强度的矿物材料 。 这一类材料包括有：粉煤
灰, 粒化高炉矿渣, 火山灰质材料等 。 （ 尽可
能具无定形态, 而非晶态 ） 。
? 激发与激发剂：加入到水泥中的活性混合材的
激发剂为水化物 CH和石膏, 并不外加 。
? 2,非活性混合材：由于这类材料活性很低, 即
使在有激发条件下 （ 碱或石膏 ） 也不与水发生
水化反应, 也不具有水硬性胶凝性质的矿物材
料
活性混合材在水泥中的作用主
要表现为以下几点：
? （ 1）二次反应（又叫火山灰反应）
? 火山灰效应的好处：①由于消耗了大量的
Ca(OH)2，提高了水泥石的强度和耐久性。②
水泥水化物中，高碱性水化硅酸钙与低碱性
（ C/S<1.5 ）水化硅酸钙相比，低碱性 CSH强
度更高，耐久性更好，因此，火山灰反应使
CSH由高碱性 CSH转变为低碱性水化硅酸钙，
增加了强度和耐久性。③降低了 Aft生成的可
能性。④对碱集料反应的抑制有利。
? （ 2） 经济效应与环保效应
? 活性混合材一般都是工业废弃物，将它加入到
水泥中，（在不改变水泥性能的前提下），取
代了都分水泥，一来作到了废弃物的再利用，
增加了水泥产量，提高了经济效应，再者废弃
物利用，减少堆场占地面积，也有经济效应，
同时废物利用，减少 CO2排放是，也具有环保
效应。
? （ 3）降低水化热。（ 4）改变水泥与集料间粘
结力。
非活性混合材作用：
?（ 1） 经济效应与环保效应
?（ 2）降低水化热
?（ 3）改变水泥与集料间粘结力。
混合材品种
? 1,活性混合材：硅灰（ SF）、矿渣（ SL）、
粉煤灰（ FA）、沸石粉、稻壳灰、偏高龄土、
磷渣等；
? 2,非活性混合材：石粉、石英粉、碳黑等。
二、混合材性能
? 1,矿渣 —— 磨细高炉矿渣
? 矿渣：在炼铁炉中，浮于铁水的表面一层熔渣，
排出时用水急冷，得到水淬矿渣，也叫粒状高
炉矿渣。
? （ 1） 化学成分
? （ 2） 矿渣结构
? （ 3） 矿渣活性
? 2,火山灰质混合材
? ① 硅酸质混合材：硅藻土 （ SiO2,68.78%）, 硅藻石
（ SiO2,76.50%）, 蛋白石 （ SiO2,88.92%）, 硅质渣
（ SiO2,79.1%）, 硅灰等 。 其中的 SiO2接近或超过 70%，
硅灰的 SiO2>90%。
? ② 铝硅玻璃质混合材 。
? 这类混合材除活性 SiO2含量较大外, Al2O3含量也较大, 包
括粉煤灰, 火山灰, 浮石, 凝灰岩等天然混合材及人工的
粉煤等 。
? ③ 烧粘土质混合材 。
? 这类材料的活性组成主要为脱水粘土矿物, 仍以 SiO2和
Al2O3为主, 包括烧粘土, 煤矸石, 页岩渣等 。
? 火山灰质混合材根据不同的种类及化学成分、活性成分不
同，其水化、凝结、强度各有不同。
? （ 1） 粉煤灰
? 粉煤灰：是发电厂铝炉以煤作燃料时，从其烟气中
收集下来的灰渣，又叫作飞渣，又叫作飞灰（ Fly
ash）
? （ 2） 硅灰
? 硅灰是铁合金厂冶炼硅铁合金或金属硅时收集的烟
气, 硅灰平均粒径很小, 只有 0.1?m 左右, 比表面
积高达 150000~250000cm2/g,硅灰组成中, 含活性
SiO2约 90％ ～ 98％, 呈球状体, 硅灰具有火山灰活
性 。
? （ 3）其它
主要的火山灰混合材
活性混合材活性及评价
? 活性混合材种类不同，其活性原因也不同：
? 1,具有潜在水硬性 —— 矿渣（需要碱或硫酸盐
激发其活性）
? 2,具有 火山灰反应（二次反应） 能力 —— 硅灰、
粉煤灰及沸石等；
? 3,同时具有以上两种能力 —— 高钙粉煤灰、固
硫渣等。
活性评价
? 1,活性率指标（廉慧珍）
? 2,质量系数法
? 3,石灰吸收值法
? 4,抗压强度比法（较普遍）
? 5,比强度法（蒲心诚）
三、掺混合材的水泥
? 1,硅酸盐水泥,Ⅰ 型硅酸盐水泥，代号 P.Ⅰ 。 Ⅱ 型硅
酸盐水泥，代号 P.Ⅱ 。
? 2,普通硅酸盐水泥,简称普通水泥，代号 P.O。
? 3,矿渣硅酸盐水泥,简称矿渣水泥，代号 P.S。
? 4,火山灰质硅酸盐水泥,简称火山灰水泥，代号 P.P。
? 5,粉煤灰硅酸盐水泥,简称粉煤灰水泥，代号 P.F。
? 6,复合硅酸盐水泥,代号 P.C：
第三节 高铝水泥（矾土水泥、铝酸盐水泥）
? 高铝水泥是铝酸盐水泥的一种, 其主要矿物组成
主要为 CA（ 铝酸 — 钙 ）, CA2（ 二铝酸一钙等
铝酸盐矿物以及少量的 C2S等 。
? 高铝水泥是以铝矾土和石灰石为原料，按适当的
比例配合后进行烧结或熔融，冷却后经粉磨而成。
生产工艺与硅酸盐基本相同。但相对熟料难磨。
高铝水泥矿物组分
矿物名称 矿物成分 简写
铝酸一钙 (主要 ) CaO·A12O3 CA
二铝酸一钙 CaO·2A12O3 CA2
硅铝酸二钙 2CaO·A12O3·SiO2 C2AS
七铝酸十二钙 12CaO·7A12O3 C12A7
高铝水泥的水化与硬化
高铝水泥矿物组分中 CA和 CA2是主要的，
其次是 C12A7,这些矿物组分在不同的温度
下水化产物不同。
? ?
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? ? ? ?
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30
123
382
30~20
112
10
20
10
232232232
232232232
232232
OHOAlOHOAlC a O
℃
OHOAlC a O
OHOAlOHOAlC a O
℃
OHOAlC a O
OHOAlC a O
℃
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铝胶水化铝酸二钙
水化铝酸一钙
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? 虽然在低温下形成的 CAH10和 C2AH8，但它们都
是亚稳定性的，最终要转化为 C3AH6，这是一个自
发的过程。
? 由在以下条件下，这个过程会加快：
? ①温度的升高
? ②湿度的升高
? ③碱度增加
?
? 但 C3AH6强度不如 CAH10和 C2AH8，降低值达
40%以上。
? 在常温下的工程实践证明，高铝水泥长期强
度要下降，特别是在湿热环境中，影响更为严
重，甚至引起结构的破坏，因此，高铝水泥应
限制使用，特别是结构工程中，但由于其强度
发展快，可用于抢修工程。
在实践中，保证高铝水泥砼工程质量的关键环节在于
? ① 施工和养护降低砼温度（不要阳光照对，要洒水养护
等），砼体积不宜过大，（不超过 45cm为宜，但非国家规
定）。
? ②合理控制好 W/C，应尽量采用较低的 W/C，一般为 0.4，
W/C=0.4时水份并不能保证水泥的完全水化，但可以保证
出现晶型转化时（ CAH10和 C2AH8→C 3AH6）,游离出的水
又使水泥开始水化，新形成的水化物填充密实孔隙。
? ③在高铝水泥中掺加石膏或无水石膏。 CAH10和 C2AH8可
与石膏反应生成水化硫铝酸钙，从而解决晶型转化。
? ④掺加粒化高炉矿渣
三、高铝水泥的性能及应用
? ① 施工与养护避免高温, 温热, 适于冬季施工,
不适于大体积砼 。
? ② 不得与石灰, 硅酸盐水泥混合存放或使用, 因
会出现闪凝, 且生成高碱性水化铝酸钙另有膨胀,
因为 Ca(OH)2对高铝水泥起加速凝结作用 。
? ③ 适于抢修工程 。
? ④ 有很高的抗硫酸盐浸蚀性能 。
? ⑤ 有较高的耐热性, 在 900℃ 下, 强度损失至
原来的 70%,1300℃ 时为 50%左右 。
? ⑥ 对 Cl-渗透性强, 所以对钢筋锈的防护不利 。
? ⑦ 可用于生产人造大理石, 成型快, 脱模快,
但不宜追求高过的后期强度 。
? ⑧ 抗碱, 抗酸性极差 。
? ⑨ 与石膏配合可以配制膨胀水泥 。
?
第四节 其它品种水泥
? 其它品种水泥是以硅酸盐水泥以及铝酸盐、
硫铝酸盐水泥等为基础，通过掺入其它材料
或在特殊工艺下，赋予水泥特殊的性能。
一、快硬水泥
? 1,快硬硅酸盐水泥
? 2,快硬硫铝酸盐水泥
? 3,氟铝酸盐快硬水泥
二、装饰水泥
? 1,白色水泥
? 2,彩色水泥
三、道路硅酸盐水泥
? 以适当的生料烧至部分熔融，所得的以硅酸钙为主要
成分和较多的铁铝酸四钙的硅酸盐熟料，加入适量的
石膏共同磨细，所得的水硬性胶凝材料，称为道路硅
酸盐水泥。 (,道路硅酸盐水泥, (GBl3693-92) )
? 在道路硅酸盐水泥中，熟料的化学组成和硅酸盐水泥
是完全相同的，只是水泥中的铝酸三钙的含量小于 5.0
％，铁铝酸四钙的含量要大于 16.0％。
道路水泥的技术性质及应用
? 道路水泥抗折强度高，耐磨性好、干缩小、抗冻性、
抗冲击性、抗硫酸盐性能好，可减少混凝土路面的断
板、温度裂缝和磨耗，减少路面维修费用，延长使用
年限。
? 适用于道路路面、机场跑道、城市人流较多的广场等
工程的面层混凝土。
四、抗硫酸盐水泥
? 以适当的生料烧至部分熔融，所得以硅酸钙为主要成
分的熟料，加入石膏，共同磨细制成的具有一定抗硫
酸盐侵蚀性能的水硬性胶凝材料，称为抗硫酸盐硅酸
盐水泥，简称抗硫酸盐水泥。
? 在抗硫酸水泥中,C3S的含量小于 50％； C3A含量小
于 5％,C3A和 C4AF的总含量小于 22％。
五、膨胀水泥和自应力水泥
? 在钢筋混凝土中应用膨胀水泥，由于混凝土
的膨胀使钢筋产生一定的拉应力，混凝土受
到相应的压应力。
? 根据压应力的大小，可以将水泥分为两类，
一类压应力值不小于 2.0MPa时，为自应力水
泥；另一类压应力值小于 2.0MPa的为膨胀水
泥。
自应力水泥
? 自应力水泥的膨胀值较大。
? 常用的自应力水泥有硅酸盐自应力水泥、铝酸
盐自应力水泥等。
? 一般用于预应力钢筋混凝土压力管及配件等。
膨胀水泥
? 膨胀水泥主要用于收缩补偿混凝土工程，防渗
混凝土 (屋顶防渗、水池等 )，防渗砂浆，结构
的加固，构件接缝、接头的灌浆，固定设备的
机座及地脚螺栓等。
? 膨胀水泥有硅酸盐膨胀水泥、高铝膨胀水泥、
硫铝酸盐膨胀水泥、铁铝酸盐膨胀水泥等。
六、砌筑水泥
? 以活性混合材料和一些具有潜在水硬性的工业
废料为主，加入少量的水泥熟料、石膏，磨细
所得的水硬性胶凝材料，称为砌筑水泥 (,砌
筑水泥, (GBl83-82))。
? 用于工业与民用建筑的砌筑砂浆、内墙抹面砂
浆，也可用于配制道路混凝土垫层或蒸养混凝
土砌块。
七、油井水泥
? 用于油井, 气井的固井工程中, 又称之为堵塞
水泥 。 这主要是保证在石油, 天然气勘探, 开
采时把钢质套管下入井内, 再注入水泥浆将套
筒与周围地层胶结封固, 封隔地层内的油气,
水层, 以便在井内形成一条良好的油流通道 。
? 油井水泥因受地层温度影响, 要承受高温, 高
压这是油井水泥生产和使用中最主要的问题
八、大坝水泥
? 大坝水泥包括低热水泥, 中热水泥等, 是水化热较低
的一种硅酸盐水泥品种, 适用于水工大坝, 大型构筑
物及大体积的基础工程 。
? 水泥砼导热性差, 水泥的水化热不易散失, 造成砼内,
外温差太大而易产生裂缝的出现 。
? 因而有必要采取措施控制温差,① 内部冷却系统 。 ②
集料预冷却 。 ③ 注意养护条件 。 ④ 低热, 中坝水泥等
大坝水泥 。 ⑤ 冰水搅拌 。 ⑥ 掺入掺和料 。
? 大坝水泥,① 熟料中 C3A和 C3S含量应降低 。 ② 掺入混
合材如矿渣, 粉煤灰 。
九,喷射水泥
十,超细水泥
十一、活化水泥
十二、球状水泥
十三、调粒水泥
硅酸盐水泥
? 1,硅酸盐水泥定义：“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（即国外通称的波特兰
水泥）。硅酸盐水泥分两种类型，不掺加混合材料的
称 Ⅰ 型硅酸盐水泥，代号 P.Ⅰ 。在硅酸盐水泥粉磨时
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 Ⅱ 型硅酸盐水泥，代号 P.Ⅱ 。” (据 GB175
－ 1999,硅酸盐水泥、普通硅酸盐水泥, )
– 2,硅酸盐水泥的技术性能
– 3,硅酸盐水泥的特性、应用
–1)早期强度和后期强度高
–2)水化热大、抗冻性好
–3)干缩小、耐磨性较好
–4)抗碳化性较好
–5)耐腐蚀性差
–6)不耐高温
普通硅酸盐水泥
? 1,普通硅酸盐水泥定义：凡由硅酸盐水泥熟
料,6％～ 15％混合材料、适量石膏磨细制成
的水硬性胶凝材料，称为普通硅酸盐水泥（简
称普通水泥），代号 P.O。” (据 GB175－
1999,硅酸盐水泥、普通硅酸盐水泥, )
2,普通硅酸盐水泥的技术要求
– 1)细度,0.08mm方孔筛筛余量不得超过
10.0％ 。（用筛余法）
– 2)凝结时间,初凝时间不得早于 45min，
终凝时间不得迟于 10h。
– 3)强度等级
?3,普通硅酸盐水泥的特性、应用
– 基本同硅酸盐水泥
矿渣硅酸盐水泥
? 矿渣硅酸盐水泥定义：“凡由硅酸盐水泥熟料
和 20％ — 70％ 粒化高炉矿渣、适量石膏磨细制
成的水硬性胶凝材料，称为矿渣硅酸盐水泥
（简称矿渣水泥），代号 P.S。” (据 GB1344
－ 1999,矿渣硅酸盐水泥、火山灰质硅酸盐水
泥、粉煤灰硅酸盐水泥, )
?特性及应用
–①凝结硬化速度慢,早期强度低，后期强度高
–②对温度湿热敏感性强,适于蒸养 (steam curing or
high-pressure steam curing)
–③ 耐腐蚀性好,可用于海港工程和水工大坝的建设。
–④水化热小,可用于大体积混凝土，大型基础和混凝土
大坝等。
–⑤耐热性好
–⑥抗碳化 (carbonization)能力差,一般不用于热处理车
间的修建。
–⑦矿渣水泥的保水性差、抗渗性差、泌水通道较多、干
缩较大，使用中要严格控制用水量，加强早期养护。
– ⑧抗冻性差,不宜用于冬季施工
火山灰质硅酸盐水泥
? 火山灰质硅酸盐水泥定义：“凡由硅酸盐水泥
熟料、火山灰质混合材料 (掺量为水泥熟料质
量的 20％ -50％ )和适量石膏磨细制成的水硬性
胶凝材料，称为火山灰质硅酸盐水泥（简称火
山灰水泥），代号 P.P。” (据 GB1344－ 1999
,矿渣硅酸盐水泥、火山灰质硅酸盐水泥、粉
煤灰硅酸盐水泥, )
– 特性及应用
– 火山灰水泥干缩大，在干燥高温下，水化
硅酸钙与空气中的二氧化碳反应生成碳酸钙
和氧化硅，产生, 起粉, 现象。 不宜用于干
燥环境 。
–抗冻性和耐磨性比矿渣水泥还要差 。
–抗渗性高 。
–掺入粘土质的火山灰水泥不抗硫酸盐侵蚀 。
粉煤灰硅酸盐水泥
? 粉煤灰硅酸盐水泥定义：“凡由硅酸盐水泥熟
料、粉煤灰 (掺量按质量百分比计为 20％ -40％ )
和适量石膏磨细制成的水硬性胶凝材料，称为
粉煤灰硅酸盐水泥（简称粉煤灰水泥），代号
P.F。” (据 GB1344－ 1999,矿渣硅酸盐水泥、
火山灰质硅酸盐水泥、粉煤灰硅酸盐水泥, )
特性及应用
–干缩小，抗裂 。
–凝结硬化慢，早期强度低。
–色深。
–抗碳化性能差。
复合硅酸盐水泥
? 复合硅酸盐水泥定义：“凡由硅酸盐水泥熟料、
两种或两种以上规定的混合材料 (混合材的总
掺量按质量的百分比为 15％ ~50％ )、适量石
膏磨细制成的水硬性胶凝材料，称为复合硅酸
盐水泥（简称复合水泥），代号 P.C。” (据
GB12958-1999,复合硅酸盐水泥, )
特性及应用
?耐腐蚀性好
?水化热小，
?抗渗性好，
?早强。
硅酸盐水泥 生料的配制
? 原料
– 石灰质原料（如石灰石、贝壳等，提供 CaO）
– 粘土质原料（如粘土、页岩等，主要提供 SiO2、
Al2O3,Fe2O3）
– 校正原料（如铁矿粉、砂岩，前者是补充原料中不足
的氧化铁，后者是补充原料中不足的 SiO2）
– 矿化剂
? 工艺
– 干法
– 湿法
硅酸盐水泥的煅烧
? 窑型
– 立窑
– 回转窑
? 煅烧过程
水分蒸发 生料预热 生料分解 熟料煅烧 熟料冷却
立窑
旋窑水泥熟料
生料
水泥熟料
生料
硅酸三钙 —— 硅酸三钙简称 A矿（ Alite)
? 硅酸三钙晶体结构特点：
? （ 1）是晶体结构是 [SiO4]4-四面体 和 [CaO6]10-八
面体交联而成；
? （ 2）在常温下存在的假稳态，具有热力学不稳
定性；
? （ 3）结构中由于 Al3+,Mg2+等离子的搀杂，而
形成固溶体，固溶体程度越大，矿物矿性越高。
? （ 4） Ca2+的配位数得不到满足；
? （ 5） [CaO6]10-八面体中 O2-分布不规则，结构中
存在较大的空穴，水分或 OH-容易进入，易利水
化。
硅酸二钙 —— B矿（ Blite)
? 硅酸二钙有四种晶型,?-C2S,?‘ -C2S,? -C2S,? -
C2S。 水泥中出现的是 ?-C2S 。
? 结构特点,
? （ 1）晶体结构是由 [SiO4]4-四面体 和 Ca2+组成；
? （ 2）在常温下存在的假稳态，具有热力学不稳定性；
? （ 3）结构中的钙离子具有不规则的配位，配位数不能
满足，因此活性较高；
? （ 4）杂质和稳定剂的存在，有利于固溶体的形成，能
提高矿物的活性；
? （ 5）没有象硅酸三钙那样的空穴，因此水化速度较慢。
铝酸三钙
铁铝酸四钙
? 1,硅率 —— 表示水泥熟料中 SiO2与 Al2O3，
Fe2O3之和的比值，以 n或 SM表示。
? 本指标表示水泥熟料中硅酸盐矿物（强度组分）
与熔剂性矿物之间的数量比，硅率越大，强度
组分含量也越高。这意味着煅烧过程中的液相
含量越少，煅烧温度越高，当硅率过小时，因
熔剂矿物太多，熟料易形成大块，甚至出现结
圈、结窑，影响生产。
? 2,铝率 —— 又称铁率，表示 Al2O3与 Fe2O3的相
对含量，也表示熟料中铝酸三钙与铁铝酸四钙的
相对比例，用 P或 IM表示。
? P一般在 0.9~1.7之间波动，。铝率反映了水泥煅
烧过程中高温液相的黏度，铝率高，意味着铝酸
三钙含量高，液相黏度大，铝率低，液相黏度小，
对形成硅酸三钙有利，但烧结范围变窄，窑内易
结大块，不利于控制。
? 当 P大于 0.64时,C3A和 C4AF都能生成，当 P小
于 0.64时，只能生成 C4AF，无 C3A生成。
? 3,石灰饱和系数：熟料中全部氧化硅生成硅
酸钙（ C2S和 C3S）所需的氧化钙与全部氧化
硅生成硅酸三钙所需氧化钙最大含量的比值，
也即表示熟料中氧化硅被氧化钙饱和形成硅酸
三钙的程度。用 KH表示。
? 理想水泥熟料 KH=1，但实际上 KH=0.8~0.9。
KH过低,C3S量少,C2S量多,C2S易出现晶
型转化,KH过高，烧结困难，容易生成 f-CaO。
? 在旋窑 KH值控制比立窑的偏高，主要是旋窑
煅烧条件好，均匀。
? 4,碱度 —— 表示与一个 SiO2分子平均能结
合 CaO的分子数，用 N表示。
? 由于水泥熟料中主要出现出社 C2S和 C3S，
因此 N=2~3。
? N=3KH
碳酸对水泥石的腐蚀
? Ca(OH)2+CO2+H2O→CaCO 3+2H2O
? CaCO3+CO2+H2O→Ca(HCO 3)2
? 反应生成的碳酸氢钙易溶于水, 溶解流失
一般酸 对水泥石 的腐蚀
2HCl+Ca(OH)2→CaCl 2(易溶 )+2H2O
镁盐 对水泥石 的腐蚀
MgCl2+Ca(OH)2→ CaCl2(易溶 )+Mg(OH)2
(絮凝状、无胶结力 )
硫酸盐对水泥石 的 腐蚀
MgSO4+Ca(OH)2+2H2O→ Mg(OH)2(絮凝状的, 无胶结力 )+CaSO4·2H2O
3(CaSO4·2H2O)+3CaO·A12O3·6H2O+19H2O→ 3CaO·Al2O3·3CaSO4·31H2O
(水化硫铝酸钙 )(结晶膨胀 )
硫酸对水泥石的腐蚀
H2SO4+Ca(OH)2→ CaSO4·2H2O+H2O
3(CaSO4·2H2O)+3CaO·A12O3·6H2O+19H2O→ 3CaO·Al2O3·3CaSO4·31H2O
(水化硫铝酸钙 )(结晶膨胀 )
碱对水泥石的腐蚀
3CaO·A12O3+6NaOH→ 3Na2O·Al2O3+3Ca(OH)2
(易溶于水 )
2NaOH+2CO2+H2O→ 2Na2CO3+H2O
(结晶膨胀 )
水泥石腐蚀的防止
① 当存在腐蚀性介质时, 选择合适的水泥品种,
掺入合适的混合材, 减少水泥中易被腐蚀的物
质 (即 Ca(OH)2,3CaO·A12O3·6H2O)。
② 提高水泥石的致密度, 降低水泥石的孔隙率 。
通过减小水灰比, 掺加外加剂, 采用机械搅拌
和机械振捣, 可以提高水泥石的密实度 。
③ 在水泥石的表面涂抹或铺设保护层, 隔断水泥
石和外界的腐蚀性介质的接触 。 例如, 可在水
泥石表面涂抹耐腐蚀的涂料, 如：水玻璃, 沥
青, 环氧树脂等；或在水泥石的表面铺建筑陶
瓷, 致密的天然石材等 。
矿渣化学成分
? 矿渣的主要化
学成份是硅酸
钙，与熟料的
化学成分相似，
但主要差别在
于矿渣中钙含
量偏低，而硅
含量偏高。
SiO2
CaO Al2O3
硅酸盐水泥
高炉矿渣
硅酸盐水泥与矿渣化学成分比较
化学成分
(含量 %） CaO SiO2 Al2o3 Fe2O3 MgO
硅酸盐水泥 62~67 20~24 4~7 2~5 <5~6
矿渣 35~45 30~40 7~20 <(FeO) <9
? 化学成分与性能有直接的关系：
? （ 1）当 CaO含量高时，对活性有利，但不能超过
51%以上，否则渣体在液态时，容易析出晶体，并
会使其中的 ?-C2S变为 ?- C2S，使活性降低。
? (2)SiO2对活性不利，因为容易形成高硅玻璃体，
活性下降。
? (3)MgO在矿渣中不存在安定性问题，因为是稳态
存在。当含量 <20%时，对矿渣活性有良好影响，
可以促进矿渣玻璃化（非晶态）。
? （ 4） MnO是有害物质。
? （ 5） Al2O3对活性有利。
? 根据化学成分，矿渣可以分为酸性、中性和碱
性矿渣三种，这主要是根据碱性系数来确定：
? M0>1，碱性矿渣；
? M0<1，酸性矿渣；
? M0=1，中性矿渣
322
0 OAlS iO
M g OC a OM
?
??碱性系数
结构
? 矿渣是非晶体，在宏观上是硅氧四面体组成的
聚合度不同的网络状结构。
? 矿渣经水淬的原因，就是要使之形成无定形的
玻璃体，具有热力学不稳定性，因此具有活性。
同时使 ?-C2S来不及变为 ?- C2S。
× 4200 × 2000
磨细矿渣在 SEM下的形貌
微观形貌
? 矿渣活性主要取决于结构，当然与化学成
分也密切相关。质量系数：
活性
2.1
22
32 ?
??
??
?
T iOM n OS iO
M g OOAlC a O
K
粉煤灰
? 粉煤灰颗粒直径一般为 0.001~0.05mm，其物理
性态多为实心或空心的球颗粒，表面致密；其
化学性质，也即其活性主要决定于玻璃体，含
量可达 70%，其成份主要是活性氧化硅和活性
氧化铝，除此两种化学成分外，其中还包括
CaO,SO32-以及未燃烧的碳等，其中，据一些
资料介绍 SO32-有可能附着于粉煤灰颗料表面，
因而具有缓凝性。
原状粉煤灰
SEM下的形貌
× 2900
× 1000
× 5000
× 4200 × 2000
磨细粉煤灰在 SEM下的形貌
粉煤灰分类：
? ① 根据品质, 含碳量等分为 I,II,III三级 。
? ② 按含钙量高低, 可有高钙, 低钙粉煤灰之分,
CaO含量高对活性有利, 当 CaO含量 >25%时, 即
使在无激发条件, 也有可能产生水硬性 。
? ③ 按 f-CaO含量分为酸性煤灰和碱性份煤灰 。 酸性
矾,f-CaO不含, 用其制的水泥水化热很低, 适用
于大体积砼碱 FA：含 f-CaO,f-CaO自力激发其他
FA中的活性成分, 因而具有自力水硬性, 但当 f-
Ca%>25%时, 会带来体积安定性问题 。
?影响粉煤灰性能的因素：
? ① 玻璃体含量：玻璃体含量越高, FA活性越好 。
? ② 煤粉 （ 未燃碳 ）,碳含量越高, 越影响 FA的
水硬性及耐久性 。 要求 ≤8%（ 烧失量 ） 。
? ③ CaO含量越高, 活性越好, 但不可超过限度 。
? ④ 燃烧时的温度和负压抽风压力, 也影响了玻
璃体含量及碳粉含量等 。
? ⑤ 粉煤灰细度 。
未燃碳的不利影响：
? a,增加了需水量。
? b,未燃煤粉遇水后表而形成一层憎水膜，阻碍
了 Ca(OH)2与 FA的作用影响活性发挥。
? c,煤粉吸收水分，体积膨胀，稳定性降低。
硅灰
1μ m
0.1μ m
硅灰在 SEM下的形貌 （ 文献 ）
火山灰反应
? 硅酸盐水泥熟料中含有高达 75%的 C3S和 C2S，它
们在水化后，主要形成高碱性水化硅酸钙 (C/S>1.5)
和大量 Ca(OH)2的，与低碱性水化硅酸钙 (C/S<1.5)
相比，高碱性水化硅酸钙强度低，耐久性不足。更
主要是水化物游离 Ca(OH)2，强度极低，稳定性很
差。掺入足量的活性矿物掺和料后，掺和料中的
SiO2与水泥石中的水化产物 Ca(OH)2和高碱性水化
硅酸钙产生水泥混凝土中的所谓“二次反应”，也
即称之为“火山灰反应” [1]。反应式如下：
OnHS i OC a Oz
y S i OOnHS i OC a Ox
OnHS i OC a O
OHnS i OOHCa
22
222
22
222
)5.1~8.0(
)0.2~5.1(
)5.1~8.0(
)}5.1~8.0({)()5.1~8.0(
??
????
??
????
除此两个反应外，水泥混凝土中游离的石灰石也可
与活性掺和料中的活性 Al2O3反应，生成水化铝酸
钙，或与 SiO2及 Al2O3反应生成水化硅铝酸钙。
? 活性掺和料中的 SiO2与 Ca(OH)2和高碱性水化硅
酸钙反映后，生成低碱性的水化硅酸钙，这样，
不但使水泥石中的水化胶凝物质的数量增加，而
且也使其质量得到大幅度提高，并能有效防止在
过渡区生成对混凝土微结构和强度不利的
Ca(OH)2粗大板状定向结晶，在混凝土配比其它
条件（如胶凝材料用量、水胶比等）相同的情况
下，混凝土强度得到提高，混凝土耐久性增强。
? 1,活性率指标
322
322
OAlS iO
OAlS iO
全全
活性活性活性率指标
?
??
2.抗压强度比
掺入 30%的火山灰质材料的混凝土强度与纯硅
酸盐水泥混凝土在 28天龄期时的强度比。
3,比强度法
快硬硅酸盐水泥
? 以适当的生料烧至部分熔融，所得的以硅酸钙为
主要成分的熟料，加入适量的石膏，磨细制成的
具有早期强度增长率快的水硬性胶凝材料，称为
快硬硅酸盐水泥，简称快硬水泥。
? 快硬水泥的生产同硅酸盐水泥基本一致，只是在
生产时提高了硅酸三钙 (50％ -60％ )、铝酸三钙 (8
％ -15％ )的含量，两者的总量不少于 65％。同时
增加了石膏的掺量 (8％ )，提高了粉磨细度 (比表面
积达 450m2／ kg)。
应用
? 主要用于抢修、堵漏、及军事工程
快硬硫铝酸盐水泥
? 以适当的生料烧至部分熔融，得到以无水硫酸
钙和硅酸二钙为主要矿物成分的熟料，加入适
量的石膏磨细的具有早期强度高特性的水硬性
胶凝材料，称为快硬硫铝酸盐水泥 (,快硬硫
铝酸盐水泥, (JC714— 1996))。
快硬硫铝酸盐水泥特点与应用
? 无水硫铝酸钙与石膏迅速反应生成钙矾石晶体和大量的铝
胶 。 早期强度高 。
? C2S水化的水化产物 Ca(OH)2晶体和水化硅酸钙胶体不断
填充水泥石的孔隙 。 硬化后水泥石的结构致密, 孔隙率小,
抗渗性高, 水化产物中 Ca(OH)2的含量少, 抗硫酸盐腐蚀
能力强 。
? 主要用于配制早强, 抗渗, 抗硫酸盐腐蚀的混凝土工程 。
可用于冬季施工, 浆锚, 喷锚支护, 节点, 抢修, 堵漏等
工程 。 此外, 由于硫铝酸盐的碱度低, 可用于生产各种玻
璃纤维制品 。
快硬氟铝酸盐水泥
? 熟料主要成分为氟铝酸钙（ C11A7,C Af2）,
再加石膏共同磨细而成，其终凝 2-3h，
R=20Mpa左右。
白色水泥
? 白色硅酸盐水泥的主要成分还是主要以硅酸盐为主, 其中
少了着色物质 （ 氧化铁, 氧化锰, 氧化钛及氧化铬等 ） 。
它们生产工艺与硅酸盐水泥熟料基本相同, 有一些区别：
? ① 原料：原料锻烧后应少着色物质, 如纯的石英砂, 纯的
石灰石等 。
? ② 粉磨：用白色陶瓷作为衬板及研磨体, 不能用钢, 铁做
研磨体, 装置电磁装置 。
? ③ 熟料磨细时可加入 5%以内的石灰石 。
? ④ 燃料用气体或液体燃料, 或限制煤中的 Fe2O3。
? 其他要求，如凝结时间、标号、安定性问题与硅酸盐水泥
类似。
彩色水泥
? ① 彩色硅酸盐水泥：以白色硅酸盐水泥熟料,
石膏及耐碱矿物颜料共同磨细而成 。 （ 但红,
赫色, 黑色等水泥可不用白色硅酸盐水泥 ）,
其他要求及性能类似与硅酸盐水泥 。
? ② 彩色铝酸盐水泥,铝酸盐水泥生料中加入着
色剂而烧结而成 。
第一节 硅酸盐水泥
? 在中国硅酸盐辞典中，将水泥的概念定义
为：凡以适当的生料，烧至部分熔融，所得以
硅酸钙为主的硅酸盐水泥熟料，加入适量的石
膏磨细制得的水硬性胶凝材料，称之为硅酸盐
水泥。
? 水硬性：粉末状水泥与水泥混合后，经过一系
列复杂的物理化学反应，可由可塑性浆体变成
坚硬的石状体，将散粒材料胶结成整体，这一
过程是水化在水环境下完成的，同时可以在水
中更好的保持石状体的概念。所以，水泥是一
种水硬性胶凝材料。
胶凝材料的发展史大致可分为三个历史时期
? ① 石膏 —— 石灰时期：公元前 2000— 3000年, 利用生石灰和锻烧
石膏的砂浆, —— 埃及金字塔和中国的万里长城 。
? ② 石灰 —— 火山灰时期：公元初 — 18世纪, 石灰中加入火山灰,
其强度与抗水性都比石灰 — 石膏有所提高, —— 古罗马圣庙建筑 。
? ③ 水泥时期：以前的 ①, ② 都是气硬性胶凝材料, 而 1796年, 利
用天然水泥岩 （ 含粘土成分的石灰石 ） 制造的, 罗马水泥,, 开
始有水硬性胶凝材料, 而水泥岩分布不广 。 所以, 1824年英国泥
瓦工 Jose-ph·Aspdin 发明泥特兰水泥, 也即硅酸盐水泥, 而
1838年约翰逊首先将水泥的锻烧的关键：适当的配料和温度加以
明确 。
? 1890年唐山水泥厂是第一个在中国建成的水泥厂 。
? 硅酸盐水泥,Ⅰ 型硅酸盐水泥，代号 P.Ⅰ 。 Ⅱ 型硅酸
盐水泥，代号 P.Ⅱ 。
? 普通硅酸盐水泥：简称普通水泥，代号 P.O。
? 矿渣硅酸盐水泥：简称矿渣水泥，代号 P.S。
? 火山灰质硅酸盐水泥：简称火山灰水泥，代号 P.P。
? 粉煤灰硅酸盐水泥：简称粉煤灰水泥，代号 P.F。
? 复合硅酸盐水泥,复合水泥，代号 P.C。
? 还有其他水泥：如快硬水泥、油井水泥、彩色水泥
等普通硅酸盐水泥,矿渣硅酸盐水泥、火山灰质硅酸盐水泥、粉煤
灰硅酸盐水泥、复合硅酸盐水泥统称掺混合材料的硅酸盐水泥
水泥的分类 —— 六大通用水泥
?(1)生料的配制与粉磨
?(2)硅酸盐水泥的煅烧
?(3)水泥熟料的粉磨
一、硅酸盐水泥的生产 ——
(两磨一烧 )
二、硅酸盐水泥熟料矿物组分
? 矿物名称 化学成分 缩写符号 含量
? 硅酸三钙 3CaO·SiO2 C3S 44％～ 62％
? 硅酸二钙 2CaO·SiO2 C2S 18％～ 30％
? 铝酸三钙 3CaO·Al2O3 C3A 5％～ 12％
? 铁铝酸四钙 4CaO·Al2O3·Fe2O3 C4AF 10％～ 18％
? 其中，硅酸三钙和硅酸二钙为强度组分，铝酸三钙和铁铝
酸四钙为熔剂组分。
? 其他还有少部分 f-CaO,f-MgO及玻璃体等
三、硅酸盐水泥熟料率值和矿物组成计算
? （一）熟料的各率值 —— 各氧化物之间的比例。
? 1,硅率 ;
? 2,铝率（铁率）
? 3,石灰饱和系数 ；
? 4,碱度
（二）水泥熟料中矿物组成
? 根据熟料中的化学成分含量，计算硅率、铝率、碱度和石
灰饱和系数，可以计算出任何水泥熟料中 C2S,C3S,C3A
和 C4AF的含量：
? C3S=3.8SiO2(N-2)=3.8SiO2(3KH-2)
? C2S=2.87SiO2(3-N)=8.61SiO2(1-KH)
? 一般,P=0.9~1.7，所以 C4AF=3.04Fe2O3
? C3A=2.65(Al2O3-0.64Fe2O3)
? CaSO4=1.70SO3
四、硅酸盐水泥的主要技术性能
?1．密度：一般在 3.05~3.2间，其测试注意介质。与密度
有关的因素：① ρ c3S=3.25,ρ c2S=3.28,ρ c3A=3.04,
ρ C4M=3.71
?存放时间越长，密度下降，这是因为水泥中的 f-
CaO(ρ =3.34)吸水及吸收 CO2，变成 Ca(OA)2甚至
CaCO3(ρ =2.23,ρ =2.7)
?水泥欠烧比重小，过烧比重大
?表现密度,1300左右，粉磨越细，表观密度越小。
?2,细度 （ 分散度 ）
?水泥的细度是表示水泥磨细的程度或分泥分散度的指标 。
? 水泥细度的测试有两种方法,① 筛分法 （ 水筛法或干筛法 ）, 我
国多用 0.080(80nm)的方孔筛进行水筛或干筛, 以其筛余百分数
表征细度, 一般筛余量 <12%。 ② 比表面积法：测试单位每克的水
泥粉的总外表面积, 一般没动在 2500~3500cm2/g之间 。
? 硅酸盐水泥多用比表面积法 。
? 水泥细度对水泥性能影响很大 。 （ 在一般情况下 ） ① 水泥细度越
大, 强度越高, 但太细时早期强度增长虽快, 但后期可能要下降,
且对耐久性不利, 分析 —— a,水化速度加快 。 b,水化范围变大 。
② 需水性影响 。 ③ 收缩影响 。 ④ 经济性分析 。
? 3,需水量：将水泥与水拌成标准稠度状态下的加
水量为水泥的标准稠度需水量 。 （ 水泥重量百分数 ）
P.O水泥一般在 25~28%之间 。
? 影响因素,① 细度；
? ② 矿物组分,C3A>C3S>C4AF>C2S
?4,泌水性与保水性
? 在拌制水泥浆以及砂浆, 砼时, 为保证必要的和易性, 往往加入
比标准稠度用水量多的水 。 但是, 水泥由于自重的原因, 有可能
下沉, 而余水则向上移动被析出, 从而使浆体分层, 从而影响强
度及耐久性等 。 （ 这一现象即称为泌水性 ）
– 与之有关的是保水性：此时余水不会析出, 但当在真空抽吸
时能析出, 这种现象称为保水性 。
? 减少泌水性的措施：
? ① 增加水泥细度 。 ② 增加 C3A含量 。 ③ 掺入混合材 。
? 在工程中应杜绝的现象：
? ① 砌筑砂浆要求保水性好, 决不能泌水, 否则砌体很快吸收浆体
中的水分, 从而降低砂浆的塑性和粘结性, 影响砌体的整体性 。
? ② 离心法生产砼制品时, 不能用泌水性大的水泥 。
? 5,凝结时间
? 凝结分为初凝和终凝 。
? 初凝：水泥加水拌合时, 到标准稠度净浆开始推动可塑
性所需的时间 。
? 终凝：水泥加水拌合至标准稠度净浆完全推动可塑性并
开始产生强度所需的时间 。
? 硅酸盐水泥标准规定, 初凝不得早于 45min,终凝不迟
于 6h30min。
? 影响水泥凝结的因素,① 矿物组分, C3A越高, 凝结越
快 。 ② 水泥细度 。 ③ 环境温, 湿度 。 ④ 缓凝组分,a.石
膏 。 b.缓凝剂及促凝剂 。 C.矿物掺合料 。 （ 特别是 FA）
? 6,体积安定性
? 水泥石硬化后, 产生不均匀的体积变化, 即体积安定性不良 。
? 体积稳定性的危害：引起建筑物的破坏, 构件崩溃 。
? 原因,① 熟料中的 f-CaO太多 —— 控制方法：沸煮法测定 。
? ② 熟料中的 f-MgO太多 —— ≯ 5.0%。
? ③ 掺入的石膏太多 ≯ 3.5%。
? ①, ②,一般是由于熟料烧结时温度高于石灰烧结时的温度, 熟
料中的 f-CaO和 f-MgO成死烧状态, 而过熟的 f-Ca与 f-Mg熟化慢,
待水泥凝结酸化后还在熟化, 导致水泥石体积安定性不良 。 （ 熟
化后体积膨胀, 水泥石开裂 ）
? ③,主要是由于过量的石膏与 C3A的水化物水化铝酸钙反应, 生
成高硫型水化硫酸钙, 体积膨胀 1.5倍, 也引起水泥石开裂 。
? 安定性测试,① 饼法 ② 雷化法 。 主要是促使 f-CaO熟化 ）
? 7,强度与水泥标号
? 强度是材料在外力荷载作用下, 材料抵抗破坏
的能力 。 （ 水泥硬化以后石的强度 ）
? 水泥强度与矿物组分和水泥细度关系明显 。
? ① 水泥细度 。 ② 水灰比 。 ③ 矿物组分,C3S早
强与后期强度都高, 而 C2S早期强度较低, 后
期增长快, 一年后可能超过 C3S,C4AF和 C3A早
强都较高, 但后期无增长 。 ④ 环境条件 。
? 8,水化热
? ① 产生的原因：水化放热反应 。
? ② 矿物组分放热速度不同,C3A>C3S>C4AF>C2S。
? ③ 影响水化热的因素：总的放热量一样, 但可以控
制放热速度 。
? ④ 大体积禁用硅酸盐水泥, 普硅也应控制使用 。
? ⑤ 水化热利用 —— 自养护温度：
? 消除水化热不利影响措施：低热水泥, 冷却导流浇
注温度, 养护等 。
9,水泥的 碱含量
? 若使用活性骨料，用户要求提供低碱水泥时，
水泥中的碱含量按 Na2O+0.658K2O计算值表
示不得大于 0.6％ 。
五、硅酸盐水泥的水化过程
? （一）硅酸盐水泥熟料的水化作用
? 水泥的性能主要由其熟料矿物的矿物组成的决
定, 矿物组分遇水, 发生水化反应, 水泥由粉
状胶结成固太而具有强度 。
1,C3S和 C2S的水化,C-S-H以及 CH
硅酸三钙和硅酸二钙（ ?-C2S)由于其晶体结构特点，
因此遇水后与水发生水化反应,
(3CaO·SiO2)+6H2O→3CaO·2SiO 2·3H2O+3Ca(OH)2
2(2CaO·SiO2)+4H2O→ 3CaO·2SiO2·3H2O+Ca(OH)2
C-S-H CH
? 生成的水化硅酸钙（ C-S-H） 中各化学成分不是恒定
值，有两种形态,C-S-H（ Ⅰ ） 和 C-S-H（ Ⅱ ）,其
中,C-S-H（ Ⅰ ） 的 C/S比 =0.8~1.5,C-S-H（ Ⅱ ）
的 C/S比为 1.5~2.0，它们统称为 C-S-H凝胶，结晶度
较差。 C-S-H（ Ⅰ ）又可表示为 C-S-H（ B）。
? C-S-H凝胶有四种形态，它们具有以下特点：
? （ 1）具有高度的不溶性，溶解度极小；
? （ 2）比表面积大，高度分散性；
? （ 3）具有刚度特征,胶体微粒间以化学键和范德华
力结合,有一定的强度；
? （ 4）内部多孔隙（凝胶孔）。
? 而 CH生成量较 CSH少的多，只能起到填充作用，但
由于 CH间是层状结构，层间结合弱，因此，是裂缝
的策源低。而 CH溶解度较大，对耐久性也不利。
? C3S水化比 C2S快，同时生成的 CH较多。
? C-S-H凝胶的形成与温度有一定的关系，从而影响
凝胶类型和 C/S比。
? 3CaO·A12O3+6H2O→ 3CaO·A12O3·6H2O
2,C3A的水化
3,C4AF的水化
（二）硅酸盐水泥的水化
七、水泥石体积的变化
? 1,化学收缩：水泥在水化过程, 由水泥熟料水化成
水化产物, 由于这一过程产生的收缩叫化学收缩 。
? 原因：水泥水化后的固相体体积比水化前大, 虽然如
此, 就整个水泥 —— 水体系来讲, 体积反而有的减少,
其原因是主要原因是水化前体系体积包括固, 液相,
虽然反应生成物固相增大, 但总体积减小 。
? 对于硅酸盐水泥来讲, 每 100g的缩减总量为 7~9ml。
矿物组分化学缩减不同,C3A>C4AF>C3S>C2S。
? 2,干缩 （ 失水收缩 ）
? 3,碳化收缩：当空气中有适当的湿度时,
CO2+H2O 会 引 起 水 泥 石 收 缩 ① CO2+H2O 与
Ca(OH)2不断作用 。 ② CO2与水化物发生置换反
应, 而发生碳化收缩 。
? 4,自干燥收缩 —— 低水胶比下
八、水泥石的耐久性
(1)软水腐蚀 (溶出性腐蚀 ),氢氧化钙不断地溶解流失
(2)离子交换腐蚀 (溶解性腐蚀 )
–1)碳酸的腐蚀
–2)一般酸的腐蚀
–3)镁盐的腐蚀
(3)膨胀性腐蚀
–1)硫酸盐腐蚀
–2)硫酸的腐蚀
(4)碱的腐蚀
(5)水泥石腐蚀的防止
第二节 掺混合材的硅酸盐水泥
? 混合材：在水泥生产时, 为改善水泥的性能,
如强度和耐久性等而加入到水泥中, 和水泥熟
料, 石膏一起粉磨的矿物材料 。
? 混合材又分为活性混合材和非活性混合材 。
? 一, 混合材的类别
? 1,活性混合材：在激发条件下 （ 石灰或石膏
的作用 ）, 加水拌合后, 生成具有胶凝性的水
化产物, 既能在水中, 又能在空气中发展并保
持强度的矿物材料 。 这一类材料包括有：粉煤
灰, 粒化高炉矿渣, 火山灰质材料等 。 （ 尽可
能具无定形态, 而非晶态 ） 。
? 激发与激发剂：加入到水泥中的活性混合材的
激发剂为水化物 CH和石膏, 并不外加 。
? 2,非活性混合材：由于这类材料活性很低, 即
使在有激发条件下 （ 碱或石膏 ） 也不与水发生
水化反应, 也不具有水硬性胶凝性质的矿物材
料
活性混合材在水泥中的作用主
要表现为以下几点：
? （ 1）二次反应（又叫火山灰反应）
? 火山灰效应的好处：①由于消耗了大量的
Ca(OH)2，提高了水泥石的强度和耐久性。②
水泥水化物中，高碱性水化硅酸钙与低碱性
（ C/S<1.5 ）水化硅酸钙相比，低碱性 CSH强
度更高，耐久性更好，因此，火山灰反应使
CSH由高碱性 CSH转变为低碱性水化硅酸钙，
增加了强度和耐久性。③降低了 Aft生成的可
能性。④对碱集料反应的抑制有利。
? （ 2） 经济效应与环保效应
? 活性混合材一般都是工业废弃物，将它加入到
水泥中，（在不改变水泥性能的前提下），取
代了都分水泥，一来作到了废弃物的再利用，
增加了水泥产量，提高了经济效应，再者废弃
物利用，减少堆场占地面积，也有经济效应，
同时废物利用，减少 CO2排放是，也具有环保
效应。
? （ 3）降低水化热。（ 4）改变水泥与集料间粘
结力。
非活性混合材作用：
?（ 1） 经济效应与环保效应
?（ 2）降低水化热
?（ 3）改变水泥与集料间粘结力。
混合材品种
? 1,活性混合材：硅灰（ SF）、矿渣（ SL）、
粉煤灰（ FA）、沸石粉、稻壳灰、偏高龄土、
磷渣等；
? 2,非活性混合材：石粉、石英粉、碳黑等。
二、混合材性能
? 1,矿渣 —— 磨细高炉矿渣
? 矿渣：在炼铁炉中，浮于铁水的表面一层熔渣，
排出时用水急冷，得到水淬矿渣，也叫粒状高
炉矿渣。
? （ 1） 化学成分
? （ 2） 矿渣结构
? （ 3） 矿渣活性
? 2,火山灰质混合材
? ① 硅酸质混合材：硅藻土 （ SiO2,68.78%）, 硅藻石
（ SiO2,76.50%）, 蛋白石 （ SiO2,88.92%）, 硅质渣
（ SiO2,79.1%）, 硅灰等 。 其中的 SiO2接近或超过 70%，
硅灰的 SiO2>90%。
? ② 铝硅玻璃质混合材 。
? 这类混合材除活性 SiO2含量较大外, Al2O3含量也较大, 包
括粉煤灰, 火山灰, 浮石, 凝灰岩等天然混合材及人工的
粉煤等 。
? ③ 烧粘土质混合材 。
? 这类材料的活性组成主要为脱水粘土矿物, 仍以 SiO2和
Al2O3为主, 包括烧粘土, 煤矸石, 页岩渣等 。
? 火山灰质混合材根据不同的种类及化学成分、活性成分不
同，其水化、凝结、强度各有不同。
? （ 1） 粉煤灰
? 粉煤灰：是发电厂铝炉以煤作燃料时，从其烟气中
收集下来的灰渣，又叫作飞渣，又叫作飞灰（ Fly
ash）
? （ 2） 硅灰
? 硅灰是铁合金厂冶炼硅铁合金或金属硅时收集的烟
气, 硅灰平均粒径很小, 只有 0.1?m 左右, 比表面
积高达 150000~250000cm2/g,硅灰组成中, 含活性
SiO2约 90％ ～ 98％, 呈球状体, 硅灰具有火山灰活
性 。
? （ 3）其它
主要的火山灰混合材
活性混合材活性及评价
? 活性混合材种类不同，其活性原因也不同：
? 1,具有潜在水硬性 —— 矿渣（需要碱或硫酸盐
激发其活性）
? 2,具有 火山灰反应（二次反应） 能力 —— 硅灰、
粉煤灰及沸石等；
? 3,同时具有以上两种能力 —— 高钙粉煤灰、固
硫渣等。
活性评价
? 1,活性率指标（廉慧珍）
? 2,质量系数法
? 3,石灰吸收值法
? 4,抗压强度比法（较普遍）
? 5,比强度法（蒲心诚）
三、掺混合材的水泥
? 1,硅酸盐水泥,Ⅰ 型硅酸盐水泥，代号 P.Ⅰ 。 Ⅱ 型硅
酸盐水泥，代号 P.Ⅱ 。
? 2,普通硅酸盐水泥,简称普通水泥，代号 P.O。
? 3,矿渣硅酸盐水泥,简称矿渣水泥，代号 P.S。
? 4,火山灰质硅酸盐水泥,简称火山灰水泥，代号 P.P。
? 5,粉煤灰硅酸盐水泥,简称粉煤灰水泥，代号 P.F。
? 6,复合硅酸盐水泥,代号 P.C：
第三节 高铝水泥（矾土水泥、铝酸盐水泥）
? 高铝水泥是铝酸盐水泥的一种, 其主要矿物组成
主要为 CA（ 铝酸 — 钙 ）, CA2（ 二铝酸一钙等
铝酸盐矿物以及少量的 C2S等 。
? 高铝水泥是以铝矾土和石灰石为原料，按适当的
比例配合后进行烧结或熔融，冷却后经粉磨而成。
生产工艺与硅酸盐基本相同。但相对熟料难磨。
高铝水泥矿物组分
矿物名称 矿物成分 简写
铝酸一钙 (主要 ) CaO·A12O3 CA
二铝酸一钙 CaO·2A12O3 CA2
硅铝酸二钙 2CaO·A12O3·SiO2 C2AS
七铝酸十二钙 12CaO·7A12O3 C12A7
高铝水泥的水化与硬化
高铝水泥矿物组分中 CA和 CA2是主要的，
其次是 C12A7,这些矿物组分在不同的温度
下水化产物不同。
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? 虽然在低温下形成的 CAH10和 C2AH8，但它们都
是亚稳定性的，最终要转化为 C3AH6，这是一个自
发的过程。
? 由在以下条件下，这个过程会加快：
? ①温度的升高
? ②湿度的升高
? ③碱度增加
?
? 但 C3AH6强度不如 CAH10和 C2AH8，降低值达
40%以上。
? 在常温下的工程实践证明，高铝水泥长期强
度要下降，特别是在湿热环境中，影响更为严
重，甚至引起结构的破坏，因此，高铝水泥应
限制使用，特别是结构工程中，但由于其强度
发展快，可用于抢修工程。
在实践中，保证高铝水泥砼工程质量的关键环节在于
? ① 施工和养护降低砼温度（不要阳光照对，要洒水养护
等），砼体积不宜过大，（不超过 45cm为宜，但非国家规
定）。
? ②合理控制好 W/C，应尽量采用较低的 W/C，一般为 0.4，
W/C=0.4时水份并不能保证水泥的完全水化，但可以保证
出现晶型转化时（ CAH10和 C2AH8→C 3AH6）,游离出的水
又使水泥开始水化，新形成的水化物填充密实孔隙。
? ③在高铝水泥中掺加石膏或无水石膏。 CAH10和 C2AH8可
与石膏反应生成水化硫铝酸钙，从而解决晶型转化。
? ④掺加粒化高炉矿渣
三、高铝水泥的性能及应用
? ① 施工与养护避免高温, 温热, 适于冬季施工,
不适于大体积砼 。
? ② 不得与石灰, 硅酸盐水泥混合存放或使用, 因
会出现闪凝, 且生成高碱性水化铝酸钙另有膨胀,
因为 Ca(OH)2对高铝水泥起加速凝结作用 。
? ③ 适于抢修工程 。
? ④ 有很高的抗硫酸盐浸蚀性能 。
? ⑤ 有较高的耐热性, 在 900℃ 下, 强度损失至
原来的 70%,1300℃ 时为 50%左右 。
? ⑥ 对 Cl-渗透性强, 所以对钢筋锈的防护不利 。
? ⑦ 可用于生产人造大理石, 成型快, 脱模快,
但不宜追求高过的后期强度 。
? ⑧ 抗碱, 抗酸性极差 。
? ⑨ 与石膏配合可以配制膨胀水泥 。
?
第四节 其它品种水泥
? 其它品种水泥是以硅酸盐水泥以及铝酸盐、
硫铝酸盐水泥等为基础，通过掺入其它材料
或在特殊工艺下，赋予水泥特殊的性能。
一、快硬水泥
? 1,快硬硅酸盐水泥
? 2,快硬硫铝酸盐水泥
? 3,氟铝酸盐快硬水泥
二、装饰水泥
? 1,白色水泥
? 2,彩色水泥
三、道路硅酸盐水泥
? 以适当的生料烧至部分熔融，所得的以硅酸钙为主要
成分和较多的铁铝酸四钙的硅酸盐熟料，加入适量的
石膏共同磨细，所得的水硬性胶凝材料，称为道路硅
酸盐水泥。 (,道路硅酸盐水泥, (GBl3693-92) )
? 在道路硅酸盐水泥中，熟料的化学组成和硅酸盐水泥
是完全相同的，只是水泥中的铝酸三钙的含量小于 5.0
％，铁铝酸四钙的含量要大于 16.0％。
道路水泥的技术性质及应用
? 道路水泥抗折强度高，耐磨性好、干缩小、抗冻性、
抗冲击性、抗硫酸盐性能好，可减少混凝土路面的断
板、温度裂缝和磨耗，减少路面维修费用，延长使用
年限。
? 适用于道路路面、机场跑道、城市人流较多的广场等
工程的面层混凝土。
四、抗硫酸盐水泥
? 以适当的生料烧至部分熔融，所得以硅酸钙为主要成
分的熟料，加入石膏，共同磨细制成的具有一定抗硫
酸盐侵蚀性能的水硬性胶凝材料，称为抗硫酸盐硅酸
盐水泥，简称抗硫酸盐水泥。
? 在抗硫酸水泥中,C3S的含量小于 50％； C3A含量小
于 5％,C3A和 C4AF的总含量小于 22％。
五、膨胀水泥和自应力水泥
? 在钢筋混凝土中应用膨胀水泥，由于混凝土
的膨胀使钢筋产生一定的拉应力，混凝土受
到相应的压应力。
? 根据压应力的大小，可以将水泥分为两类，
一类压应力值不小于 2.0MPa时，为自应力水
泥；另一类压应力值小于 2.0MPa的为膨胀水
泥。
自应力水泥
? 自应力水泥的膨胀值较大。
? 常用的自应力水泥有硅酸盐自应力水泥、铝酸
盐自应力水泥等。
? 一般用于预应力钢筋混凝土压力管及配件等。
膨胀水泥
? 膨胀水泥主要用于收缩补偿混凝土工程，防渗
混凝土 (屋顶防渗、水池等 )，防渗砂浆，结构
的加固，构件接缝、接头的灌浆，固定设备的
机座及地脚螺栓等。
? 膨胀水泥有硅酸盐膨胀水泥、高铝膨胀水泥、
硫铝酸盐膨胀水泥、铁铝酸盐膨胀水泥等。
六、砌筑水泥
? 以活性混合材料和一些具有潜在水硬性的工业
废料为主，加入少量的水泥熟料、石膏，磨细
所得的水硬性胶凝材料，称为砌筑水泥 (,砌
筑水泥, (GBl83-82))。
? 用于工业与民用建筑的砌筑砂浆、内墙抹面砂
浆，也可用于配制道路混凝土垫层或蒸养混凝
土砌块。
七、油井水泥
? 用于油井, 气井的固井工程中, 又称之为堵塞
水泥 。 这主要是保证在石油, 天然气勘探, 开
采时把钢质套管下入井内, 再注入水泥浆将套
筒与周围地层胶结封固, 封隔地层内的油气,
水层, 以便在井内形成一条良好的油流通道 。
? 油井水泥因受地层温度影响, 要承受高温, 高
压这是油井水泥生产和使用中最主要的问题
八、大坝水泥
? 大坝水泥包括低热水泥, 中热水泥等, 是水化热较低
的一种硅酸盐水泥品种, 适用于水工大坝, 大型构筑
物及大体积的基础工程 。
? 水泥砼导热性差, 水泥的水化热不易散失, 造成砼内,
外温差太大而易产生裂缝的出现 。
? 因而有必要采取措施控制温差,① 内部冷却系统 。 ②
集料预冷却 。 ③ 注意养护条件 。 ④ 低热, 中坝水泥等
大坝水泥 。 ⑤ 冰水搅拌 。 ⑥ 掺入掺和料 。
? 大坝水泥,① 熟料中 C3A和 C3S含量应降低 。 ② 掺入混
合材如矿渣, 粉煤灰 。
九,喷射水泥
十,超细水泥
十一、活化水泥
十二、球状水泥
十三、调粒水泥
硅酸盐水泥
? 1,硅酸盐水泥定义：“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（即国外通称的波特兰
水泥）。硅酸盐水泥分两种类型，不掺加混合材料的
称 Ⅰ 型硅酸盐水泥，代号 P.Ⅰ 。在硅酸盐水泥粉磨时
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 Ⅱ 型硅酸盐水泥，代号 P.Ⅱ 。” (据 GB175
－ 1999,硅酸盐水泥、普通硅酸盐水泥, )
– 2,硅酸盐水泥的技术性能
– 3,硅酸盐水泥的特性、应用
–1)早期强度和后期强度高
–2)水化热大、抗冻性好
–3)干缩小、耐磨性较好
–4)抗碳化性较好
–5)耐腐蚀性差
–6)不耐高温
普通硅酸盐水泥
? 1,普通硅酸盐水泥定义：凡由硅酸盐水泥熟
料,6％～ 15％混合材料、适量石膏磨细制成
的水硬性胶凝材料，称为普通硅酸盐水泥（简
称普通水泥），代号 P.O。” (据 GB175－
1999,硅酸盐水泥、普通硅酸盐水泥, )
2,普通硅酸盐水泥的技术要求
– 1)细度,0.08mm方孔筛筛余量不得超过
10.0％ 。（用筛余法）
– 2)凝结时间,初凝时间不得早于 45min，
终凝时间不得迟于 10h。
– 3)强度等级
?3,普通硅酸盐水泥的特性、应用
– 基本同硅酸盐水泥
矿渣硅酸盐水泥
? 矿渣硅酸盐水泥定义：“凡由硅酸盐水泥熟料
和 20％ — 70％ 粒化高炉矿渣、适量石膏磨细制
成的水硬性胶凝材料，称为矿渣硅酸盐水泥
（简称矿渣水泥），代号 P.S。” (据 GB1344
－ 1999,矿渣硅酸盐水泥、火山灰质硅酸盐水
泥、粉煤灰硅酸盐水泥, )
?特性及应用
–①凝结硬化速度慢,早期强度低，后期强度高
–②对温度湿热敏感性强,适于蒸养 (steam curing or
high-pressure steam curing)
–③ 耐腐蚀性好,可用于海港工程和水工大坝的建设。
–④水化热小,可用于大体积混凝土，大型基础和混凝土
大坝等。
–⑤耐热性好
–⑥抗碳化 (carbonization)能力差,一般不用于热处理车
间的修建。
–⑦矿渣水泥的保水性差、抗渗性差、泌水通道较多、干
缩较大，使用中要严格控制用水量，加强早期养护。
– ⑧抗冻性差,不宜用于冬季施工
火山灰质硅酸盐水泥
? 火山灰质硅酸盐水泥定义：“凡由硅酸盐水泥
熟料、火山灰质混合材料 (掺量为水泥熟料质
量的 20％ -50％ )和适量石膏磨细制成的水硬性
胶凝材料，称为火山灰质硅酸盐水泥（简称火
山灰水泥），代号 P.P。” (据 GB1344－ 1999
,矿渣硅酸盐水泥、火山灰质硅酸盐水泥、粉
煤灰硅酸盐水泥, )
– 特性及应用
– 火山灰水泥干缩大，在干燥高温下，水化
硅酸钙与空气中的二氧化碳反应生成碳酸钙
和氧化硅，产生, 起粉, 现象。 不宜用于干
燥环境 。
–抗冻性和耐磨性比矿渣水泥还要差 。
–抗渗性高 。
–掺入粘土质的火山灰水泥不抗硫酸盐侵蚀 。
粉煤灰硅酸盐水泥
? 粉煤灰硅酸盐水泥定义：“凡由硅酸盐水泥熟
料、粉煤灰 (掺量按质量百分比计为 20％ -40％ )
和适量石膏磨细制成的水硬性胶凝材料，称为
粉煤灰硅酸盐水泥（简称粉煤灰水泥），代号
P.F。” (据 GB1344－ 1999,矿渣硅酸盐水泥、
火山灰质硅酸盐水泥、粉煤灰硅酸盐水泥, )
特性及应用
–干缩小，抗裂 。
–凝结硬化慢，早期强度低。
–色深。
–抗碳化性能差。
复合硅酸盐水泥
? 复合硅酸盐水泥定义：“凡由硅酸盐水泥熟料、
两种或两种以上规定的混合材料 (混合材的总
掺量按质量的百分比为 15％ ~50％ )、适量石
膏磨细制成的水硬性胶凝材料，称为复合硅酸
盐水泥（简称复合水泥），代号 P.C。” (据
GB12958-1999,复合硅酸盐水泥, )
特性及应用
?耐腐蚀性好
?水化热小，
?抗渗性好，
?早强。
硅酸盐水泥 生料的配制
? 原料
– 石灰质原料（如石灰石、贝壳等，提供 CaO）
– 粘土质原料（如粘土、页岩等，主要提供 SiO2、
Al2O3,Fe2O3）
– 校正原料（如铁矿粉、砂岩，前者是补充原料中不足
的氧化铁，后者是补充原料中不足的 SiO2）
– 矿化剂
? 工艺
– 干法
– 湿法
硅酸盐水泥的煅烧
? 窑型
– 立窑
– 回转窑
? 煅烧过程
水分蒸发 生料预热 生料分解 熟料煅烧 熟料冷却
立窑
旋窑水泥熟料
生料
水泥熟料
生料
硅酸三钙 —— 硅酸三钙简称 A矿（ Alite)
? 硅酸三钙晶体结构特点：
? （ 1）是晶体结构是 [SiO4]4-四面体 和 [CaO6]10-八
面体交联而成；
? （ 2）在常温下存在的假稳态，具有热力学不稳
定性；
? （ 3）结构中由于 Al3+,Mg2+等离子的搀杂，而
形成固溶体，固溶体程度越大，矿物矿性越高。
? （ 4） Ca2+的配位数得不到满足；
? （ 5） [CaO6]10-八面体中 O2-分布不规则，结构中
存在较大的空穴，水分或 OH-容易进入，易利水
化。
硅酸二钙 —— B矿（ Blite)
? 硅酸二钙有四种晶型,?-C2S,?‘ -C2S,? -C2S,? -
C2S。 水泥中出现的是 ?-C2S 。
? 结构特点,
? （ 1）晶体结构是由 [SiO4]4-四面体 和 Ca2+组成；
? （ 2）在常温下存在的假稳态，具有热力学不稳定性；
? （ 3）结构中的钙离子具有不规则的配位，配位数不能
满足，因此活性较高；
? （ 4）杂质和稳定剂的存在，有利于固溶体的形成，能
提高矿物的活性；
? （ 5）没有象硅酸三钙那样的空穴，因此水化速度较慢。
铝酸三钙
铁铝酸四钙
? 1,硅率 —— 表示水泥熟料中 SiO2与 Al2O3，
Fe2O3之和的比值，以 n或 SM表示。
? 本指标表示水泥熟料中硅酸盐矿物（强度组分）
与熔剂性矿物之间的数量比，硅率越大，强度
组分含量也越高。这意味着煅烧过程中的液相
含量越少，煅烧温度越高，当硅率过小时，因
熔剂矿物太多，熟料易形成大块，甚至出现结
圈、结窑，影响生产。
? 2,铝率 —— 又称铁率，表示 Al2O3与 Fe2O3的相
对含量，也表示熟料中铝酸三钙与铁铝酸四钙的
相对比例，用 P或 IM表示。
? P一般在 0.9~1.7之间波动，。铝率反映了水泥煅
烧过程中高温液相的黏度，铝率高，意味着铝酸
三钙含量高，液相黏度大，铝率低，液相黏度小，
对形成硅酸三钙有利，但烧结范围变窄，窑内易
结大块，不利于控制。
? 当 P大于 0.64时,C3A和 C4AF都能生成，当 P小
于 0.64时，只能生成 C4AF，无 C3A生成。
? 3,石灰饱和系数：熟料中全部氧化硅生成硅
酸钙（ C2S和 C3S）所需的氧化钙与全部氧化
硅生成硅酸三钙所需氧化钙最大含量的比值，
也即表示熟料中氧化硅被氧化钙饱和形成硅酸
三钙的程度。用 KH表示。
? 理想水泥熟料 KH=1，但实际上 KH=0.8~0.9。
KH过低,C3S量少,C2S量多,C2S易出现晶
型转化,KH过高，烧结困难，容易生成 f-CaO。
? 在旋窑 KH值控制比立窑的偏高，主要是旋窑
煅烧条件好，均匀。
? 4,碱度 —— 表示与一个 SiO2分子平均能结
合 CaO的分子数，用 N表示。
? 由于水泥熟料中主要出现出社 C2S和 C3S，
因此 N=2~3。
? N=3KH
碳酸对水泥石的腐蚀
? Ca(OH)2+CO2+H2O→CaCO 3+2H2O
? CaCO3+CO2+H2O→Ca(HCO 3)2
? 反应生成的碳酸氢钙易溶于水, 溶解流失
一般酸 对水泥石 的腐蚀
2HCl+Ca(OH)2→CaCl 2(易溶 )+2H2O
镁盐 对水泥石 的腐蚀
MgCl2+Ca(OH)2→ CaCl2(易溶 )+Mg(OH)2
(絮凝状、无胶结力 )
硫酸盐对水泥石 的 腐蚀
MgSO4+Ca(OH)2+2H2O→ Mg(OH)2(絮凝状的, 无胶结力 )+CaSO4·2H2O
3(CaSO4·2H2O)+3CaO·A12O3·6H2O+19H2O→ 3CaO·Al2O3·3CaSO4·31H2O
(水化硫铝酸钙 )(结晶膨胀 )
硫酸对水泥石的腐蚀
H2SO4+Ca(OH)2→ CaSO4·2H2O+H2O
3(CaSO4·2H2O)+3CaO·A12O3·6H2O+19H2O→ 3CaO·Al2O3·3CaSO4·31H2O
(水化硫铝酸钙 )(结晶膨胀 )
碱对水泥石的腐蚀
3CaO·A12O3+6NaOH→ 3Na2O·Al2O3+3Ca(OH)2
(易溶于水 )
2NaOH+2CO2+H2O→ 2Na2CO3+H2O
(结晶膨胀 )
水泥石腐蚀的防止
① 当存在腐蚀性介质时, 选择合适的水泥品种,
掺入合适的混合材, 减少水泥中易被腐蚀的物
质 (即 Ca(OH)2,3CaO·A12O3·6H2O)。
② 提高水泥石的致密度, 降低水泥石的孔隙率 。
通过减小水灰比, 掺加外加剂, 采用机械搅拌
和机械振捣, 可以提高水泥石的密实度 。
③ 在水泥石的表面涂抹或铺设保护层, 隔断水泥
石和外界的腐蚀性介质的接触 。 例如, 可在水
泥石表面涂抹耐腐蚀的涂料, 如：水玻璃, 沥
青, 环氧树脂等；或在水泥石的表面铺建筑陶
瓷, 致密的天然石材等 。
矿渣化学成分
? 矿渣的主要化
学成份是硅酸
钙，与熟料的
化学成分相似，
但主要差别在
于矿渣中钙含
量偏低，而硅
含量偏高。
SiO2
CaO Al2O3
硅酸盐水泥
高炉矿渣
硅酸盐水泥与矿渣化学成分比较
化学成分
(含量 %） CaO SiO2 Al2o3 Fe2O3 MgO
硅酸盐水泥 62~67 20~24 4~7 2~5 <5~6
矿渣 35~45 30~40 7~20 <(FeO) <9
? 化学成分与性能有直接的关系：
? （ 1）当 CaO含量高时，对活性有利，但不能超过
51%以上，否则渣体在液态时，容易析出晶体，并
会使其中的 ?-C2S变为 ?- C2S，使活性降低。
? (2)SiO2对活性不利，因为容易形成高硅玻璃体，
活性下降。
? (3)MgO在矿渣中不存在安定性问题，因为是稳态
存在。当含量 <20%时，对矿渣活性有良好影响，
可以促进矿渣玻璃化（非晶态）。
? （ 4） MnO是有害物质。
? （ 5） Al2O3对活性有利。
? 根据化学成分，矿渣可以分为酸性、中性和碱
性矿渣三种，这主要是根据碱性系数来确定：
? M0>1，碱性矿渣；
? M0<1，酸性矿渣；
? M0=1，中性矿渣
322
0 OAlS iO
M g OC a OM
?
??碱性系数
结构
? 矿渣是非晶体，在宏观上是硅氧四面体组成的
聚合度不同的网络状结构。
? 矿渣经水淬的原因，就是要使之形成无定形的
玻璃体，具有热力学不稳定性，因此具有活性。
同时使 ?-C2S来不及变为 ?- C2S。
× 4200 × 2000
磨细矿渣在 SEM下的形貌
微观形貌
? 矿渣活性主要取决于结构，当然与化学成
分也密切相关。质量系数：
活性
2.1
22
32 ?
??
??
?
T iOM n OS iO
M g OOAlC a O
K
粉煤灰
? 粉煤灰颗粒直径一般为 0.001~0.05mm，其物理
性态多为实心或空心的球颗粒，表面致密；其
化学性质，也即其活性主要决定于玻璃体，含
量可达 70%，其成份主要是活性氧化硅和活性
氧化铝，除此两种化学成分外，其中还包括
CaO,SO32-以及未燃烧的碳等，其中，据一些
资料介绍 SO32-有可能附着于粉煤灰颗料表面，
因而具有缓凝性。
原状粉煤灰
SEM下的形貌
× 2900
× 1000
× 5000
× 4200 × 2000
磨细粉煤灰在 SEM下的形貌
粉煤灰分类：
? ① 根据品质, 含碳量等分为 I,II,III三级 。
? ② 按含钙量高低, 可有高钙, 低钙粉煤灰之分,
CaO含量高对活性有利, 当 CaO含量 >25%时, 即
使在无激发条件, 也有可能产生水硬性 。
? ③ 按 f-CaO含量分为酸性煤灰和碱性份煤灰 。 酸性
矾,f-CaO不含, 用其制的水泥水化热很低, 适用
于大体积砼碱 FA：含 f-CaO,f-CaO自力激发其他
FA中的活性成分, 因而具有自力水硬性, 但当 f-
Ca%>25%时, 会带来体积安定性问题 。
?影响粉煤灰性能的因素：
? ① 玻璃体含量：玻璃体含量越高, FA活性越好 。
? ② 煤粉 （ 未燃碳 ）,碳含量越高, 越影响 FA的
水硬性及耐久性 。 要求 ≤8%（ 烧失量 ） 。
? ③ CaO含量越高, 活性越好, 但不可超过限度 。
? ④ 燃烧时的温度和负压抽风压力, 也影响了玻
璃体含量及碳粉含量等 。
? ⑤ 粉煤灰细度 。
未燃碳的不利影响：
? a,增加了需水量。
? b,未燃煤粉遇水后表而形成一层憎水膜，阻碍
了 Ca(OH)2与 FA的作用影响活性发挥。
? c,煤粉吸收水分，体积膨胀，稳定性降低。
硅灰
1μ m
0.1μ m
硅灰在 SEM下的形貌 （ 文献 ）
火山灰反应
? 硅酸盐水泥熟料中含有高达 75%的 C3S和 C2S，它
们在水化后，主要形成高碱性水化硅酸钙 (C/S>1.5)
和大量 Ca(OH)2的，与低碱性水化硅酸钙 (C/S<1.5)
相比，高碱性水化硅酸钙强度低，耐久性不足。更
主要是水化物游离 Ca(OH)2，强度极低，稳定性很
差。掺入足量的活性矿物掺和料后，掺和料中的
SiO2与水泥石中的水化产物 Ca(OH)2和高碱性水化
硅酸钙产生水泥混凝土中的所谓“二次反应”，也
即称之为“火山灰反应” [1]。反应式如下：
OnHS i OC a Oz
y S i OOnHS i OC a Ox
OnHS i OC a O
OHnS i OOHCa
22
222
22
222
)5.1~8.0(
)0.2~5.1(
)5.1~8.0(
)}5.1~8.0({)()5.1~8.0(
??
????
??
????
除此两个反应外，水泥混凝土中游离的石灰石也可
与活性掺和料中的活性 Al2O3反应，生成水化铝酸
钙，或与 SiO2及 Al2O3反应生成水化硅铝酸钙。
? 活性掺和料中的 SiO2与 Ca(OH)2和高碱性水化硅
酸钙反映后，生成低碱性的水化硅酸钙，这样，
不但使水泥石中的水化胶凝物质的数量增加，而
且也使其质量得到大幅度提高，并能有效防止在
过渡区生成对混凝土微结构和强度不利的
Ca(OH)2粗大板状定向结晶，在混凝土配比其它
条件（如胶凝材料用量、水胶比等）相同的情况
下，混凝土强度得到提高，混凝土耐久性增强。
? 1,活性率指标
322
322
OAlS iO
OAlS iO
全全
活性活性活性率指标
?
??
2.抗压强度比
掺入 30%的火山灰质材料的混凝土强度与纯硅
酸盐水泥混凝土在 28天龄期时的强度比。
3,比强度法
快硬硅酸盐水泥
? 以适当的生料烧至部分熔融，所得的以硅酸钙为
主要成分的熟料，加入适量的石膏，磨细制成的
具有早期强度增长率快的水硬性胶凝材料，称为
快硬硅酸盐水泥，简称快硬水泥。
? 快硬水泥的生产同硅酸盐水泥基本一致，只是在
生产时提高了硅酸三钙 (50％ -60％ )、铝酸三钙 (8
％ -15％ )的含量，两者的总量不少于 65％。同时
增加了石膏的掺量 (8％ )，提高了粉磨细度 (比表面
积达 450m2／ kg)。
应用
? 主要用于抢修、堵漏、及军事工程
快硬硫铝酸盐水泥
? 以适当的生料烧至部分熔融，得到以无水硫酸
钙和硅酸二钙为主要矿物成分的熟料，加入适
量的石膏磨细的具有早期强度高特性的水硬性
胶凝材料，称为快硬硫铝酸盐水泥 (,快硬硫
铝酸盐水泥, (JC714— 1996))。
快硬硫铝酸盐水泥特点与应用
? 无水硫铝酸钙与石膏迅速反应生成钙矾石晶体和大量的铝
胶 。 早期强度高 。
? C2S水化的水化产物 Ca(OH)2晶体和水化硅酸钙胶体不断
填充水泥石的孔隙 。 硬化后水泥石的结构致密, 孔隙率小,
抗渗性高, 水化产物中 Ca(OH)2的含量少, 抗硫酸盐腐蚀
能力强 。
? 主要用于配制早强, 抗渗, 抗硫酸盐腐蚀的混凝土工程 。
可用于冬季施工, 浆锚, 喷锚支护, 节点, 抢修, 堵漏等
工程 。 此外, 由于硫铝酸盐的碱度低, 可用于生产各种玻
璃纤维制品 。
快硬氟铝酸盐水泥
? 熟料主要成分为氟铝酸钙（ C11A7,C Af2）,
再加石膏共同磨细而成，其终凝 2-3h，
R=20Mpa左右。
白色水泥
? 白色硅酸盐水泥的主要成分还是主要以硅酸盐为主, 其中
少了着色物质 （ 氧化铁, 氧化锰, 氧化钛及氧化铬等 ） 。
它们生产工艺与硅酸盐水泥熟料基本相同, 有一些区别：
? ① 原料：原料锻烧后应少着色物质, 如纯的石英砂, 纯的
石灰石等 。
? ② 粉磨：用白色陶瓷作为衬板及研磨体, 不能用钢, 铁做
研磨体, 装置电磁装置 。
? ③ 熟料磨细时可加入 5%以内的石灰石 。
? ④ 燃料用气体或液体燃料, 或限制煤中的 Fe2O3。
? 其他要求，如凝结时间、标号、安定性问题与硅酸盐水泥
类似。
彩色水泥
? ① 彩色硅酸盐水泥：以白色硅酸盐水泥熟料,
石膏及耐碱矿物颜料共同磨细而成 。 （ 但红,
赫色, 黑色等水泥可不用白色硅酸盐水泥 ）,
其他要求及性能类似与硅酸盐水泥 。
? ② 彩色铝酸盐水泥,铝酸盐水泥生料中加入着
色剂而烧结而成 。
