,土木工程材料, 教案
第三章
黑龙江工程学院 土木工程系
孙凌
第三章 水 泥
? 3.1 常用水泥
? 3.2 其它品种水泥
主要内容：常用 （ 硅酸盐 ） 水泥的生产工艺
常用 （ 硅酸盐 ） 水泥的特性
影响常用水泥性能的因素
重点内容：硅酸盐水泥矿物成分特点
硅酸盐水泥的凝结和硬化
难 点：硅酸盐水泥的凝结和硬化
要 求：掌握硅酸盐水泥的矿物成分特点
掌握硅酸盐水泥凝结和硬化
参考资料：, 土木工程材料, 陈志源
,道路建筑材料, 严家伋
,道路建筑材料, 孙 凌
,公路工程水泥和水泥混凝土试验规程,
,道路建筑材料, 集中训练试验补充教材
,硅酸盐水泥、普通硅酸盐水泥, 技术标准 GB175-1999
3,水 泥
?水泥是一种水硬性胶凝材料, 也是建筑工程中用量
最大的建筑材料之一 。
? 在道路与桥梁工程中通常应用的水泥有：硅酸盐
水泥、普通硅酸盐水泥、矿渣硅酸盐水泥、火山灰
质硅酸盐水泥和粉煤灰硅酸盐水泥等五大品种水泥。
? 3.1常用水泥
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 ；在硅酸盐水泥熟料粉磨
时掺加不超过质量５ ％ 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 。
?普通硅酸盐水泥Ｐ ·Ｏ
?矿渣硅酸盐水泥Ｐ ·Ｓ
?火山灰质硅酸盐水泥Ｐ ·Ｐ
?粉煤灰硅酸盐水泥Ｐ ·Ｆ
?复合硅酸盐水泥Ｐ ·Ｃ
?3.1.1常用水泥的生产
１,硅酸盐水泥生产原料
原料：
１ ） 石灰质原料 主要提供ＣａＯ,
２ ） 粘土质原料 主要提供Ａｌ ２ Ｏ ３
以及Ｆｅ ２ Ｏ ３ 。
3） 校正原料
补充两种原料中所缺少的铁 。
? ２,硅酸盐水泥生产工艺概述
? 1)把几种原材料按适当比例配合在磨机中磨成生
料；
? 2)将制备好的生料入窑进行煅烧, 至１４５０ ℃
左右生成以硅酸钙为主要成分的硅酸盐水泥, 熟
料, ；
? 3)为调节水泥的凝结速度, 在烧成的熟料中加入
质量３ ％ 左右的石膏共同磨细, 即为硅酸盐水泥 。
? 因此，硅酸盐水泥生产工艺概括起来为“两磨一
烧”。
3.1.2常用水泥的特性
１, 硅酸盐水泥的主要矿物组成
硅酸盐水泥的主要矿物组成是：
? 硅酸三钙 ３ＣａＯ ·ＳｉＯ ２, 简式为Ｃ ３ Ｓ,
? 硅酸二钙 ２ＣａＯ ·ＳｉＯ ２, 简式为Ｃ ２ Ｓ,
? 铝酸三钙 ３ＣａＯ ·Ａ１ ２ Ｏ ３, 简式为Ｃ ３ Ａ,
? 铁铝酸四钙４ＣａＯ ·Ａｌ ２ Ｏ ３, ·Ｆｅ ２ Ｏ ３,
? 简式为Ｃ ４ ＡＦ,
2,硅酸盐水泥各矿物组成性能比较
硅酸盐水泥熟料中这四种矿物组成的特性是：
１ ） 反应速度
Ｃ ３ Ａ最快, Ｃ ３ Ｓ较快, Ｃ ４ ＡＦ也较快, Ｃ ２ Ｓ最慢；
２ ） 释热量
Ｃ ３ Ａ最大, Ｃ ３ Ｓ较大, Ｃ ４ ＡＦ居中, Ｃ ２ Ｓ最小；
３ ） 强度
Ｃ ３ Ｓ最高,
Ｃ ２ Ｓ早期低, 但后期增长率较大 。
故Ｃ ３ Ｓ和Ｃ ２ Ｓ为水泥强度主要来源 。 Ｃ ３ Ａ强度不高,
Ｃ ４ ＡＦ含量对抗折强度有利；
４ ） 耐化学侵蚀性
Ｃ ４ ＡＦ最优, 其次为Ｃ ２ Ｓ, Ｃ ３ Ｓ, Ｃ ３ Ａ最差；
５）干缩性 Ｃ ４ ＡＦ和Ｃ ２ Ｓ最小，Ｃ ３ Ｓ居中，Ｃ ３ Ａ最
大。
硅酸盐水泥主要矿物组成与特性
矿物组成 硅酸三
钙
C3S
硅酸二
钙
C2S
铝酸三
钙
C3A
铁铝酸
四钙
C4AF
与水反应速度 中 慢 快 中
水化热 中 低 高 中
对强度
的作用
早期 良 差 良 良
后期 良 优 中 中
耐化学侵蚀 中 良 差 优
干缩性 中 小 大 小
３, 矿物组成对水泥性能的影响
以上是单个矿物组成的性能, 水泥是几种熟
料矿物的混合物, 改变熟料矿物成分间的比例,
水泥的性质即发生相应的变化 。 例如提高硅酸三
钙的含量, 可以制得高强水泥；又如降低铝酸三
钙和硅酸三钙含量, 提高硅酸二钙含量, 可制得
水化热低的水泥, 如大坝用水泥；提高铁铝酸四
钙含量, 可获得抗折强度较高的水泥, 如道路水
泥 。
4,硅酸盐水泥的凝结和硬化
（ １ ） 硅酸盐水泥的水化
水泥颗粒与水接触, 水泥熟料矿物即与水发生水化
反应, 生成水化产物并放出一定热量
水泥的水化主要是四种矿物成分的水化：
１ ） 硅酸三钙
２ ） 硅酸二钙
３ ） 铝酸三钙
４ ） 铁铝酸四钙
氢氧化钙）( 22（ 水化硅酸 钙水22（ 硅酸三 钙硅 2
x ) C a ( OH)(3OHyS i Ox C a OOnHS i OC a O3 ???????
氢氧化钙）( 22（ 水化硅酸 钙水22（ 硅酸三 钙硅 2
x ) C a ( OH)(2OHyS i Ox C a OOmHS i OC a O2 ???????
２）硅酸二钙
1）硅酸三钙
O31H3 C a S OOAl3 C a O
O19H)O2HC a S O(3O6HOAl3 C a O
2
）（
432
2
（ 二水石膏）
242
（ 水化 铝水化铝
32
???
??????
三硫型水化硫铝酸钙
OHOFeC a OO6HOAl3 C a OO7HOFeOAl4 C a O 2（ 水化 铁水化铁 322（ 水化 铝水化铝 32232（ 铁铁铝酸四钙 32 ?????????
４）铁铝酸四钙
３）铝酸三钙
? 为了调节水泥的凝结硬化速度, 在磨细水泥时, 掺人适量
石膏, 水化铝酸钙与石膏反应生成三硫型水化硫铝酸钙,
亦称钙矾石 。 当石育消耗完毕后, 水泥中尚未水化的铝酸
三钙与钙矾石反应生成单硫型的水化硫铝酸钙 。 反应式如
下：
? 三硫型水化硫铝酸钙（即钙矾石）是难溶于水的稳定的针
状结晶体，它在生成结晶体时体积大大膨胀。因此，水泥
中加入石膏数量不可过多，防止水泥凝结硬化过程中硫铝
酸钙超过限制，产生体积变化不均匀。尤其是形成水泥构
件后，还继续水化，其危害更大。
O1 2 HC a S OOAl3 C a O
OAl3 C a O3 C a OO3 1 H3 C a S OOAl3 C a O
2
（
432
（ 水化 铝水化铝酸
32
）（
2432
???
?????
单硫型水化硫铝酸钙）
三硫型水化硫铝酸钙
（ ２ ） 硅酸盐水泥的凝结和硬化
硅酸盐水泥的凝结硬化大致可划分为以下四个阶段：
第 Ⅰ 阶段为初始反应期 （ 诱导前期 ）
第 Ⅱ 阶段为潜伏期 （ 诱导期 ）
第 Ⅲ 阶段为凝结期 （ 凝结期 ）
第 Ⅳ 阶段为硬化期 （ 硬化期 ）
水
泥
水
化
放
热
曲
线
3.1.3影响常用水泥性能的主要因素
１ ） 水泥组成成分的影响
２ ） 水泥细度的影响
３ ） 温度与湿度的影响
４ ） 水泥强度与龄期的关系
5） 拌和用水量的影响
6） 贮存条件的影响
此外, 水泥矿物成分的含量, 水泥颗粒细度等,
对水泥的凝结硬化以及强度, 都有一定的影啊 。
思考题：
? １,水泥磨细过程中加入石膏的目的是什么？
? ２,水泥四种矿物成分的特性是什么？
? ３,影响水泥凝结硬化的因素有哪些？
主要内容：硅酸盐水泥的技术性质
硅酸盐水泥的技术标准
常用水泥的选用
其它品种水泥
重点内容：硅酸盐水泥的技术性质
硅酸盐水泥的技术标准
难 点：硅酸盐水泥的强度检验方法及评定
要 求：掌握硅酸盐水泥的技术性质
掌握硅酸盐水泥的技术标准
参考资料：, 土木工程材料, 陈志源
,道路建筑材料, 严家伋
,道路建筑材料, 孙 凌
,公路工程水泥和水泥混凝土试验规程,
,道路建筑材料, 集中训练试验补充教材
,硅酸盐水泥, 普通硅酸盐水泥, 技术标准 GB175-1999
3.1.4常用水泥的选用
各类建筑工程，针对其工程性质、结构部位、施
工要求和使用环境条件等，进行选用。
3.1.5常用水泥的技术性质和技术标准
１,技术性质
按照我国现行国家标准, 硅酸盐水泥, 普通硅酸盐水泥,
（ ＧＢ１７５一１９９９ ） 规定, 硅酸盐水泥的技术性质
包括下列项目：
１ ） 化学性质
为了保证水泥的使用质量, 水泥的化学指标主要是控制水
泥中有害的化学成分含量, 若其超过最大允许限量, 即意
味着对水泥性能和质量可能产生有害或潜在的影响 。
（ １ ） 氧化镁含量
（ ２ ） 三氧化硫含量
（ ３ ） 烧失量
（ ４ ） 不溶物
２ ） 物理力学性质
（ １ ） 细度
细度是指水泥颗粒粗细的程度 。 细度愈细, 水泥与水起反
应的面积愈大, 水化速度愈快并较完全 。 实践表明, 细度提
高, 可使水泥混凝土的强度提高, 工作性得到改善 。 但是,
水泥细度提高, 在空气中的硬化收缩也较大, 使水泥发生裂
缝的可能性增加 。 因此, 对水泥细度必须予以合理控制 。
（ ２ ） 水泥净浆标准稠度
为使水泥凝结时间和安定性的测定结果具有可比性，在此
两项测定时必须采用标准稠度的水泥净浆。我国国标规定，
水泥净浆稠度是采用标准维卡仪测定的，以试杆沉入净浆距
底板６ｍｍ ± １ｍｍ时的稠度为, 标准稠度,,此时的用水
量为标准稠度用水量。
水泥标准稠度与凝结时间测定
（ ３ ） 凝结时间
凝结时间是水泥从加水开始, 到水泥浆失去可塑性所需
的时间 。 凝结时间分为初凝时间和终凝时间 。
初凝时间是从水泥加水到水泥浆开始失去塑性的时间；
终凝时间是水泥加水到水泥浆完全失去塑性并开始产生强度的
时间 。
水泥的凝结时间对水泥混凝土的施工有重要意义。如果
凝结过快，混凝土会很快失去流动性，以致无法浇筑，所以初
凝时间不宜过短，以便有足够的时间在初凝之前完成混凝土各
工序的施工操作；但终凝时间又不宜太迟，以便混凝土在浇捣
完毕后，尽早完成凝结硬化。我国现行国标（ＧＢ１７５－１
９９９）规定，硅酸盐水泥初凝时间不得早于４５ｍｉｎ；终
凝时间不得迟于３９０ｍｉｎ。普通硅酸盐水泥初凝时间不得
早于４５ｍｉｎ，终凝时间不得迟于１０ｈ。
（ ４ ） 体积安定性
水泥硬化后体积变化的均匀性称为水泥体积安定性 。
水泥与水拌制成的水泥浆体, 在凝结硬化过程中, 一般都会发
生体积变化, 如果这种变化是发生在凝结硬化过程中, 则对建
筑物的质量并没有什么影响 。 但是, 在水泥硬化后若产生不均
匀的体积变化, 将使混凝土产生膨胀裂缝, 降低使用质量, 甚
至引起严重事故 。 这既是水泥体积安定性不良 。
体积安定性不良的原因, 一般是由于熟料中所含的游离氧
化钙过多；也可能是熟料中所含的游离氧化镁过多或掺入的石
膏过多, 致使水泥已经凝结硬化后, 甚至已经应用于结构物中,
这些成分继续水化, 体积膨胀, 引起不均匀的体积膨胀, 造成
水泥石开裂 。
雷氏夹
雷氏夹测定仪
（ ５ ） 强度
强度是水泥技术要求中最基本的指标, 也是水泥的
重要技术性质之一 。
水泥的强度除了与水泥本身的性质 （ 如熟料的矿
物组成, 细度等 ） 有关外, 并与水灰比, 试件制作方
法, 养护条件和时间等有关 。 多年来, 我国水泥强度
的检验一直按国家标准, 水泥胶砂强度检验方法,
（ ＧＢ１７７一８５ ） 简称软练法进行, 该标准规定,
以ｌ ∶ ２, ５的水泥和标准砂, 按规定的水灰比
（ ０, ４４或０, ４６ ）, 用标准制作方法制成４０
ｍｍ × ４０ｍｍ × １６０ｍｍ的标准试件, 在标准养
护条件下, 达规定龄期 （ ３ｄ, ７ｄ, ２８ｄ ） 时,
按国家标准 （ ＧＢ１７５一９２ ） 规定的最低强度值
来评定其所属标号 。
水泥胶砂试模集振动台
我国现行国家标准, 水泥胶砂强度检验方法, （ ＧＢ／
Ｔ１７６７１－１９９９ ） 简称ＩＳＯ法规定, 以１ ∶ ３的水
泥和标准砂 （ 标准砂满足级配要求 ）, 采用０,５的水灰比,
用标准制作方法制成４０ｍｍ × ４０ｍｍ × １６０ｍｍ的标准
试件, 在标准养护条件下, 达到规定龄期 （ ３ｄ, ７ｄ, ２８
ｄ ） 时, 按国家标准 （ ＧＢ１７５－１９９９ ） 规定的最低强
度值来确定其强度等级 。
我国现行国家标准（ＧＢ１７５一９２）规定：凡氧化镁、
三氧化硫、初凝时间、安定性中的任一项不符合标准规定，均
为废品。凡细度、终凝时间、不溶物和烧失量中的任一项不符
合标准规定或混合材料掺加量超过最大限量，或强度低于商品
标号规定的指标时，称为不合格品，废品水泥在工程中严禁使
用。
２, 技术标准
硅酸盐水泥石的腐蚀和防止
１,水泥石的腐蚀
１ ） 淡水侵浊
２ ） 硫酸盐的侵蚀
３ ） 镁盐侵蚀
４ ） 碳酸侵蚀
水泥石腐蚀的防止
针对以上分析产生腐蚀的原因, 在选用水泥及施工中, 可考虑
以下措施来防止腐蚀 。
１ ） 根据建筑物环境特点, 合理选用水泥品种
２ ） 提高水泥石的密实度
３ ） 加做保护层 R
3.2 其它品种水泥
3.2.1高铝水泥
凡以铝酸钙为主, 氧化铝含量约５０ ％ 的熟料, 经磨细
而得的水硬性胶凝材料称为高铝水泥 。 又名矾土水泥 。
工程应用
高铝水泥的特点是早期强度增长快, 强度高, 主要用于
紧急抢修和早期强度要求高的工程 。 高铝水泥的缺点是后期
强度倒缩, 在使用３～５年后高铝水泥混凝土的强度只有早
期强度的一半左右 。
高铝水泥不宜作结构工程。它的使用温度不宜超过３０
℃,如有蒸汽养护不宜超过５０ ℃,不得与其它品种水泥混
合使用。
3.2.2膨胀水泥
膨胀水泥是硬化过程中不产生收缩, 而具有一
定膨胀性能的水泥 。
工程应用
在道桥工程中，膨胀水泥常用于水泥混凝土路面、
机场道面或桥梁修补混凝土。此外用于防止渗漏、
修补裂缝及管道接头等工程。
3.2.3白色和彩色硅酸盐水泥
白色水泥的主要矿物组成仍是硅酸盐, 只是水泥中着色物
质 （ 氧化铁, 氧化锰, 氧化钛, 氧化铬等 ） 的含量极少 。
生产彩色硅酸盐水泥有三种方法,（ 1） 在水泥生料中混入
着色物质, 烧成彩色熟料再粉磨成彩色水泥； （ 2） 将白水
泥熟料或硅酸盐水泥熟料, 适量石膏和碱性着色物质共同
磨细制成彩色水泥； （ 3） 将干燥状态的着色物质掺入白色
水泥或硅酸盐水泥中 。
白色和彩色水泥在装饰工程中，常用于配制各类彩色水泥
浆、砂浆和混凝土，用以制造各种水磨石、水刷石、等饰
面及雕塑和装饰部件等制品。
补充：道路硅酸盐水泥
１,定义
以适当成分的生料烧至部分熔融, 所得以硅酸
钙为主要成分和较多量的铁铝酸钙的硅酸盐水泥熟
料称为道路硅酸盐水泥熟料 。 由道路硅酸盐水泥熟
料, ０～１０ ％ 活性混合材料和适量石膏磨细制成
的水硬性胶凝材料, 称为道路硅酸盐水泥 （ 简称道
路水泥 ） 。
２,技术要求
１ ） 化学组成
在道路水泥或熟料中含有下列有害成分必须加以限制：
（ １ ） 氧化镁含量 道路水泥中氧化镁含量不得超过５,
０ ％ 。
（ ２ ） 三氧化硫含量 道路水泥中三氧化硫不得超过３,
５ ％ 。
（ ３ ） 烧失量 道路水泥中的烧失量不得大于３,０ ％ 。
（ ４ ） 游离氧化钙含量 道路水泥熟料中游离氧化钙含量,
旋窑生产不得大于１,０ ％ ；立窑生产不得大于１,８ ％ 。
（ ５ ） 碱含量 如用户提出要求时, 由供需双方商定 。
２ ） 矿物组成
（ １ ） 铝酸三钙含量 道路水泥熟料中铝酸三钙的含量
不得大于５,０ ％ 。
（ ２ ） 铁铝酸四钙含量 道路水泥熟料中铁铝酸四钙的
含量不得小于１６,０ ％ 。
铝酸三钙 （ Ｃ ３ Ａ ） 和铁铝酸四钙 （ Ｃ ４ ＡＦ ） 的含量,
先按ＧＢ１７６方法求出三氧化二铝 （ Ａｌ ２ Ｏ ３ ） 和三氧
化二铁 （ Ｆｅ ２ Ｏ ３ ） 的含量, 然后按下式求得：
Ｃ ３ Ａ＝２,６５ （ Ａｌ ２ Ｏ ３ －０,６４Ｆｅ ２ Ｏ ３ ） ％
Ｃ ４ ＡＦ＝３,０４Ｆｅ ２ Ｏ ３ ％
３ ） 物理力学性质
（ １ ） 细度 按国标ＧＢ１３４５水泥细度检验方
法, ８０ μ ｍ筛的筛余量不得大于１０ ％ 。
（ ２ ） 凝结时间 按国标ＧＢ１３４６试验方法,
初凝不得早于１ｈ, 终凝不得迟于１０ｈ 。
（ ３ ） 安定性 按国标ＧＢ１３４６试验方法, 安
定性用沸煮法必须合格 。
（ ４ ） 干缩性 按国标ＧＢ７５１水泥胶砂干缩性
试验, ２８ｄ干缩率不得大于０,１０ ％ 。
（ ５ ） 耐磨性 按行业标准ＪＣ／Ｔ４２１水泥胶
砂耐磨性试验, 磨损率不得大于３, ６０ｋｇ／ｍ ３ 。
（ ６ ） 强度 道路水泥分为４２５, ５２５和６２５
三个标号 。
３,工程应用
道路水泥是一种强度高, 特别是抗折强度高,
耐磨性好, 干缩性小, 抗冲击性好, 抗冻性, 抗硫
酸性比较好的专用水泥 。 它适用于道路路面, 机场
跑道道面, 城市广场等工程, 由于道路水泥具有干
缩性小, 耐磨, 抗冲击等特性, 可减少水泥混疑土
路面的裂缝和磨耗等病害, 减少维修, 延长路面使
用年限, 因而可获得显著的社会 效益和经济效益 。
思考题：
１,什么是水泥的初凝和终凝？ 凝结时间对工程有何
影响？
２,什么是水泥的合格品, 不合格品及废品？ 工程中
有何要求？
３,ＩＳＯ法与软练法的主要区别是什么？
R
END
THANK YOU！
第三章
黑龙江工程学院 土木工程系
孙凌
第三章 水 泥
? 3.1 常用水泥
? 3.2 其它品种水泥
主要内容：常用 （ 硅酸盐 ） 水泥的生产工艺
常用 （ 硅酸盐 ） 水泥的特性
影响常用水泥性能的因素
重点内容：硅酸盐水泥矿物成分特点
硅酸盐水泥的凝结和硬化
难 点：硅酸盐水泥的凝结和硬化
要 求：掌握硅酸盐水泥的矿物成分特点
掌握硅酸盐水泥凝结和硬化
参考资料：, 土木工程材料, 陈志源
,道路建筑材料, 严家伋
,道路建筑材料, 孙 凌
,公路工程水泥和水泥混凝土试验规程,
,道路建筑材料, 集中训练试验补充教材
,硅酸盐水泥、普通硅酸盐水泥, 技术标准 GB175-1999
3,水 泥
?水泥是一种水硬性胶凝材料, 也是建筑工程中用量
最大的建筑材料之一 。
? 在道路与桥梁工程中通常应用的水泥有：硅酸盐
水泥、普通硅酸盐水泥、矿渣硅酸盐水泥、火山灰
质硅酸盐水泥和粉煤灰硅酸盐水泥等五大品种水泥。
? 3.1常用水泥
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 ；在硅酸盐水泥熟料粉磨
时掺加不超过质量５ ％ 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 。
?普通硅酸盐水泥Ｐ ·Ｏ
?矿渣硅酸盐水泥Ｐ ·Ｓ
?火山灰质硅酸盐水泥Ｐ ·Ｐ
?粉煤灰硅酸盐水泥Ｐ ·Ｆ
?复合硅酸盐水泥Ｐ ·Ｃ
?3.1.1常用水泥的生产
１,硅酸盐水泥生产原料
原料：
１ ） 石灰质原料 主要提供ＣａＯ,
２ ） 粘土质原料 主要提供Ａｌ ２ Ｏ ３
以及Ｆｅ ２ Ｏ ３ 。
3） 校正原料
补充两种原料中所缺少的铁 。
? ２,硅酸盐水泥生产工艺概述
? 1)把几种原材料按适当比例配合在磨机中磨成生
料；
? 2)将制备好的生料入窑进行煅烧, 至１４５０ ℃
左右生成以硅酸钙为主要成分的硅酸盐水泥, 熟
料, ；
? 3)为调节水泥的凝结速度, 在烧成的熟料中加入
质量３ ％ 左右的石膏共同磨细, 即为硅酸盐水泥 。
? 因此，硅酸盐水泥生产工艺概括起来为“两磨一
烧”。
3.1.2常用水泥的特性
１, 硅酸盐水泥的主要矿物组成
硅酸盐水泥的主要矿物组成是：
? 硅酸三钙 ３ＣａＯ ·ＳｉＯ ２, 简式为Ｃ ３ Ｓ,
? 硅酸二钙 ２ＣａＯ ·ＳｉＯ ２, 简式为Ｃ ２ Ｓ,
? 铝酸三钙 ３ＣａＯ ·Ａ１ ２ Ｏ ３, 简式为Ｃ ３ Ａ,
? 铁铝酸四钙４ＣａＯ ·Ａｌ ２ Ｏ ３, ·Ｆｅ ２ Ｏ ３,
? 简式为Ｃ ４ ＡＦ,
2,硅酸盐水泥各矿物组成性能比较
硅酸盐水泥熟料中这四种矿物组成的特性是：
１ ） 反应速度
Ｃ ３ Ａ最快, Ｃ ３ Ｓ较快, Ｃ ４ ＡＦ也较快, Ｃ ２ Ｓ最慢；
２ ） 释热量
Ｃ ３ Ａ最大, Ｃ ３ Ｓ较大, Ｃ ４ ＡＦ居中, Ｃ ２ Ｓ最小；
３ ） 强度
Ｃ ３ Ｓ最高,
Ｃ ２ Ｓ早期低, 但后期增长率较大 。
故Ｃ ３ Ｓ和Ｃ ２ Ｓ为水泥强度主要来源 。 Ｃ ３ Ａ强度不高,
Ｃ ４ ＡＦ含量对抗折强度有利；
４ ） 耐化学侵蚀性
Ｃ ４ ＡＦ最优, 其次为Ｃ ２ Ｓ, Ｃ ３ Ｓ, Ｃ ３ Ａ最差；
５）干缩性 Ｃ ４ ＡＦ和Ｃ ２ Ｓ最小，Ｃ ３ Ｓ居中，Ｃ ３ Ａ最
大。
硅酸盐水泥主要矿物组成与特性
矿物组成 硅酸三
钙
C3S
硅酸二
钙
C2S
铝酸三
钙
C3A
铁铝酸
四钙
C4AF
与水反应速度 中 慢 快 中
水化热 中 低 高 中
对强度
的作用
早期 良 差 良 良
后期 良 优 中 中
耐化学侵蚀 中 良 差 优
干缩性 中 小 大 小
３, 矿物组成对水泥性能的影响
以上是单个矿物组成的性能, 水泥是几种熟
料矿物的混合物, 改变熟料矿物成分间的比例,
水泥的性质即发生相应的变化 。 例如提高硅酸三
钙的含量, 可以制得高强水泥；又如降低铝酸三
钙和硅酸三钙含量, 提高硅酸二钙含量, 可制得
水化热低的水泥, 如大坝用水泥；提高铁铝酸四
钙含量, 可获得抗折强度较高的水泥, 如道路水
泥 。
4,硅酸盐水泥的凝结和硬化
（ １ ） 硅酸盐水泥的水化
水泥颗粒与水接触, 水泥熟料矿物即与水发生水化
反应, 生成水化产物并放出一定热量
水泥的水化主要是四种矿物成分的水化：
１ ） 硅酸三钙
２ ） 硅酸二钙
３ ） 铝酸三钙
４ ） 铁铝酸四钙
氢氧化钙）( 22（ 水化硅酸 钙水22（ 硅酸三 钙硅 2
x ) C a ( OH)(3OHyS i Ox C a OOnHS i OC a O3 ???????
氢氧化钙）( 22（ 水化硅酸 钙水22（ 硅酸三 钙硅 2
x ) C a ( OH)(2OHyS i Ox C a OOmHS i OC a O2 ???????
２）硅酸二钙
1）硅酸三钙
O31H3 C a S OOAl3 C a O
O19H)O2HC a S O(3O6HOAl3 C a O
2
）（
432
2
（ 二水石膏）
242
（ 水化 铝水化铝
32
???
??????
三硫型水化硫铝酸钙
OHOFeC a OO6HOAl3 C a OO7HOFeOAl4 C a O 2（ 水化 铁水化铁 322（ 水化 铝水化铝 32232（ 铁铁铝酸四钙 32 ?????????
４）铁铝酸四钙
３）铝酸三钙
? 为了调节水泥的凝结硬化速度, 在磨细水泥时, 掺人适量
石膏, 水化铝酸钙与石膏反应生成三硫型水化硫铝酸钙,
亦称钙矾石 。 当石育消耗完毕后, 水泥中尚未水化的铝酸
三钙与钙矾石反应生成单硫型的水化硫铝酸钙 。 反应式如
下：
? 三硫型水化硫铝酸钙（即钙矾石）是难溶于水的稳定的针
状结晶体，它在生成结晶体时体积大大膨胀。因此，水泥
中加入石膏数量不可过多，防止水泥凝结硬化过程中硫铝
酸钙超过限制，产生体积变化不均匀。尤其是形成水泥构
件后，还继续水化，其危害更大。
O1 2 HC a S OOAl3 C a O
OAl3 C a O3 C a OO3 1 H3 C a S OOAl3 C a O
2
（
432
（ 水化 铝水化铝酸
32
）（
2432
???
?????
单硫型水化硫铝酸钙）
三硫型水化硫铝酸钙
（ ２ ） 硅酸盐水泥的凝结和硬化
硅酸盐水泥的凝结硬化大致可划分为以下四个阶段：
第 Ⅰ 阶段为初始反应期 （ 诱导前期 ）
第 Ⅱ 阶段为潜伏期 （ 诱导期 ）
第 Ⅲ 阶段为凝结期 （ 凝结期 ）
第 Ⅳ 阶段为硬化期 （ 硬化期 ）
水
泥
水
化
放
热
曲
线
3.1.3影响常用水泥性能的主要因素
１ ） 水泥组成成分的影响
２ ） 水泥细度的影响
３ ） 温度与湿度的影响
４ ） 水泥强度与龄期的关系
5） 拌和用水量的影响
6） 贮存条件的影响
此外, 水泥矿物成分的含量, 水泥颗粒细度等,
对水泥的凝结硬化以及强度, 都有一定的影啊 。
思考题：
? １,水泥磨细过程中加入石膏的目的是什么？
? ２,水泥四种矿物成分的特性是什么？
? ３,影响水泥凝结硬化的因素有哪些？
主要内容：硅酸盐水泥的技术性质
硅酸盐水泥的技术标准
常用水泥的选用
其它品种水泥
重点内容：硅酸盐水泥的技术性质
硅酸盐水泥的技术标准
难 点：硅酸盐水泥的强度检验方法及评定
要 求：掌握硅酸盐水泥的技术性质
掌握硅酸盐水泥的技术标准
参考资料：, 土木工程材料, 陈志源
,道路建筑材料, 严家伋
,道路建筑材料, 孙 凌
,公路工程水泥和水泥混凝土试验规程,
,道路建筑材料, 集中训练试验补充教材
,硅酸盐水泥, 普通硅酸盐水泥, 技术标准 GB175-1999
3.1.4常用水泥的选用
各类建筑工程，针对其工程性质、结构部位、施
工要求和使用环境条件等，进行选用。
3.1.5常用水泥的技术性质和技术标准
１,技术性质
按照我国现行国家标准, 硅酸盐水泥, 普通硅酸盐水泥,
（ ＧＢ１７５一１９９９ ） 规定, 硅酸盐水泥的技术性质
包括下列项目：
１ ） 化学性质
为了保证水泥的使用质量, 水泥的化学指标主要是控制水
泥中有害的化学成分含量, 若其超过最大允许限量, 即意
味着对水泥性能和质量可能产生有害或潜在的影响 。
（ １ ） 氧化镁含量
（ ２ ） 三氧化硫含量
（ ３ ） 烧失量
（ ４ ） 不溶物
２ ） 物理力学性质
（ １ ） 细度
细度是指水泥颗粒粗细的程度 。 细度愈细, 水泥与水起反
应的面积愈大, 水化速度愈快并较完全 。 实践表明, 细度提
高, 可使水泥混凝土的强度提高, 工作性得到改善 。 但是,
水泥细度提高, 在空气中的硬化收缩也较大, 使水泥发生裂
缝的可能性增加 。 因此, 对水泥细度必须予以合理控制 。
（ ２ ） 水泥净浆标准稠度
为使水泥凝结时间和安定性的测定结果具有可比性，在此
两项测定时必须采用标准稠度的水泥净浆。我国国标规定，
水泥净浆稠度是采用标准维卡仪测定的，以试杆沉入净浆距
底板６ｍｍ ± １ｍｍ时的稠度为, 标准稠度,,此时的用水
量为标准稠度用水量。
水泥标准稠度与凝结时间测定
（ ３ ） 凝结时间
凝结时间是水泥从加水开始, 到水泥浆失去可塑性所需
的时间 。 凝结时间分为初凝时间和终凝时间 。
初凝时间是从水泥加水到水泥浆开始失去塑性的时间；
终凝时间是水泥加水到水泥浆完全失去塑性并开始产生强度的
时间 。
水泥的凝结时间对水泥混凝土的施工有重要意义。如果
凝结过快，混凝土会很快失去流动性，以致无法浇筑，所以初
凝时间不宜过短，以便有足够的时间在初凝之前完成混凝土各
工序的施工操作；但终凝时间又不宜太迟，以便混凝土在浇捣
完毕后，尽早完成凝结硬化。我国现行国标（ＧＢ１７５－１
９９９）规定，硅酸盐水泥初凝时间不得早于４５ｍｉｎ；终
凝时间不得迟于３９０ｍｉｎ。普通硅酸盐水泥初凝时间不得
早于４５ｍｉｎ，终凝时间不得迟于１０ｈ。
（ ４ ） 体积安定性
水泥硬化后体积变化的均匀性称为水泥体积安定性 。
水泥与水拌制成的水泥浆体, 在凝结硬化过程中, 一般都会发
生体积变化, 如果这种变化是发生在凝结硬化过程中, 则对建
筑物的质量并没有什么影响 。 但是, 在水泥硬化后若产生不均
匀的体积变化, 将使混凝土产生膨胀裂缝, 降低使用质量, 甚
至引起严重事故 。 这既是水泥体积安定性不良 。
体积安定性不良的原因, 一般是由于熟料中所含的游离氧
化钙过多；也可能是熟料中所含的游离氧化镁过多或掺入的石
膏过多, 致使水泥已经凝结硬化后, 甚至已经应用于结构物中,
这些成分继续水化, 体积膨胀, 引起不均匀的体积膨胀, 造成
水泥石开裂 。
雷氏夹
雷氏夹测定仪
（ ５ ） 强度
强度是水泥技术要求中最基本的指标, 也是水泥的
重要技术性质之一 。
水泥的强度除了与水泥本身的性质 （ 如熟料的矿
物组成, 细度等 ） 有关外, 并与水灰比, 试件制作方
法, 养护条件和时间等有关 。 多年来, 我国水泥强度
的检验一直按国家标准, 水泥胶砂强度检验方法,
（ ＧＢ１７７一８５ ） 简称软练法进行, 该标准规定,
以ｌ ∶ ２, ５的水泥和标准砂, 按规定的水灰比
（ ０, ４４或０, ４６ ）, 用标准制作方法制成４０
ｍｍ × ４０ｍｍ × １６０ｍｍ的标准试件, 在标准养
护条件下, 达规定龄期 （ ３ｄ, ７ｄ, ２８ｄ ） 时,
按国家标准 （ ＧＢ１７５一９２ ） 规定的最低强度值
来评定其所属标号 。
水泥胶砂试模集振动台
我国现行国家标准, 水泥胶砂强度检验方法, （ ＧＢ／
Ｔ１７６７１－１９９９ ） 简称ＩＳＯ法规定, 以１ ∶ ３的水
泥和标准砂 （ 标准砂满足级配要求 ）, 采用０,５的水灰比,
用标准制作方法制成４０ｍｍ × ４０ｍｍ × １６０ｍｍ的标准
试件, 在标准养护条件下, 达到规定龄期 （ ３ｄ, ７ｄ, ２８
ｄ ） 时, 按国家标准 （ ＧＢ１７５－１９９９ ） 规定的最低强
度值来确定其强度等级 。
我国现行国家标准（ＧＢ１７５一９２）规定：凡氧化镁、
三氧化硫、初凝时间、安定性中的任一项不符合标准规定，均
为废品。凡细度、终凝时间、不溶物和烧失量中的任一项不符
合标准规定或混合材料掺加量超过最大限量，或强度低于商品
标号规定的指标时，称为不合格品，废品水泥在工程中严禁使
用。
２, 技术标准
硅酸盐水泥石的腐蚀和防止
１,水泥石的腐蚀
１ ） 淡水侵浊
２ ） 硫酸盐的侵蚀
３ ） 镁盐侵蚀
４ ） 碳酸侵蚀
水泥石腐蚀的防止
针对以上分析产生腐蚀的原因, 在选用水泥及施工中, 可考虑
以下措施来防止腐蚀 。
１ ） 根据建筑物环境特点, 合理选用水泥品种
２ ） 提高水泥石的密实度
３ ） 加做保护层 R
3.2 其它品种水泥
3.2.1高铝水泥
凡以铝酸钙为主, 氧化铝含量约５０ ％ 的熟料, 经磨细
而得的水硬性胶凝材料称为高铝水泥 。 又名矾土水泥 。
工程应用
高铝水泥的特点是早期强度增长快, 强度高, 主要用于
紧急抢修和早期强度要求高的工程 。 高铝水泥的缺点是后期
强度倒缩, 在使用３～５年后高铝水泥混凝土的强度只有早
期强度的一半左右 。
高铝水泥不宜作结构工程。它的使用温度不宜超过３０
℃,如有蒸汽养护不宜超过５０ ℃,不得与其它品种水泥混
合使用。
3.2.2膨胀水泥
膨胀水泥是硬化过程中不产生收缩, 而具有一
定膨胀性能的水泥 。
工程应用
在道桥工程中，膨胀水泥常用于水泥混凝土路面、
机场道面或桥梁修补混凝土。此外用于防止渗漏、
修补裂缝及管道接头等工程。
3.2.3白色和彩色硅酸盐水泥
白色水泥的主要矿物组成仍是硅酸盐, 只是水泥中着色物
质 （ 氧化铁, 氧化锰, 氧化钛, 氧化铬等 ） 的含量极少 。
生产彩色硅酸盐水泥有三种方法,（ 1） 在水泥生料中混入
着色物质, 烧成彩色熟料再粉磨成彩色水泥； （ 2） 将白水
泥熟料或硅酸盐水泥熟料, 适量石膏和碱性着色物质共同
磨细制成彩色水泥； （ 3） 将干燥状态的着色物质掺入白色
水泥或硅酸盐水泥中 。
白色和彩色水泥在装饰工程中，常用于配制各类彩色水泥
浆、砂浆和混凝土，用以制造各种水磨石、水刷石、等饰
面及雕塑和装饰部件等制品。
补充：道路硅酸盐水泥
１,定义
以适当成分的生料烧至部分熔融, 所得以硅酸
钙为主要成分和较多量的铁铝酸钙的硅酸盐水泥熟
料称为道路硅酸盐水泥熟料 。 由道路硅酸盐水泥熟
料, ０～１０ ％ 活性混合材料和适量石膏磨细制成
的水硬性胶凝材料, 称为道路硅酸盐水泥 （ 简称道
路水泥 ） 。
２,技术要求
１ ） 化学组成
在道路水泥或熟料中含有下列有害成分必须加以限制：
（ １ ） 氧化镁含量 道路水泥中氧化镁含量不得超过５,
０ ％ 。
（ ２ ） 三氧化硫含量 道路水泥中三氧化硫不得超过３,
５ ％ 。
（ ３ ） 烧失量 道路水泥中的烧失量不得大于３,０ ％ 。
（ ４ ） 游离氧化钙含量 道路水泥熟料中游离氧化钙含量,
旋窑生产不得大于１,０ ％ ；立窑生产不得大于１,８ ％ 。
（ ５ ） 碱含量 如用户提出要求时, 由供需双方商定 。
２ ） 矿物组成
（ １ ） 铝酸三钙含量 道路水泥熟料中铝酸三钙的含量
不得大于５,０ ％ 。
（ ２ ） 铁铝酸四钙含量 道路水泥熟料中铁铝酸四钙的
含量不得小于１６,０ ％ 。
铝酸三钙 （ Ｃ ３ Ａ ） 和铁铝酸四钙 （ Ｃ ４ ＡＦ ） 的含量,
先按ＧＢ１７６方法求出三氧化二铝 （ Ａｌ ２ Ｏ ３ ） 和三氧
化二铁 （ Ｆｅ ２ Ｏ ３ ） 的含量, 然后按下式求得：
Ｃ ３ Ａ＝２,６５ （ Ａｌ ２ Ｏ ３ －０,６４Ｆｅ ２ Ｏ ３ ） ％
Ｃ ４ ＡＦ＝３,０４Ｆｅ ２ Ｏ ３ ％
３ ） 物理力学性质
（ １ ） 细度 按国标ＧＢ１３４５水泥细度检验方
法, ８０ μ ｍ筛的筛余量不得大于１０ ％ 。
（ ２ ） 凝结时间 按国标ＧＢ１３４６试验方法,
初凝不得早于１ｈ, 终凝不得迟于１０ｈ 。
（ ３ ） 安定性 按国标ＧＢ１３４６试验方法, 安
定性用沸煮法必须合格 。
（ ４ ） 干缩性 按国标ＧＢ７５１水泥胶砂干缩性
试验, ２８ｄ干缩率不得大于０,１０ ％ 。
（ ５ ） 耐磨性 按行业标准ＪＣ／Ｔ４２１水泥胶
砂耐磨性试验, 磨损率不得大于３, ６０ｋｇ／ｍ ３ 。
（ ６ ） 强度 道路水泥分为４２５, ５２５和６２５
三个标号 。
３,工程应用
道路水泥是一种强度高, 特别是抗折强度高,
耐磨性好, 干缩性小, 抗冲击性好, 抗冻性, 抗硫
酸性比较好的专用水泥 。 它适用于道路路面, 机场
跑道道面, 城市广场等工程, 由于道路水泥具有干
缩性小, 耐磨, 抗冲击等特性, 可减少水泥混疑土
路面的裂缝和磨耗等病害, 减少维修, 延长路面使
用年限, 因而可获得显著的社会 效益和经济效益 。
思考题：
１,什么是水泥的初凝和终凝？ 凝结时间对工程有何
影响？
２,什么是水泥的合格品, 不合格品及废品？ 工程中
有何要求？
３,ＩＳＯ法与软练法的主要区别是什么？
R
END
THANK YOU！
