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第二章 石灰和水泥
第一节 石灰
石灰根据化学成分不同分为生石灰和熟石灰。根据成品加
工方法不同，可分为块状生石灰、生石灰粉、消石灰粉、石
灰浆、石灰乳。
? 一、石灰的生产工艺概述
? 二、石灰的消化和硬化
? 三、石灰的技术要求和技术标准
? 四、石灰的应用和贮存
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石灰是由富含碳酸钙的岩石 (如石灰石、白云石、白垩等 )为主，
亦可应用含有氧化钙和部分氧化镁的岩石，经过煅烧，逸出二氧
化碳气体后得到的块状材料。
优质石灰，色质洁白或带灰色质量较轻，块状石灰堆积密度
为 800～ 1 000kg／ m3。欠火石灰缺乏粘结力,过火石灰用于建
筑结构物中仍能继续消化，以致引起成型的结构物体体积膨胀，
导致结构物表面产生鼓包、隆起、起皮剥落或产生裂缝等破坏现
象，故危害极大。
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? （一）石灰的消化
烧制成的生石灰，在使用时必须加水使其“消化”成为
“消石灰”，这一过程亦称“熟化”，故消石灰亦称“熟石
灰” 。
石灰消化时，为了消除“过火石灰”的危害，可在消化后
“陈伏”半月左右再使用。
? （二）石灰的硬化
1.石灰浆的干燥硬化 (结晶作用 )
2.硬化石灰浆的碳化（碳化作用）
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? 三、石灰的技术要求和技术标准
? （一）技术要求
? 1．有效氧化钙和氧化镁含量
石灰中产生粘结性的有效成分是活性氧化钙和氧化镁。它们
的含量是评价石灰质量主要指标，其含量愈多，活性愈高，质
量也愈好。按, 公路工程无机结合料稳定材料试验规程, (JTJ
057— 94)规定，有效氧化钙含量用中和滴定法测定，氧化镁含
量用络合滴定法测定。
2．生石灰产浆量和未消化残渣含量
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产浆量是单位质量 (1Kg)的生石灰经消化后，所产石灰浆体的
体积 (L)。石灰产浆量愈高，则表示其质量越好。未消化残渣含量
是生石灰消化后，未能消化而存留在 5mm圆孔筛上的残渣占试样
的百分率。其含量愈多，石灰质量愈差，须加以限制。
? 3．二氧化碳 (CO2)含量
CO2含量越高，即表示未分解完全的碳酸盐含量越高，则
（ CaO+MgO)含量相对降低，导致石灰的胶结性能的下降。
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? 4．消石灰游离水含量
游离水含量，指化学结合水以外的含水量。
? 5．细度
细度与石灰的质量有密切联系，过量的筛余物影响石灰的粘
结性。现行标准, 建筑生石灰粉, (JC／ T480— 92)和, 建筑消
石灰粉, (JC／ T 481— 92)以 0.9mm和 0.125mm筛余百分率控制。
试验方法是，称取试样 50g，倒人 0.9mm,0.125mm套筛内
进行筛分，分别称量筛余物，按原试样计算其筛余百分率。
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? （二）技术标准
建筑石灰按现行标准, 建筑生石灰, (JC／ T 479一 92)、
,建筑生石灰粉, (JC／ T 480— 92)和, 建筑消石灰粉, (JC／
T481— 92)规定，按其氧化镁含量划分为钙质石灰和镁质石灰两
类。
? 1．生石灰技术标准
? 2．生石灰粉技术标准
? 3．消石灰粉技术标准
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? （一）石灰的应用
? 1．砌筑工程和抹面装饰工程。
? 2．加固软土地基。
? 3．用于道路工程的垫层。
? 4．在道路工程中，应用于路面基层。在桥梁工程中用于圬工砌
体。
? （二）石灰的贮存
? 1．磨细的生石灰粉应贮存于干燥仓库内，采取严格防水措施。
? 2．如需较长时间贮存生石灰，最好将其消解成石灰浆，并使表
面隔绝空气，以防碳化。
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第二节 水 泥
? 细磨成粉末状，加入适量水后成为可塑性的浆体，既能在空气中
硬化，又能在水中硬化，并能将砂、石等材料牢固地胶结成具有
一定强度的整体的水硬性胶凝材料，统称为水泥。
? 水泥按其化学成分，可分为硅酸盐类水泥、铝酸盐类水泥、硫铝
酸盐类水泥、铁铝酸盐类水泥、氟铝酸盐类水泥等；按用途和性
能可分为通用水泥、专用水泥和特性水泥。通用水泥是指土木建
筑工程中大量使用的具有一般用途的水泥，即硅酸盐水泥、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；专用水泥则指具有专门用途水泥 。
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? 一、硅酸盐水泥
? （一）概述
? （二）硅酸盐水泥的生产工艺简述
? （三）硅酸盐水泥的化学成分和矿物组成
? （四）硅酸盐水泥的水化和凝结硬化
? （五）硅酸盐水泥的技术性质和技术标准
? （六）硅酸盐水泥的特性、应用与储运
? （七）水泥石的腐蚀与防止
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现行国家标准 GB175-1999定义：凡由硅酸盐水泥熟料,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（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 。硅酸盐水泥在国际上统
称波特兰水泥。
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? 硅酸盐水泥的生产工艺可概括为三个阶段：
? 1．生料制备：以石灰石、粘土和铁矿粉为主要原料（有时需
加入校正原料），将其按一定比例配合、磨细，制得具有适当
化学成分、质量均匀的生料。
? 2．熟料煅烧：将生料在水泥窑内经 1450℃ 高温煅烧至部分熔
融，得到以硅酸钙为主要成分的硅酸盐水泥熟料。
? 3．水泥粉磨：将熟料加适量石膏和 0～ 5％的石灰石或粒化高
炉矿渣共同磨细得到硅酸盐水泥。
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? 1.化学成分
? 2.矿物组成
? 3.硅酸盐水泥熟料矿物的性能
? （ 1）水化反应速度
? （ 2）水化放热量
? （ 3）强度
? （ 4）耐化学侵蚀性
? （ 5）干缩性
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? 1.水化
水泥加水拌和后，水泥颗粒立即分散于水中并与水发生化学
反应。水泥的水化过程是水泥各种熟料矿物及石膏与水发生反应
的过程。水泥的水化过程是由颗粒表面逐渐深入到颗粒内部的。
? 2.凝结硬化
随着时间的推延，水泥浆逐渐失去塑性，形成具有一定强度
的石状体，这个过程叫水泥的凝结硬化。水泥的硬化期可以延续
至很长时间，但 28天基本表现出大部分强度。
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? 1.技术性质
? （ 1） 细度
? （ 2） 标准稠度用水量
? （ 3） 凝结时间
? （ 4） 体积安定性
? （ 5） 强度
? 2,技术标准
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? 细度,指水泥颗粒的粗细程度。一般情况下，水泥颗粒越细，其
总表面积越大，与水反应时接触的面积也越大，水化反应速度就
越快，所以相同矿物组成的水泥，细度越大，凝结硬化速度越快，
早期强度越高。一般认为，水泥颗粒粒径小于 40μm时才具有较
大的活性。但水泥颗粒太细，使混凝土发生裂缝的可能性增加，
此外，水泥颗粒细度提高会导致生产成本提高。水泥细度可用下
列方法表示：
? ① 筛析法 以 80μm方孔筛上的筛余量百分率表示。筛析法分负
压筛法和水筛法两种，以负压筛法为准。
? ② 比表面积法 以每千克水泥所具有的总表面积（ m2）表示。比
表面积采用勃氏法测定。
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? 标准稠度用水量,在测定水泥的凝结时间和安定性时，为使
其测定结果具有可比性，必须采用标准稠度的水泥净浆进行
测定。现行国家标准 (GB/T1346-2001)规定，以标准法维卡
仪的试杆沉入净浆距底板的距离为 6mm± 1mm时的水泥浆
的稠度作为标准稠度。水泥净浆达到标准稠度时所需拌和水
量称为标准稠度用水量。
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? 凝结时间,水泥从加水时至水泥浆失去可塑性所需的时间。凝结
时间分初凝时间和终凝时间。初凝时间是从水泥加水至水泥浆开
始失去可塑性所经历的时间；终凝时间是从水泥加水至水泥浆完
全失去可塑性所经历的时间。凝结时间以试针沉入水泥标准稠度
净浆至一定深度所需时间表示。
? 现行国家标准 (GB/T1346-2001)规定：将标准稠度的水泥净浆装
入凝结时间测定仪的试模中，以标准试针（分初凝用试针和终凝
用试针）测试。当试针沉至距底板 4mm± 1mm时，为水泥达到
初凝状态，由水泥加水时至达到初凝状态所经历的时间作为初凝
时间；
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完成初凝时间测定后，将试模连同浆体翻转 180°,换上终凝试
针（终凝针上装有一个环形附件），当试针沉入试体 0.5mm时，
即环形附件开始不能在试体上留下痕迹时，为水泥达到终凝状态，
由水泥加水时至达到终凝状态所经历的时间作为水泥的终凝时间。
? 水泥的初凝时间不宜过短，终凝时间不宜过长，以使混凝土能尽
快硬化，产生强度，提高模具周转率，加快施工进度。我国现行
国标（ GB175-1999）规定，硅酸盐水泥初凝不得早于 45min，
终凝不得迟于 6.5h。普通硅酸盐水泥初凝不得早于 45min，终凝
不得迟于 10h。
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? 水泥的体积安定性,指水泥在凝结硬化过程中体积变化的均匀程
度。如果这种体积变化是轻微的均匀的，则对建筑物的质量没什
么影响，但是如果混凝土硬化后，由于水泥中某些有害成分的作
用，在水泥石内部产生了剧烈的、不均匀的体积变化，则会在建
筑物内部产生破坏应力，导致建筑物的强度降低。若破坏应力发
展到超过建筑物的强度，则会引起建筑物开裂、崩塌等严重质量
事故，这种现象称为水泥的体积安定性不良。
? 引起水泥体积安定性不良的原因是,① 水泥中含有过多的游离
CaO和 MgO ② 石膏掺量过多
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? 国家标准 (GB175-1999)规定，硅酸盐水泥的体积安定性用沸煮
法检验必须合格。沸煮法分雷氏法（标准法）和试饼法（代用法）
两种。雷氏法是将标准稠度的水泥净浆按规定方法装入雷氏夹的
环形试模中，湿养 24h后测定指针尖端距离，接着将其放入沸煮
箱内,30min内加热至水沸腾，然后恒沸 3h。待试件冷却后再测
定指针尖端的距离，若沸煮前后指针尖端增加的距离不超过
5.0mm，则认为水泥的体积安定性合格。试饼法是用标准稠度的
水泥净浆按规定方法制成规定的试饼，经养护、沸煮后，观察饼
的外形变化，如目测试饼无裂纹，用钢直尺检查无弯曲，则认为
安定性合格，反之为不合格。
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? 强度,水泥技术要求中最基本的指标，它直接反映了水泥的质量
水平和使用价值。水泥的强度越高，其胶结能力也越大。硅酸盐
水泥的强度主要取决于熟料的矿物组成和水泥的细度，此外还与
水灰比、试验方法、试验条件、养护龄期等因素有关。
? 我国现行标准, 水泥胶砂强度检验方法（ ISO法）, （ GB17671
－ 1999）规定：将水泥、标准砂及水按规定的比例（水泥：标准
砂：水＝ 1,3,0.5），用规定方法制成
40mm× 40mm× 160mm的标准试件，在标准条件（ 24h之内在
温度 20℃ ± 1℃,相对湿度不低于 90％的养护箱或雾室内,24h
后在 20℃ ± 1℃ 的水中）下养护，测定其 3d和 28d的抗折强度和
抗压强度 。硅酸盐水泥强度等级分为 42.5,42.5R,52.5、
52.5R,62.5,62.5R。
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? 硅酸盐水泥的技术标准,按我国现行国标的有关规定
? 1、不溶物,Ⅰ 型硅酸盐水泥不超过 0.75％； Ⅱ 型硅酸盐水泥不
超过 1.5％。
? 2、氧化镁：熟料中氧化镁的含量不得超过 5.0％。如水泥经压蒸
安定性试验合格，则允许放宽到 6.0％。
? 3、三氧化硫：水泥中三氧化硫的含量不得超过 3.5％。
? 4、烧失量,Ⅰ 型硅酸盐水泥不大于 3％,Ⅱ 型硅酸盐水泥不大于
3.5％，普通水泥不大于 5％。
? 5、细度：硅酸盐水泥比表面积大于 300 m2/ Kg，普通硅酸盐水
泥 80μm方孔筛筛余不得超过 10.0％。
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? 6、凝结时间：初凝时间不得早于 45min，终凝时间硅酸盐水泥
不得迟于 6.5h，普通硅酸盐水泥不得迟于 10h。
? 7、安定性：用沸煮法检验，必须合格。
? 8、强度：各龄期强度不低于规范中规定的数值。
? 9、碱含量：水泥中碱含量按 Na2O+0.658K2O计算值表示。若使
用活性骨料，用户要求提供低碱水泥时，水泥中碱含量不得大于
0.60％或由供需双方商定。
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? 1.特性与应用
（ 1）凝结硬化快，早期强度和后期强度均较高 （ 2）抗冻性好
（ 3）水化热大（ 4）耐腐蚀性差（ 5）耐热性差（ 6）抗碳化性能
好 适用于 CO2浓度较高的环境。（ 7）干缩小（ 8）耐磨性好
? 2.储存与运输：硅酸盐水泥在储存和运输过程中，应按不同品种、
不同强度等级及出厂日期分别储运，不得混杂，要注意防潮、防
水。一般水泥在储存 3个月后，强度降低约 10％～ 20％,6个月
后降低 15％～ 30％。水泥的有效储存期是 3个月。
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? 水泥石的腐蚀,硅酸盐水泥硬化后形成的水泥石，在正常环境条
件下将继续硬化，强度不断增长。但在某些腐蚀性液体或气体的
长期作用下，水泥石就会受到不同程度的腐蚀，严重时会使水泥
石强度明显降低甚至完全破坏的现象。
? 1.腐蚀类型：（ 1） 淡水侵蚀；（ 2） 硫酸盐的侵蚀；（ 3） 镁
盐侵蚀；（ 4） 碳酸侵蚀
? 2.腐蚀原因：（ 1）水泥石内存在易受腐蚀的成分 ；（ 2）水泥石
存在孔隙
? 3.防止腐蚀的措施：（ 1）根据环境特点，合理选择水泥品种；
（ 2）提高水泥石的密实度，降低孔隙率；（ 3）在水泥石表面设
臵保护层 。
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? 二、掺混合材料的水泥和其它品种水泥
? （一）水泥混合材料
? （二）掺混合材料的硅酸盐水泥的水化特点
? （三）普通硅酸盐水泥
? （四）矿渣硅酸盐水泥、火山灰硅酸盐水泥和粉煤灰硅酸盐水泥
? （五）复合硅酸盐水泥
? （六）其它品种水泥
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混合材料按其在水泥中所起的作用，分为活性混合材料和非
活性混合材料。
? 1.活性混合材料
在常温条件下，能与 Ca(OH)2或水泥发生水化反应的混合材
料称为活性混合材料。常用的活性混合材料有粒化高炉矿渣、火
山灰质混合材料和粉煤灰。
? 2.非活性混合材料
在常温条件下，不能与 Ca(OH)2或水泥发生水化反应的混合
材料称为非活性混合材料。磨细的石灰石、石英砂、粘土、慢冷
矿渣及各种废渣都属于非活性混合材料。
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掺活性混合材料的硅酸盐水泥与水拌和后，首先是水泥熟料
水化，然后，水化生成的 Ca(OH)2再与活性混合材料中的活性组
分发生二次水化反应生成相应的水化产物。由该水化过程和活性
混合材料的水化特点可知，掺活性混合材料的水泥较硅酸盐水泥
的凝结硬化速度慢、早期强度低。
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? 国家标准 GB175-1999定义：凡由硅酸盐水泥熟料,6％～ 15％
混合材料、适量石膏共同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。掺活性混合材料时，
最大掺量不得超过 15％，掺非活性混合材料时，最大掺量不得超
过水泥质量 10％。
? 普通硅酸盐水泥强度等级分为 32.5,32.5R,42.5,42.5R,52.5、
52.5R。
? 由于混合材料的掺量较少，所以普通硅酸盐水泥的性质与硅酸盐
水泥基本相同，略有差异，主要表现为,1.早期强度略低； 2.耐
腐蚀性略有提高； 3.耐热性稍好； 4.水化热略低； 5.抗冻性、耐
磨性、抗碳化性略有降低。
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? 1.定义
按照现行国家标准 GB1344－ 1999的定义：凡由硅酸盐水泥
熟料、粒化高炉矿渣和适量石膏共同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。
? 2.技术要求
矿渣水泥、火山灰水泥和粉煤灰水泥的强度等级分为 32.5、
32.5R,42.5,42.5R,52.5,52.5R。
? 3.性质与应用
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? （ 1）三种水泥的共性
? 1）凝结硬化慢，早期强度低，后期强度高 ； 2）对温度敏感，
适合高温养护 3）耐腐蚀性好； 4）水化放热量小 ； 5）抗冻性差、
耐磨性差
? （ 2）三种水泥的特性
? 1）矿渣水泥耐热性较好，可用于高温环境中；保水性差，易产
生泌水，抗渗性差，干缩大，不宜用于有抗渗要求的混凝土工程
中。 2）火山灰水泥保水性好，具有较高的抗渗性和耐水性，可
用于有抗渗要求的混凝土工程。 3）粉煤灰水泥干缩小，抗裂性
好，抗碳化能力差。
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? 凡由硅酸盐水泥熟料、两种或两种以上规定的混合材料、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。
? 按我国现行国标, 复合硅酸盐水泥, GB12958-1999规定，对复
合硅酸盐水泥的技术要求：细度、氧化镁、三氧化硫、安定性等
指标与矿渣水泥、火山灰水泥和粉煤灰水泥相同，但对凝结时间
的要求有所不同，要求初凝时间不得早于 45min，终凝时间不得
迟于 12h。强度等级分为 32.5,32.5R,42.5,42.5R,52.5、
52.5R。
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? 1.道路硅酸盐水泥
随着我国高等级道路的迅速发展，水泥混凝土路面已成为主
要路面类型之一。道路硅酸盐水泥是专供公路、城市道路和机场
道面用的一种水泥。
? （ 1）定义：以适当成分生料烧至部分熔融，得到以硅酸钙为主
要成分和较多量的铁铝酸四钙的硅酸盐水泥熟料，加 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）矿物组成,① 铝酸三钙 ② 铁铝酸四钙
? （ 3）技术标准
? （ 4）特性与应用：道路硅酸盐水泥强度高，特别是抗折强度高，
耐磨性好，干缩小，抗冲击性好，抗冻性好，抗硫酸盐腐蚀性能
好。适用于道路路面、机场跑道道面、城市广场等工程。
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? 2.快硬硅酸盐水泥
? （ 1）定义：由硅酸盐水泥熟料和适量石膏磨细制成，以 3d抗压
强度表示强度等级的水硬性胶凝材料称为快硬硅酸盐水泥（简称
快硬水泥）。
? （ 2）熟料组成：与硅酸盐水泥比较达到了早强快硬效果。
? （ 3）技术标准：快硬水泥的细度要求为 80μm方孔筛筛余不得超
过 10.0％；初凝时间不得早于 45min，终凝时间不得迟于 10h；
安定性必须合格快硬水泥有 32.5,37.5,42.5三个强度等级。
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? （ 4）特性与应用：快硬硅酸盐水泥凝结硬化快，早期强度高，
后期强度也高，抗冻性及抗渗性强，水化放热量大，耐腐蚀性差。
适用于紧急抢修工程、冬季施工的混凝土工程。
? 3.膨胀水泥：
硬化过程中不产生收缩而具有一定膨胀性能的水泥。按膨胀
值的大小，膨胀水泥可分为补偿收缩水泥和自应力水泥两大类。
补偿收缩水泥膨胀率较小，因此又叫做无收缩水泥，这种水泥可
防止混凝土产生收缩裂缝；自应力水泥的膨胀值较大这种靠水泥
自身水化产生膨胀来张拉钢筋达到的预应力称为自应力。在路桥
工程中，膨胀水泥常用于水泥混凝土路面，机场道面或桥梁结构
中修补混凝土。
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第二章 石灰和水泥
第一节 石灰
石灰根据化学成分不同分为生石灰和熟石灰。根据成品加
工方法不同，可分为块状生石灰、生石灰粉、消石灰粉、石
灰浆、石灰乳。
? 一、石灰的生产工艺概述
? 二、石灰的消化和硬化
? 三、石灰的技术要求和技术标准
? 四、石灰的应用和贮存
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石灰是由富含碳酸钙的岩石 (如石灰石、白云石、白垩等 )为主，
亦可应用含有氧化钙和部分氧化镁的岩石，经过煅烧，逸出二氧
化碳气体后得到的块状材料。
优质石灰，色质洁白或带灰色质量较轻，块状石灰堆积密度
为 800～ 1 000kg／ m3。欠火石灰缺乏粘结力,过火石灰用于建
筑结构物中仍能继续消化，以致引起成型的结构物体体积膨胀，
导致结构物表面产生鼓包、隆起、起皮剥落或产生裂缝等破坏现
象，故危害极大。
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? （一）石灰的消化
烧制成的生石灰，在使用时必须加水使其“消化”成为
“消石灰”，这一过程亦称“熟化”，故消石灰亦称“熟石
灰” 。
石灰消化时，为了消除“过火石灰”的危害，可在消化后
“陈伏”半月左右再使用。
? （二）石灰的硬化
1.石灰浆的干燥硬化 (结晶作用 )
2.硬化石灰浆的碳化（碳化作用）
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? 三、石灰的技术要求和技术标准
? （一）技术要求
? 1．有效氧化钙和氧化镁含量
石灰中产生粘结性的有效成分是活性氧化钙和氧化镁。它们
的含量是评价石灰质量主要指标，其含量愈多，活性愈高，质
量也愈好。按, 公路工程无机结合料稳定材料试验规程, (JTJ
057— 94)规定，有效氧化钙含量用中和滴定法测定，氧化镁含
量用络合滴定法测定。
2．生石灰产浆量和未消化残渣含量
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产浆量是单位质量 (1Kg)的生石灰经消化后，所产石灰浆体的
体积 (L)。石灰产浆量愈高，则表示其质量越好。未消化残渣含量
是生石灰消化后，未能消化而存留在 5mm圆孔筛上的残渣占试样
的百分率。其含量愈多，石灰质量愈差，须加以限制。
? 3．二氧化碳 (CO2)含量
CO2含量越高，即表示未分解完全的碳酸盐含量越高，则
（ CaO+MgO)含量相对降低，导致石灰的胶结性能的下降。
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? 4．消石灰游离水含量
游离水含量，指化学结合水以外的含水量。
? 5．细度
细度与石灰的质量有密切联系，过量的筛余物影响石灰的粘
结性。现行标准, 建筑生石灰粉, (JC／ T480— 92)和, 建筑消
石灰粉, (JC／ T 481— 92)以 0.9mm和 0.125mm筛余百分率控制。
试验方法是，称取试样 50g，倒人 0.9mm,0.125mm套筛内
进行筛分，分别称量筛余物，按原试样计算其筛余百分率。
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? （二）技术标准
建筑石灰按现行标准, 建筑生石灰, (JC／ T 479一 92)、
,建筑生石灰粉, (JC／ T 480— 92)和, 建筑消石灰粉, (JC／
T481— 92)规定，按其氧化镁含量划分为钙质石灰和镁质石灰两
类。
? 1．生石灰技术标准
? 2．生石灰粉技术标准
? 3．消石灰粉技术标准
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? （一）石灰的应用
? 1．砌筑工程和抹面装饰工程。
? 2．加固软土地基。
? 3．用于道路工程的垫层。
? 4．在道路工程中，应用于路面基层。在桥梁工程中用于圬工砌
体。
? （二）石灰的贮存
? 1．磨细的生石灰粉应贮存于干燥仓库内，采取严格防水措施。
? 2．如需较长时间贮存生石灰，最好将其消解成石灰浆，并使表
面隔绝空气，以防碳化。
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第二节 水 泥
? 细磨成粉末状，加入适量水后成为可塑性的浆体，既能在空气中
硬化，又能在水中硬化，并能将砂、石等材料牢固地胶结成具有
一定强度的整体的水硬性胶凝材料，统称为水泥。
? 水泥按其化学成分，可分为硅酸盐类水泥、铝酸盐类水泥、硫铝
酸盐类水泥、铁铝酸盐类水泥、氟铝酸盐类水泥等；按用途和性
能可分为通用水泥、专用水泥和特性水泥。通用水泥是指土木建
筑工程中大量使用的具有一般用途的水泥，即硅酸盐水泥、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；专用水泥则指具有专门用途水泥 。
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? 一、硅酸盐水泥
? （一）概述
? （二）硅酸盐水泥的生产工艺简述
? （三）硅酸盐水泥的化学成分和矿物组成
? （四）硅酸盐水泥的水化和凝结硬化
? （五）硅酸盐水泥的技术性质和技术标准
? （六）硅酸盐水泥的特性、应用与储运
? （七）水泥石的腐蚀与防止
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现行国家标准 GB175-1999定义：凡由硅酸盐水泥熟料,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（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 。硅酸盐水泥在国际上统
称波特兰水泥。
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? 硅酸盐水泥的生产工艺可概括为三个阶段：
? 1．生料制备：以石灰石、粘土和铁矿粉为主要原料（有时需
加入校正原料），将其按一定比例配合、磨细，制得具有适当
化学成分、质量均匀的生料。
? 2．熟料煅烧：将生料在水泥窑内经 1450℃ 高温煅烧至部分熔
融，得到以硅酸钙为主要成分的硅酸盐水泥熟料。
? 3．水泥粉磨：将熟料加适量石膏和 0～ 5％的石灰石或粒化高
炉矿渣共同磨细得到硅酸盐水泥。
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? 1.化学成分
? 2.矿物组成
? 3.硅酸盐水泥熟料矿物的性能
? （ 1）水化反应速度
? （ 2）水化放热量
? （ 3）强度
? （ 4）耐化学侵蚀性
? （ 5）干缩性
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? 1.水化
水泥加水拌和后，水泥颗粒立即分散于水中并与水发生化学
反应。水泥的水化过程是水泥各种熟料矿物及石膏与水发生反应
的过程。水泥的水化过程是由颗粒表面逐渐深入到颗粒内部的。
? 2.凝结硬化
随着时间的推延，水泥浆逐渐失去塑性，形成具有一定强度
的石状体，这个过程叫水泥的凝结硬化。水泥的硬化期可以延续
至很长时间，但 28天基本表现出大部分强度。
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? 1.技术性质
? （ 1） 细度
? （ 2） 标准稠度用水量
? （ 3） 凝结时间
? （ 4） 体积安定性
? （ 5） 强度
? 2,技术标准
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? 细度,指水泥颗粒的粗细程度。一般情况下，水泥颗粒越细，其
总表面积越大，与水反应时接触的面积也越大，水化反应速度就
越快，所以相同矿物组成的水泥，细度越大，凝结硬化速度越快，
早期强度越高。一般认为，水泥颗粒粒径小于 40μm时才具有较
大的活性。但水泥颗粒太细，使混凝土发生裂缝的可能性增加，
此外，水泥颗粒细度提高会导致生产成本提高。水泥细度可用下
列方法表示：
? ① 筛析法 以 80μm方孔筛上的筛余量百分率表示。筛析法分负
压筛法和水筛法两种，以负压筛法为准。
? ② 比表面积法 以每千克水泥所具有的总表面积（ m2）表示。比
表面积采用勃氏法测定。
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? 标准稠度用水量,在测定水泥的凝结时间和安定性时，为使
其测定结果具有可比性，必须采用标准稠度的水泥净浆进行
测定。现行国家标准 (GB/T1346-2001)规定，以标准法维卡
仪的试杆沉入净浆距底板的距离为 6mm± 1mm时的水泥浆
的稠度作为标准稠度。水泥净浆达到标准稠度时所需拌和水
量称为标准稠度用水量。
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? 凝结时间,水泥从加水时至水泥浆失去可塑性所需的时间。凝结
时间分初凝时间和终凝时间。初凝时间是从水泥加水至水泥浆开
始失去可塑性所经历的时间；终凝时间是从水泥加水至水泥浆完
全失去可塑性所经历的时间。凝结时间以试针沉入水泥标准稠度
净浆至一定深度所需时间表示。
? 现行国家标准 (GB/T1346-2001)规定：将标准稠度的水泥净浆装
入凝结时间测定仪的试模中，以标准试针（分初凝用试针和终凝
用试针）测试。当试针沉至距底板 4mm± 1mm时，为水泥达到
初凝状态，由水泥加水时至达到初凝状态所经历的时间作为初凝
时间；
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完成初凝时间测定后，将试模连同浆体翻转 180°,换上终凝试
针（终凝针上装有一个环形附件），当试针沉入试体 0.5mm时，
即环形附件开始不能在试体上留下痕迹时，为水泥达到终凝状态，
由水泥加水时至达到终凝状态所经历的时间作为水泥的终凝时间。
? 水泥的初凝时间不宜过短，终凝时间不宜过长，以使混凝土能尽
快硬化，产生强度，提高模具周转率，加快施工进度。我国现行
国标（ GB175-1999）规定，硅酸盐水泥初凝不得早于 45min，
终凝不得迟于 6.5h。普通硅酸盐水泥初凝不得早于 45min，终凝
不得迟于 10h。
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? 水泥的体积安定性,指水泥在凝结硬化过程中体积变化的均匀程
度。如果这种体积变化是轻微的均匀的，则对建筑物的质量没什
么影响，但是如果混凝土硬化后，由于水泥中某些有害成分的作
用，在水泥石内部产生了剧烈的、不均匀的体积变化，则会在建
筑物内部产生破坏应力，导致建筑物的强度降低。若破坏应力发
展到超过建筑物的强度，则会引起建筑物开裂、崩塌等严重质量
事故，这种现象称为水泥的体积安定性不良。
? 引起水泥体积安定性不良的原因是,① 水泥中含有过多的游离
CaO和 MgO ② 石膏掺量过多
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? 国家标准 (GB175-1999)规定，硅酸盐水泥的体积安定性用沸煮
法检验必须合格。沸煮法分雷氏法（标准法）和试饼法（代用法）
两种。雷氏法是将标准稠度的水泥净浆按规定方法装入雷氏夹的
环形试模中，湿养 24h后测定指针尖端距离，接着将其放入沸煮
箱内,30min内加热至水沸腾，然后恒沸 3h。待试件冷却后再测
定指针尖端的距离，若沸煮前后指针尖端增加的距离不超过
5.0mm，则认为水泥的体积安定性合格。试饼法是用标准稠度的
水泥净浆按规定方法制成规定的试饼，经养护、沸煮后，观察饼
的外形变化，如目测试饼无裂纹，用钢直尺检查无弯曲，则认为
安定性合格，反之为不合格。
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? 强度,水泥技术要求中最基本的指标，它直接反映了水泥的质量
水平和使用价值。水泥的强度越高，其胶结能力也越大。硅酸盐
水泥的强度主要取决于熟料的矿物组成和水泥的细度，此外还与
水灰比、试验方法、试验条件、养护龄期等因素有关。
? 我国现行标准, 水泥胶砂强度检验方法（ ISO法）, （ GB17671
－ 1999）规定：将水泥、标准砂及水按规定的比例（水泥：标准
砂：水＝ 1,3,0.5），用规定方法制成
40mm× 40mm× 160mm的标准试件，在标准条件（ 24h之内在
温度 20℃ ± 1℃,相对湿度不低于 90％的养护箱或雾室内,24h
后在 20℃ ± 1℃ 的水中）下养护，测定其 3d和 28d的抗折强度和
抗压强度 。硅酸盐水泥强度等级分为 42.5,42.5R,52.5、
52.5R,62.5,62.5R。
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? 硅酸盐水泥的技术标准,按我国现行国标的有关规定
? 1、不溶物,Ⅰ 型硅酸盐水泥不超过 0.75％； Ⅱ 型硅酸盐水泥不
超过 1.5％。
? 2、氧化镁：熟料中氧化镁的含量不得超过 5.0％。如水泥经压蒸
安定性试验合格，则允许放宽到 6.0％。
? 3、三氧化硫：水泥中三氧化硫的含量不得超过 3.5％。
? 4、烧失量,Ⅰ 型硅酸盐水泥不大于 3％,Ⅱ 型硅酸盐水泥不大于
3.5％，普通水泥不大于 5％。
? 5、细度：硅酸盐水泥比表面积大于 300 m2/ Kg，普通硅酸盐水
泥 80μm方孔筛筛余不得超过 10.0％。
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? 6、凝结时间：初凝时间不得早于 45min，终凝时间硅酸盐水泥
不得迟于 6.5h，普通硅酸盐水泥不得迟于 10h。
? 7、安定性：用沸煮法检验，必须合格。
? 8、强度：各龄期强度不低于规范中规定的数值。
? 9、碱含量：水泥中碱含量按 Na2O+0.658K2O计算值表示。若使
用活性骨料，用户要求提供低碱水泥时，水泥中碱含量不得大于
0.60％或由供需双方商定。
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? 1.特性与应用
（ 1）凝结硬化快，早期强度和后期强度均较高 （ 2）抗冻性好
（ 3）水化热大（ 4）耐腐蚀性差（ 5）耐热性差（ 6）抗碳化性能
好 适用于 CO2浓度较高的环境。（ 7）干缩小（ 8）耐磨性好
? 2.储存与运输：硅酸盐水泥在储存和运输过程中，应按不同品种、
不同强度等级及出厂日期分别储运，不得混杂，要注意防潮、防
水。一般水泥在储存 3个月后，强度降低约 10％～ 20％,6个月
后降低 15％～ 30％。水泥的有效储存期是 3个月。
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? 水泥石的腐蚀,硅酸盐水泥硬化后形成的水泥石，在正常环境条
件下将继续硬化，强度不断增长。但在某些腐蚀性液体或气体的
长期作用下，水泥石就会受到不同程度的腐蚀，严重时会使水泥
石强度明显降低甚至完全破坏的现象。
? 1.腐蚀类型：（ 1） 淡水侵蚀；（ 2） 硫酸盐的侵蚀；（ 3） 镁
盐侵蚀；（ 4） 碳酸侵蚀
? 2.腐蚀原因：（ 1）水泥石内存在易受腐蚀的成分 ；（ 2）水泥石
存在孔隙
? 3.防止腐蚀的措施：（ 1）根据环境特点，合理选择水泥品种；
（ 2）提高水泥石的密实度，降低孔隙率；（ 3）在水泥石表面设
臵保护层 。
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? 二、掺混合材料的水泥和其它品种水泥
? （一）水泥混合材料
? （二）掺混合材料的硅酸盐水泥的水化特点
? （三）普通硅酸盐水泥
? （四）矿渣硅酸盐水泥、火山灰硅酸盐水泥和粉煤灰硅酸盐水泥
? （五）复合硅酸盐水泥
? （六）其它品种水泥
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混合材料按其在水泥中所起的作用，分为活性混合材料和非
活性混合材料。
? 1.活性混合材料
在常温条件下，能与 Ca(OH)2或水泥发生水化反应的混合材
料称为活性混合材料。常用的活性混合材料有粒化高炉矿渣、火
山灰质混合材料和粉煤灰。
? 2.非活性混合材料
在常温条件下，不能与 Ca(OH)2或水泥发生水化反应的混合
材料称为非活性混合材料。磨细的石灰石、石英砂、粘土、慢冷
矿渣及各种废渣都属于非活性混合材料。
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掺活性混合材料的硅酸盐水泥与水拌和后，首先是水泥熟料
水化，然后，水化生成的 Ca(OH)2再与活性混合材料中的活性组
分发生二次水化反应生成相应的水化产物。由该水化过程和活性
混合材料的水化特点可知，掺活性混合材料的水泥较硅酸盐水泥
的凝结硬化速度慢、早期强度低。
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? 国家标准 GB175-1999定义：凡由硅酸盐水泥熟料,6％～ 15％
混合材料、适量石膏共同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。掺活性混合材料时，
最大掺量不得超过 15％，掺非活性混合材料时，最大掺量不得超
过水泥质量 10％。
? 普通硅酸盐水泥强度等级分为 32.5,32.5R,42.5,42.5R,52.5、
52.5R。
? 由于混合材料的掺量较少，所以普通硅酸盐水泥的性质与硅酸盐
水泥基本相同，略有差异，主要表现为,1.早期强度略低； 2.耐
腐蚀性略有提高； 3.耐热性稍好； 4.水化热略低； 5.抗冻性、耐
磨性、抗碳化性略有降低。
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? 1.定义
按照现行国家标准 GB1344－ 1999的定义：凡由硅酸盐水泥
熟料、粒化高炉矿渣和适量石膏共同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。
? 2.技术要求
矿渣水泥、火山灰水泥和粉煤灰水泥的强度等级分为 32.5、
32.5R,42.5,42.5R,52.5,52.5R。
? 3.性质与应用
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? （ 1）三种水泥的共性
? 1）凝结硬化慢，早期强度低，后期强度高 ； 2）对温度敏感，
适合高温养护 3）耐腐蚀性好； 4）水化放热量小 ； 5）抗冻性差、
耐磨性差
? （ 2）三种水泥的特性
? 1）矿渣水泥耐热性较好，可用于高温环境中；保水性差，易产
生泌水，抗渗性差，干缩大，不宜用于有抗渗要求的混凝土工程
中。 2）火山灰水泥保水性好，具有较高的抗渗性和耐水性，可
用于有抗渗要求的混凝土工程。 3）粉煤灰水泥干缩小，抗裂性
好，抗碳化能力差。
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? 凡由硅酸盐水泥熟料、两种或两种以上规定的混合材料、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。
? 按我国现行国标, 复合硅酸盐水泥, GB12958-1999规定，对复
合硅酸盐水泥的技术要求：细度、氧化镁、三氧化硫、安定性等
指标与矿渣水泥、火山灰水泥和粉煤灰水泥相同，但对凝结时间
的要求有所不同，要求初凝时间不得早于 45min，终凝时间不得
迟于 12h。强度等级分为 32.5,32.5R,42.5,42.5R,52.5、
52.5R。
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? 1.道路硅酸盐水泥
随着我国高等级道路的迅速发展，水泥混凝土路面已成为主
要路面类型之一。道路硅酸盐水泥是专供公路、城市道路和机场
道面用的一种水泥。
? （ 1）定义：以适当成分生料烧至部分熔融，得到以硅酸钙为主
要成分和较多量的铁铝酸四钙的硅酸盐水泥熟料，加 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）矿物组成,① 铝酸三钙 ② 铁铝酸四钙
? （ 3）技术标准
? （ 4）特性与应用：道路硅酸盐水泥强度高，特别是抗折强度高，
耐磨性好，干缩小，抗冲击性好，抗冻性好，抗硫酸盐腐蚀性能
好。适用于道路路面、机场跑道道面、城市广场等工程。
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? 2.快硬硅酸盐水泥
? （ 1）定义：由硅酸盐水泥熟料和适量石膏磨细制成，以 3d抗压
强度表示强度等级的水硬性胶凝材料称为快硬硅酸盐水泥（简称
快硬水泥）。
? （ 2）熟料组成：与硅酸盐水泥比较达到了早强快硬效果。
? （ 3）技术标准：快硬水泥的细度要求为 80μm方孔筛筛余不得超
过 10.0％；初凝时间不得早于 45min，终凝时间不得迟于 10h；
安定性必须合格快硬水泥有 32.5,37.5,42.5三个强度等级。
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? （ 4）特性与应用：快硬硅酸盐水泥凝结硬化快，早期强度高，
后期强度也高，抗冻性及抗渗性强，水化放热量大，耐腐蚀性差。
适用于紧急抢修工程、冬季施工的混凝土工程。
? 3.膨胀水泥：
硬化过程中不产生收缩而具有一定膨胀性能的水泥。按膨胀
值的大小，膨胀水泥可分为补偿收缩水泥和自应力水泥两大类。
补偿收缩水泥膨胀率较小，因此又叫做无收缩水泥，这种水泥可
防止混凝土产生收缩裂缝；自应力水泥的膨胀值较大这种靠水泥
自身水化产生膨胀来张拉钢筋达到的预应力称为自应力。在路桥
工程中，膨胀水泥常用于水泥混凝土路面，机场道面或桥梁结构
中修补混凝土。
