《矿物材料基础》课程授课教案（讲稿）第十四讲 第六章 胶凝材料 第一节 硅酸盐水泥 第二节 掺混合材料硅酸盐水泥 第三节 其它品种水泥

第_14_讲次课程名称：《矿物材料学基础》第一节硅酸盐水泥本讲课程内容第二节掺混合材料硅酸盐水泥（或教材章节题目）第三节其它品种水泥【目的要求】使同学们了解掺混合材料硅酸盐水泥及其它水泥本讲课程目的的性能及特性，掌握硅酸盐水泥的主要技术性质[重要求及重点、难点：点】硅酸盐水泥的主要技术性质【难点】硅酸盐水泥的主要技术性质教学内容【本讲课程的引入】上节课我们开始新的一章-一胶凝材料，讲了硅酸盐水泥的凝结与硬化，我们这节课接着讲一下硅酸盐水泥的技术使用性质、掺混合材料水泥以及其它品种水泥第六章胶凝材料第一节硅酸盐水泥四、硅酸盐水泥的主要技术性质1.密度、堆积密度和各成分含量技术性质质量标准密度，kg/m33100~3200堆积密度，kg/m1300~1600不溶物I型：不溶物不得超过0.75%；Ⅱ型：不溶物不得超过1.50%烧失量1型：烧失量不得大于3.0%；Ⅱ型：烧失量不得大于3.5%水泥中氧化镁含量不宜超过5.0%。如果水泥经压蒸法检验安定氧化镁性合格，则水泥中氧化镁含量可放宽至6.0%3.5%三氧化硫水泥中碱含量按Na,0+0.658K，0计算值来表示。若使用活性集碱含量料，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-

1 课程名称：《矿物材料学基础》 第 14 讲次 本讲课程内容 （或教材章节题目） 第一节 硅酸盐水泥 第二节 掺混合材料硅酸盐水泥 第三节 其它品种水泥 本讲课程目的 要求及重点、难点： 【目的要求】使同学们了解掺混合材料硅酸盐水泥及其它水泥 的性能及特性，掌握硅酸盐水泥的主要技术性质。 【重 点】硅酸盐水泥的主要技术性质 【难 点】硅酸盐水泥的主要技术性质 教 学 内 容 【本讲课程的引入】上节课我们开始新的一章——胶凝材料，讲了硅酸盐水泥的凝结与硬化，我们 这节课接着讲一下硅酸盐水泥的技术使用性质、掺混合材料水泥以及其它品种水泥。 第六章 胶凝材料 第一节 硅酸盐水泥 四、硅酸盐水泥的主要技术性质 1.密度、堆积密度和各成分含量

2.细度》水泥颗粒的粗细，直接影响其水化反应速度、活性和强度。颗粒越细水化速度越大。但磨矿成本增加，同时，细颗粒易与空气中水分及二氧化碳作用，不易储运，而且细颗粒水泥硬化时收缩大。>细度90um接近情性物质国家标准中规定，水泥的细度用筛析法和比表面积法来测定。硅酸盐水泥的细度为其比表面积2500~3500cm2/g。3.凝结时间>凝结时间分为初凝时间和终凝时间。初凝时间是从加水至水泥浆开始失去塑性的时间；终凝时间是从加水至水泥浆完全失去塑性的时间。》水泥初凝时间不宜过早，以便有足够时间在初凝前完成施工操作；》终凝时间不宜过迟，以利于下一步施工工作。。国家标准GB175-1999规定：硅酸盐水泥初凝不得早于45min，终凝不得迟于12h。4.体积安定性》体积安定性是指水泥浆体硬化后体积变化的稳定性。水泥在硬化过程中体积变化不稳定，即为体积安定性不良。>水泥安定性不良的原因：熟料中含有过量的游离氧化钙（f-CaO），或含有过量的游离氧化镁（f-MgO）：水化非常缓慢，一般在水泥已经凝结硬化后，才进行熟化反应，产生体积膨胀，破坏已硬化的水泥结构（胀裂）生产水泥时掺入的石膏过量，剩余的硫酸根离子，在水泥硬化后继续形成水化硫铝酸钙结晶，体积膨胀，破坏水泥2

2 2.细度 ➢ 水泥颗粒的粗细，直接影响其水化反应速度、活性和强度。颗粒越细， 水化速度越大。但磨矿成本增加，同时，细颗粒易与空气中水分及二氧 化碳作用，不易储运，而且细颗粒水泥硬化时收缩大。 ➢ 细度 90um 接近惰性物质 ➢ 国家标准中规定，水泥的细度用筛析法和比表面积法来测定。硅酸盐水 泥的细度为其比表面积2500~3500cm2/g。 3.凝结时间 ➢ 凝结时间 分为初凝时间和终凝时间。初凝时间是从加水至水泥浆开始 失去塑性的时间；终凝时间是从加水至水泥浆完全失去塑性的时间。 ➢ 水泥初凝时间不宜过早，以便有足够时间在初凝前完成施工操作； ➢ 终凝时间不宜过迟，以利于下一步施工工作。 ➢ 国家标准GB175－1999规定：硅酸盐水泥初凝不得早于45min，终凝 不得迟于12h。 4.体积安定性 ➢ 体积安定性是指水泥浆体硬化后体积变化的稳定性。水泥在硬化过程中 体积变化不稳定，即为体积安定性不良。 ➢ 水泥安定性不良的原因： • 熟料中含有过量的游离氧化钙（f－CaO），或含有过量的游离氧 化镁（f－MgO）；水化非常缓慢，一般在水泥已经凝结硬化后， 才进行熟化反应，产生体积膨胀，破坏已硬化的水泥结构（胀裂） • 生产水泥时掺入的石膏过量，剩余的硫酸根离子，在水泥硬化后 继续形成水化硫铝酸钙结晶，体积膨胀，破坏水泥

>国家标准GB175-1999规定，硅酸盐水泥的安定性用沸煮法检验必须合格。5.强度及标号425水泥——28天抗压强度为425kg/cm?的水泥。（1）胶砂强度国家标准《规定，水泥和标准砂按1：3.0质量比混合，加入规定量的水（水灰比为0.50），经标准试验方法搅拌成型。制成40mm×40mm×160mm的标准试件，在标准条件（1d温度为20±1℃，相对湿度90%以上的空气中带模养护；1d以后拆模，放入20±1℃的水中养护）下养护。根据水泥品种不同，分别测定3d、28d的抗折强度和抗压强度，即为水泥的胶砂强度。（2）强度等级根据水泥的胶砂强度划分的级别称为强度等级。硅酸盐水泥的强度等级划分为42.5，42.5R，52.5，52.5R，62.5，62.5R共六个等级抗压强度，MIPa抗折强度，MIPa强度等级3d3d28d28d6.542.53.517.042.542.5R22.042.54.06.57.052.523.052.54.052.55.07.052.5R27.062.528.062.55.08.05.58.062.5R32.062.56.水化热》水泥的水化热是指在水化过程中的放热量，单位为kJ/kg。》水化热的高低与熟料矿物的相对含量有关。铝酸三钙、硅酸三钙的水化热高，而铁铝酸四钙、硅酸二钙的水化热较低。因此要降低水化热，可适当减少铝酸三钙和硅酸三钙的含量。3

3 ➢ 国家标准GB175－1999规定，硅酸盐水泥的安定性用沸煮法检验必须合 格。 5.强度及标号 425水泥——28天抗压强度为425kg/cm2的水泥。 （1）胶砂强度 国家标准《规定，水泥和标准砂按1：3.0质量比混合，加入规定量的水（水灰比 为0.50），经标准试验方法搅拌成型。制成40mm×40mm×160mm的标准试件，在 标准条件（1d温度为20±1℃，相对湿度90％以上的空气中带模养护；1d以后拆模， 放入20±1℃的水中养护）下养护。根据水泥品种不同，分别测定3d、28d的抗折强度 和抗压强度，即为水泥的胶砂强度。 （2）强度等级 根据水泥的胶砂强度划分的级别称为强度等级。硅酸盐水泥的强度等级划分为 42.5，42.5R，52.5，52.5R，62.5，62.5R共六个等级。 6.水化热 ➢ 水泥的水化热是指在水化过程中的放热量，单位为kJ/kg。 ➢ 水化热的高低与熟料矿物的相对含量有关。铝酸三钙、硅酸三钙的水化 热高，而铁铝酸四钙、硅酸二钙的水化热较低。因此要降低水化热，可 适当减少铝酸三钙和硅酸三钙的含量

水化热主要对大体积混凝土工程有影响。对于大体积混凝土工程，由于内部水化热不易散出，温度达50~60℃以上，内外温差造成热应力一使混凝土裂缝，应选择水化热较低的水泥，或者采取特殊措施降低水化热的危害。>水化热对冬天施工有利。五、硅酸盐水泥的特性及应用》凝结硬化快，早期及后期强度均高，适用于有早强要求的工程。抗冻性好，适合水工混凝土和抗冻性要求高的工程。耐腐蚀性差，因水化后氢氧化钙和水化铝酸钙的含量较多。》水化热高，不直用于大体积混凝土工程。但有利于低温季节蓄热法施工。》抗碳化性好。因水化后氢氧化钙含量较多，故水泥石的碱度不易降低，对钢筋的保护作用强。适用于空气中二氧化碳浓度高的环境。耐热性差。因水化后氢氧化钙含量高。不适用于承受高温作用的混凝土工程。耐磨性好，适用于高速公路、道路和地面工程。第二节掺混合材料的硅酸盐水泥混合材料斗：为了改善水泥性能、提高水泥的产量，在生产时掺入的天然或人工矿物质材料。活性混合材料：具有潜在水硬性或火山灰特性，或者兼具有潜在水硬性和火山灰特性的混合材料。粒化高炉矿渣；·粉煤灰；：火山灰质混合材料4

4 ➢ 水化热主要对大体积混凝土工程有影响。对于大体积混凝土工程，由于 内部水化热不易散出，温度达50~60℃以上，内外温差造成热应力→使混 凝土裂缝，应选择水化热较低的水泥，或者采取特殊措施降低水化热的 危害。 ➢ 水化热对冬天施工有利。 五、硅酸盐水泥的特性及应用 ➢ 凝结硬化快，早期及后期强度均高，适用于有早强要求的工程。 ➢ 抗冻性好，适合水工混凝土和抗冻性要求高的工程。 ➢ 耐腐蚀性差，因水化后氢氧化钙和水化铝酸钙的含量较多。 ➢ 水化热高，不宜用于大体积混凝土工程。但有利于低温季节蓄热法施工。 ➢ 抗碳化性好。因水化后氢氧化钙含量较多，故水泥石的碱度不易降低， 对钢筋的保护作用强。适用于空气中二氧化碳浓度高的环境。 ➢ 耐热性差。因水化后氢氧化钙含量高。不适用于承受高温作用的混凝土 工程。 ➢ 耐磨性好，适用于高速公路、道路和地面工程。 第二节 掺混合材料的硅酸盐水泥 混合材料：为了改善水泥性能、提高水泥的产量，在生产时掺入的天然或人工矿物质 材料。 活性混合材料：具有潜在水硬性或火山灰特性，或者兼具有潜在水硬性和火山灰特性 的混合材料。 • 粒化高炉矿渣； • 粉煤灰； • 火山灰质混合材料

非活性混合材料：不具有潜在水硬性或质量活性指标不能达到规定要求的混合材料。如磨细石灰石粉、磨细石英砂等。一、普通硅酸盐水泥（代号P·O）1、定义：硅酸盐水泥熟料+6%~15%的混合材料+适量石膏2、技术性质要求（与硅酸盐水泥相比）>相同点：MgO含量、SO3含量、初凝时间、安定性的技术要求相同。>不同点：细度：80um方孔筛筛余量不超过10.0%；终凝时间：不迟于10h；烧失量：不得大于5.0%；3、主要特性（1）早期强度略低，后期强度高。（2）水化热略低。（3）抗渗性好，抗冻性好，抗碳化能力强（4）抗侵蚀、抗腐蚀能力稍好。（5）耐磨性较好；耐热性能较好。4、应用普通硅酸盐水泥的应用范围和硅酸盐水泥相同二、矿渣水泥、粉煤灰水泥、火山灰水泥1、定义：矿渣水泥：凡由硅酸盐水泥熟料和粒化高炉矿渣，加入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。粉煤灰水泥：凡由硅酸盐水泥熟料和粉煤灰.加入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。5

5 非活性混合材料：不具有潜在水硬性或质量活性指标不能达到规定要求的混合材料。 如磨细石灰石粉、磨细石英砂等。 一、普通硅酸盐水泥（代号P·O） 1、定义：硅酸盐水泥熟料＋6％～1５％的混合材料＋适量石膏 2、技术性质要求（与硅酸盐水泥相比） ➢ 相同点：MgO含量、SO3含量、初凝时间、安定性的技术要求相同。 ➢ 不同点：细度：80μm方孔筛筛余量不超过10.0%； 终凝时间：不迟于10h； 烧失量：不得大于5.0%； 3、主要特性 （1）早期强度略低，后期强度高。 （2）水化热略低。 （3）抗渗性好，抗冻性好，抗碳化能力强。 （4）抗侵蚀、抗腐蚀能力稍好。 （5）耐磨性较好；耐热性能较好。 4、应用 普通硅酸盐水泥的应用范围和硅酸盐水泥相同。 二、矿渣水泥、粉煤灰水泥、火山灰水泥 1、定义： 矿渣水泥：凡由硅酸盐水泥熟料和粒化高炉矿渣，加入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。 粉煤灰水泥：凡由硅酸盐水泥熟料和粉煤灰．加入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

火山灰水泥：凡由硅酸盐水泥熟料和火山灰质混合材树，加入适量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。磨细20%~70%粒化矿渣水泥高炉矿渣(PO)磨细20%~40%粉煤粉煤灰水泥熟料适量石膏灰(P)磨细20%~50%火山火山灰水泥(P-P)灰质混合材料2、技术性质要求（与普通水泥相比）》相同点：MgO含量、细度、凝结时间、安定性的技术要求相同。>不同点：三氧化硫含量：矿渣水泥不超过4.0%：火山灰质水泥、粉煤灰水泥不得超过3.5%。密度：水泥的密度为2800~3000kg/m3。3、主要特性（与硅酸盐水泥、普通水泥相比）》三种水泥的共同特性：。凝结硬化较慢，早强强度较低，后期强度增长较快；水化热较低，放热速度慢；·抗硫酸盐腐蚀和抗水性较好；·蒸汽养护适应性好；。抗冻性、耐磨性及抗碳化性能较差。》三种水泥各自特性：·矿渣水泥的抗渗性较差，但耐热性好，可用于温度不高于200℃的混凝土工程中。火山灰水泥的抗渗性好，但干缩较大，不适用于长期处于干燥环境中的混凝土工程

6 火山灰水泥：凡由硅酸盐水泥熟料和火山灰质混合材树，加入适量膏磨细制成的水 硬性胶凝材料称为火山灰质硅酸盐水泥。简称火山灰水泥。 2、技术性质要求（与普通水泥相比） ➢ 相同点：MgO含量、细度、凝结时间、安定性的技术要求相同。 ➢ 不同点：三氧化硫含量：矿渣水泥不超过4.0％；火山灰质水泥、粉煤灰 水泥不得超过3.5％。 密度：水泥的密度为2800～3000kg/m3。 3、主要特性（与硅酸盐水泥、普通水泥相比） ➢ 三种水泥的共同特性： • 凝结硬化较慢，早强强度较低，后期强度增长较快； • 水化热较低，放热速度慢； • 抗硫酸盐腐蚀和抗水性较好； • 蒸汽养护适应性好； • 抗冻性、耐磨性及抗碳化性能较差。 ➢ 三种水泥各自特性： • 矿渣水泥的抗渗性较差，但耐热性好，可用于温度不高于200℃的 混凝土工程中。 • 火山灰水泥的抗渗性好，但干缩较大，不适用于长期处于干燥环 境中的混凝土工程

·粉煤灰水泥干缩小，抗裂性好。三、复合硅酸盐水泥和石灰石硅酸盐水泥1、复合硅酸盐水泥（P.C）与硅酸盐水泥相比，由于掺入了两种或两种以上的混合材料，复合水泥的水化热较低；早期强度较高，其强度要求与普通水泥的强度要求相同。2、石灰石硅酸盐水泥（P·L）》凡由硅酸盐水泥熟料和石灰石、适量石膏磨细制成的水硬性胶凝材料称为石灰石硅酸盐水泥。》石灰石硅酸盐水泥的技术要求应符合相应标准的规定。第三节其他品种水泥一、道路硅酸盐水泥1、定义：以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、技术要求道路水泥中铝酸三钙含量不大于5.0%，铁铝酸四钙含量不小于16.0%，游离Ca0含量不大于1.0%。3、特性道路硅酸盐水泥强度较高，特别是抗折强度高、耐磨性好、干缩率低，抗冲击性、抗冻性和抗硫酸盐侵蚀能力比较好。4、应用7

7 • 粉煤灰水泥干缩小，抗裂性好。 三、复合硅酸盐水泥和石灰石硅酸盐水泥 1、复合硅酸盐水泥（P·C） 与硅酸盐水泥相比，由于掺入了两种或两种以上的混合材料，复合水泥的 水化热较低；早期强度较高，其强度要求与普通水泥的强度要求相同。 2、石灰石硅酸盐水泥（P·L） ➢ 凡由硅酸盐水泥熟料和石灰石、适量石膏磨细制成的水硬性胶凝材料称 为石灰石硅酸盐水泥。 ➢ 石灰石硅酸盐水泥的技术要求应符合相应标准的规定。 第三节 其他品种水泥 一、道路硅酸盐水泥 1、定义： 以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 道路水泥中铝酸三钙含量不大于5.0％，铁铝酸四钙含量不小于16.0％，游离 CaO含量不大于1.0％ 。 3、特性 道路硅酸盐水泥强度较高，特别是抗折强度高、耐磨性好、干缩率低，抗冲击 性、抗冻性和抗硫酸盐侵蚀能力比较好。 4、应用

适用于水泥混凝土路面、机场跑道、车站及公共广场等工程的面层混凝土中应用二、中热硅酸盐水泥和低热矿渣硅酸盐水泥1、中热硅酸盐水泥由适当成分的硅酸盐水泥熟料，加入适量石膏，磨细制成的具有中等水化热的水硬性胶凝材料，称为中热硅酸盐水泥。2、低热矿渣硅酸盐水泥由适当成分的硅酸盐水泥熟料，加入矿渣、适量石膏，磨细制成的具有低水化热的水硬性胶凝材料，称为低热矿渣硅酸盐水泥，简称低热矿渣水泥。三、白色硅酸盐水泥和彩色硅酸盐水泥》白色硅酸盐水泥的组成、性质与硅酸盐水泥基本相同，所不同的是在配料和生产过程中严格控制着色氧化物（Fe203、MnO、Cr203、TiO2等）的含量。彩色硅酸盐水泥简称彩色水泥。它是用白水泥熟料，适量石膏和耐碱矿物颜料共同磨细而制成的。白水泥和彩色水泥广泛地应用于建筑装修中。如制作彩色水磨石、饰面砖、锦砖、玻璃马赛克以及制作水刷石、斩假石、水泥花砖等。【本讲课程的小结】掌握下列问题1硅酸盐水泥的主要技术性质2水泥的凝结硬化速度与那些因素有关？【本讲课程的作业】请在课下复习今天所讲各种水泥各自的性能以及用途。8

8 适用于水泥混凝土路面、机场跑道、车站及公共广场等工程的面层混凝土中应用。 二、中热硅酸盐水泥和低热矿渣硅酸盐水泥 1、中热硅酸盐水泥 由适当成分的硅酸盐水泥熟料，加入适量石膏，磨细制成的具有中等水化热的水 硬性胶凝材料，称为中热硅酸盐水泥。 2、低热矿渣硅酸盐水泥 由适当成分的硅酸盐水泥熟料，加入矿渣、适量石膏，磨细制成的具有低水化热 的水硬性胶凝材料，称为低热矿渣硅酸盐水泥，简称低热矿渣水泥。 三、白色硅酸盐水泥和彩色硅酸盐水泥 ➢ 白色硅酸盐水泥的组成、性质与硅酸盐水泥基本相同，所不同的是在配 料和生产过程中严格控制着色氧化物（Fe2O3、MnO、Cr2O3、TiO2 等）的含量。 ➢ 彩色硅酸盐水泥简称彩色水泥。它是用白水泥熟料，适量石膏和耐碱矿 物颜料共同磨细而制成的。 ➢ 白水泥和彩色水泥广泛地应用于建筑装修中。如制作彩色水磨石、饰面 砖、锦砖、玻璃马赛克以及制作水刷石、斩假石、水泥花砖等。 【本讲课程的小结】 掌握下列问题 1 硅酸盐水泥的主要技术性质 2 水泥的凝结硬化速度与那些因素有关？ 【本讲课程的作业】 请在课下复习今天所讲各种水泥各自的性能以及用途