《建筑材料》课程教学资源（教案讲义）第五章 水泥

第五章水泥本章以硅酸盐水泥和掺混合材料的硅酸盐水泥为重点，是全书重点之一。第一节硅酸盐水泥一、酸盐水泥的矿物组成国家标准规定：凡以硅酸钙为主的硅酸盐水泥熟料，5%以下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，统称为硅酸盐水泥。硅酸盐水泥的主要矿物组成是：硅酸三钙、硅酸二钙、铝酸三钙、铁铝酸四钙。硅酸三钙决定着硅酸盐水泥四个期内的强度：硅酸二钙四星期后才发挥强度作用，约一年左右达到硅酸三钙四个星期的发挥强度：铝酸三钙强度发挥较快，但强度低，其对硅酸盐水泥在1至3天或稍长时间内的强度起到一定的作用：铁铝酸四钙的强度发挥也较快，但强度低，对硅酸盐水泥的强度贡献小。二、硅酸盐水泥的凝结与硬化（一）硅酸盐水泥的水化硅酸盐水泥与水拌合后，熟料颗粒表面的四种矿物立即与水发生水化反应，生成五种水化产物：水化硅酸钙和水化铁酸钙凝胶，氢氧化钙、水化铝酸钙、水化硫铝酸钙晶体。其中，水化硅酸钙凝胶约占50%，氢氧化钙晶体约占20%。水泥早期强度增长快，后期强度增长缓慢，若温度和湿度适宜，其强度在几年或十几年后仍可缓慢增长。（二）水泥石及影响其凝结硬化的因素硬化后的水泥浆体，称为水泥石，是由胶凝体、未水化的水泥颗粒内核、毛细孔等组成的非均质体。水泥石的硬化程度越高，凝胶体含量越多，水泥石强度越高。影响水泥石凝结硬化的因素有：1、水泥熟料的矿物组成和细度2、石膏掺量：掺入石膏可延缓其凝结硬化速度3、养护时间：随着养护时间的增长，其强度不断增加4、温度和湿度：温度升高，硬化速度和强度增长快：水泥的凝结硬化必须在水分充足的条件下进行，因此要有一定的环境湿度5、水灰比：拌合水泥浆时，水与水泥的质量比，称为水灰比。水灰比愈小，其凝结硬化速度愈快，强度愈高三、酸盐水泥的技术要求1、细度：水泥颗粒越细，比表面积越大，水化反应越快越充分，早期和后期强度都较高。国家规定：比表面积应大于300平方米/千克，否则为不合格。2、凝结时间：为保证在施工时有充足的时间来完成搅拌、运输、成型等各种工艺，水泥的初凝时间不宜太短；施工完毕后，希望水泥能尽快硬化，产生强度，所以终凝时间不宜太长。硅酸盐水泥的初凝时间不得早于45分钟，终凝时间不得迟于390分钟。3、体积安定性：水泥浆体在凝结硬化过程中体积变化的均匀性称为水泥的体积安定性。如体积变化不均匀即体积安定性不良，容易产生翘曲和开裂，降低工程质量甚至出现事故。四、水泥石的腐蚀与防止1、水泥石受腐蚀的基本原因：水泥石中含有易受腐蚀的成分，即氢氧化钙和水化铝酸

第五章 水泥 本章以硅酸盐水泥和掺混合材料的硅酸盐水泥为重点，是全书重点之一。 第一节 硅酸盐水泥 一、酸盐水泥的矿物组成 国家标准规定：凡以硅酸钙为主的硅酸盐水泥熟料，5%以下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，统称为硅酸盐水泥。硅酸盐水泥的主要矿物组成是： 硅酸三钙、硅酸二钙、铝酸三钙、铁铝酸四钙。硅酸三钙决定着硅酸盐水泥四个星期内的强 度；硅酸二钙四星期后才发挥强度作用，约一年左右达到硅酸三钙四个星期的发挥强度；铝 酸三钙强度发挥较快，但强度低，其对硅酸盐水泥在 1 至 3 天或稍长时间内的强度起到一定 的作用；铁铝酸四钙的强度发挥也较快，但强度低，对硅酸盐水泥的强度贡献小。 二、硅酸盐水泥的凝结与硬化 （一）硅酸盐水泥的水化 硅酸盐水泥与水拌合后，熟料颗粒表面的四种矿物立即与水发生水化反应，生成五种水 化产物：水化硅酸钙和水化铁酸钙凝胶，氢氧化钙、水化铝酸钙、水化硫铝酸钙晶体。其中， 水化硅酸钙凝胶约占 50%，氢氧化钙晶体约占 20%。水泥早期强度增长快，后期强度增长缓 慢，若温度和湿度适宜，其强度在几年或十几年后仍可缓慢增长。 （二）水泥石及影响其凝结硬化的因素 硬化后的水泥浆体，称为水泥石，是由胶凝体、未水化的水泥颗粒内核、毛细孔等组成 的非均质体。水泥石的硬化程度越高，凝胶体含量越多，水泥石强度越高。影响水泥石凝结 硬化的因素有： 1、水泥熟料的矿物组成和细度 2、石膏掺量：掺入石膏可延缓其凝结硬化速度 3、养护时间：随着养护时间的增长，其强度不断增加 4、温度和湿度：温度升高，硬化速度和强度增长快；水泥的凝结硬化必须在水分充足 的条件下进行，因此要有一定的环境湿度 5、水灰比：拌合水泥浆时，水与水泥的质量比，称为水灰比。水灰比愈小，其凝结硬 化速度愈快，强度愈高 三、酸盐水泥的技术要求 1、细度：水泥颗粒越细，比表面积越大，水化反应越快越充分，早期和后期强度都较 高。国家规定：比表面积应大于 300 平方米/千克，否则为不合格。 2、凝结时间：为保证在施工时有充足的时间来完成搅拌、运输、成型等各种工艺，水 泥的初凝时间不宜太短；施工完毕后，希望水泥能尽快硬化，产生强度，所以终凝时间不宜 太长。硅酸盐水泥的初凝时间不得早于 45 分钟，终凝时间不得迟于 390 分钟。 3、体积安定性：水泥浆体在凝结硬化过程中体积变化的均匀性称为水泥的体积安定性。 如体积变化不均匀即体积安定性不良，容易产生翘曲和开裂，降低工程质量甚至出现事故。 四、水泥石的腐蚀与防止 1、水泥石受腐蚀的基本原因：水泥石中含有易受腐蚀的成分，即氢氧化钙和水化铝酸

钙等；水泥石不密实，内部含有大量的毛细孔隙。2、易造成水泥石腐蚀的介质：软水及含硫酸盐、镁盐、碳酸盐、一般酸、强碱的水。3、防止腐蚀的措施：合理选用水泥的品种：掺入活性混合材料：提高水泥密实度：设保护层。五、硅酸盐水泥的性质、应用与存放（一）硅酸盐水泥的性质与应用1、早期及后期强度均高：适用于预制和现浇的混凝土工程、冬季施工的混凝土工程、预应力混凝土工程等。2、抗冻性好：适用于严寒地区和抗冻性要求高的混凝土工程。3、耐腐蚀性差：不宜用于受流动软水和压力水作用的工程，也不宜用于受海水和其它腐蚀性介质作用的工程。4、水化热高：不宜用于大体积混凝土工程。5、抗炭化性好：适合用于二氧化碳浓度较高的环境，如翻砂、铸造车间等。6、耐热性差：不得用于耐热混凝土工程。7、干缩小：可用于干燥环境。8、耐磨性好：可用于道路与地面工程。（二）酸盐水泥的运输与储存水泥在运输过程中，须防潮与防水。散装水泥须分库储存，袋装水泥的堆放高度不得超过十袋；水泥不宜久存，超过三个月的水泥须重新试验，确定其标号。第二节掺混合材料的硅酸盐水泥一、混合材料1、非活性混合材料：常温下不与氢氧化钙和水反应的混合材料称为非活性混合材料。主要有石灰石、石英砂及矿渣等。作用是调节水泥标号，降低水化热，增加水泥的产量，降低水泥成本等。2、活性混合材料：常温下与氢氧化钙和水发生反应的混合材料称为活性混合材料。主要有粒化高炉矿渣和火山灰质混合材料。主要作用是改善水泥的某种性能，此外也能起到调节水泥标号、降低水化热和成本、增加水泥产量的作用。二、普通硅酸盐水泥凡由硅酸盐水泥熟料、6%-15%的混合材料及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。国家标准对普通硅酸盐水泥的技术要求有：（1）细度筛孔尺寸为80um的方孔筛的筛余不得超过10%，否则为不合格。（2）凝结时间处凝时间不得早于45分钟，终凝时间不得迟于10小时。（3）标号根据抗压和抗折强度，将硅酸盐水泥划分为325、425、525、625四个标号。普通硅酸盐水泥由于混合材料掺量较少，其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）耐腐蚀性稍好（3）水化热略低（4）抗冻性和抗渗性好（5）抗炭化性略差

钙等；水泥石不密实，内部含有大量的毛细孔隙。 2、易造成水泥石腐蚀的介质：软水及含硫酸盐、镁盐、碳酸盐、一般酸、强碱的水。 3、防止腐蚀的措施：合理选用水泥的品种；掺入活性混合材料；提高水泥密实度；设 保护层。 五、硅酸盐水泥的性质、应用与存放 （一）硅酸盐水泥的性质与应用 1、早期及后期强度均高：适用于预制和现浇的混凝土工程、冬季施工的混凝土工程、 预应力混凝土工程等。 2、抗冻性好：适用于严寒地区和抗冻性要求高的混凝土工程。 3、耐腐蚀性差：不宜用于受流动软水和压力水作用的工程，也不宜用于受海水和其它 腐蚀性介质作用的工程。 4、水化热高：不宜用于大体积混凝土工程。 5、抗炭化性好：适合用于二氧化碳浓度较高的环境，如翻砂、铸造车间等。 6、耐热性差：不得用于耐热混凝土工程。 7、干缩小：可用于干燥环境。 8、耐磨性好：可用于道路与地面工程。 （二）酸盐水泥的运输与储存 水泥在运输过程中，须防潮与防水。散装水泥须分库储存，袋装水泥的堆放高度不得 超过十袋；水泥不宜久存，超过三个月的水泥须重新试验，确定其标号。 第二节 掺混合材料的硅酸盐水泥 一、混合材料 1、非活性混合材料：常温下不与氢氧化钙和水反应的混合材料称为非活性混合材料。 主要有石灰石、石英砂及矿渣等。作用是调节水泥标号，降低水化热，增加水泥的产量，降 低水泥成本等。 2、活性混合材料：常温下与氢氧化钙和水发生反应的混合材料称为活性混合材料。主 要有粒化高炉矿渣和火山灰质混合材料。主要作用是改善水泥的某种性能，此外也能起到调 节水泥标号、降低水化热和成本、增加水泥产量的作用。 二、普通硅酸盐水泥 凡由硅酸盐水泥熟料、6%-15%的混合材料及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。 国家标准对普通硅酸盐水泥的技术要求有： （1）细度 筛孔尺寸为 80µm 的方孔筛的筛余不得超过 10%，否则为不合格。 （2）凝结时间 处凝时间不得早于 45 分钟，终凝时间不得迟于 10 小时。 （3）标号 根据抗压和抗折强度，将硅酸盐水泥划分为 325、425、525、625 四个标号。 普通硅酸盐水泥由于混合材料掺量较少，其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）耐腐蚀性稍好 （3）水化热略低 （4）抗冻性和抗渗性好 （5）抗炭化性略差

（6）耐磨性略差三、矿渣硅酸盐水泥、火山灰质硅酸盐水泥、粉煤灰硅酸盐水泥矿渣硅酸盐水泥简称矿渣水泥。它由硅酸盐水泥熟料、20%-70%的粒化高炉矿渣及适量石膏组成。火山灰质硅酸盐水泥简称火山灰水泥。它由硅酸盐水泥熟料、20%-50%的火山灰质混合材料及适量石膏组成。粉煤灰硅酸盐水泥简称粉煤灰水泥。它由硅酸盐水泥熟料、20%-40%的粉煤灰及适量石膏组成。（一）矿渣硅酸盐水泥、火山灰质硅酸盐水泥、粉煤灰硅酸盐水泥的性质与应用1、三种水泥的共性（1）早期强度低、后期强度发展高。这三种水泥不适合用于早期强度要求高的混凝土工程，如冬季施工、现浇工程等。（2）对温度敏感，适合高温养护。（3）耐腐蚀性好。适合用于有硫酸盐、镁盐、软水等腐蚀作用的环境，如水工、海港、码头等混凝土工程。（4）水化热少。适合用于大体积混凝土。（5）抗冻性差。（6）抗炭化性较差。不适合用于二氧化碳含量高的工业厂房，如铸造、翻砂车间。2、三种水泥的特性（1）矿渣硅酸盐水泥适合用于有耐热要求的混凝土工程，不适合用于有抗冻性要求的混凝土工程。（2）火山灰质硅酸盐水泥适合用于有抗渗性要求的混凝土工程，不适合用于干燥环境中的地上混凝主工程，也不宜用手于有耐磨性要求的混凝工程。（3）粉煤灰硅酸盐水泥适合用于承载较晚的混凝土工程，不宜用于有抗渗要求的混凝土工程，也不宜用于干燥环境中的混凝土工程及有耐磨性要求的混凝土工程。四、复合硅酸盐水泥凡有硅酸盐水泥熟料、两种或两种以上规定的混合材料、适量石膏磨细而成的水硬性胶凝材料，称为复合硅酸盐水泥。复合硅酸盐水泥由于掺入了二种以上的混合材料，起到了互相取长补短的作用，其效果大大优于只掺一种混合材料。其早期强度提高，且水化热低，耐腐蚀性、抗渗性及抗冻性较好。因而其用途更为广泛，是一种很有发展前途的水泥

（6）耐磨性略差 三、矿渣硅酸盐水泥、火山灰质硅酸盐水泥、粉煤灰硅酸盐水泥 矿渣硅酸盐水泥简称矿渣水泥。它由硅酸盐水泥熟料、20%-70%的粒化高炉矿渣及适量 石膏组成。火山灰质硅酸盐水泥简称火山灰水泥。它由硅酸盐水泥熟料、20%-50%的火山灰 质混合材料及适量石膏组成。粉煤灰硅酸盐水泥简称粉煤灰水泥。它由硅酸盐水泥熟料、 20%-40%的粉煤灰及适量石膏组成。 （一）矿渣硅酸盐水泥、火山灰质硅酸盐水泥、粉煤灰硅酸盐水泥的性质与应用 1、三种水泥的共性 （1）早期强度低、后期强度发展高。这三种水泥不适合用于早期强度要求高的混凝土 工程，如冬季施工、现浇工程等。 （2）对温度敏感，适合高温养护。 （3）耐腐蚀性好。适合用于有硫酸盐、镁盐、软水等腐蚀作用的环境，如水工、海港、 码头等混凝土工程。 （4）水化热少。适合用于大体积混凝土。 （5）抗冻性差。 （6）抗炭化性较差。不适合用于二氧化碳含量高的工业厂房，如铸造、翻砂车间。 2、三种水泥的特性 （1）矿渣硅酸盐水泥适合用于有耐热要求的混凝土工程，不适合用于有抗冻性要求的 混凝土工程。 （2）火山灰质硅酸盐水泥适合用于有抗渗性要求的混凝土工程，不适合用于干燥环境 中的地上混凝土工程，也不宜用于有耐磨性要求的混凝土工程。 （3）粉煤灰硅酸盐水泥适合用于承载较晚的混凝土工程，不宜用于有抗渗要求的混凝 土工程，也不宜用于干燥环境中的混凝土工程及有耐磨性要求的混凝土工程。 四、复合硅酸盐水泥 凡有硅酸盐水泥熟料、两种或两种以上规定的混合材料、适量石膏磨细而成的水硬性胶 凝材料，称为复合硅酸盐水泥。复合硅酸盐水泥由于掺入了二种以上的混合材料，起到了互 相取长补短的作用，其效果大大优于只掺一种混合材料。其早期强度提高，且水化热低，耐 腐蚀性、抗渗性及抗冻性较好。因而其用途更为广泛，是一种很有发展前途的水泥