《道路建筑材料》 ——水泥 主讲：乔晓霞

水泥 拉法基水泥厂一角 水泥混凝土路面

内容提要及知识要点 1.本章重点阐述了硅酸盐水泥熟料的矿物组成、凝结硬化机理和技术性质的检验测定方法，以及其他水泥的特性和应用。 2. 简要介绍掺混合料的硅酸盐水泥和其他品种水泥。

水泥 概念及分类 按化学成分分类 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。 水泥的分类按 用途和性能分类 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 通用水泥 专用专水泥:道路硅酸盐水泥、大坝水泥等 特性水泥：快硬硅酸盐水泥、膨胀水泥等

水泥分类 通用硅酸盐水泥： 硅酸盐水泥（P Ⅰ、PⅡ）、普通硅酸盐水泥（PO）、矿渣硅酸盐水泥（PS） 、火山灰质硅酸盐水泥（PP）和粉煤灰硅酸盐水泥（PF）、复合硅酸盐水泥（PC）等六大硅酸盐水泥

一.硅酸盐水泥 现行国家标准GB 175—2011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PI。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PII。

一.硅酸盐水泥 1.硅酸盐水泥的生产 硅酸盐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约3%的石灰石或粒化高炉矿渣共同磨细，即得到硅酸盐水泥

一.硅酸盐水泥 1.生产工艺 ： 石灰质原料 石膏 生料 熟料 粘土质原料 硅酸盐水泥 校正原料 石灰石或粒 化高炉矿渣 按比例混合 煅烧 CaO SiO2 （CaO） 按比例混合 煅烧 生料 熟料 粘土质原料 硅酸盐水泥 磨细 （SiO2、Al2O3） Al2O3 Fe2O3 校正原料 （Fe2O3） 石灰石或粒 化高炉矿渣

一.硅酸盐水泥 原料： 石灰质原料：石灰石、白垩、石灰质凝灰岩等物质，主要提供氧化钙成分CaO。 黏土质原料：黏土、黏土质页岩、黄土物质，主要提供氧化硅SiO2、氧化铝Al2O3、及少量氧化铁Fe2O3成分。 校正材料：所配生料不符合要求时掺加，如生料中Fe2O3含量不足时，加适量黄铁矿渣或含铁高的黏土等；如生料中SiO2含量不足时，加适量硅藻土、硅藻石等，或者加入易于粉磨的风化砂岩；如生料中Al2O3含量不足时，加适量的铁矾土废料或含铝较高的黏土加以调整。

一.硅酸盐水泥 2.硅酸盐水泥的矿物组成和矿物性质 2.1硅酸盐水泥的矿物组成 生料主要化学成分： 　2.1硅酸盐水泥的矿物组成 　　生料主要化学成分：　　　　　　　　　 　　经高温煅烧后，以上四种化学成分化合为熟料中的主要矿物组成： 　　硅酸三钙　　　　　　　　　　　　　简式为 　　硅酸二钙　　　　　　　　　　　　　简式为 　　铝酸三钙　　　　　　　　　　　　　简式为 　　铁铝酸四钙　　　　　　　　　　　　简式为

一.硅酸盐水泥 2.2主要组成矿物的性质 水泥中主要矿物组成，含量通常为50﹪左右，对硅酸盐水泥影响大。 　　水泥中主要矿物组成，含量通常为50﹪左右，对硅酸盐水泥影响大。 　　水化速度较快，水化热高，早期强度大。 　　（15%～37%）水化速度较慢，水化热很低。 　　早期强度较低而后期强度较高。　 　　耐化学侵蚀和干缩性较好。

一.硅酸盐水泥 （低于15%）水化反应速度最快，水化热最高。 耐化学腐蚀性差，干缩性大。 　　（低于15%）水化反应速度最快，水化热最高。 　　耐化学腐蚀性差，干缩性大。 （注：　　的含量决定水泥的凝结速度和释放热量，通常为调节水泥凝结速度，需掺加石膏或铝酸三钙与石膏形成的水化产物）。 　　 （10%～18%）遇水反应较快，水化热较高。 　　强度较低，对水泥抗折强度和抗冲击性能起重要作用。 　　耐化学腐蚀性好，干缩性小。

一.硅酸盐水泥 2.3水泥熟料主要矿物组成的性质比较 １）水化反应速度 ２）水化热 ３）抗压强度 早期 后期 　１）水化反应速度 　２）水化热　　 　３）抗压强度　早期 　　　　　　　　后期 　　　可见，　　和　　　是水泥强度的主要来源。 　４）　　　对抗折强度有利。 　５）耐化学腐蚀性 　６）干缩性

一.硅酸盐水泥 3.硅酸盐水泥的水化 水泥加水拌和后成为可塑性水泥浆，由于水泥的水化作用。水泥水化产物： 水化硅酸钙凝胶（3CaO.2SiO2.3H2O）（70%） 水化铝酸钙凝胶（3CaO.2Al2O3.6H2O） 水化铁酸钙凝胶（3CaO.2Al2O3.6H2O +CaO.Fe2O3.H2O） 氢氧化钙晶体（Ca(OH)2）（20%） 三硫型水化铝酸钙、单硫型水化铝酸钙（7%）

一.硅酸盐水泥 3.硅酸盐水泥的凝结和硬化 水化后的水泥浆，逐渐变稠失去流动性和可塑性而未具有强度的过程，成为水泥的“凝结”。 水泥凝结后，产生强度逐渐发展成为坚硬的人造石的过程成为水泥的“硬化”。 初始反应期： 诱导期： 凝结期： 硬化期：

二.掺混合料的硅酸盐水泥 在水泥生产过程中加入的人工的或天然的矿物材料称为水泥混合材料。 为改善硅酸盐水泥的某些性能，同时达到增加产量降低成本的目的，在硅酸盐水泥熟料中掺加适量的混合材料与石膏共同磨细制得的水硬性胶凝材料，称为掺混合材料水泥。

二.掺混合料的硅酸盐水泥 混合材料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。活性混合材料能参与水泥的水化反应，明显改善水泥的性能。 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。起到提高产量、降低成本、调整水泥强度等级、降低水化热和改善新拌混凝土和易性的作用，也称为填充性混合材料。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

二.掺混合料的硅酸盐水泥 1.矿渣硅酸盐水泥（PS） 组成： （1）PSA：熟料和石膏≥50%且＜80%，掺加＞20%且≤50%粒料高炉矿渣，其中允许用不超过水泥质量8%的其他活性、非活性混合料或窑灰中任一种材料代替。 （2）PSB：熟料和石膏≥30%且＜50%，掺加＞50%且≤70%粒料高炉矿渣，其中允许用不超过水泥质量8%的其他活性、非活性混合料或窑灰中任一种材料代替。

二.掺混合料的硅酸盐水泥 1.矿渣硅酸盐水泥 水化： 分两步进行：首先熟料矿物水化，生成水化硅酸钙、水化铝酸钙、水化铁酸钙、水化硫铝酸钙、氢氧化钙等水化产物。 其次ca(0H)2起激发活性作用，与矿渣中活性SiO2和活性 作用形成具有胶凝作用的水化硅酸钙和水化铝酸钙等水化产物。

二.掺混合料的硅酸盐水泥 1.矿渣硅酸盐水泥 性能： （1）抗软水及硫酸腐蚀能力强：适用于要求耐淡水腐蚀和硫酸盐侵蚀的水工和海港工程。 （2）水化热低：宜于大体积施工。 （3）早期强度低，后期强度高：不宜用于温度太低、养生条件差工程。 （4）耐热性较强 （5）干缩性较大：

二.掺混合料的硅酸盐水泥 2.火山灰硅酸盐水泥（PP） 组成 熟料和石膏≥60%且＜80%，掺加＞20%且≤40%的火山灰质活性混合材料。

二.掺混合料的硅酸盐水泥 2.火山灰硅酸盐水泥（PP） 水化和硬化 与矿渣水泥相似。 火山灰质混合料品种多，组成与构造差异大，水化、硬化基本相似，但水化速度和水化产物等各异。

二.掺混合料的硅酸盐水泥 2.火山灰硅酸盐水泥（PP） 性能与应用 （1）凝结硬化缓慢，早期强度低，后期强度高：宜于蒸汽或压蒸养护，不宜用于有早强要求或低温工程中。 （2）抗渗性、耐水性及抗腐蚀能力良好：宜用于抗渗要求高工程，但抗硫酸腐蚀能力差。 （3）保水性差：不宜用于干燥环境。 （4）较低水化热：宜用于大体积工程。

二.掺混合料的硅酸盐水泥 3.粉煤灰硅酸盐水泥（PF） 组成 熟料和石膏≥60%且＜80%，掺加＞20%且≤40%的活性粉煤灰。

二.掺混合料的硅酸盐水泥 3.粉煤灰硅酸盐水泥（PF） 水化和硬化 与矿渣水泥相似，但有不同，粉煤灰活性主要是玻璃体（玻璃珠或空心玻璃珠），这种玻璃体比较稳定而且结构致密，不宜水化。在Ca（OH）2的激发下，经过28d或3个月的水化龄期，才能在玻璃体表面形成水化硅酸钙和水化铝酸钙。

二.掺混合料的硅酸盐水泥 3.粉煤灰硅酸盐水泥（PF） 性能与应用 （1）凝结硬化慢，早期强度低，后期强度高甚至能赶上或明显超过硅酸盐水泥：宜用于承受荷载较迟的工程。 （2）比表面积小，吸附水的能力较小，干缩小，抗裂性较强。 （3）泌水较快，易引起失水裂缝：适用于大体积水工混凝土以及水中结构、海港工程。

二.掺混合料的硅酸盐水泥 4.复合硅酸盐水泥（PC） 组成 熟料和石膏≥50%且＜80%，掺加两种或两种以上活性或非活性混合材料，掺量＞20%且≤50%，其中允许用不超过水泥质量8%的窑灰代替，掺矿渣时，掺量不得与矿渣水泥重复。

三.其他品种水泥——道路硅酸盐水泥 组成 适当成分的生料烧制部分溶解，所得以硅酸钙为主要成分和较多量的铁铝酸改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）。

三.其他品种水泥——道路硅酸盐水泥 技术要求 满足《道路硅酸盐水泥》（GB13693－2005）要求

三.其他品种水泥——道路硅酸盐水泥 工程应用 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。

总 结 1.硅酸盐水泥是一种水硬性胶凝材料，其基本成分为硅酸盐熟料。 2.熟料的主要矿物组成是 3. 和 对水泥的强度其主要作用， 和 对水泥的水化热贡献较大，而 有助于提高水泥的抗折强度，改变矿物组成比例将会影响水泥的性质，以满足不同的使用条件。 4. PO、PP、PS、PF、PC、P统称通用硅酸盐水泥，这些水泥是在硅酸盐熟料中掺加适量混合材料锁的，掺加混合料的目的是为了改善水泥的某些性能，增加水泥产量。

作业 1.硅酸盐水泥熟料由哪些矿物组成的，他们对水泥的技术性能（强度、水化反应速度、水化热等）有何影响。 2.什么是水泥混合材料，掺加混合材料的硅酸盐水泥有什么技术特性。 3.试述硅酸盐水泥的水化和硬化机理。

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