按模数分
n<1.8可溶性水玻璃
n≥3中性水玻璃
3、水玻璃的水化、硬化
Na2O•nSiO2+CO2+mH2O
Na2CO3+nSiO2•mH2O
SiO2+mH2O
2（Na2O•nSiO2）+NaSiF6+mH2O
6NaF+（2n+1）SiO2•mH2O
4．水玻璃的特性
（一）优点
1．耐酸性好
2．耐热性好，高温下不燃烧、强度不降低、不分解
3．粘结力强
（二）缺点
1．耐水性差
2．常温硬化慢
5．水玻璃的应用
涂刷在材料表面
配制耐酸和耐热砂浆和混凝土
配制防水剂
加固地基
四．镁质胶凝材料
1、菱苦土的水化及硬化
2、菱苦土的应用
复习思考题：
1、过火石灰的危害和石灰陈伏的意义
2、什么是初凝和初凝时间，什么终凝和终凝时间？
3、三种气硬性胶凝材料应用注意事项
第三节通用硅酸盐水泥
一．通用硅酸盐水泥的定义、分类及生产概况
1、定义（广义）
凡细磨成粉末状，加入适量水后，可成为塑性浆体，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在一起的水硬性胶凝材料，通称水泥。
水泥在国民经济中的地位、作用及可持续发展的问题
1、水泥工业及水泥产品是建材工业的支柱产业及支柱产品
2、未来相当长时期内，水泥仍将是人类社会的主要建筑材料，已渗透到各个角落，水泥需求保持增长态势，已成为人类社会文明的重要材料
3、我国经济的发展带动了水泥工业兴旺发达
4、水泥生产消耗大量能源、资源，排放大量粉尘和废气
2、水泥的分类（广义）
（一）按化学成份分：
硅酸盐系列水泥√
铝酸盐系列水泥
氟铝酸盐系列水泥
铁铝酸盐系列水泥
硫铝酸盐系列水泥
（二）按性能和用途分
1．通用（常用）水泥
硅酸盐水泥
普通硅酸盐水泥（普通水泥）
矿渣硅酸盐水泥（矿渣水泥）
火山灰硅酸盐水泥（火山灰水泥）
粉煤灰硅酸盐水泥（粉煤灰水泥）
复合硅酸盐水泥（复合水泥）
砌筑水泥
油井水泥
耐火水泥
大坝水泥
磷酸钙水泥
┇
2．专用水泥
3、特性水泥
快硬水泥
白水泥
膨胀水泥
抗硫酸盐水泥
┇
（三）生产概况
1、生产原料
2、生产工艺
§2通用水泥
一．定义
凡是由硅酸盐为主要成份的熟料、适量石膏、0～70%的不同品种的混合材料，磨细制得的水硬性胶凝材料，称为硅酸盐系列水泥。
（三）、生产概况
1、生产水泥用原材料
石灰石
粘土
铁矿粉
生料
熟料
水泥成品
按比例混合
磨细
CaO60-70%
SiO220-24%
AI2O34-7%
Fe2O32.5-6.0%
磨细
1450℃
煅烧
石膏
混合材料
2、水泥生产工艺
2、生产工艺——“两磨一烧”
第一阶段（第一磨）—磨制生料
第二阶段（一烧）—将生料于1450℃煅烧成熟料
第三阶段（第二磨）—磨制水泥成品
石灰石
粘土
铁矿粉
生料
熟料
水泥成品
按比例混合
磨细
CaO60-70%
SiO220-24%
AI2O34-7%
Fe2O32.5-6.0%
磨细
1450℃
煅烧
石膏
混合材料
通用水泥品种
石灰石
粘土
铁矿粉
生料
石膏
按比例混合
磨细
1450℃
煅烧
熟料
混合材料
1-5%
Ⅰ型硅酸盐水泥P•Ⅰ
Ⅱ型硅酸盐水泥
P•Ⅱ
混合
材料
6-15%
矿渣slag
20-70%
粉煤灰
flyash
20-40%
火山灰
Pozzolana20-50%
几种混合材
10-50%
2.
普通硅酸盐水泥
P•O
3.
矿渣硅酸盐水泥
P•S
4.
火山灰硅酸盐水泥P•P
5.
粉煤灰硅酸盐水泥P•F
6.
复合硅酸盐水泥
P•C
1.硅酸盐水泥
磨
细
磨
细
磨
细
磨
细
磨
细
磨
细
磨
细
二．硅酸盐系列水泥的组成材料
（一）硅酸盐系列水泥熟料的组成
1．熟料中化学组成及国际通用代号
简写规则：
以氧化物分子式第一个字母为代表符号
化学组成CaOAI2O3SiO2Fe2O3MgOTiO2CaF2H2O
代号CASF MTH
硅酸三钙Ca3SiO5—3CaO•SiO2—代号：
C3S36-60%
硅酸二钙Ca2SiO4—2CaO•SiO2—代号：
C2S15-37%
铝酸三钙Ca3（AIO2）2—3CaO•AIO—代号：
C3A7-15%
铁铝酸四钙
Ca4[（AI•Fe）O5]2—4CaO•AI2O3•Fe2O3—代号：
C4AF10-18%
有
用
矿
物
有
害
矿
物
2．硅酸盐水泥熟料的矿物组成（主要矿物）
游离CaOFree—CaO——代号F—C
游离MgOFree—MgO——代号F—M
含碱矿物及玻璃体Na2O,K2O等
（三）掺大量混合材料的硅酸盐水泥
1、混合材料的定义
生产水泥时加入的能够：
改善水泥性能、调节水泥强度等级、降低水泥成本的天然或人工的矿物质材料。
2、分类
【活性混合材料】指具有火山灰活性或潜在水硬性的矿物材料。
（一般含活性AI2O3和SiO2）
【非活性混合材料】指掺入水泥中主要起填充作用而又不损害水泥性能的矿物材料。
3.常用活性混合材料
1）粒化高炉矿渣（主要成分是AI2O3、CaO、SiO2）
2）火山灰质混合材料（硅灰、火山灰等主要成分是活性SiO2和AI2O3）
3）粉煤灰（主要成分是AI2O3、SiO2和少量CaO）
4．活性混合材料的作用
1）活性效应
2）微集料效应
常温下能与石灰、石膏或硅酸盐水泥一起，加水拌合后发生水化反应，生成水硬性的水化产物的混合材料称为活性混合材料。
粒化高炉矿渣：
是将炼铁高炉中的熔融炉渣经急速冷却后形成的质地疏松的颗粒材料。
急冷的目的在于阻止其中的矿物成分结晶，使其在常温下成为不稳定的玻璃体，从而具有较高的活性。
粒化高炉矿渣中的活性成分主要是活性Al2O3和活性SiO2，活性用质量系数k评定，k=（CaO+MgO+Al2O3）/（SiO2+MnO+TiO2），质量系数反映了矿渣中活性组分与低活性和非活性组分之间的比例，k值越大，则矿渣的活性越高。
水泥用粒化高炉矿渣的质量系数不得小于1.2。
火山灰质混合材料。
火山灰质混合材料是指具有火山灰性的天然或人工的矿物材料。
其品种很多火山灰、凝灰岩、浮石、浮石岩、沸石、硅藻土、烧页岩、烧粘土、煤渣、煤矸石、硅灰等。
其活性成分也是活性Al2O3和活性SiO2。
粉煤灰。
粉煤灰是从燃煤发电厂的烟道气体中收集的粉末。
它以Al2O3、SiO2为主要成分，含有少量CaO，具有火山灰性，其活性主要取决于玻璃体的含量以及无定形Al2O3和SiO2含量，同时颗粒形状及大小对其活性也有较大的影响，细小球形玻璃体含量越高，粉煤灰的活性越高。
粉煤灰的活性用水泥抗压强度比的方法来评定，用于水泥中的粉煤灰要求强度比：
I级≥75%；II级≥62%。
5．加入混合材料对水泥性能的影响
1）早期强度降低，后期强度升高
2）水化热降低
3）耐酸性、耐蚀性提高
4）碱度降低
（四）助磨剂
（一）化学指标
（二）碱含量
1．控制水泥中碱含量的必要性
碱—集料反应（简称A—A反应）
l 集料：
含活性的集料（主要为活性SiO2）
l 水泥中的碱与活性SiO2生成易溶的、无强度的、无胶凝性的水化硅酸盐。
l 反应的位置：
2．A—A反应的条件
l 集料中存在活性SiO2
l 水泥中碱含量超标
l 有水存在
三、通用硅酸盐水泥的技术要求
（二）物理指标
1、凝结时间：
初凝和终凝的时间规定
标准稠度：
为测定水泥的凝结时间、体积安定性等性能，使其具有准确的可比性，水泥净浆以标准方法测试所达到统一规定的浆体可塑性程度。
标准稠度用水量：
拌制水泥净浆时为达到标准稠度所需的加水量。
1．测定方法
初凝时间：
试针距底板4mm±1mm
终凝时间：
试针沉入底板0.5mm
2．技术要求：
初凝时间：
≥45min
终凝时间：
P·Ⅰ，P·Ⅱ≤6.5h，其余≤10h
3．凝结时间对性能的影响
初凝不合格——废品
终凝不合格——不合格品
水泥标准稠度用水量：
在试杆停止沉人或释放试杆30s时记录试杆距底板之间的距离，以试杆沉入净浆并距底板6mm士1mm的水泥净浆为标准稠度净浆。
其拌和水量为该水泥的标准稠度用水量（P），按水泥质量的百分比计。
2、体积安定性
水泥在凝结硬化过程中体积变化的均匀性。
1．影响水泥安定性的因素
过量的F—CaO
过量的F—MgO
过量的石膏
2．测定方法
F—CaO：
沸煮法：
①试饼法，②雷氏夹法
F—MgO：
压蒸法（215.7±1.3℃,2.0MPa蒸气压）
过量石膏：
不便于快速检测出，控制SO3含量
3、强度：
国家标准的测定方法。
1．水泥胶砂强度及测定方法
硅酸盐水泥各强度等级、各龄期的强度值
强度等级
抗压强度/MPa
抗折强度/MPa
3d
28d
3d
28d
42.5
17.0
42.5
3.5
6.5
42.5R
22.0
42.5
4.0
6.5
52.5
23.0
52.5
4.0
7.0
52.5R
27.0
52.5
5.0
7.0
62.5
28.0
62.5
5.0
8.0
62.5R
32.0
62.5
5.5
8.0
4、细度：
水泥颗粒的粗细程度，硅酸盐水泥的细度的表示方法。
（一）细度
1．测定方法：
1）勃氏透气仪：
P•Ⅰ，P•Ⅱ比表积>300m2/kg
2）筛析法：
0.080mm方孔筛，筛余≤10%
负压筛
水筛法
手工干筛法
2．细度对性能的影响
5、水泥的水化热：
水化热：
水泥在凝结硬化过程中因水化反应所放出的热量，称为水泥的水化热。
大部分水化热是伴随着强度的增长在水化初期放出的。
水泥的水化热大小和释放速率主要与水泥熟料的矿物组成、混合材料的品种与数量、水泥的细度及养护条件等有关，另外，加入外加剂可改变水泥的释热速率。
大型基础、水坝、桥墩、厚大构件等大体积混凝土构筑物，由于水化热聚集在内部不易散发，内部温升可达50～60℃，内外温差产生的应力和温降收缩产生的应力常使混凝土产生裂缝，因此大体积混凝土工程不宜采用水化热较大、放热较快的水泥，如硅酸盐水泥，因为它含熟料最多。
但国家标准未就该项指标作具体的规定。
6、密度与堆积密度
（一）硅酸盐水泥的水化
1．水化速率——快C3A>C3S>C4AF>C2S
2．水化热——大C3A>C3S>C4AF>C2S
3．早期强度——高C3S>C3A>C4AF>C2S
4．后期强度C3SC2S>C4AF>C3A
5．耐腐蚀性——差
6．抗冻性——好
7．耐热性——差
四、通用硅酸盐水泥的水化、凝结、硬化
结论：
1）钙矾石的生成使水泥石致密
2）生产水泥时石膏加入量要适量
3）石膏对水泥具有缓凝作用
缓凝机理：
（二）硅酸盐水泥的凝结硬化过程
水泥的凝结是指水泥加水拌和后，成为塑性的水泥浆，其中的水泥颗粒表面的矿物开始在水中溶解并与水发生水化反应，水泥浆逐渐变稠失去塑性，但还不具有强度的过程。
硬化是指凝结的水泥浆体随着水化的进一步进行，开始产生明显的强度并逐渐发展而成为坚硬水泥石的过程。
凝结和硬化是人为地划分的，实际上是一个连续复杂的物理化学变化过程。
硅酸盐水泥的凝结硬化过程分为：
初始反应期、潜伏期、凝结期、硬化期4阶段。
1．初始反应期。
水泥与水接触后立即发生水化反应，在初始的5～10min内，放热速率剧增，可达此阶段的最大值，然后又降至很低。
这个阶段称为初始反应期。
在此阶段硅酸三钙开始水化，生成水化硅酸钙凝胶，同时释放出氢氧化钙，氢氧化钙立即溶于水中，钙离子浓度急剧增大，当达到过饱和时，则呈结晶析出。
同时，暴露于水泥熟料颗粒表面的铝酸三钙也溶于水，并与已溶解的石膏反应，生成钙矾石结晶析出，附着在颗粒表面，在这个阶段中，水化的水泥只是极少的一部分。
2．潜伏期。
在初始反应期后，有相当长一段时间（约1～2h），水泥浆的放热速率很低，这说明水泥水化十分缓慢。
这主要是由于水泥颗粒表面覆盖了一层以水化硅酸钙凝胶为主的渗透膜层，阻碍了水泥颗粒与水的接触。
在此期间，由于水泥水化产物数量不多，水泥颗粒仍呈分散状态，所以水泥浆基本保持塑性。
3、凝结、硬化期。
在潜伏期后由于渗透压的作用，水泥颗粒表面的膜层破裂，水泥继续水化，放热速率又开始增大，6h内可增至最大值，然后又缓慢下降。
在此阶段，水化产物不断增加并填充水泥颗粒之间的空间，随着接触点的增多，形成了由分子力结合的凝聚结构，使水泥浆体逐渐失去塑性，这一过程称为水泥的凝结。
此阶段结束约有15%的水泥水化。
4、在凝结期后，放热速率缓慢下降，至水泥水化24h后，放热速率已降到一个很低值，约4.0J/gh以下，此时，水泥水化仍在继续进行，水化铁铝酸钙形成；由于石膏的耗尽，高硫型水化硫铝酸钙转变为低硫型水化硫铝酸钙，水化硅酸钙凝胶形成纤维状。
在这一过程中，水化产物越来越多，它们更进一步地填充孔隙且彼此间的结合亦更加紧密，使得水泥浆体产生强度，这一过程称为水泥的硬化。
硬化期是一个相当长的时间过程。
水泥石强度发展的一般规律是：
3～7天内强度增长最快，28天内强度增长较快，超过28天后强度将继续发展但增长较慢。
（三）影响硅酸盐水泥凝结硬化、性能的主要因素
1．熟料矿物组成的影响
2．水泥细度
3．拌合加水量
4．养护制度（温度和湿度）
5．养护龄期
6．外加剂
7．贮存与运输
影响硅酸盐水泥凝结硬化的主要因素
1.熟料矿物组成的影响
硅酸盐水泥熟料矿物组成是影响水泥的水化速度、凝结硬化过程及强度等的主要因素。
硅酸三钙（C3S）、硅酸二钙（C2S）、铝酸三钙（C3A）、铝酸四钙（C4AF）、
四种主要熟料矿物：
C3A是决定性因素，是强度的主要来源。
改变熟料中矿物组成的相对含量，即可配制成具有不同特性的硅酸盐水泥。
提高C3S的含量，可制得快硬高强水泥；
减少C3A和C3S的含量，提高C2S的含量，可制得水化热低的低热水泥；
降低C3A的含量，适当提高C4AF的含量，可制得耐硫酸盐水泥。
2.水泥细度的影响
水泥的细度即水泥颗粒的粗细程度。
水泥越细，凝结速度越快，早期强度越高。
但过细时，易与空气中的水分及二氧化碳反应而降低活性，并且硬化时收缩也较大，且成本高。
因此，水泥的细度应适当，硅酸盐水泥的比表面积应大于300m2/kg。
3.石膏的掺量
水泥中掺入石膏，可调节水泥凝结硬化的速度。
掺入少量石膏，可延缓水泥浆体的凝结硬化速度，但石膏掺量不能过多，过多的石膏不仅缓凝作用不大，还会引起水泥安定性不良。
一般掺量约占水泥重量的3％～5％，具体掺量需通过试验确定。
4.养护条件的影响
（1）湿度——应保持潮湿状态，保证水泥水化所需的化学用水。
混凝土在浇筑后两到三周内必须加强洒水养护。
（2）温度——提高温度可以加速水化反应。
如采用蒸汽养护和蒸压养护。
冬季施工时，须采取保温措施。
5.养护龄期的影响
水泥水化硬化是一个较长时期不断进行的过程，随着龄期的增长水泥石的强度逐渐提高。
水泥在3～14d内强度增长较快，28d后增长缓慢。
水泥强度的增长可延续几年，甚至几十年。
6、拌合用水量的影响
水灰比（水与水泥的质量比W/C）：
为使水泥浆体具有塑性和流动性，加入的水量通常超过水泥充分水化时所需的水量，多余的水在水泥石内形成毛细孔隙，W/C越大，硬化水泥石的毛细孔隙率越大，水泥石的强度降低。
7、外加剂的影响
（四）硅酸盐水泥的特性与应用
1．凝结硬化快，早期强度与后期强度均高。
这是因为硅酸盐水泥中硅酸盐水泥熟料多，即水泥中C3S多。
因此适用于现浇混凝土工程、预制混凝土工程、冬季施工混凝土工程、预应力混凝土工程、高强混凝土工程等。
2．抗冻性好。
硅酸盐水泥石具有较高的密实度，且具有对抗冻性有利的孔隙特征，因此抗冻性好，适用于严寒地区遭受反复冻融循环的混凝土工程。
3．水化热高。
硅酸盐水泥中C3S和C3A含量高，因此水化放热速度快、放热量大，所以适用于冬季施工，不适用于大体积混凝土工程。
4．耐腐蚀性差。
硅酸盐水泥石中的氢氧化钙与水化铝酸钙较多，所以耐腐蚀性差，因此不适用于受流动软水和压力水作用的工程，也不宜用于受海水及其他侵蚀性介质作用的工程。
5．耐热性差。
水泥石中的水化产物在250～300℃时会产生脱水，强度开始降低，当温度达到700～1000℃时，水化产物分解，水泥石的结构几乎完全破坏，所以硅酸盐水泥不适用于耐热、高温要求的混凝土工程。
但当温度为100～250℃时，由于额外的水化作用及脱水后凝胶与部分氢氧化钙的结晶对水泥石的密实作用，水泥石的强度并不降低。
6．抗碳化性好。
水泥石中氢氧化钙与空气中CO2的作用称为碳化。
硅酸盐水泥水化后，水泥石中含有较多的氢氧化钙，因此抗碳化性好。
7．干缩小。
硅酸盐水泥硬化时干燥收缩小，不易产生干缩裂纹，故适用于干燥环境。
五．硅酸盐水泥石的选用
六、水泥石的腐蚀与防止
（一）水泥混凝土的腐蚀
1．内因：
1）结构本身（多孔）
2）化学组成（含有可被侵蚀的组分）
2．外因：
1）侵蚀性介质。
2）较快流速的介质
3）较高的温度。
（二）腐蚀的主要方式
1．软水溶蚀
2．盐蚀
1）硫酸盐侵蚀
“水泥杆菌”示意图
2）镁盐侵蚀
3．酸蚀
4．强碱侵蚀
5．有机质
（二）防止水泥石腐蚀的措施
水泥石被腐蚀的基本内因为：
一是水泥石中存在有易被腐蚀的组分，如Ca（OH）2与水化铝酸钙；二是水泥石本身不致密，有很多毛细孔通道，侵蚀性介质易于进入其内部。
因此，针对具体情况可采取下列措施防止水泥石的腐蚀。
1．根据侵蚀介质的类型，合理选用水泥品种。
如采用水化产物中Ca（OH）2含量较少的水泥，可提高对多种侵蚀作用的抵抗能力；采用铝酸三钙含量低于5%的水泥，可有效抵抗硫酸盐的侵蚀；掺入活性混合材料，可提高硅酸盐水泥抵
升级会员 