【正文】 和成塑性漿體后經(jīng)物理化學(xué)作用可變成堅硬的石狀體，并能將砂、石等材料膠結(jié)成為整體。水泥屬于水硬性膠凝材料。 水泥的品種很多，可從不同的角度進行分類： ：硅酸鹽水泥、鋁酸鹽水泥、硫鋁酸鹽水泥、氟鋁酸鹽水泥等； ：通用水泥、專用水泥、特種水泥 通用水泥：硅酸鹽水泥、普通硅酸鹽水泥、礦渣硅酸鹽水泥、粉煤灰水泥、火山灰水泥等 專用水泥：中、低熱水泥、道路水泥、砌筑水泥等 特種水泥：快硬硅酸鹽水泥、抗硫酸鹽水泥、膨脹水泥等。 我國水泥產(chǎn)量的90％左右屬于硅酸鹽系列水泥。 硅酸鹽水泥 一、硅酸鹽水泥的定義、類型及代號 ：凡由硅酸鹽水泥熟料、0～5%石灰石或?；郀t礦渣、適量的石膏磨細制成的水硬性膠凝材料，稱為硅酸鹽水泥[國外通稱的波特蘭水泥（Portland cement）]。 Ⅰ型硅酸鹽水泥：不摻混合材料的硅酸鹽水泥，代號PⅠ。 Ⅱ型硅酸鹽水泥：粉磨時摻加不超過水泥重量5% 的石灰石或?；郀t礦渣混合材料，代號PⅡ。、、。二、硅酸鹽水泥的生產(chǎn) （1）石灰質(zhì)原料：主要提供CaO。采用石灰?guī)r、凝灰?guī)r和貝殼等。 （2）粘土質(zhì)原料：主要SiOAl2O3及Fe2O3。采用粘土、黃土、頁巖、泥巖、粉砂巖及河泥等。 （3）輔助原料：鐵礦粉等目前，常把硅酸鹽水泥的生產(chǎn)技術(shù)簡稱為兩磨一燒。 硅酸鹽水泥生產(chǎn)工藝流程示意圖 CaO：62% ～67% SiO2:20% ～24% Al2O3 : 4% ～7% Fe2O3：%～% 生料在窯內(nèi)經(jīng)歷 過程： 干燥——預(yù)熱——分解——燒成——冷卻 三、硅酸鹽水泥熟料的礦物組成 ：主要由四種礦物化學(xué)組成 ,分別為：硅酸三鈣3CaOSiO2（簡寫為C3S），含量為36％～60％；硅酸二鈣3CaOSiO2（簡寫為C2S），含量為15％～37％；鋁酸三鈣3CaOAl2O3（簡寫為C3A），含量為7％～15％；鐵鋁酸四鈣4CaOAl2O3Fe2O3（簡寫為C4AF），含量為10％～18％。 上述四種礦物中硅酸鈣礦物（包含C3S和C2S）是主要的，其含量約占70％～85％。 硅酸鹽水泥熟料主要礦物的特性性能指標(biāo)熟料礦物C3SC2SC3AC4AF水化速率快慢最快快，僅次于C3A凝結(jié)硬化速率快慢快快放熱量多少最多中強度早期高低低低后期高高低低水泥熟料是由各種不同特性的礦物所組成的混合物。因此，改變熟料礦物成分之間的比例，水泥的性質(zhì)會發(fā)生相應(yīng)的變化。 游離CaO、MgO及SO3，其含量過高將造成水泥安定性不良；堿礦物及玻璃體等，其中的Na2O和K2O含量較高時，遇到活性骨料時，易產(chǎn)生堿—骨料反應(yīng)，影響混凝土的質(zhì)量。 水泥中摻入石膏，主要作用是調(diào)節(jié)水泥凝結(jié)硬化的速度。如不摻入少量石膏，水泥漿可在很短時間內(nèi)迅速凝結(jié)。摻入少量石膏后，石膏與凝結(jié)最快的鋁酸三鈣反應(yīng)生成硫鋁酸鈣沉淀包圍水泥，延緩水泥的凝結(jié)時間。 一般摻量為2～5%，過多的石膏會引起強度下降或產(chǎn)生瞬凝，安定性不良。 四、硅酸鹽水泥的水化與凝結(jié)硬化 （一）硅酸鹽水泥的水化 水泥和水拌合——表面的熟料礦物立刻與水發(fā)生化學(xué)反應(yīng)——各組分開始逐漸溶解——放出一定熱量——固相體積也逐漸增加。其反應(yīng)式如下： 2(3CaOSiO2)+6H2O→ 3CaO2SiO23H2O+3Ca(OH)2 硅酸三鈣水化硅酸鈣 氫氧化鈣 2(2CaOSiO2)+4H2O→3CaO2SiO23H2O+Ca(OH)2硅酸二鈣 水化硅酸鈣 氫氧化鈣 3CaOAl2O3+6H2O → 3CaOAl2O36H2O 鋁酸三鈣 水化鋁酸三鈣 4CaOAl2O3Fe2O3+7H2O →3CaOAl2O36H2O+CaOFe2O3H2O 鐵鋁酸四鈣水化鐵酸一鈣 3CaOAl2O36H2O + CaSO4 → 3CaOAl2O33CaSO431H2O 或3CaOAl2O3CaSO412H2O 水化鋁酸鈣石膏 水化硫鋁酸鈣或單硫型水化硫鋁酸鈣 由上可知，所得主要水化產(chǎn)物（在完全水化的水泥石中 ）為 ： 水化硅酸鈣凝膠 70%（是水泥石形成強度的最主要化合物） 氫氧化鈣晶體20% 水化鋁酸鈣 3% 水化硫鋁酸鈣晶體（也稱鈣礬石）7% 水化反應(yīng)為放熱反應(yīng)，其放出的熱量稱為水化熱。其水化熱大，放熱的周期也較長，但大部分（50%以上）熱量是在3天以內(nèi),特別是在水泥漿發(fā)生凝結(jié)、硬化的初期放出。 （二）硅酸鹽水泥的凝結(jié)硬化 水泥的凝結(jié)硬化過程是很復(fù)雜的物理化學(xué)過程。下面僅作簡單介紹。（1） 水泥加水拌和后，未水化的水泥顆粒分散在水中，成為水泥漿體。（2）水泥表面開始與水發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，逐漸形成水化物膜層。（3）隨著水泥顆粒不斷水化，凝膠體膜層不斷增厚而破裂，并繼續(xù)擴展，在水泥顆粒之間形成網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，水泥漿體不斷逐漸變稠，粘度不斷增高，失去塑性，這就是水泥的凝結(jié)過程。（4）隨著水化的不斷進行，水化產(chǎn)物不斷生成并填充顆粒之間空隙，毛細孔越來越少，使結(jié)構(gòu)更加密實，水泥漿體逐漸產(chǎn)生強度而進入硬化階段。（三）水泥石的結(jié)構(gòu)水泥石的組成：凝膠體（C—S—H） 、未水化的水泥顆粒內(nèi)核、毛細孔和凝膠孔、晶體粒子Ca（OH）2 水泥石的結(jié)構(gòu)A－未水化水泥顆粒； B－膠體粒子（C－S－H等）；C－晶體粒子（Ca（OH）2等）；D－毛細孔（毛細孔水）；E－凝膠孔 水泥石的工程性質(zhì)(強度和耐久性)決定于水泥石的結(jié)構(gòu)組成，即決定于水化物的類型、水化物的相對含量以及孔的大小、形狀和分布。 水化物的類型取決于水泥品種，水化物的相對含量取決于水化程度，孔的大小決定了水灰比大小。，水化程度愈高，則水泥石結(jié)構(gòu)中水化物愈多，而毛細孔和未水化水泥的量相對減少。水泥石結(jié)構(gòu)密實、強度高、耐久性好。 ，水灰比越大，毛細孔所占比例相對增加，因此該水泥石的強度和耐久性下降。（四）影響硅酸鹽水泥凝結(jié)硬化的主要因素 硅酸鹽水泥熟料礦物組成是影響水泥的水化速度、凝結(jié)硬化過程及強度等的主要因素。 硅酸三鈣（C3S）：Tricalcium sillicate； 硅酸二鈣（ C2S）：Dicalcium sillicate； 鋁酸三鈣（ C3A）： Tricalcium aluminate； 鋁酸四鈣 （C4AF ）：Tetriacalcium aluminoferrie 四種主要熟料礦物中，C3A是決定性因素，是強度的主要來源。 改變熟料中礦物組成的相對含量，即可配制成具有不同特性的硅酸鹽水泥。 提高C3S的含量 ，可制得快硬高強水泥；減少C3A和C3S的含量，提高C2S的含量，可制得水化熱低的低熱水泥； 降低C3A的含量，適當(dāng)提高C4AF的含量，可制得耐硫酸鹽水泥。2. 水泥細度的影響 水泥的細度即水泥顆粒的粗細程度。 水泥越細，凝結(jié)速度越快，早期強度越高。但過細 時，易與空氣中的水分及二氧化碳反應(yīng)而降低活性，并且硬化時收縮也較大，且成本高。因此，水泥的細度應(yīng)適當(dāng)，硅酸鹽水泥的比表面積應(yīng)大于300m2/kg。3. 石膏的摻量 水泥中摻入石膏，可調(diào)節(jié)水泥凝結(jié)硬化的速度。摻入少量石膏，可延緩水泥漿體的凝結(jié)硬化速度，但石膏摻量不能過多，過多的石膏不僅緩凝作用不大，還會引起水泥安定性不良。一般摻量約占水泥重量的3％～5％，具體摻量需通過試驗確定。4. 養(yǎng)護濕度和溫度的影響 （1）濕度——應(yīng)保持潮濕狀態(tài) ，保證水泥水化所需的化學(xué)用水?；炷猎跐仓髢傻饺軆?nèi)必須加強灑水養(yǎng)護。 （2）溫度——提高溫度可以加速水化反應(yīng)。如采用蒸汽養(yǎng)護和蒸壓養(yǎng)護。冬季施工時，須采取保溫措施。 5. 養(yǎng)護齡期的影響 水泥水化硬化是一個較長時期不斷進行的過程 ，隨著齡期的增長水泥石的強度逐漸提高。水泥在3～14d內(nèi)強度增長較快，28d后增長緩慢。水泥強度的增長可延續(xù)幾年，甚至幾十年。五、硅酸鹽水泥的技術(shù)性質(zhì)、堆積密度、細度 硅酸鹽水泥的密度主要取決于其熟料礦物組成，～。堆積密度主要取決于堆積時的緊密程度。在混凝土配合比設(shè)計時，通常采用1300kg/m3。 標(biāo)準(zhǔn)稠度用水量是指拌制水泥凈漿時為達到標(biāo)準(zhǔn)稠度所需的用水量，以水與水泥質(zhì)量之比的百分?jǐn)?shù)表示，一般在24%～30％之間。凝結(jié)時間是指水泥從加水開始到失去流動性所需大時間，分為初凝和終凝。初凝時間為水泥從開始加水拌和起至水泥漿失去可塑性所需的時間；終凝時間為水泥從開始加水拌和起至水泥漿完全失去可塑性并開始產(chǎn)生強度所需的時間。 水泥的初凝時間不宜過早，以便在施工時有足夠的時間完成混凝土的攪拌、運輸、澆搗和砌筑等操作；水泥的終凝時間不宜過遲，以免拖延施工工期。國家標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定：硅酸鹽水泥初凝時間不得早于45min。 水泥的體積安定性是指水泥漿體硬化后體積變化的穩(wěn)定性。安定性不良的水泥，在漿體硬化過程中或硬化后產(chǎn)生不均勻的體積膨脹，并引起開裂。 安定性不良的原因：熟料中含有過量的游離氧化鈣、游離氧化鎂或摻入的石膏過多。體積安定性不合格的水泥不能用于工程中。 水泥強度是表征水泥力學(xué)性能的重要指標(biāo)。水泥強度必須按《水泥膠砂強度試驗方法（ISO法）》的規(guī)定制作試塊，養(yǎng)護并測定其抗壓和抗折值。該值是評定水泥等級的依據(jù)。 硅酸鹽水泥的強度要求（GB175－99）品種強度等級抗壓強度（MPa）抗折強度（MPa）3d28d3d28d硅酸鹽水泥注：R－早強型。 水化熱是指水泥和水之間發(fā)生化學(xué)反應(yīng)放出的熱量。大部分水化熱是在水化初期（7d）放出的，以后則逐步減少。 水泥水化熱大小主要取決于水泥的礦物組成和細度。冬季施工時，水化熱有利于水泥的正常凝結(jié)硬化。但對大體積混凝土工程，如大型基礎(chǔ)、大壩、橋墩等，水化熱大是不利的，可使混凝土產(chǎn)生裂縫。因此對大體積混凝土工程，應(yīng)采用水化熱較低的水泥，如中熱水泥、低熱礦渣水泥等。、三氧化硫、堿及不溶物含量 水泥中氧化鎂含量不得超過5％，％。若使用活性骨料，％。不溶物的含量，在Ⅰ％；在Ⅱ％。六、水泥石的腐蝕及防止（一）水泥石的腐蝕 在某些腐蝕性介質(zhì)的作用下，水泥石的結(jié)構(gòu)逐漸遭到破壞，強度下降以致全部崩潰的現(xiàn)象為水泥石的腐蝕。水泥石的抗腐蝕系數(shù)用耐蝕系數(shù)表示，以同一齡期浸在侵蝕性溶液中的水泥試體強度與在淡水中養(yǎng)護的水泥試體強度之比表示。耐蝕系數(shù)越大，水泥的抗侵蝕性越好。（溶出性侵蝕）軟水指工業(yè)冷凝水、蒸餾水、天然的雨水以及含含重碳酸鹽很少的河水及湖水。①靜水中，Ca（OH）2至飽和使溶出停止，作用僅限于表面。 ②流水、壓力水中， Ca（OH）2被帶走，侵蝕不斷深入內(nèi)部，使水泥石孔隙增大，強度下降至全部崩潰。 ③含重碳酸鹽的硬水中 產(chǎn)生如下反應(yīng)：Ca（OH）2+Ca（HCO3）2→ CaCO3＋2H2O生成的CaCO3積聚于水泥石空隙，形成密實保護層，阻止外界水入侵和內(nèi)部Ca（OH）2析出。 （1）硫酸鹽腐蝕（膨脹性化學(xué)腐蝕） 當(dāng)海水、沼澤水、工業(yè)污水等中含有堿性硫酸鹽（如Na2SOK2SO4等）時，水泥石還會受到侵蝕作用。 以硫酸鈉為例，硫酸鈉與水泥石中的氫氧化鈣作用，生成硫酸鈣： Ca（OH）2+Na2SO4→ CaSO4＋2NaOH 然后硫酸鈣亦與水泥石中的固態(tài)水化鋁酸鈣作用，生成高硫型水化硫鋁酸鈣晶體（水泥桿菌）。 4CaOAl2O312H2O+3CaSO4+20H2O→3CaOAl2O33 CaSO431H20+Ca(OH)2 高硫型水化硫鋁酸鈣結(jié)合著大量結(jié)晶水，此反應(yīng)是在固相中進行的，因此在水泥石中產(chǎn)生很大的內(nèi)應(yīng)力，使水泥石開裂、強度降低和造成破壞。 （2）鎂鹽腐蝕（溶解性化學(xué)腐蝕） 海水、地下水中常含有大量鎂鹽，如硫酸鎂 (MgSO4）和氯化鎂(MgCl2) 。它們與水泥石中的氫氧化鈣反應(yīng)，生成易溶于水的新化合物。 MgSO4十Ca(0H)2十2 H2O→CaSO42 H2O十Mg(OH)2 3CaOAl2O36 H2O十3（CaSO42 H2O）十19 H2O →3CaOAl2O33CaSO431 H2O MgCl2十Ca(OH)2→CaCl2十Mg(OH)2 反應(yīng)的結(jié)果是： 氫氧化鎂（Mg(OH)2）松軟而無膠凝能力 二水硫酸鈣（CaSO42H2O）又將引起硫酸鹽的破壞作用