掺混合材料的硅酸盐水泥
第二节掺混合材的硅酸盐水泥解析
掺混合材的硅酸盐水泥
第二节
掺混合材的硅酸盐水泥
一、掺混合材的硅酸盐水泥的定义
硅酸盐水泥熟料，不小于5％的各种矿物材 料（混合材），以及适量的石膏共同磨细制成的 水硬性胶凝材料，均属掺混合材的硅酸盐水泥。 掺入混合材的目的： 改善水泥的性质 什么是 调节水泥强度 混合材料？ 增加品种 提高产量 节约熟料，降低成本
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2
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硅灰silica fume、粉煤灰fly ash、火山灰、页岩、 煤矸石、硅藻土、蛋白石、凝灰石等。
第二节
掺混合材的硅酸盐水泥
三、掺混合材的硅酸盐水泥种类
第二节
掺混合材的硅酸盐水泥
1、普通硅酸盐水泥P· O
硅酸盐水泥熟料加适量石膏，加(6~20)% 混合材（非活性混合材≯ 8％，窑灰≯ 5％）粉 磨而成的水泥。
特点（GB175-2007）：
性质：同硅酸盐水泥相近 不同点：初凝时间： ≮45min 终凝时间： ≯10h 强度等级： 42.5、 42.5R、52.5、
52.5R 六个，但标准不同。
第二节
掺混合材的硅酸盐水泥
2、矿渣硅酸盐水泥P· S
硅酸盐水泥熟料加适量石膏，加 水化速度慢，水化热低； 20%~70%的矿渣粉磨而成的水泥。其中 早强低，后期强度增进大； 矿渣掺量为 20～50%称A型，矿渣掺量为 20～70% 称B型。 抗软水，抗硫酸盐浸蚀强； 矿渣水泥独 特点： 耐热性能好； 有特点？ 细度、凝结时间及安定性同 P· O水泥相同。 标稠需水量大，保水性差， 强度等级： 32.5、 32.5R、42.5、42.5R、 易泌水抗冻抗碳化差。
52.5、52.5R六个，但标准不同。
掺混合材的水泥,铝酸盐水泥,水泥的应用.
第二节掺混合材的硅酸盐水泥一．水泥用混合材料定义：在生产硅酸盐水泥的过程中，为了改善水泥的性质，调节水泥强度而加入水泥中的人工或天然矿物材料，称为水泥混合材料。
火山灰活性：混合材料磨成细粉并与石灰或石膏混合均匀，用水拌和后，在常温下可生成具有水硬性的水化物，这称为混合材料的火山灰活性。
1．分类（1）非活性混合材料也称为惰性混合材，主要起填充作用，可调节水泥强度，降低水化热及增加水泥产量等。
主要有磨细石英砂、石灰石、粘土、缓冷矿渣等。
（2）活性混合材料主要化学成分为活性二氧化硅、活性氧化铝。
本身与水不起化学反应，但在有激发剂（硫酸盐或碱性）的情况下，能发生水化反应，生成具有水硬性的水化硅酸钙和水化铝酸钙。
主要品种有：粒化高炉矿渣、火山灰质、粉煤灰等。
A粒化高炉矿渣炼铁时为使铁矿石易熔加入石灰石作溶剂，高温下氧化钙与铁矿石中的黏土矿物生成硅酸盐与铝酸盐矿物，浮于铁水表面，排出用水急冷成为颗粒状、质地疏松、多孔的粒化高炉矿渣，又称水淬高炉矿渣。
其玻璃体含量达80％以上，其矿物成分为硅酸钙，与水泥熟料矿物成分相似，差别是钙含量低、硅含量高。
B火山喷发时形成的一系列矿物材料统称为火山灰质混合材料，包括浮石、火山渣（灰）、凝灰岩1等。
还有一些天然材料或工业废渣，由于其成分与火山灰材料相似，也称为火山灰质混合材料，如烧粘土2、粉煤灰、自燃煤矸石、硅藻土3(石)等。
按化学成分和活性来源将火山灰质混合材料分为三类：(1) 含水硅酸质材料：以SiO2为主要活性成分，含有结合水，如硅藻土、蛋白石4和硅质渣5等。
与石灰反应能力强，活性好，但需水量大、干缩大。
(2) 铝硅玻璃质材料：以SiO2和Al2O3为主要活性成分，如火山灰、凝灰岩、浮石和粉煤灰等。
活性大小与化学成分、冷却速度有关。
(3) 烧粘土质混合材料：以Al2O3为主要活性成分，如烧粘土、煤渣、自燃煤矸石等．1凝灰岩：火山喷出的渣、砾夹杂火山灰沉积后再经石化而成；2烧粘土：含Al2O3较高的黏土经600～800℃煅烧而成；3硅藻土：由硅藻类微生物在水中死后残骸沉积而成；4蛋白石：由硅藻石微粒经硅质胶结材料胶结而成；5硅质渣：粘土经提取氧化铝后的残渣；C粉煤灰是火力发电厂以煤粉作燃料，燃烧后收集起来的粒径为1～50μm的极细灰渣颗粒，呈玻璃态实心或空心球状，由于其主要活性成分为SiO2和Al2O3，所以也把粉煤灰划归为火山灰质混合材料。
掺混合材料硅酸盐水泥的种类
掺混合材料硅酸盐水泥的种类
掺混合材料硅酸盐水泥种类较多，常见的有以下几种：
1. P.O 4
2.5级水泥：这是掺杂混合材料后常用的一种硅酸盐水泥，能够满足强度要求同时具有较好的工艺性能。
2. P.C 32.5R级水泥：这是一种较为经济实惠的掺合材料后硅酸
盐水泥，可以通过掺杂矿渣、粉煤灰、矿渣粉等进一步减少成本。
3. 矿物掺合材料水泥：这种水泥主要以矾土、粉煤灰、矿渣等掺
杂物为主，能够在保证强度的前提下减少水泥用量，同时还能改善混
凝土的耐久性等性能。
4. 玻璃微珠掺合材料水泥：这是新型的微珠掺合材料水泥，晶粒
细小、有机械强度高、热稳定性好等特点，可以提高混凝土结构的强
度和耐久性。
总之，市场上的掺混合材料硅酸盐水泥种类丰富多样，根据不同
的需求和条件可以选择不同的材料以达到更优的效果。
专升本建筑材料学试题
建筑材料试题说明：《建筑材料》是“房屋建筑工程”专业和“道路与桥梁工程”专业的共同课，采用相同的教材。
鉴于两专业对该课程的不同要求，该课程命制A、B两套试卷，供考生选答。
房屋建筑工程专业考生宜选答A卷，道路与桥梁工程专业宜选答B卷，若考生两卷均答，以A卷为评分依据。
A卷一、填空题(每空1分，共30分)1.材料的吸水性大小用______表示，吸湿性大小用______表示。
2.量取10L气干状态的卵石，称重为14.5kg；又取500g烘干的该卵石，放入装有500mL水的量筒中，静置24h后，水面升高为685mL。
则该卵石的堆积密度为______，表观密度为______，空隙率为______。
3.石灰熟化时释放出大量______；体积发生显著______；石灰凝结硬化时体积产生明显______。
4.水玻璃的模数n越大，其溶于水的温度越______，粘结力______。
5.硅酸盐水泥熟料矿物组成中，______是决定水泥早期强度的组分，______是保证水化后期强度的组分，______矿物凝结硬化速度最快。
6.硅酸盐水泥产生硫酸盐腐蚀的原因是由于其水化产物中的______与环境介质中的______发生了化学反应，生成了______。
7.水泥细度越细，水化放热量越大，凝结硬化后______越大。
8.当混凝土拌合物出现粘聚性尚好、坍落度太大时，应在保持______不变的情况下，适当地增加______用量。
9.抗渗性是混凝土耐久性指标之一，S6表示混凝土能抵抗______MPa的水压力而不渗漏。
10.混凝土配合比设计时的单位用水量，主要根据______和粗骨料的______选用。
11.建筑钢材随着含碳量的增加，其伸长率______，冲击韧性______，冷弯性能______，硬度______，可焊性______。
12.过火砖与欠火砖相比，抗压强度______，表观密度______，颜色______。
二、单项选择题(在每小题的四个备选答案中，选出一个正确答案，并将正确答案的序号填在题干的括号内。
硅酸盐水泥和普通硅酸盐水泥
(1)活性效应粉煤灰中所含的SiO2和A12O3具有活性， 它们能与水泥水化产生的Ca(OH)2反应，生成类似水 泥水化产物中的水化硅酸钙和水化铝酸钙，可作为胶 凝材料的一部分而起增强作用。
(2)颗粒形态效应煤粉在高温燃烧过程中形成的粉煤灰 颗粒，绝大多数为玻璃微珠，掺入混凝土中可减小内 摩擦力，从而可减少混凝土的用水量，起减水作用。
晶体，活性极小，称为慢冷矿渣，则不具有活性。
2．火山灰质混合材料
凡是天然的或人工的以活性氧化硅SiO2和活性氧 化铝Al2O3为主要成分，其含量一般可达65％～ 95％，具有火山灰活性的矿物质材料，都称为火 山灰质混合材料。按其成因分为天然的和人工的 两类。天然的火山灰主要是火山喷发时随同熔岩 一起喷发的大量碎屑沉积在地面或水中的松软物 质，包括浮石、火山灰、凝灰岩等。还有一些天 然材料或工业废料，如硅藻土、沸石、烧粘土、 煤矸石、煤渣等也属于火山质混合材料。
冷方式处理而成的松软颗粒称为高炉矿渣，又称水淬矿 渣，其中主要的化学成分是CaO、SiO2和A12 O3，约 占90％以上。一般以CaO和A1203含量较高者，活性较 大，质量较好。急速冷却的矿渣结构为不稳定的玻璃体， 储有较高的潜活性，在有激发剂的情况下，具有水硬 性，如果熔融状态的矿渣缓慢冷却，其中的SiO2等形成
3．粉煤灰
粉煤灰是发电厂燃煤锅炉排出的烟道灰，其 颗粒直径一般为0．001～0．050mm，呈玻 璃态实心或空心的球状颗粒，表面比较致密， 粉煤灰的成分主要是活性氧化硅SiO2和活性 氧化铝A12O3，粉煤灰就其化学成分及性质 属于火山灰质混合材料，由于每年排放量高 达1．4×10t，为了大量利用这些工业废料， 保护环境，节约资源，把它专门列出作为一 类活性混合材料。粉煤灰由于其本身的化学 成分、结构和颗粒形状等特征，在混凝土中 可产生下列三种效应，总称为“粉煤灰效 应”。
掺混合材料的硅酸盐水泥
掺混合材料的硅酸盐水泥掺混合材料的硅酸盐水泥（Blended cement）是指通过将普通硅酸盐水泥与其他材料进行混合，形成一种新型水泥。
混合材料可以是粉煤灰、矿渣粉、石膏或其他具有水泥特性的材料。
这种混合材料的硅酸盐水泥在建筑领域得到广泛应用，因为它具有减少碳排放、提高混凝土性能和延长混凝土寿命等优点。
首先，掺混合材料的硅酸盐水泥可以大幅降低建筑产业的碳排放。
普通硅酸盐水泥的生产过程会产生大量的二氧化碳，这是因为石灰石在高温炉中被煅烧的过程中会释放出二氧化碳。
而混合材料的硅酸盐水泥可以减少单方生产原料的使用量，从而减少碳排放。
例如，当石灰石掺入粉煤灰或矿渣粉时，水泥的碳排放量可以降低30%以上。
这有助于减少建筑行业对于全球气候变化的影响。
其次，掺混合材料的硅酸盐水泥可以提高混凝土的性能。
混合材料中的粉煤灰或矿渣粉等物质具有活性，可以更加充分地发挥水泥的水化特性，提高混凝土的强度和耐久性。
特别是在高温环境下，掺混合材料的硅酸盐水泥可以减少水泥的受热膨胀，提高混凝土的稳定性。
此外，使用掺混合材料的硅酸盐水泥可以减少混凝土的收缩和开裂，提高整体结构的稳定性。
最后，掺混合材料的硅酸盐水泥可以延长混凝土的使用寿命。
普通硅酸盐水泥在使用一段时间后，容易发生钙碱反应，导致混凝土内部出现裂缝，降低结构的强度和稳定性。
然而，掺混合材料的硅酸盐水泥可以抑制钙碱反应的发生，延长混凝土的使用寿命。
此外，掺混合材料的硅酸盐水泥可以提高混凝土的耐久性，减少水泥的氯离子渗透，从而减少混凝土内部钢筋的腐蚀。
总之，掺混合材料的硅酸盐水泥在建筑领域具有广泛的应用前景。
它可以减少碳排放，提高混凝土性能和延长混凝土寿命。
随着环境问题和可持续发展的重要性不断提高，掺混合材料的硅酸盐水泥将逐渐取代传统的硅酸盐水泥，成为建筑行业的重要选择。
03-混合材料与掺混合材料水泥
本次授课主要内容混合材料定义混合材料掺入的目的混合材料的分类掺混合材料的硅酸盐水泥品种3.2.1 混合材料（1）耐腐蚀性差—硅酸盐水泥水化后，含有较多的氢氧化钙和水化铝酸三钙，因此耐软水和耐化学腐蚀性差，不能用于海港工程、抗硫酸腐蚀工程。
（2）耐高温性差—氢氧化钙在600℃以上会分解成氧化钙和二氧化碳，高温后水泥石再次受潮时，氧化钙会与水反应，体积膨胀，造成水泥石破坏。
不能用于工业窑炉和高温炉基础工程。
（3）水化热大—由于硅酸盐水泥中铝酸三钙和硅酸三钙的含量高，水化热较大，不能用于大体积混凝土工程，由于混凝土的导热系数低，形成较大温差，产生温度应力，造成混凝土破坏。
3.2.1 混合材料钙质石灰石硅质黏土校正原料铁矿粉粉磨生料煅烧熟料石膏混合材料粉磨水泥1450℃（1）混合材料的定义在水泥生产过程中，为改善水泥性能，调节水泥强度等级而加入的人工或天然的矿物材料，称为水泥混合材料。
（2）混合材料掺入的目的1）调节水泥性能，增加水泥品种。
2）节约、利废。
粉煤灰、矿渣等。
3）调节强度，掺加混合材料后可降低水泥的强度等级。
“十二五”末年产生量为5.7亿吨（3）混合材料的分类活性混合材料：混合材料磨成细粉与水拌合后，本身不具有胶凝性质，或者胶结能力很小，但磨细的混合材料与石灰、石膏或硅酸盐水泥一起加水拌合后，在常温下能生成水硬性胶凝材料的水化产物。
（潜在水硬性或者火山灰特性）主要作用：改善水泥性能。
非活性混合材料：加入水泥中不与水发生反应。
主要作用：降低水泥强度、提高产量、降低成本。
（4）常用的活性混合材料1）粒化高炉矿渣—水淬矿渣（blast furnace slag ）冶炼铁的熔融矿渣，经急速冷却（水淬）后得到的质地疏松、多孔的玻璃体，内部具有较大化学潜能，易发生化学反应。
主要化学成分：SiO 2、Al 2O 3、CaO 、MgO 等。
粒化高炉矿渣的活性由质量系数评定：矿渣微粉SEM 图片≥85%2322CaO MgO Al O SiO MnO TiO m m m k m m m ++=++（4）常用的活性混合材料火山灰特性材料SiO2-CaO-Al2O3Tertiary diagram2）火山灰质混合材料（pozzolanic addition ）火山喷发时，随同熔岩一起喷发的大量碎屑沉积在地面或水中形成的松软物，称为火山灰。
掺混合材料的硅酸盐水泥正式版
3.4.1.2 铝酸盐水泥
铝酸盐水泥的技术要求
细度 比表面积不小于300 m2/kg或0.045mm筛余不大 于20%。 凝结时间
按GB201-2000规定的标准稠度胶砂测得的凝结时间应 符合如下要求：CA-50、CA-70、CA-80铝酸盐水泥的初凝 时间不早于30min，终凝时间应不迟于6ｈ；CA-60铝酸盐水 泥的初凝时间不早于60min，终凝时间应不迟于18ｈ。
质量的验收
检查出厂合格证和试验报告 ； 复验 ； 仲裁检验 。
(二)、通用水泥的保管
不同品种和不同强度等级的水泥要分别存放， 不得混杂。 防水防潮，做到“上盖下垫”。
堆垛不宜过高，一般不超过10袋，场地狭窄时
最多不超过15袋。 储存期不能过长，通用水泥不超过三个月。水 泥储存期超过三个月，水泥会受潮结块，强度 大幅度降低，会影响水泥的使用 。
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％。 强度等级：强度等级划分为32.5，32.5R，42.5，42.5R， 52.5，52.5R共六个等级。各龄期的强度要求见下表。 密度：水泥的密度为2800～3000kg/m3。
强度 等级 抗压强度，MPa） 3d 28d 抗折强度，MPa 3d 28d
稀释作用 3d 减少水泥中熟料矿物含量，降低水化热； 7d
减少水泥石中Ca(OH)2的含量。
超细粉末的密实填充效应
49d
矿渣掺量对硬化水泥浆中Ca(OH)2的影响 活性矿物粉磨颗粒与石灰的反应 掺加粉煤灰的水泥石中 Ca(OH)2的含量 掺加粉煤灰的水泥的水化热
182d
非活性混合材料
3.4.1.2 铝酸盐水泥
铝酸盐水泥的水化与硬化
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2、硬化
硬化后的水泥石 是由胶体粒子、 晶体粒子、凝胶 孔、毛细孔及未 水化的水泥颗粒 所组成。其结构 如图所示。
A－－未水化水泥颗粒 B－－胶体粒子 C－－晶体粒子 D－－毛细孔（毛细孔水） E－－凝胶孔
二、硅酸盐水泥的生产及熟料矿物组成 1、水泥生产 原料主要有：石灰质原料（主要提供氧 化钙）和粘土质原料（主要提供氧化硅、氧 化铝及氧化铁），还有校正原料（主要是铁 质校正原料，硅质校正原料）。硅酸盐水泥 的生产工艺概括起来就是“两磨一烧”。
生产工艺过程：“两磨一烧”
煅烧的过程： 100-200 水分蒸发，干燥阶段 300-500 原材料预热阶段 500-800 分解阶段，粘土开始脱水，生 成 氧化硅、氧化铝及氧化铁，石灰石有少量分 解生成氧化钙 900-1100 固相反应阶段 1100-1200 反应较完全 1300-1450 生成硅酸三钙的过程，时间足够 长。
四、硅酸盐水泥的技术要求 1、细度：水泥颗粒的粗细程度。 国家标准规定：硅酸盐水泥的细度用透气式比表 面积仪测定，要求其比表面积测定，要求其比表 面积大于300m2/kg；用筛析法，要求在0.08mm 方孔筛上的筛余量不得超过10%。 2、凝结时间： （1）初凝时间：水泥加水拌合至标准稠度净浆 开始失去可塑性的时间。国家标准规定不早于 45min。 （2）终凝时间：水泥加水拌合至标准稠度净浆 开始失去可塑性的时间。国家标准规定不迟于 390min。
2、孰料矿物组成
硅酸三钙(简写式C3S)——其矿物组成为3CaO·SiO2， 含量约50%左右
硅酸二钙(简写式C2S)——其矿物组成为2CaO·SiO2， 含量约20%左右
铝酸三钙(简写式C3A)——其矿物组成为3CaO·Al2O3， 含量7%～15% 铁铝酸四钙(简写式C4AF)——矿物组成为 4CaO·Al2O3·Fe2O3，含量10%～18% 硅酸盐水泥熟料中还含有少量的游离氧化钙和游离氧 化镁及少量的碱(氧化钠和氧化钾)。它们可能对水泥的 质量及应用带来不利影响。
硅酸盐水泥熟料矿物水化、凝结硬化特性
名称
凝结硬化速度 28d水化放热量 强度
硅酸 三钙 快 多 高
硅酸二钙
慢 少 早期低，后 期高
铝酸 三钙 最快 最多 低
铁铝酸 四钙 快 中 低
三、硅酸盐水泥的水化与凝结硬化 1、水化
3CaO SiO2 6H 2O 3CaO 2SiO2 3H 2 0 3Ca(OH )2
3.体积安定性
（1）概念：指水泥在凝结硬化过程中体积变化的均匀性。
（2）危害：水泥体积安定性不良产生膨胀性裂缝，降低 建筑物质量 ，甚至引起严重工程事故。因此体积安定性 不合格的水泥含有过多的游离氧 化钙或游离氧化镁，或者水泥粉磨时所掺的石膏过量。
（4）国家标准规定：用沸煮法检验必须合格。
特性水泥
某种性能比较突出的水泥， 如快硬硅酸盐水泥
常用水泥
硅酸盐水泥 六大品种水泥 掺混合材料硅酸盐水泥
普通硅酸盐水泥 矿渣硅酸盐水泥 火山灰硅酸盐水泥 粉煤灰硅酸盐水泥 复合硅酸盐水泥
一、硅酸盐水泥的定义及分类 凡以硅酸盐水泥熟料（凡以适当生料烧至 部分熔融，所得以硅酸钙为主的水泥熟料）， 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 (即国外通称的波特兰水泥)。 当硅酸盐水泥中不掺混合材料时，称为Ⅰ 型硅酸盐水泥，代号P.Ⅰ。 当硅酸盐水泥中混合材料掺量不超过5%时， 称为Ⅱ型硅酸盐水泥，代号P.Ⅱ。
2(2CaO SiO2 ) 4H 2O 3CaO 2SiO2 3H 2O Ca(OH ) 2
3CaO Al2 O3 6H 2 O 3CaO Al2 O3 6H 2 O
4CaO Al2O3 Fe2O3 7H 2O 3CaO Al2O3 6H 2O CaO Fe2O3 H 2O
划分水泥强度等级的依据。
（2）国家标准规定：采用ISO法检验水泥胶砂强度。 该法是将水泥和标准砂按1：3.0混合，加入规定数量的水 (水灰比0.50),并按规定的方法制成40mm×40mm×160mm的 试件，在标准温度(20士1℃)的水中养护，分别测定其3d 和28d的抗压强度和抗折强度。
（3）强度等级：根据3d、28d的抗压强度和抗折强度结果, 将硅酸盐水泥分为42.5、42.5R、52.5、52.5R、62.5和 62.5R六个强度等级。水泥按3d强度又分为普通型和早强 型两种类型，其中有代号R者为早强型水泥。
五、硅酸盐水泥的腐蚀与防止 1、已经硬化的水泥制品在一般条件下，具 有良好的耐久性 ，但在某些腐蚀性液体和 气体（统称侵蚀介质）的作用下，有时也 会逐渐遭到破坏，引起强度降低甚至造成 建筑物结构破坏，这样的现象叫做侵蚀对 水泥石的腐蚀。产生水泥石腐蚀的主要原 因有以下几种：
（1）.淡水腐蚀 水泥石中氢氧化钙等易溶于 水的成分，在淡水中有较大的溶解度(1升水 中能溶氢氧化钙1.3克以上），水质越纯， 溶解度越大。特别是在流动水的冲刷或压 力水的渗透作用下会加速其溶解，致使水 泥石的孔隙增大强度降低，逐渐被破坏。 （2）. 酸性腐蚀 在工业废水、地下水、沼泽 水中常含有不同种类的酸，这些酸与水泥 石中的氢氧化钙作用，生成的化合物有的 易溶于水，有的体积膨胀，使水泥石受到 腐蚀以至破坏。
第四章 水 泥
水泥的定义及分类
1、水泥定义：水泥呈粉末状，与水混合，成 可塑性浆体，经过物理化学反应过程可形成 坚固的石状休，既能在空气硬化，又能在水 中硬化的水硬性胶凝材料。
2、水泥分类
硅酸盐系水泥
矿物组成 铝酸盐系水泥 硫铝酸盐系水泥、 铁铝酸盐系水泥
水泥
性能和用途
通用水泥 专用水泥
大量用于—般土木 工程的水泥,如硅酸 盐水泥、普通水泥 等六大常用水泥 专门用途的水泥，如油井水 泥、大坝水泥
（5）检测方法：可采用试饼法或雷氏法检验。在有争议 时以雷氏法为准。试饼法：沸煮三小时①、肉眼观察有 没有裂纹，②直尺检查有没有弯曲现象。雷氏法：看膨 胀值。在规定的范围内属合格。氧化镁含量不得超过 5.0%、三氧化硫含量不得超过3.5%
4.强度及强度等级
（1）意义：水泥的强度是评定其质量的重要指标，也是