第四章 水泥

工程事故实例二则
1、1884年，法国一座桥梁由于使用了氧化镁含量较高
的立窑水泥，在建成两年后，因混凝土膨胀而破坏。 2、上海市普陀区某大厦11-14层主体结构用安徽某水泥，经多
次 检 验 其 安 定 性 不 合 格 ， 其 F—CaO 含 量 高 达 6.85%，用蒸煮法加速试验，结果混凝土劈拉强度 下降达25%以上，抗压强度下降也达15%，
2．水化热低 ——适合用于大体积混凝土工程 ——不宜用于冬季施工工程
3．抗蚀性较好 ——用于一般侵蚀性要求的工程较硅酸盐水 泥耐久性好
4．抗冻性差、耐磨性差 ——不宜用于反复受冻融作用的工程 ——不宜用于有耐磨性要求的工程
5、抗碳化性差 ——不宜用于重要钢筋混凝土结构
6、蒸养效果好
个性：
1、矿渣水泥：耐热性好、泌水性大、干缩性 大
且存在进一步下降的可能。 上海市建委决定推倒重建，于1995年逐层爆破拆除。这
起事故引起的直接经济损失为211.8万元。
（四）强度及强度等级 1．水泥胶砂强度及测定方法
2．确定强度的意义：
–工程设计和选用的主要指标 –划分强度等级的依据
3．强度等级及其划分
（五）碱含量
1．控制水泥中碱含量的必要性 碱—集料反应（Alkal—Aggrigate, 简称A—A反应）
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≤6.5 h，其余 ≤10 h
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
（三）体积安定性
水泥在凝结硬化过程中体积变化的均匀性。
八．水泥质量的验收
（一）水泥技术性能的验收
1．合格水泥 2．不合格水泥
l 终凝时间不格 l 细度不合格 l 烧失量不合格（或混合材掺量超过最大限量） l 强度小于商品等级，但高于该品种的最低等级 以上任一项不合格，则该水泥不合格
处理方法： l 全部退回 l 可降级使用但不得低于最低等级，或用于不要
“水泥杆菌”示意图
2）镁盐侵蚀
Mg2 C C(IO a )H 2 Ca2 C M I(O g)H 2溶蚀 Mg4 SCO (O a )H 2 Ca4S •2H O 2OM(O g)H 2溶蚀 Ca4S •2H O 2O C3A HAt膨 F 胀
3．酸蚀
4．强碱侵蚀
NaC O2 O H Na3 结 CO 晶膨胀 C 3A H Na O 3N2 H O a •A 2O I3C(O a)2溶 H 蚀
3CaO A2IO33CaS4O 31H2O
三 硫（型 高 硫）型 水 化 硫 铝 （ 钙 酸矾 钙 A石 F t相）
C3AH 3CaO A2IO33CaS4O 31 H2O
CaO A2IO3CaS4O 12 H2O 单 硫 （型 低 硫 ）型 水 化 硫 铝 （ A酸 F相 ）钙
m
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 ：
2．细度对性能的影响
（二）凝结时间
•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。
水泥标准稠度用水量：
在试杆停止沉人或释放试杆30 s时记录试 杆距底板之间的距离，以试杆沉入净浆并 距底板6 mm士1 mm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。
磨细
按比例混合
生 料
CaO 60-70% 1450℃
SiO2 20-24%
AI2O 34-7% Fe2O32.5-6.0%
煅 烧
熟料
磨 细
混合材料
泥 成 品
（一）生产水泥用原材料
1）石灰石
1．生产生料用原材料 2）粘土
3）铁矿粉
2．生产水泥产品用部分原料 4）石膏 5）混合材料
（二）生产工艺——“两磨一烧”
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
Si2 O C(O a )H 2H 2O CSH A2O I3CAHH 2OS2 O AF
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
某发电总厂大型冷却水塔混凝 土构件碱—集料反应破坏
（六）混合材掺量
不得大于水泥标准规定的最大掺量
2）微集料效应
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
Si2 O C(O a )H 2H 2O CSH A2O I3CAHH 2OS2 O AF
（七）硅酸盐水泥硬化体(水泥石）的结构
硅酸盐水泥硬化体的结构
水泥水化产物
五．水泥石的腐蚀与防止
（一）腐蚀的原因
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
S2 O C(O a)2 H Ca4• S2H O 2O 溶、 蚀 膨胀 Ca4• S2H O 2O C 3A HAt膨 F 胀
（五）硅酸盐水泥的凝结硬化过程
（六）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。
第四章 水泥
二．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
5．有机质
（三）防止水泥石腐蚀的措施
1．选用合适品种水泥 2．提高水泥石的密实度 3．表面加保护层
六、通用水泥的特性及应用
（一）硅酸盐水泥、普通硅酸盐水泥
1、强度高 ——早期强度要求高的工程 ——高强混凝土结构 ——预应力混凝土结构
2、水化热高 ——可用于冬季施工 ——不可用于大体积混凝土工程
3、抗冻性好，干缩性小 ——严寒地区反复冻融的工程
2．水化热——大 C3A >C3S >C4AF >C2S
3．早期强度——高 C3S >C3A > C4AF >C2S
4．后期强度
C3S C2S> C4AF>C3A
5．耐腐蚀性——差
6．抗冻性——好
7．耐热性——差
（四）硅酸盐水泥的水化
C3S ， C2S 同上
3C3A6H2O C3AH AH 3
CaS4O 2H2OC3AH mH 2O
胶体
C-S-H
AH3 CFH
晶体 CH C3AH AFt AFm C4AFH
未水 化的 残存 水泥 颗粒 内核
孔隙 （含水和空气）
（八）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
石灰石 磨细 生 粘土 料 按比例混合
铁矿粉
1450℃
煅 烧
熟料
石膏
磨 细
Ⅰ型
混合 材料
1-5%
磨 细
Ⅱ型
混合 材料 6-15%
磨 细
硅酸 盐水 泥 P•Ⅰ
硅酸 盐水 泥 P•Ⅱ
2. 普通 硅酸 盐水
泥
1.硅酸盐水泥 P•O
矿渣 slag
20-70%
磨 细
3. 矿渣 硅酸 盐水 泥 P•S
火山灰 粉煤灰 几种混
粉尘和废气
三、水泥的分类
（一）按化学成份分：
√ 硅酸盐系列水泥
铝酸盐系列水泥 硫铝酸盐系列水泥 氟铝酸盐系列水泥 铁铝酸盐系列水泥
（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） 粉煤灰硅酸盐水泥（粉煤灰水泥） 火山灰硅酸盐水泥（火山灰水泥） 复合硅酸盐水泥（复合水泥）
4、耐蚀性差 ——不宜用于受流动水、压力水、酸、 硫酸盐类等侵蚀的工程
5、碱度高、抗碳化能力强 ——重要的钢筋混凝土结构 ——预应力混凝土工程
6、耐热性差 ——不宜单独用于耐热混凝土工程
7、湿热养护效果差
（二）矿渣水泥、火山灰水泥、粉煤灰水泥
共性：
1．早期强度低，后期强度高 ——不宜用于早期强度要求高的工程
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