可降等级使用。
五、水泥石的腐蚀与防止
(一) 水泥石腐蚀的种类
1. 软水侵蚀(溶出型侵蚀)
当水泥石受到蒸馏水、天然的雨水、雪水以及含重碳酸 盐很少的河水、湖水等软水作用时，水泥石中的氢氧化钙不 断溶解流失，特别是处于流水或有压力的水中时，氢氧化钙 的溶解使得水泥石的密实度下降，强度和耐久性也降低；而 且由于氢氧化钙浓度的下降，还引起了水泥石中的其它水化 产物的分解。
CO2+CaCO3+H2OCa(HCO3)2
4. 强碱腐蚀
硅酸盐水泥基本是耐碱的，碱类溶液浓度不高对水泥石是 无害的。但铝酸盐含量较高的硅酸盐水泥遇到强碱 (NaOH 、 KOH) 时，强碱会与水泥进行如下反应： 3CaO· Al2O3 +6NaOH→3Na2O· Al2O3+3Ca(OH)2 铝酸钠是易溶于水的，从而造成水泥石的腐蚀。 当水泥石被NaOH浸透后又在空气中干燥，与空气中的CO2
CaSO4· 2H2O+3CaO· Al2O3+H2O→3CaO· Al2O3· 3CaSO4· 31H2O
高硫型水化硫铝酸钙晶体
当石膏消耗完后 ，部分高硫型水化硫铝酸 钙 ( 又称钙矾石 AFt) 转变为低硫型水化硫铝酸钙晶体 AFm(3CaO· Al2O3· CaSO4· 12H2O ，即 )。 C 3AS H12
强度
高
早低后高
低
低
三、硅酸盐水泥的水化、凝结与硬化
(一) 熟料矿物的水化反应
硅酸三钙
3CaO· SiO2+H2O→3CaO· 2SiO2· 3H2O+Ca(OH)2
水化硅酸钙凝胶C3S2H3
氢氧化钙晶体CH
硅酸二钙 铝酸三钙
2CaO· SiO2+H2O→3CaO·2SiO2· 3H2O+Ca(OH)2 3CaO· Al2O3+H2O→3CaO· Al2O3· 6H2O
硅酸盐水泥的生产工艺——“两磨一烧”工 艺
石灰石 粘土 铁矿粉 磨细 生 料 熟 1400～1450℃ 料 石膏
煅烧
石灰石或 产水泥的方法主要有干法立窑生产和湿法回转窑生产两种
1 生料的制备
包括生料的配合、粉磨与均化
管球磨
T
喂料 成品 Q 开路系统
Q
F
闭路系统
第三章 水泥
水泥是一种粉末状材料，属于水硬性胶凝材料，是基本建 设中最重要的土木工程材料。广泛用于工业和民用建筑、道路、 桥梁、铁路、水利和国防等工程；用于生产各种类型的混凝土 及混凝土制品。我国的水泥产量已经达到 6 亿 t ，水泥品种也达 到了80余种。
水硬性
多样性 低成本 可塑性
水泥的优点
与钢筋 粘结性好
沸煮法只能检测f-CaO所造成的体积安定性不良。对于 f-MgO和石膏造成的体积安定性不良则需分别采用压蒸 法、长时间在温水中浸泡法 。 标准规定：f-MgO≯5.0%，SO3 ≯ 3.5%。
(四) 强度
胶砂强度
GB17671－1999规定：将水泥、标准砂及水按1 : 3.0 : 0.5， 用规定方法制成规格为40×40×160mm的标准试件，在标 准养护条件(1d内为20±1℃、RH＞90%的空气中，1d后 放入20± 1℃的水中)下养护，测定3d和28d时的抗折强度
比表面积测定仪
(二) 凝结时间
凝结时间：水泥净浆从加水至失去流动性
所需要的时间。
国标规定：水泥的凝结时间必须采用标准 稠度的水泥净浆，在标准温、湿条件下用水 泥凝结时间测定仪测定。 标准稠度：试锥下沉深度为 28 ± 2mm 或 距底板6±1mm时的稠度。 标准稠度用水量：水泥浆达到标准稠度时 的用水量，以水占水泥质量的百分数表示。
3.1 硅酸盐水泥
一、硅酸盐水泥的概念及生产工艺
国标 GB175-2006 规定：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，也称波特兰水泥。 不掺加混合材料的称为I型硅酸盐水泥，代号P· I；
掺加不超过水泥质量5%的石灰石或粒化高炉矿渣混合 材料的称为II型硅酸盐水泥，代号P•II。
水泥的细度和性质 细度 < 40μm 与水接触的表面积 凝结和硬化速度 大 高 性质 强度高
过细
>100μm
很大
小
很高
低
成本高
低
水泥的细度可用筛析法(80μm或45μm 方孔筛筛 余)和比表面积法(勃氏法)检验。 比表面积法是通过测量一定量空气通过水泥时 流速的变化来测定颗粒粒径分布情况。
GB 175－2006规定：硅酸盐水泥的比表 面积应大于300m2/kg，否则为不合格。
3. 酸类腐蚀
一般酸腐蚀
在一些工业废水、地下水和沼泽水中，经常含有各种不同 浓度的无机酸或有机酸，而水泥石由于含有 Ca(OH)2 呈碱性，
这些酸与碱会发生反应： H++OH－ → H2O 酸的浓度越高，侵蚀越剧烈。 碳酸水腐蚀
在某些工业废水和地下水中，常溶有一定量的 CO2 及其盐 类，天然水中也溶有CO2，它们会与水泥石中的Ca(OH)2反应： CO2+H2O+Ca(OH)2→CaCO3+2H2O
和抗压强度。根据水泥品种不同，分别测定3d、28d的抗
折强度和抗压强度，即为水泥的胶砂强度。
强度等级
根据水泥的胶砂强度划分的级别称为强度等级。硅酸盐 水泥的强度等级划分为42.5，42.5R，52.5，52.5R，62.5，
62.5R共六个等级。
硅酸盐水泥强度等级
强度等级
42.5 42.5R 抗压强度（MPa） 3d 17.0 22.0 28d 42.5 42.5 抗折强度（MPa） 3d 3.5 4.0 28d 6.5 6.5
未水化水 泥颗粒
水 C-S-H 钙矾石 氢氧化钙 硬化后
(三) 影响水泥水化硬化的因素
熟料矿物组成
石膏掺量
强 度
细度
温度和湿度
养护时间
3 7
28 龄期 d
56
四、硅酸盐水泥的技术要求
(一) 细度
水泥的细度指水泥的粗细程度或分散度。细度决定了水泥 与水接触的表面积。从而影响水泥的水化、凝结速度和性质。
标准稠度测定仪
标准稠度用水量测试方法有固定水量法和调整水量法两种。
初凝：从水泥加水拌和起至标准稠度净浆开始失去可塑性所 需的时间。 国标规定：初凝时间≮45min，国产水泥一般为1-3h。 实验：以试针距离底板6±1mm为准。 工程意义：水泥的初凝时间不宜过早，以便施工时有充分的时 间搅拌、运输、浇捣和砌筑等操作。 终凝：从水泥加水拌和起至标准稠度净浆完全失去可塑性并 开始产生强度所需的时间。 国标规定：终凝时间≯6.5h，国产水泥一般为5-6h。 实验：以试针下沉0.5mm为准。 工程意义：终凝时间不宜过迟，以便施工完毕后更快硬化，达 到一定的强度，以利于下一步施工工艺的进行。 影响水泥凝结时间的因素：熟料的矿物组成、石膏掺量、混 合材的品种与掺量、水泥细度、温度、水灰比等。
(二) 凝结硬化
凝结: 水泥加水拌和形成具有一定流动性和可塑 性的浆体，经过自身的物理化学变化逐渐变稠失去 可塑性的过程。
硬化: 失去可塑性的浆体随着时间的增长产生明
显的强度，并逐渐发展成为坚硬的水泥石的过程。
凝结硬化过程
初始反应期 初始的溶解和水化，约持续5-10 分钟。 流动性可塑性好凝胶体膜层围绕 水泥颗粒成长，1h 凝胶膜破裂、长大并连接、水泥 颗粒进一步水化，6h。多孔的空 间网络—凝聚结构，失去可塑性
Ca(OH)2+Ca(HCO3)2→CaCO3 +H2O
2. 盐类腐蚀
硫酸盐腐蚀
在海水、湖泊水、地下水及某些工业废水中，常含有不同 程度的钾、钠、氨的硫酸盐，硫酸盐侵蚀的特征是某些盐类的 结晶体逐渐在水泥石的毛细管中积累并长大，水泥石由于内应 力而遭到严重破坏。
当硫酸盐浓度不高时，生成含有大量结晶水的钙钒石，体 积增大1.5倍以上，产生极大的膨胀应力而破坏。当硫酸盐浓度 较高时，产生二水石膏结晶，也会导致水泥石开裂破坏。 Na2SO4+ Ca(OH)2+2H2O→CaSO4· 2H2O +2NaOH
耐久性
工艺简单
按水泥的化学成分，分为硅酸盐系水泥、铝酸盐系水 泥、硫铝酸盐系水泥等； 按用途可分为通用水泥、专用水泥和特性水泥。 通用水泥就是各类工程中常用的六大品种水泥 (硅酸 盐水泥、普通水泥、矿渣水泥、火山灰水泥、粉煤灰水 泥和复合水泥)； 专用水泥主要有砌筑水泥、道路水泥、油井水泥等；
特性水泥主要有快硬硅酸盐水泥、膨胀水泥、喷射水 泥、抗硫酸盐水泥等。
潜伏期
凝结期
硬化期
凝胶体填充毛细管，6h-若干年硬 化石状体密实空间网
水泥石结构
未水化水泥颗粒 水化产物－晶体、胶体 毛细孔、毛细孔水 凝胶孔
硬化前
毛细孔－未被水化产物所 填充的原充水空间 凝胶孔－C-S-H内部的结 构孔 水泥石是多相（固、液、 气）多孔体系，水泥石的 工程性质取决于水泥石的 结构组成，即决定于水化 物的类型和相对含量、内 部孔的大小、形状和分布 状态。
GB175－2006和GB/T1346－2001规定：硅酸盐水泥的体 积安定性用沸煮法3h(分试饼法和雷氏夹法)必须合格。 试饼法是用标准稠度的水泥净浆按规定方法制成规定的 试饼，经养护、沸煮后，观察饼的外形变化，如未发现翘曲 和裂纹，即为安定性合格，反之则为安定性不良。
雷氏法是按规定方法制成 圆柱体试件，然后测定沸煮后 试件的尺寸变化，即膨胀值， 来评定体积安定性是否合格。 >5.0mm，则不合格。
镁盐腐蚀 海水和某些盐沼水、地下水中常含有大量的镁盐，主要是 硫酸镁和氯化镁，它们与水泥石接触后，会发生如下反应： MgSO4+ Ca(OH)2+2H2O→CaSO4· 2H2O+Mg(OH)2