1、建筑工程概論第五講第1頁，共47頁，2022年，5月20日，8點31分，星期三1、水泥的起源與發明： 水泥是一種水硬性膠凝材料。水泥起源于膠凝材料，是在膠凝材料的發展過程中逐漸演進和發明的。第2頁，共47頁，2022年，5月20日，8點31分，星期三 2、分類： 氣硬性膠凝材料：水硬性膠凝材料：拌水后既能在空氣中硬化又能在水中硬化拌水后只能在空氣中硬化不能在水中硬化有機膠凝材料：無機膠凝材料：如：瀝青、 各種樹脂如：石灰、石膏如：水泥第3頁，共47頁，2022年，5月20日，8點31分，星期三水泥的發明 19世紀初（18101824年），用人工配合粘土與石灰石經煅燒、磨細以制造水硬性膠凝材料已

2、經開始組織生產。1824年，英國人阿斯普丁將粘土與石灰石配合燒制成塊（熟料），再經磨細而成水硬性膠凝材料，加水拌和后能硬化制成人工石，并具有較高強度，其外觀與當時建筑上常用的英國波特蘭島上出產的巖石相似，故稱之為“波特蘭水泥”（Portland Cement)，并于1824年10月21日首先獲得該產品的專利權。第4頁，共47頁，2022年，5月20日，8點31分，星期三水泥的定義和分類水泥是一種細磨成粉末狀，加入適量水后成為可塑性的漿體，既能在空氣中硬化，又能在水中硬化，并能將砂、石等材料牢固地膠結成具有一定強度的水硬性膠凝材料。按用途和性能分類用于一般土木建筑工程中的水泥，如硅酸鹽水泥、礦渣

3、硅酸鹽水泥等具有專門用途水泥 ，如中、低熱水泥，道路水泥等具有某種性能比較突出的水泥，如快硬硅酸鹽水泥、抗硫酸鹽水泥等第5頁，共47頁，2022年，5月20日，8點31分，星期三按其化學成分類雖然水泥品種繁多，分類方法各異，但我國水泥產量的90%左右屬以硅酸鹽為主要水硬性礦物的硅酸鹽水泥。第6頁，共47頁，2022年，5月20日，8點31分，星期三一、硅酸鹽水泥 現行國家標準GB175-1999定義：凡由硅酸鹽水泥熟料、05的石灰石或粒化高爐礦渣、適量石膏磨細制成的水硬性膠凝材料稱為硅酸鹽水泥（國外統稱為波特蘭水泥）。 第7頁，共47頁，2022年，5月20日，8點31分，星期三（一）硅酸鹽水

4、泥的生產工藝生產原料 主要是石灰質原料和粘土質原料兩類。石灰質原料：如石灰石、白堊等，主要提供CaO粘土質原料：如粘土、粘土質頁巖等，主要提供SiO2、 Al2O3、Fe2O3 有時兩種原料化學組成不能滿足要求，還要加入少量校正原料(如鐵礦粉等)調整。第8頁，共47頁，2022年，5月20日，8點31分，星期三生產工藝概述 硅酸鹽水泥的生產工藝可概括為三個階段：生料制備：以石灰石、粘土和鐵礦粉為主要原料（有時需加入校正原料），將其按一定比例配合、磨細，制得具有適當化學成分、質量均勻的生料。熟料煅燒：將生料在水泥窯內經1450高溫煅燒至部分熔融，得到以硅酸鈣為主要成分的硅酸鹽水泥熟料。水泥粉磨：

5、將熟料加適量石膏和05的石灰石或粒化高爐礦渣共同磨細得到硅酸鹽水泥。第9頁，共47頁，2022年，5月20日，8點31分，星期三補充：中國的水泥工業概況 第一個水泥廠唐山細棉土廠（后改組為啟新洋灰公司，現為啟新水泥廠）1889年建于河北省唐山，并于1892年建成投產。之后，又相繼建成了大連、上海、中國、廣州等水泥廠。據英文“Cement”的音譯據其和水后成泥狀物的特性水泥的名稱：細棉土 士敏土 水門汀 洋灰 水泥第10頁，共47頁，2022年，5月20日，8點31分，星期三硅酸鹽水泥的生產工藝石灰質原料CaO黏土質原料SiO2、Al2O3、 Fe2O3校正原料生料熟料石膏石灰石或粒化礦渣按比例

6、混合磨細煅燒1450水泥磨細“兩磨一燒”第11頁，共47頁，2022年，5月20日，8點31分，星期三（二）硅酸鹽水泥熟料的礦物組成 生料SiO2CaO化合反應8001450800左右分解反應Al2O3Fe2O32CaOSiO23CaOSiO23 CaO Al2O34 CaOAl2O3Fe2O3第12頁，共47頁，2022年，5月20日，8點31分，星期三（三）硅酸鹽水泥的水化和凝結硬化水化 水泥加水拌和后，水泥顆粒立即分散于水中并與水發生化學反應，生成各種水化物。 硅酸三鈣 水化硅酸鈣 氫氧化鈣 硅酸二鈣 水化硅酸鈣 氫氧化鈣 鋁酸三鈣 水化鋁酸鈣 鐵鋁酸四鈣 水化鋁酸鈣 水化鐵酸鈣第13頁

7、，共47頁，2022年，5月20日，8點31分，星期三 水泥中的石膏也很快與水化鋁酸鈣反應生成難溶的水化硫鋁酸鈣，也稱為鈣礬石晶體： 水化硫鋁酸鈣（鈣礬石） 經過上述水化反應后，主要水化產物為：水化硅酸鈣(50%)、氫氧化鈣(25%)、水化鋁酸鈣、水化鐵酸鈣及水化硫鋁酸鈣等。 第14頁，共47頁，2022年，5月20日，8點31分，星期三凝結硬化 隨著時間的推延，水泥漿逐漸失去塑性，形成具有一定強度的石狀體，這個過程叫水泥的凝結硬化。 硅酸鹽水泥的水化與凝結硬化可簡述如下：水泥水具有流動性、可塑性漿體失去可塑性凝結隨后水泥漿體開始產生強度， 堅硬的水泥石硬化水化第15頁，共47頁，2022年，

8、5月20日，8點31分，星期三 水泥加水拌合后的水化反應，一方面使水泥漿中起潤滑作用的自由水分逐漸減少；另一方面，水化產物在溶液中很快達飽和或過飽和狀態而不斷析出，水泥顆粒表面的新生物厚度逐漸增大，使水泥漿中固體顆粒間的間距逐漸減小，越來越多的顆粒相互連接形成了骨架結構。此時，水泥漿便開始慢慢失去可塑性，表現為水泥的初凝。第16頁，共47頁，2022年，5月20日，8點31分，星期三 隨著水化產物的不斷增加，水泥顆粒之間的毛細孔不斷被填實，加之水化產物中的氫氧化鈣晶體、水化鋁酸鈣晶體不斷貫穿于水化硅酸鈣等凝膠體之中，逐漸形成了具有一定強度的水泥石，從而進入了硬化階段。水化產物的進一步增加，水分

9、的不斷喪失，使水泥石的強度不斷發展。水泥的硬化期可以延續至很長時間，但28天基本表現出大部分強度。 第17頁，共47頁，2022年，5月20日，8點31分，星期三（四）水泥的技術性質細度 細度指水泥顆粒的粗細程度。一般情況下，水泥顆粒越細，其總表面積越大，與水反應時接觸的面積也越大，水化反應速度就越快，所以相同礦物組成的水泥，細度越大，凝結硬化速度越快，早期強度越高。一般認為，水泥顆粒粒徑小于40m時才具有較大的活性。但水泥顆粒太細，使混凝土發生裂縫的可能性增加，此外，水泥顆粒細度提高會導致生產成本提高。 第18頁，共47頁，2022年，5月20日，8點31分，星期三水泥全部加入水中開始失去可

10、塑性完全失去可塑性初凝時間終凝時間凝結時間 水泥從加水時至水泥漿失去可塑性所需的時間。凝結時間分初凝時間和終凝時間。初凝時間：從水泥加水至水泥漿開始失去可塑性所經歷的時間；終凝時間：從水泥加水至水泥漿完全失去可塑性所經歷的時間。第19頁，共47頁，2022年，5月20日，8點31分，星期三水泥的初凝時間不宜過短，終凝時間不宜過長。水泥的初凝時間太短，則在施工前即已失去流動性和可塑性而無法施工；水泥的終凝時間過長，則將延長施工進度和模板周轉期。我國現行國標(GB175-1999)規定，硅酸鹽水泥初凝不得早于45min，終凝不得遲于6.5h。普通硅酸鹽水泥初凝不得早于45min，終凝不得遲于10h

11、。 第20頁，共47頁，2022年，5月20日，8點31分，星期三水泥的體積安定性 水泥在凝結硬化過程中體積變化的均勻程度。如果這種體積變化是輕微的均勻的，則對建筑物的質量沒什么影響，但是如果混凝土硬化后，由于水泥中某些有害成分的作用，在水泥石內部產生了劇烈的、不均勻的體積變化，則會在建筑物內部產生破壞應力，導致建筑物的強度降低。若破壞應力發展到超過建筑物的強度，則會引起建筑物開裂、崩塌等嚴重質量事故，這種現象稱為水泥的體積安定性不良。第21頁，共47頁，2022年，5月20日，8點31分，星期三強度 水泥技術要求中最基本的指標，它直接反映了水泥的質量水平和使用價值。 水泥的強度越高，其膠結能

12、力也越大。硅酸鹽水泥的強度主要取決于熟料的礦物組成和水泥的細度，此外還與水灰比、試驗方法、試驗條件、養護齡期等因素有關。 第22頁，共47頁，2022年，5月20日，8點31分，星期三我國現行標準水泥膠砂強度檢驗方法（ISO法）（GB176711999）規定：將水泥、標準砂及水按規定的比例（水泥：標準砂：水1：3：0.5），用規定方法制成40mm40mm160mm的標準試件，在標準條件（24h之內在溫度201，相對濕度不低于90的養護箱或霧室內，24h后在201的水中）下養護，測定其3d和28d的抗折強度和抗壓強度 。 相對濕度：空氣中實際所含水蒸氣密度和同溫度下飽和水蒸氣密度的百分比值。第2

13、3頁，共47頁，2022年，5月20日，8點31分，星期三水泥強度等級 按規定齡期抗壓強度和抗折強度來劃分，硅酸鹽水泥各齡期強度不低于規定數值。在規定各齡期的抗壓強度和抗折強度均符合某一強度等級的最低強度值要求時，以28d抗壓強度值（MPa）作為強度等級，硅酸鹽水泥強度等級分為42.5、42.5R、52.5、52.5R、62.5、62.5R六個強度等級。 第24頁，共47頁，2022年，5月20日，8點31分，星期三水泥型號 為提高水泥早期強度，我國現行標準將水泥分為普通型和早強型（或稱R型）兩個型號。早強型水泥3d的抗壓強度較同強度等級的普通型強度提高10%24%；早強型水泥的3d抗壓強度可

14、達28d抗壓強度的50%。 第25頁，共47頁，2022年，5月20日，8點31分，星期三硅酸鹽水泥強度標準（GB1751999） 水泥混凝土路面用水泥，在供應條件允許時，應盡量優先選用早強型水泥，以縮短混凝土養護時間，提早通車。品種強度等級抗壓強度(MPa) 抗折強度(MPa) 3d28d3d28d硅酸鹽水泥 42.5 42.5R 17.022.0 42.5 42.53.5 4.06.5 6.5 52.5 52.5R 23.027.0 52.5 52.54.0 5.07.0 7.062.562.5R 28.032.0 62.5 62.5 5.0 5.5 8.0 8.0第26頁，共47頁，20

15、22年，5月20日，8點31分，星期三硅酸鹽水泥強度標準（GB1751999） 水泥混凝土路面用水泥，在供應條件允許時，應盡量優先選用早強型水泥，以縮短混凝土養護時間，提早通車。品種強度等級抗壓強度(MPa) 抗折強度(MPa) 3d28d3d28d硅酸鹽水泥 42.5 42.5R 17.022.0 42.5 42.53.5 4.06.5 6.5 52.5 52.5R 23.027.0 52.5 52.54.0 5.07.0 7.062.562.5R 28.032.0 62.5 62.5 5.0 5.5 8.0 8.0第27頁，共47頁，2022年，5月20日，8點31分，星期三（六）硅酸鹽水

16、泥石的腐蝕與防止 硅酸鹽水泥硬化后形成的水泥石，在正常環境條件下將繼續硬化，強度不斷增長。但在某些腐蝕性液體或氣體的長期作用下，水泥石就會受到不同程度的腐蝕，嚴重時會使水泥石強度明顯降低甚至完全破壞，這種現象稱為水泥石的腐蝕。第28頁，共47頁，2022年，5月20日，8點31分，星期三水泥石腐蝕的基本原因內因：水泥石中存在有引起腐蝕的組成成分氫氧化鈣和水化鋁酸鈣；水泥石本身不密實，有很多毛細孔通道，侵蝕性介質易進入其內部； 外因 ：外界存在腐蝕性介質和條件。 第29頁，共47頁，2022年，5月20日，8點31分，星期三硅酸鹽水泥的生產工藝石灰質原料CaO黏土質原料SiO2、Al2O3、 F

17、e2O3校正原料生料熟料石膏石灰石或粒化礦渣按比例混合磨細煅燒1450水泥磨細“兩磨一燒”第30頁，共47頁，2022年，5月20日，8點31分，星期三硅酸鹽水泥熟料的礦物組成 生料SiO2CaO化合反應8001450800左右分解反應Al2O3Fe2O32CaOSiO23CaOSiO23 CaO Al2O34 CaOAl2O3Fe2O3第31頁，共47頁，2022年，5月20日，8點31分，星期三溫故知新1、水泥的生產工藝 2、水泥的技術性質：細度、凝結時間、體積安定性、強度第32頁，共47頁，2022年，5月20日，8點31分，星期三硅酸鹽水泥強度標準（GB1751999） 比如：水泥混凝

18、土路面用水泥，在供應條件允許時，應盡量優先選用早強型水泥，以縮短混凝土養護時間，提早通車。品種強度等級抗壓強度(MPa) 抗折強度(MPa) 3d28d3d28d硅酸鹽水泥 42.5 42.5R 17.022.0 42.5 42.53.5 4.06.5 6.5 52.5 52.5R 23.027.0 52.5 52.54.0 5.07.0 7.062.562.5R 28.032.0 62.5 62.5 5.0 5.5 8.0 8.0第33頁，共47頁，2022年，5月20日，8點31分，星期三（七）硅酸鹽水泥的特性與應用凝結硬化快，早期及后期強度均高。適用于有早強要求的工程（如冬季施工、預制、

19、現澆等工程），高強度混凝土工程（如預應力鋼筋混凝土，大壩溢流面部位混凝土）。抗凍性好。適用于抗凍性要求高的工程。水化熱高。不宜用于大體積混凝土工程。但有利于低溫季節蓄熱法施工。耐腐蝕性差。因水化后氫氧化鈣和水化鋁酸鈣的含量較多。不宜用于流動的淡水接觸及有水壓作用的工程，也不適用于受海水、礦物水等作用的工程。第34頁，共47頁，2022年，5月20日，8點31分，星期三抗碳化性好。因水化后氫氧化鈣含量較多，故水泥石的堿度不易降低，對鋼筋的保護作用較強。適用于空氣中二氧化碳濃度高的環境。耐熱性差。因水化后氫氧化鈣含量高。不適用于承受高溫作用的混凝土工程。耐磨性好。適用于高速公路、道路和地面工程。第

20、35頁，共47頁，2022年，5月20日，8點31分，星期三（八）硅酸鹽水泥的儲存與運輸硅酸鹽水泥在儲存和運輸過程中，應按不同品種、不同強度等級及出廠日期分別儲運，不得混雜。要注意防潮、防水。 水泥的有效儲存期是3個月。一般水泥在儲存3個月后，強度降低約1020，6個月后降低1530。存放超過3個月的水泥必須經過檢驗后才能使用。第36頁，共47頁，2022年，5月20日，8點31分，星期三二、摻混合材料的硅酸鹽水泥 為改善硅酸鹽水泥的某些性能，同時達到增加產量和降低成本的目的，在硅酸鹽水泥熟料中，摻入一定數量的混合材料和適量石膏共同磨細的水硬性膠凝材料，稱為摻混合材料的硅酸鹽水泥 。可分為普通

21、硅酸鹽水泥、礦渣硅酸鹽水泥、火山灰質硅酸鹽水泥、粉煤灰硅酸鹽水泥及復合硅酸鹽水泥。第37頁，共47頁，2022年，5月20日，8點31分，星期三（一）普通硅酸鹽水泥 凡由硅酸鹽水泥熟料、6%15%混合材料、適量石膏磨細制成的水硬性膠凝材料，稱為普通硅酸鹽水泥（簡稱普通水泥），代號PO。 水泥中混合材料摻量按質量百分比計，摻活性混合材料時，最大摻量不得超過15%，其中允許用不超過水泥質量5的窯灰或不超過水泥質量10%的非活性混合材料來代替。摻非活性混合材料時，最大摻量不得超過水泥質量10%。第38頁，共47頁，2022年，5月20日，8點31分，星期三 普通硅酸鹽水泥強度等級分為32.5、32.

22、5R、42.5、42.5R、52.5、52.5R六個強度等級。普通硅酸鹽水泥強度標準（GB1751999） 品種強度等級抗壓強度(MPa) 抗折強度(MPa) 3d28d3d28d普通硅酸鹽水泥 32.5 32.5R 11.016.0 32.5 32.52.5 3.55.5 5.5 42.5 42.5R 16.021.0 42.5 42.53.5 4.06.5 6.552.552.5R 22.026.0 52.5 52.5 4.0 5.0 7.0 7.0第39頁，共47頁，2022年，5月20日，8點31分，星期三 由于混合材料的摻量較少，所以普通硅酸鹽水泥的性質與硅酸鹽水泥基本相同，略有差異

23、，主要表現為：1.早期強度略低；2.耐腐蝕性略有提高；3.耐熱性稍好；4.水化熱略低；5.抗凍性、耐磨性、抗碳化性略有降低。第40頁，共47頁，2022年，5月20日，8點31分，星期三（二）礦渣硅酸鹽水泥、火山灰質硅酸鹽水泥及粉煤灰硅酸鹽水泥礦渣硅酸鹽水泥：簡稱礦渣水泥，由硅酸鹽水泥熟料和粒化高爐礦渣、適量石膏磨細制成的水硬性膠凝材料，代號PS。 水泥中粒化高爐礦渣摻加量按質量百分比計為2070。允許石灰石、窯灰、粉煤灰和火山灰質混合材料中的一種材料代替礦渣，代替數量不得超過水泥質量的8，代替后水泥中粒化高爐礦渣不得少于20第41頁，共47頁，2022年，5月20日，8點31分，星期三火山灰

24、質硅酸鹽水泥：簡稱火山灰水泥，凡由硅酸鹽水泥熟料和火山灰質混合材料、適量石膏磨細制成的水硬性膠凝材料，代號PP。 水泥中火山灰質混合材料摻加量按質量百分比計為2050；粉煤灰硅酸鹽水泥：簡稱粉煤灰水泥，凡由硅酸鹽水泥熟料和粉煤灰、適量石膏磨細制成的水硬性膠凝材料，代號PF。 水泥中粉煤灰摻加量按質量百分比計為2040。 第42頁，共47頁，2022年，5月20日，8點31分，星期三 這三種水泥強度等級分為32.5、32.5R、42.5、42.5R、52.5、52.5R六個強度等級。礦渣水泥、火山灰水泥及粉煤灰水泥的強度標準(GB13441999) 強度等級 抗壓強度(MPa)抗折強度(MPa)3d28d3d28d32.510.032.52.55.532.5R15.032.53.55.542.515.042.53.56.542.5R19.042.54.06.552.521.052.54.07.052.5R23.052.54.57.0第43頁，共47頁，2022年，5月20日，8點31分，星期三 1、高 鋁 水 泥 高鋁水泥又稱礬土水泥。它屬于鋁酸鹽水泥