第六章

水泥及輔助膠凝材料新型工程材料2026/1/242第六章水泥及輔助膠凝材料1234概述通用硅酸鹽水泥特種水泥輔助膠凝材料水泥的問(wèn)題和發(fā)展方向CONTENTS52026/1/243第六章水泥及輔助膠凝材料1234概述通用硅酸鹽水泥特種水泥輔助膠凝材料水泥的問(wèn)題和發(fā)展方向CONTENTS52026/1/2446.1概述

土木工程中用來(lái)將散粒材料（如砂、石等）或塊狀材料（如磚、砌塊、石材等）粘結(jié)成為整體的材料，可統(tǒng)稱為膠凝材料。膠凝材料有機(jī)膠凝材料無(wú)機(jī)膠凝材料※氣硬性膠凝材料，不能在水中硬化，但能在空氣中或其他條件下硬化，如石灰、石膏、鎂質(zhì)膠凝材料等，氣硬性膠凝材料一般只適用于干燥環(huán)境中，而不宜用于潮濕環(huán)境，更不能用于水中?！残阅z凝材料，拌水后既能在空氣中硬化，又能在水中硬化并具有強(qiáng)度，常見的水硬性膠凝材料有水泥等。2026/1/2456.1概述

水泥是與適量水混合后經(jīng)過(guò)一系列物理化學(xué)作用，由可塑性漿體變成堅(jiān)硬的石狀體，并能將散粒狀材料牢固地膠結(jié)在一起的水硬性膠凝材料。

作為水硬性膠凝材料，水泥漿體不僅能在空氣中硬化，還能在水中硬化保持并繼續(xù)增長(zhǎng)其強(qiáng)度。作為膠凝材料組分，水泥與骨料、水可制成各種混凝土及其構(gòu)件，也可用于配制砂漿等。按水硬性物質(zhì)，水泥可分為硅酸鹽系水泥、鋁酸鹽系水泥、硫鋁酸鹽系水泥等系列。其中，硅酸鹽系列水泥產(chǎn)量最大、應(yīng)用最廣泛。而按其用途和性能，水泥可分為通用水泥、專用水泥和特性水泥三大類。2026/1/246第六章水泥及輔助膠凝材料1234概述通用硅酸鹽水泥特種水泥輔助膠凝材料水泥的問(wèn)題和發(fā)展方向CONTENTS52026/1/2476.2通用硅酸鹽水泥

18世紀(jì)后半期，人們用石灰石與定量的黏土共同磨細(xì)混勻，經(jīng)過(guò)煅燒制成由人工配料的水硬性石灰，形成了硅酸鹽水泥生產(chǎn)的雛形。

波特蘭水泥中含有較多的硅酸鈣，不僅能在空氣中硬化，也能在水中硬化，而且強(qiáng)度很高。隨著現(xiàn)代科技和工業(yè)發(fā)展的需要，近30多年來(lái)又陸續(xù)出現(xiàn)了硫鋁酸鹽水泥、氟鋁酸鹽水泥﹑鐵鋁酸鹽水泥等品種，從而使水硬性膠凝材料發(fā)展到更多類別。

我國(guó)水泥工業(yè)可以追溯到1889年于唐山建立了第一座水泥廠—唐山細(xì)棉土廠。2026/1/2486.2通用硅酸鹽水泥6.2.1硅酸鹽水泥的生產(chǎn)及主要熟料組成根據(jù)《通用硅酸鹽水泥》（GB175-2023）規(guī)定，以硅酸鹽水泥熟料和適量石膏，及0~5%粒化高爐礦渣或石灰石磨細(xì)制成的水硬性膠凝材料，稱為硅酸鹽水泥，即國(guó)外通稱的波特蘭水泥。硅酸鹽水泥分為兩種類型，不摻加混合材料的稱Ⅰ型硅酸鹽水泥，代號(hào)為P·I。在硅酸鹽水泥粉磨時(shí)摻加不超過(guò)水泥質(zhì)量5%的粒化高爐礦渣或石灰石混合材料的稱Ⅱ型硅酸鹽水泥，代號(hào)為P·Ⅱ。隨著工業(yè)生產(chǎn)的發(fā)展，綜合利用工業(yè)廢渣已是水泥生產(chǎn)中的重大任務(wù)之一。其綜合利用的主要途徑包括：（1）代替部分主要原料，如用粉煤灰或煤矸石灰渣代替部分黏土；（2）作混合材，如粒化高爐礦渣﹑預(yù)處理粉煤灰等；（3）作添加劑，如礦化劑、助磨劑等也多采用工業(yè)廢渣；（4）利用含有特種成分的工業(yè)廢渣生產(chǎn)特種水泥、節(jié)能水泥等。2026/1/2496.2通用硅酸鹽水泥6.2.1硅酸鹽水泥的生產(chǎn)及主要熟料組成生料在水泥窯內(nèi)的煅燒通常要經(jīng)歷生料的干燥與脫水、碳酸鹽的分解、固相反應(yīng)、液相的形成與熟料的燒結(jié)燒及熟料的冷卻等5個(gè)階段，可簡(jiǎn)單概括為“兩磨一燒”圖6-2硅酸鹽水泥基本生產(chǎn)流程圖6-3水泥回轉(zhuǎn)窯示意圖

圖6-4水泥熟料粉磨設(shè)備2026/1/24106.2通用硅酸鹽水泥6.2.1硅酸鹽水泥的生產(chǎn)及主要熟料組成表6-4硅酸鹽水泥熟料礦物特性在這四種礦物中，C3S和C2S稱為硅酸鹽礦物，二者之和的質(zhì)量分?jǐn)?shù)約占總量的75%~82%，因此稱為硅酸鹽水泥。而C3A和C4AF二者僅占18%～25%，稱為熔劑礦物。除了主要的熟料礦物外，硅酸鹽水泥中還有少量的游離氧化鈣（f-CaO）、游離氧化鎂（f-MgO）、含堿礦物以及玻璃體等，總量一般不超過(guò)10%。2026/1/24116.2通用硅酸鹽水泥6.2.1硅酸鹽水泥的生產(chǎn)及主要熟料組成

C3S是熟料主要的強(qiáng)度礦物，水化速度快，水化熱較高，水化產(chǎn)物的收縮率較大，水化會(huì)釋放出大量的Ca(OH)2。隨著C3S增加，水泥的抗壓強(qiáng)度比抗折強(qiáng)度更快地增長(zhǎng)，水泥脆性系數(shù)（壓折比）增大，抗裂性變差。

C2S的水化速度很慢，水化熱低，收縮率比C3S小，抗侵蝕性能好，強(qiáng)度發(fā)展慢，早期強(qiáng)度很低，約一年后與C3S持平。

C3A水化凝結(jié)速度最快，是水泥石產(chǎn)生早強(qiáng)的主要礦物，但C3A強(qiáng)度絕對(duì)值不高，而且后期產(chǎn)生強(qiáng)度倒縮現(xiàn)象。水化熱大且集中，水化后因?yàn)閷娱g水的蒸發(fā)以及形成的水化產(chǎn)物在轉(zhuǎn)型過(guò)程中體積縮小而產(chǎn)生較大的收縮。此外C3A需水量較大，對(duì)水泥拌合物的流動(dòng)性不利，C3A含量高，與高效減水劑的相容性會(huì)變差，水泥石的抗硫酸鹽侵蝕性也會(huì)變差。2026/1/24126.2通用硅酸鹽水泥6.2.1硅酸鹽水泥的生產(chǎn)及主要熟料組成

與C3A相比，C4AF不僅有較高的早期強(qiáng)度，而且后期強(qiáng)度還能有所增長(zhǎng)，C4AF對(duì)抗折強(qiáng)度的貢獻(xiàn)遠(yuǎn)大于抗壓強(qiáng)度，即脆性系數(shù)低，抗裂性好。C4AF的另一個(gè)重要作用是生成凝膠狀鐵酸，使水泥石具有較大的變形能力。

水泥熟料是由各種不同特性的礦物組成的混合物。因此，可通過(guò)調(diào)整生產(chǎn)生料的成分來(lái)改變熟料礦物含量的比例，從而使水泥的性質(zhì)發(fā)生相應(yīng)的變化。如提高C3S含量，可制得高強(qiáng)水泥；提高C3S和C3A含量，可制得快硬水泥；降低C3A和C3S含量，提高C2S含量，可制得中、低熱水泥；提高C4AF含量，降低C3A含量，可制得道路水泥等。2026/1/24136.2通用硅酸鹽水泥6.2.2硅酸鹽水泥的水化與凝結(jié)硬化1.硅酸鹽水泥的水化

水泥顆粒與水接觸后，熟料礦物與水的作用稱為水化。硅酸三鈣和硅酸二鈣水化生成的水化硅酸鈣不溶于水，硅酸三鈣與水作用時(shí)，反應(yīng)較快，水化放熱量大；而硅酸二鈣則反應(yīng)較慢，水化放熱量小，產(chǎn)物中氫氧化鈣也較少。鋁酸三鈣和鐵鋁酸四鈣水化生成的水化鋁酸鈣為立方晶體，在氫氧化鈣飽和溶液中還能與氫氧化鈣進(jìn)一步反應(yīng)，生成六方晶體的水化鋁酸四鈣。鋁酸三鈣與水的反應(yīng)速度極快，水化放熱量很大；而鐵鋁酸四鈣與水作用時(shí)，反應(yīng)也較快，水化放熱量相對(duì)較少，生成的水化鐵酸一鈣溶解度很小，呈膠體微粒析出，最后形成凝膠。2026/1/24146.2通用硅酸鹽水泥6.2.2硅酸鹽水泥的水化與凝結(jié)硬化2026/1/24156.2通用硅酸鹽水泥6.2.2硅酸鹽水泥的水化與凝結(jié)硬化圖6-9硅酸鹽水泥的水化放熱曲線

規(guī)定水泥的凝結(jié)時(shí)間在施工中具有重要意義。為使混凝土和砂漿有充分的時(shí)間進(jìn)行攪拌、運(yùn)輸、澆搗和砌筑，水泥的初凝時(shí)間不能過(guò)短。施工完畢后，則要求盡快硬化，具有強(qiáng)度，故終凝時(shí)間不能太長(zhǎng)。

水泥凝結(jié)時(shí)間的影響因素有很多，主要有：熟料中鋁酸三鈣含量高，石膏摻量不足，使水泥快凝；水泥越細(xì)，水泥的細(xì)度越小，水化作用越快，凝結(jié)越快；水灰比越小，凝結(jié)時(shí)的溫度越高，凝結(jié)越快；混合材料摻量大、水泥過(guò)粗等都會(huì)使水泥凝結(jié)緩慢。2026/1/24166.2通用硅酸鹽水泥6.2.2硅酸鹽水泥的水化與凝結(jié)硬化2.水泥的凝結(jié)硬化過(guò)程硅酸鹽水泥的凝結(jié)硬化過(guò)程，一般按水化反應(yīng)速度和物理化學(xué)的主要變化，分為四個(gè)階段，如表6-5所示。表6-5水泥凝結(jié)硬化階段（1）初始反應(yīng)期。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。水泥顆粒的水化從其表面開始。水和水泥一接觸，水泥顆粒表面的熟料礦物與水反應(yīng)，形成相應(yīng)的水化物并溶于水中。2026/1/24176.2通用硅酸鹽水泥6.2.2硅酸鹽水泥的水化與凝結(jié)硬化（a）分散在水中的水泥顆粒（b）在水泥顆粒表面形成水化物膜層（c）膜層逐漸增厚并互相連接

（凝結(jié)）（d）水化物進(jìn)一步發(fā)展，填充毛細(xì)孔（硬化）圖6-10水泥凝結(jié)硬化過(guò)程示意2026/1/24186.2通用硅酸鹽水泥6.2.2硅酸鹽水泥的水化與凝結(jié)硬化（2）潛伏期。此種作用繼續(xù)下去，使水泥顆粒周圍的溶液很快達(dá)到水化產(chǎn)物的飽和或過(guò)飽和狀態(tài)。由于各種水化產(chǎn)物的溶解度都很小，繼續(xù)水化的產(chǎn)物以細(xì)分散狀態(tài)的膠體顆粒析出，附在水泥顆粒表面，形成凝膠膜包裹層。在水化初期，水化物不多，包有水化物膜層的水泥顆粒之間還是分離著的，水泥漿具有可塑性。水泥顆粒不斷水化，水化物膜層逐漸增厚，減緩了外部水分的滲入和水化物向外擴(kuò)散的速度，使水化反應(yīng)在一段時(shí)間變得緩慢。（3）凝結(jié)期。隨著水化反應(yīng)的不斷深入，膜層內(nèi)部的水化物不斷向外突出，最終導(dǎo)致膜層破裂，水化又重新加速。水泥顆粒間的空隙逐漸縮小，而包有凝膠體的顆粒則逐漸接近，以致相互接觸，接觸點(diǎn)的增多形成了空間網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)。凝聚結(jié)構(gòu)的形成，使水泥漿開始失去可塑性，此為水泥的初凝，但這時(shí)還不具有強(qiáng)度。2026/1/24196.2通用硅酸鹽水泥6.2.2硅酸鹽水泥的水化與凝結(jié)硬化（4）硬化期。以上過(guò)程不斷地進(jìn)行，固態(tài)的水化物不斷增多并填充顆粒間的空隙，毛細(xì)孔越來(lái)越少，結(jié)晶體和凝膠體互相貫穿形成的凝聚—結(jié)晶網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)不斷加強(qiáng)，結(jié)構(gòu)逐漸緊密。水泥漿體完全失去可塑性，達(dá)到能擔(dān)負(fù)一定荷載的強(qiáng)度。水泥表現(xiàn)為終凝，并開始進(jìn)入硬化階段[圖6-10（d）]。水泥進(jìn)入硬化期以后，水化速度逐漸減慢，水化物隨時(shí)間的增長(zhǎng)而逐漸增加，擴(kuò)展到毛細(xì)孔中，使結(jié)構(gòu)更加致密，強(qiáng)度相應(yīng)提高。3.影響水泥凝結(jié)硬化的主要因素

水泥的凝結(jié)硬化過(guò)程，也就是水泥強(qiáng)度發(fā)展的過(guò)程。為了正確使用水泥，必須了解水泥水化硬化的影響因素，以便采取合理有效的措施，調(diào)節(jié)水泥的性能。2026/1/24206.2通用硅酸鹽水泥6.2.2硅酸鹽水泥的水化與凝結(jié)硬化（1）熟料礦物組成：礦物組成是影響水泥凝結(jié)硬化的主要內(nèi)因。（2）石膏摻量：水泥粉磨時(shí)摻入適量石膏，可調(diào)節(jié)水泥的凝結(jié)硬化速度。若不摻石膏或石膏摻量不足時(shí)，水泥會(huì)發(fā)生瞬凝現(xiàn)象。（3）細(xì)度：水泥顆粒粉磨得越細(xì)，總表面積越大，與水接觸時(shí)的水化反應(yīng)面積也越大，其水化速度越快，凝結(jié)硬化也越快。（4）溫度和濕度：溫度對(duì)水泥的凝結(jié)硬化有著明顯的影響。提高溫度可使水泥水化反應(yīng)加快，強(qiáng)度增長(zhǎng)加快；相反，溫度降低，則水化反應(yīng)減慢，強(qiáng)度增長(zhǎng)較緩慢。濕度是保證水泥水化的一個(gè)必備條件，水泥凝結(jié)硬化的實(shí)質(zhì)是水泥的水化過(guò)程。因此，在缺乏水的干燥環(huán)境中，水化反應(yīng)是不能正常進(jìn)行的，硬化也將停止；而潮濕環(huán)境下的水泥石，能保持足夠的水分進(jìn)行水化和凝結(jié)硬化，生成的水化物進(jìn)一步填充毛細(xì)孔，促進(jìn)了強(qiáng)度的不斷增長(zhǎng)。2026/1/24216.2通用硅酸鹽水泥6.2.2硅酸鹽水泥的水化與凝結(jié)硬化（5）養(yǎng)護(hù)時(shí)間：水泥的水化是從表面開始向內(nèi)部逐漸深入進(jìn)行的，隨著時(shí)間的發(fā)展，水泥的水化程度不斷增加，水化產(chǎn)物也不斷地增加并填充毛細(xì)孔，使毛細(xì)孔孔隙率減少，凝膠孔孔隙率逐漸增大。（6）齡期：是指水泥在正常養(yǎng)護(hù)條件下所經(jīng)歷的時(shí)間。只要維持適當(dāng)?shù)臏囟扰c濕度，水泥的水化將不斷進(jìn)行。其強(qiáng)度在幾個(gè)月、幾年甚至幾十年后還會(huì)繼續(xù)增長(zhǎng)。水泥強(qiáng)度的增長(zhǎng)規(guī)律為：在水泥水化作用的最初幾天內(nèi)強(qiáng)度增長(zhǎng)最為迅速，如7d的強(qiáng)度可達(dá)28d強(qiáng)度的70%左右，28天以后的強(qiáng)度增長(zhǎng)明顯減緩。2026/1/24226.2通用硅酸鹽水泥6.2.3硅酸鹽水泥的技術(shù)性質(zhì)1.細(xì)度細(xì)度是指水泥顆粒的粗細(xì)程度，顆粒越細(xì)，與水反應(yīng)的表面積就越大，因而水化較快且較完全，早期強(qiáng)度高，后期強(qiáng)度可能倒縮。國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)中規(guī)定水泥的細(xì)度可用篩析法和比表面積法（勃氏法）檢驗(yàn)。比表面積法采用勃氏透氣儀測(cè)定，是根據(jù)一定量的空氣通過(guò)一定孔隙率和厚度的水泥層時(shí)，所受阻力不同而引起流速的變化來(lái)測(cè)定水泥的比表面積，比表面積越大，表示水泥顆粒越細(xì)。2.標(biāo)準(zhǔn)稠度用水量標(biāo)準(zhǔn)稠度用水量的大小對(duì)水泥的一些技術(shù)性能，如凝結(jié)時(shí)間、體積安定性等的測(cè)定值有較大的影響。2026/1/24236.2通用硅酸鹽水泥6.2.3硅酸鹽水泥的技術(shù)性質(zhì)3.凝結(jié)時(shí)間凝結(jié)時(shí)間分為初凝和終凝。初凝為水泥加水拌和起至標(biāo)準(zhǔn)稠度凈漿開始失去可塑性所需的時(shí)間；終凝為水泥加水拌和起至標(biāo)準(zhǔn)稠度凈漿完全失去可塑性并開始產(chǎn)生強(qiáng)度所需的時(shí)間。水泥凝結(jié)時(shí)間的影響因素很多，主要有：熟料中鋁酸三鈣含量高﹑石膏摻量不足，使水泥快凝；水泥的細(xì)度愈細(xì)，水化作用愈快，凝結(jié)愈快；水灰比愈小，凝結(jié)時(shí)的溫度愈高，凝結(jié)愈快；混合材料摻量大、水泥過(guò)粗等，都會(huì)使水泥凝結(jié)緩慢。4.安定性水泥安定性是指水泥漿體硬化后其體積變化的均勻性。如果水泥的體積安定性不良，水泥硬化后將產(chǎn)生不均勻的體積變化，會(huì)導(dǎo)致水泥制品膨脹性裂縫，降低工程質(zhì)量，甚至引起嚴(yán)重事故。2026/1/24246.2通用硅酸鹽水泥6.2.3硅酸鹽水泥的技術(shù)性質(zhì)

引起水泥體積安定性不良的原因主要是由于水泥熟料中所含的游離氧化鈣（f-CaO）和游離氧化鎂（f-MgO）引起的。5.強(qiáng)度及強(qiáng)度等級(jí)水泥的強(qiáng)度是水泥的重要技術(shù)指標(biāo)。根據(jù)測(cè)定結(jié)果，將硅酸鹽水泥分為32.5、32.5R、42.5、42.5R、52.5、52.5R，62.5和62.5R等八個(gè)強(qiáng)度等級(jí)。水泥按3d強(qiáng)度分為普通型和早強(qiáng)型兩種，其中代號(hào)R表示早強(qiáng)型水泥。水泥的強(qiáng)度主要取決于水泥的礦物組成和細(xì)度。在混凝土中應(yīng)用，并非強(qiáng)度越高越好。當(dāng)代混凝土需要開裂敏感性低的水泥。任何水泥基材料的強(qiáng)度主要取決于水膠比。6.水化熱水泥在水化過(guò)程中放出的熱，稱為水泥的水化熱。水泥礦物進(jìn)行水化時(shí)，鋁酸三鈣放熱量最大，速度也快，硅酸三鈣放熱量稍低，硅酸二鈣放熱量最低，速度也慢。水泥細(xì)度越細(xì)，水化反應(yīng)越容易進(jìn)行，因此，水化放熱量越大，放熱速度也越快。2026/1/24256.2通用硅酸鹽水泥6.2.3硅酸鹽水泥的技術(shù)性質(zhì)冬季施工時(shí)，水化熱有利于水泥的正常凝結(jié)硬化。對(duì)大型基礎(chǔ)、水壩、橋墩等大體積混凝土構(gòu)筑物，由于水化熱積聚在內(nèi)部不易散失，內(nèi)部溫度常上升到50~60℃，內(nèi)外溫度差所引起的應(yīng)力，可使混凝土產(chǎn)生裂縫，因此水化熱對(duì)大體積混凝土是有害因素，在大體積混凝土中不宜采用水化熱較高或放熱較快的水泥。7.堿8.不溶物9.燒失量10.氯離子11.密度和堆積密度。2026/1/24266.2通用硅酸鹽水泥6.2.4硅酸鹽水泥的特性與應(yīng)用硅酸鹽水泥具有以下特點(diǎn)：（1）凝結(jié)硬化快、強(qiáng)度高硅酸鹽水泥中含有較多的熟料，硅酸三鈣含量多，水泥的早期強(qiáng)度和后期強(qiáng)度均較高。適用于早期強(qiáng)度要求較高的工程及冬季施工的工程，地上、地下重要結(jié)構(gòu)物及高強(qiáng)混凝土和預(yù)應(yīng)力混凝土工程。（2）抗凍性好硅酸鹽水泥采用較低的水灰比并經(jīng)充分養(yǎng)護(hù)，可獲得較低孔隙率的水泥石，具有較高的密實(shí)度。因此，適用于嚴(yán)寒地區(qū)遭受反復(fù)凍融的混凝土工程。（3）耐腐蝕性差硅酸鹽水泥石中的氫氧化鈣及水化鋁酸鈣較多，耐軟水及耐化學(xué)腐蝕能力差，故不適用于經(jīng)常與流動(dòng)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、硫酸鹽等作用的工程。2026/1/24276.2通用硅酸鹽水泥（4）耐熱性差硅酸鹽水泥石中的水化產(chǎn)物在250~300℃時(shí)會(huì)產(chǎn)生脫水現(xiàn)象，強(qiáng)度開始下降，當(dāng)溫度達(dá)到700~1000℃時(shí)，水化產(chǎn)物分解，水泥石的結(jié)構(gòu)幾乎完全破壞，所以硅酸鹽水泥不適用于有耐熱﹑高溫要求的混凝土工程。（5）耐磨性好硅酸鹽水泥強(qiáng)度高，耐磨性好，適用于道路、地面等對(duì)耐磨性要求高的工程。（6）堿度高、抗碳化能力強(qiáng)碳化是指水泥石中的氫氧化鈣與空氣中的二氧化碳反應(yīng)生成碳酸鈣的過(guò)程。碳化會(huì)使水泥石內(nèi)部堿度降低，從而使其中的鋼筋發(fā)生銹蝕。（7）水化熱大硅酸鹽水泥石中含有大量的硅酸三鈣和鋁酸三鈣，水化時(shí)放熱速度快且放熱量大，用于冬季施工可避免凍害，但高水化熱對(duì)大體積混凝土工程不利，所以不適用于大體積混凝土工程。2026/1/24286.2通用硅酸鹽水泥6.2.5通用硅酸鹽水泥的二次水化

通用硅酸鹽水泥在與水接觸后，硅酸鹽水泥熟料迅速和水反應(yīng)生成水化硅酸鈣凝膠和氫氧化鈣，這是通用硅酸鹽水泥的一次水化過(guò)程，水泥熟料水化生成的氫氧化鈣與摻入的石膏分別作為堿性激發(fā)劑和硫酸鹽激發(fā)劑，與混合材的活性成分如活性氧化硅、活性氧化鋁等發(fā)生二次水化反應(yīng)，不斷生成新的水化硅酸鈣、水化鋁酸鈣、水化硫鋁酸鈣及水化硫鐵酸鈣等水化產(chǎn)物，這為通用硅酸鹽水泥的二次水化過(guò)程

通用硅酸鹽水泥中由于摻入了混合材，熟料礦物含量降低，而且水化反應(yīng)分兩步進(jìn)行，第二步水化反應(yīng)從時(shí)間上滯后，致使通用硅酸鹽水泥凝結(jié)硬化速度較慢，早期強(qiáng)度較低，但后期由于二次水化反應(yīng)的產(chǎn)物大大增加，使強(qiáng)度增長(zhǎng)較快，甚至超過(guò)硅酸鹽水泥。2026/1/24296.2通用硅酸鹽水泥6.2.6水泥石的腐蝕與防止1.水泥石的腐蝕（1）軟水侵蝕

當(dāng)水泥石受到工業(yè)冷凝水、蒸餾水、天然的雨水、雪水以及含重碳酸鹽很少的河水﹑湖水等“軟水”作用時(shí)，水泥石中的氫氧化鈣不斷溶解，又會(huì)引起水化硅酸鹽、水化鋁酸鹽的分解，最后變成無(wú)膠結(jié)能力的低堿性硅酸凝膠和氫氧化鋁，水泥石孔隙增多，強(qiáng)度下降，甚至導(dǎo)致崩潰。這種侵蝕首先源于氫氧化鈣的溶蝕，又稱溶出性侵蝕。2026/1/24306.2通用硅酸鹽水泥6.2.6水泥石的腐蝕與防止（2）鹽類腐蝕

在水中通常溶有大量的鹽類，某些溶解于水中的鹽類會(huì)與水泥石相互作用產(chǎn)生置換反應(yīng)，生成一些易溶或無(wú)膠結(jié)能力或產(chǎn)生膨脹的物質(zhì)，從而使水泥石結(jié)構(gòu)破壞。最常見的鹽類腐蝕是硫酸鹽腐蝕與鎂鹽腐蝕。1）硫酸鹽腐蝕在海水、湖水、鹽沼水、地下水、某些工業(yè)污水中，常含有鉀﹑鈉、銨的硫酸鹽，它們與水泥石中的氫氧化鈣起置換反應(yīng)生成硫酸鈣，硫酸鈣再與水泥石中的固態(tài)水化鋁酸鈣反應(yīng)生成鈣礬石。2）鎂鹽腐蝕。在海水及地下水中常含有大量的鎂鹽，主要是硫酸鎂及氯化鎂。它們與水泥石中的氫氧化鈣起復(fù)分解反應(yīng)，生成的氫氧化鎂松軟而無(wú)膠結(jié)能力，氯化鈣易溶于水，二水石膏則引起硫酸鹽的破壞作用。因此，硫酸鎂對(duì)水泥石起鎂鹽和硫酸鹽的雙重腐蝕作用。2026/1/24316.2通用硅酸鹽水泥6.2.6水泥石的腐蝕與防止（3）酸類腐蝕眾所周知，水泥石和混凝土都是堿性材料，酸會(huì)和氫氧化鈣反應(yīng)，破壞水泥石。1）碳酸腐蝕首先，二氧化碳與水泥石中的氫氧化鈣作用生成碳酸鈣：Ca(OH)2+CO2+H2O→CaCO3+2H2O其次，生成的碳酸鈣再與含碳酸的水作用轉(zhuǎn)變成重碳酸鈣，這是一個(gè)可逆反應(yīng)：CaCO3+CO2+H2O→Ca(HCO3)2生成的重碳酸鈣易溶于水。若水中含有較多的碳酸，超過(guò)其平衡濃度時(shí)，上式反應(yīng)向右進(jìn)行，因而水泥石中的氫氧化鈣，通過(guò)轉(zhuǎn)變?yōu)橐兹艿闹靥妓徕}而溶失，進(jìn)而導(dǎo)致其他水化物分解，使水泥石結(jié)構(gòu)破壞；若水中的碳酸不多，低于平衡濃度時(shí)，并不起腐蝕破壞作用。2026/1/24326.2通用硅酸鹽水泥6.2.6水泥石的腐蝕與防止2）一般酸的腐蝕。在工業(yè)廢水、地下水、沼澤水中常含有無(wú)機(jī)酸和有機(jī)酸，工業(yè)窯爐中的煙氣常含有二氧化硫，遇水后即成亞硫酸。（4）氯離子侵蝕

外界環(huán)境中的氯離子通過(guò)混凝土保護(hù)層到達(dá)混凝土—鋼筋界面并逐漸積聚，使鋼筋表面溶液中的氯離子濃度逐漸增大，最終達(dá)到臨界濃度，使鋼筋發(fā)生腐蝕。氯離子侵入混凝土的方式有以下4種：1）擴(kuò)散作用：由于混凝土內(nèi)部存在氯離子濃度差異，氯離子自高濃度的部位向低濃度的部位移動(dòng)稱為擴(kuò)散作用。2）毛細(xì)管作用：在干濕交替條件下，混凝土表層含氯離子的鹽水向混凝土內(nèi)部干燥部分移動(dòng)。3）滲透作用：在水壓力作用下，鹽水向壓力較低的方向移動(dòng)稱為滲透。2026/1/24336.2通用硅酸鹽水泥6.2.6水泥石的腐蝕與防止4）電化學(xué)遷移：混凝土中孔隙液存在電位差時(shí)，孔隙液中的氯離子會(huì)由高電位處向低電位處移動(dòng)。（5）強(qiáng)堿腐蝕水泥石本身具有較高的堿度，因此堿類溶液如濃度不大時(shí)一般是無(wú)害的。但鋁酸鹽含量高的水泥石遇到強(qiáng)堿（如氫氧化鈉）作用后也會(huì)被腐蝕而破壞。除了上述四種典型的腐蝕類型外，對(duì)水泥石有腐蝕作用的還有一些其他物質(zhì)，如糖、氨鹽﹑動(dòng)物脂肪、含環(huán)烷酸的石油產(chǎn)品等。2026/1/24346.2通用硅酸鹽水泥6.2.6水泥石的腐蝕與防止2.水泥石腐蝕的防止：（1）根據(jù)侵蝕環(huán)境特點(diǎn)，合理選擇水泥品種，提高水泥的抗腐蝕能力。（2）提高水泥石的密實(shí)度，改善水泥石結(jié)構(gòu)的抗腐蝕能力。（3）加做保護(hù)層，避免介質(zhì)的腐蝕作用。2026/1/24356.2通用硅酸鹽水泥6.2.7水泥的風(fēng)化與存儲(chǔ)

水泥的儲(chǔ)存和運(yùn)輸，主要是防止受潮。不同生產(chǎn)廠、品種、強(qiáng)度等級(jí)和出廠日期的水泥應(yīng)分別儲(chǔ)運(yùn)，不得混雜，避免錯(cuò)用、混用，并應(yīng)先存先用，不可儲(chǔ)存過(guò)久（1）水泥的風(fēng)化水泥在儲(chǔ)運(yùn)過(guò)程中，易吸收空氣中的水分和二氧化碳，使水泥顆粒表面水化甚至碳化，喪失膠凝能力，強(qiáng)度大為下降，這種現(xiàn)象就稱為水泥的風(fēng)化。（2）水泥的儲(chǔ)存水泥一般應(yīng)入庫(kù)存放。水泥倉(cāng)庫(kù)應(yīng)保持干燥。2026/1/24366.2通用硅酸鹽水泥6.2.6水泥石的腐蝕與防止（3）受潮水泥的處理水泥受潮的程度不同，強(qiáng)度降低的程度不同，應(yīng)區(qū)別情況恰當(dāng)處理。1）水泥無(wú)結(jié)塊，結(jié)粒情況，測(cè)定燒失量小于5%，說(shuō)明水泥尚未受潮，可按原強(qiáng)度等級(jí)使用。2）水泥有松塊、結(jié)小的球粒情況，用手捏可成粉末，但無(wú)硬塊，燒失量為4%~6%，說(shuō)明水泥開始受潮，強(qiáng)度損失不大，約在一個(gè)強(qiáng)度等級(jí)內(nèi)。應(yīng)將松塊、小球粒壓成粉末，同時(shí)加強(qiáng)攪拌，經(jīng)試驗(yàn)按實(shí)際強(qiáng)度可使用到強(qiáng)度要求低的工程中。3）水泥已部分結(jié)成硬塊或外部結(jié)成硬塊內(nèi)部尚有粉末狀，燒失量為6%~8%，這表明水泥已嚴(yán)重受潮，強(qiáng)度約損失50%左右。應(yīng)篩除硬塊，將松塊壓碎成粉末，經(jīng)試驗(yàn)按實(shí)際強(qiáng)度可用于砂漿等非受力部位。4）結(jié)塊堅(jiān)硬，無(wú)粉末狀，燒失量大于8%，說(shuō)明該水泥活性已喪失，不能按膠凝材料使用，而只能重新粉磨后用作混合材料。2026/1/2437第六章水泥及輔助膠凝材料1234概述通用硅酸鹽水泥特種水泥輔助膠凝材料水泥的問(wèn)題和發(fā)展方向CONTENTS52026/1/24386.3特種水泥6.3.1白色硅酸鹽水泥

特種水泥是指具有某些獨(dú)特性能，適合特定用途或能發(fā)揮特殊作用并賦予建筑物特別功能的水泥品種。我國(guó)習(xí)慣上將硅酸鹽水泥、普通硅酸鹽水泥、礦渣硅酸鹽水泥、火山灰質(zhì)硅酸鹽水泥、粉煤灰硅酸鹽水泥和復(fù)合硅酸鹽水泥六大品種稱為通用水泥。除此之外，把其他水泥品種都?xì)w于特種水泥的范疇，目前有60多個(gè)品種。

凡以適當(dāng)成分的生料燒至部分熔融，所得以硅酸鈣為主要成分，氧化鐵含量很少的白色硅酸鹽水泥熟料，加入適量石膏，磨細(xì)制成的水硬性膠凝材料稱為白色硅酸鹽水泥，簡(jiǎn)稱白水泥，代號(hào)P·W。2026/1/24396.3特種水泥6.3.1白色硅酸鹽水泥2.白水泥的技術(shù)性質(zhì)（1）細(xì)度：45μm方孔篩篩余不大于30.0%。（2）凝結(jié)時(shí)間：初凝時(shí)間不小于45min，終凝時(shí)間不大于600min。（3）體積安定性：用沸煮法檢驗(yàn)必須合格，同時(shí)熟料中氧化鎂含量不宜超過(guò)5.0%，如水泥經(jīng)壓蒸安定性試驗(yàn)合格，則熟料中氧化鎂含量允許放寬到6.0%。水泥中三氧化硫含量不得超過(guò)3.5%。（4）強(qiáng)度：按3d、28d的強(qiáng)度值將白水泥劃分為32.5、42.5和52.5三個(gè)強(qiáng)度等級(jí)。白水泥具有強(qiáng)度高、色澤潔白等特點(diǎn)，在建筑裝飾工程中常用來(lái)配制彩色水泥漿，用于建筑物內(nèi)、外墻的粉刷及天棚、柱子的粉刷，還可用于貼面裝飾材料的勾縫處理；配制各種彩色砂漿用于抹灰，如常用于水刷石、斬假石等，模仿天然石材的色彩、質(zhì)感，具有較好的裝飾效果；配制彩色混凝土，制作彩色水磨石等。2026/1/24406.3特種水泥6.3.2中、低熱硅酸鹽水泥和低熱礦渣水泥1、以適當(dāng)成分的硅酸鹽水泥熟料，加入適量石膏﹐磨細(xì)制成的具有中等水化熱的水硬性膠凝材料，稱為中熱硅酸鹽水泥，簡(jiǎn)稱中熱水泥，代號(hào)P·MH。2、以適當(dāng)成分的硅酸鹽水泥熟料，加入適量石膏﹐磨細(xì)制成的具有低水化熱的水硬性膠凝材料，稱為低熱硅酸鹽水泥，簡(jiǎn)稱低熱水泥，代號(hào)P·LH。3、以適當(dāng)成分的硅酸鹽水泥熟料，加入?；郀t礦渣﹑適量石膏，磨細(xì)制成的具有低水化熱的水硬性膠凝材料，稱為低熱礦渣硅酸鹽水泥，簡(jiǎn)稱低熱礦渣水泥，代號(hào)P·SLH。2026/1/24416.3特種水泥6.3.3抗硫酸鹽水泥抗硫酸鹽水泥是指對(duì)于硫酸鹽侵蝕具有較強(qiáng)抵抗能力的水泥。與通用水泥相比，主要是限制了這種水泥熟料礦物組成中鋁酸三鈣和硅酸三鈣的含量，使侵入水泥石結(jié)構(gòu)的硫酸鹽難以產(chǎn)生破壞性的“水泥桿菌”。按抗硫酸鹽侵蝕程度，分為中抗硫酸鹽硅酸鹽水泥和高抗硫酸鹽硅酸鹽水泥兩類。1、以特定礦物組成的硅酸鹽水泥熟料，加入適量石膏磨細(xì)制成的具有抵抗中等濃度硫酸根離子侵蝕的水硬性膠凝材料，稱為中抗硫酸鹽硅酸鹽水泥，簡(jiǎn)稱中抗硫酸鹽水泥，代號(hào)P·MSR。2、以特定礦物組成的硅酸鹽水泥熟料，加入適量石膏磨細(xì)制成的具有抵抗較高濃度硫酸根離子侵蝕的水硬性膠凝材料，稱為高抗硫酸鹽硅酸鹽水泥，簡(jiǎn)稱高抗硫酸鹽水泥，代號(hào)P·HSR。2026/1/24426.3特種水泥6.3.4鋁酸鹽水泥鋁酸鹽水泥是以鋁礬土和石灰石為原料，經(jīng)煅燒（或熔融狀態(tài)）得到以鋁酸鈣為主，氧化鋁含量大于50%的熟料，磨細(xì)制成的水硬性膠凝材料，俗稱高鋁水泥。它是一種快硬、高強(qiáng)、耐腐蝕、耐熱的水泥，又稱礬土水泥。1.性質(zhì)與應(yīng)用（1）快凝（2）耐熱性強(qiáng)早強(qiáng)，但長(zhǎng)期強(qiáng)度降低幅度大（3）水化熱高，放熱快（4）耐硫酸鹽腐蝕性強(qiáng)（5）耐堿性差（6）可與石膏配合使用2026/1/24436.3特種水泥6.3.5膨脹和自應(yīng)力水泥

1.膨脹水泥的主要性能：（1）降低或預(yù)防混凝土收縮開裂（2）省工省料、縮短工期且耐久性好；（3）新型膨脹水泥早期強(qiáng)度高，后期強(qiáng)度增長(zhǎng)較大，長(zhǎng)久強(qiáng)度穩(wěn)定上升；（4）膨脹水泥配制的混凝土因內(nèi)部建立有膨脹自應(yīng)力，與鋼筋產(chǎn)生更強(qiáng)的握裹力；（5）不含氯鹽，對(duì)鋼筋無(wú)銹蝕。

2.膨脹水泥的分類1>按用途分類：不論補(bǔ)償收縮或預(yù)應(yīng)力混凝土，一般都需在一定限制下工作，以便混凝土硬化后，由限制物所貯存的能量使混凝土建立不同的受壓狀態(tài)。從使用角度看，做如下分類：配制補(bǔ)償收縮混凝土用的膨脹水泥和配制自應(yīng)力混凝土用的自應(yīng)力水泥。2026/1/24446.3特種水泥6.2.6水泥石的腐蝕與防止2>按引起的化學(xué)反應(yīng)分類：以形成鈣礬石相位膨脹組分的膨脹水泥；利用氧化鈣水化的膨脹水泥；利用氧化鎂水化的膨脹水泥；利用金屬氧化的膨脹水泥；復(fù)合膨脹劑。3>按水泥熟料礦物構(gòu)成分類：以硅酸鹽水泥為基礎(chǔ)的膨脹劑；以高鋁水泥為基礎(chǔ)的膨脹水泥；以硫鋁酸鹽水泥熟料為基礎(chǔ)的膨脹水泥；以鐵鋁酸鹽水泥熟料為基礎(chǔ)的膨脹水泥；以高鋁礦渣為基礎(chǔ)的膨脹水泥。3.膨脹水泥的主要用途硅酸鹽膨脹水泥：主要是用于制造防水砂漿和防水混凝土，用于加固構(gòu)造、澆筑機(jī)器底座或固結(jié)地腳螺栓，并可用于接縫及修補(bǔ)工程，但禁止在有硫酸鹽侵蝕的水中工程中使用。2026/1/24456.3特種水泥低熱微膨脹水泥：主要用于較低水化熱和要求補(bǔ)償收縮的混凝土、大體積混凝土，也可用于要求抗?jié)B和抗硫酸鹽侵蝕的工程。硫鋁酸鹽膨脹水泥：主要用于澆筑構(gòu)件節(jié)點(diǎn)及應(yīng)用于抗?jié)B和補(bǔ)償收縮的混凝土工程中。自應(yīng)力水泥：主要用于自應(yīng)力鋼筋混凝土壓力管及其配件。6.3.6油井水泥油井水泥是石油、天然氣勘探和開采時(shí)，油氣井固井處理的專用水泥品種。1.油井水泥的性能流動(dòng)性好：水泥漿具有較低的稠度，較高的沉降穩(wěn)定性和較低的游離水含量，；凝結(jié)時(shí)間適宜，對(duì)不同井溫、井壓條件，水泥漿體有較長(zhǎng)的稠化時(shí)間，保證固井結(jié)束后能快速凝結(jié)，且初凝和終凝時(shí)間間隔短；漿體密度范圍適宜，以保證各種巖層構(gòu)造的固井施工需要；漿體強(qiáng)度發(fā)揮較快，固井施工結(jié)束后漿體迅速硬化，并保證長(zhǎng)期穩(wěn)定；硬化漿體密封性好，不透氣、不透水，且對(duì)各類侵蝕介質(zhì)具有良好的抗蝕能力。2026/1/2446第六章水泥及輔助膠凝材料1234概述通用硅酸鹽水泥特種水泥輔助膠凝材料水泥的問(wèn)題和發(fā)展方向CONTENTS52026/1/24476.4輔助膠凝材料6.4.1粉煤灰1.粉煤灰定義與分類在燃煤發(fā)電廠燃爐中，揮發(fā)性物質(zhì)和碳充分燃燒，大多數(shù)礦物雜質(zhì)形成灰并隨尾氣排出。粉煤灰顆粒在燃燒爐中為熔融態(tài)，但在離開燃燒區(qū)后，熔融態(tài)粉煤灰被迅速冷卻，固化成球體、玻璃質(zhì)顆粒。有些熔融物結(jié)塊成底灰，但絕大多數(shù)還是形成燃灰排出，這就是所謂的粉煤灰。粉煤灰按收集方式不同，分為靜電收塵灰和機(jī)械收塵灰兩種。靜電收塵灰顆粒細(xì)、質(zhì)量好。機(jī)械收塵灰顆粒較粗、質(zhì)量較差。經(jīng)磨細(xì)處理的稱為磨細(xì)灰，未經(jīng)加工的稱為原狀灰?；瘜W(xué)成分上，有高鈣灰（C類，一般CaO>10%）和低鈣灰（F類，CaO<10%）之分。2026/1/24486.4輔助膠凝材料6.4.1粉煤灰2.粉煤灰三大效應(yīng)：我國(guó)前輩學(xué)者沈丹申教授經(jīng)過(guò)多年研究提出粉煤灰應(yīng)用于混凝土中具有三大效應(yīng)。（1）活性效應(yīng)：粉煤灰火山灰活性，其反應(yīng)的過(guò)程主要是受擴(kuò)散控制的溶解反應(yīng)，早期粉煤灰微珠表面溶解，反應(yīng)生成物沉淀在顆粒的表面上，后期Ca2+繼續(xù)通過(guò)表層和沉淀的水化產(chǎn)物層向芯部擴(kuò)散。（2）形態(tài)效應(yīng)：粉煤灰顆粒中絕大多數(shù)為玻璃微珠，是一種表面光滑的球形顆粒。由于粉煤灰玻璃微珠的滾珠作用，粉煤灰在混凝土中有減水作用，這將有利于減少混凝土的單位用水量，從而減少多余水在混凝土硬化后所形成的直徑較大的孔隙。2026/1/24496.4輔助膠凝材料6.4.1粉煤灰影響混凝土工作性能的因素主要是粉煤灰的細(xì)度。粉煤灰顆粒越細(xì)，球形顆粒含量越高，則需水量就越少。（3）微骨料填充效應(yīng)：

粉煤灰還具有微骨料填充效應(yīng)，能產(chǎn)生致密勢(shì)能，可以減少硬化混凝土的有害孔的比例，有效提高混凝土的密實(shí)性。由于粉煤灰在混凝土中活性填充行為的綜合效果，粉煤灰通常有致密作用。2026/1/24506.4輔助膠凝材料6.4.1粉煤灰3.粉煤灰對(duì)混凝土水密性和界面的影響

鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)對(duì)銹蝕、堿—骨料膨脹、硫酸鹽侵蝕或其他化學(xué)侵蝕的抵抗能力主要取決于混凝土的水密性。水密性的主要影響因素為拌和用水量﹑礦物摻合料的品種和用量、養(yǎng)護(hù)及混凝土抗裂性。

界面過(guò)渡區(qū)的水膠比高于水泥漿體的水膠比，且由應(yīng)力引發(fā)的微裂縫首先在界面過(guò)渡區(qū)形成，因而是混凝土中的薄弱環(huán)節(jié)。界面過(guò)渡區(qū)的微裂縫不僅決定著混凝土的力學(xué)性能，也決定著惡劣環(huán)境條件下混凝土的抗?jié)B性和耐久性。

總之，由于粉煤灰的顆粒堆積效應(yīng)，減水效應(yīng)及火山灰效應(yīng)，粉煤灰混凝土的界面過(guò)渡區(qū)逐漸消失，對(duì)提高混凝土的抗裂性和耐久性非常有利。2026/1/24516.4輔助膠凝材料6.4.1粉煤灰4.粉煤灰對(duì)混凝土性能的影響

粉煤灰的顆粒大多是球形的玻璃珠，優(yōu)質(zhì)粉煤灰由于其“滾珠”的作用，可以改善混凝土拌合物的和易性，減少混凝土單位體積用水量，減小硬化后水泥漿體干縮，提高混凝土的抗裂性。圖6-19顯示了隨著粉煤灰摻量增加坍落度損失隨之減小的規(guī)律。圖6-19粉煤灰摻量對(duì)混凝土坍落度影響在混凝土中摻入粉煤灰后，隨著粉煤灰摻量的增加，在一定摻加比例下，可以通過(guò)降低水膠比而保證早期強(qiáng)度不降低，而后期強(qiáng)度逐漸增加。粉煤灰對(duì)混凝土的強(qiáng)度有三重影響：減少用水量、增大粉體膠結(jié)料體積和通過(guò)長(zhǎng)期火山灰反應(yīng)提高后期強(qiáng)度。2026/1/24526.4輔助膠凝材料6.4.1粉煤灰

堿-骨料反應(yīng)（Alkali-AggregateReaction,AAR）導(dǎo)致混凝土的膨脹和開裂。當(dāng)混凝土中摻入粉煤灰后，粉煤灰和水泥中的堿反應(yīng)，能夠防止這種過(guò)度的膨脹?？梢?，粉煤灰對(duì)抑制混凝土中的堿-骨料反應(yīng)是有利的。圖粉煤灰摻量對(duì)砂漿90d膨脹率的影響在混凝土中摻加適量粉煤灰，可以顯著降低混凝土的溫度升高，改善混凝土亞微結(jié)構(gòu)，并有利于后期強(qiáng)度的發(fā)展，提高混凝土的耐久性。2026/1/24536.4輔助膠凝材料6.4.1粉煤灰5.粉煤灰在混凝土中應(yīng)用的問(wèn)題與技術(shù)要點(diǎn)：第一，優(yōu)質(zhì)粉煤灰可以改善拌合物工作性，但坍落度太大時(shí)，粉煤灰顆粒易上浮發(fā)生泌漿；第二，大摻量時(shí)在較低氣溫下凝結(jié)緩慢，早期表層強(qiáng)度較低；第三，早期孔隙率大，濕養(yǎng)護(hù)不夠，碳化問(wèn)題較突出，且表層混凝土失水影響水化，強(qiáng)度偏低，回彈值偏低；第四，對(duì)水敏感，在保濕欠缺的條件下，因內(nèi)部黏度增加，阻礙持續(xù)泌水而會(huì)加劇塑性開裂。為克服粉煤灰在應(yīng)用時(shí)可能出現(xiàn)的這些問(wèn)題，其在混凝土中應(yīng)用的技術(shù)要點(diǎn)是：（1）對(duì)于中低等級(jí)混凝土，在滿足施工條件下，坍落度值要盡可能小。（2）注意不要過(guò)度振搗。（3）要降低水膠比，摻量越大，水膠比要越低，以保證摻加粉煤灰混凝土的強(qiáng)2026/1/24546.4輔助膠凝材料6.4.2磨細(xì)礦渣粉（4）注意及時(shí)有效的養(yǎng)護(hù)并保證足夠的濕養(yǎng)護(hù)時(shí)間。澆筑后開始覆蓋養(yǎng)護(hù)保證不失水。濕養(yǎng)護(hù)時(shí)間也很重要，最好養(yǎng)護(hù)14d，且至少7d，總之要養(yǎng)護(hù)到混凝土實(shí)現(xiàn)較高抗?jié)B性的齡期。這對(duì)于避免塑性開裂，控制早期碳化，提高混凝土面層質(zhì)量意義重大。1.磨細(xì)礦渣粉定義礦渣是在煉鐵爐中浮于鐵水表面的熔渣，排除時(shí)噴水急冷而?；?，得到水淬礦渣，生產(chǎn)礦渣水泥和磨細(xì)礦渣用的都是這種粒狀渣。礦渣的活性比粉煤灰高，礦渣既可充當(dāng)混合材用于制備水泥，也可作為礦物摻合料代替水泥。2026/1/24556.4輔助膠凝材料

礦渣的主要化學(xué)組成為CaO、SiO2、Al2O3和Fe2O3等。礦渣的化學(xué)成分和粉煤灰不同，CaO含量很高，一般在40%以上，SiO2含量也較高，但Al2O3含量較低。2.磨細(xì)礦渣的化學(xué)成分和物理性質(zhì)圖C-S-A三元相圖

磨細(xì)礦渣細(xì)度對(duì)混凝土性能影響很大，礦渣微粉的顆粒級(jí)配、粒徑分布，顆粒形貌等特征參數(shù)與水泥基材料的流動(dòng)性、密實(shí)性及力學(xué)性能也都有密切的關(guān)系。3.磨細(xì)礦渣對(duì)混凝土性能的影響

磨細(xì)礦渣在堿激發(fā)、硫酸鹽激發(fā)或復(fù)合激發(fā)下具有反應(yīng)活性和自硬性，生成低鈣型的水化硅酸鈣凝膠，在水泥水化過(guò)程中激發(fā)、提高水泥水化的速率，改善混凝土的微結(jié)構(gòu)，從而顯著地改善并提高混凝土的強(qiáng)度和耐久性能。2026/1/24566.4輔助膠凝材料磨細(xì)礦渣加入混凝土后，混凝土的凝結(jié)時(shí)間會(huì)延長(zhǎng)。顆粒較粗的磨細(xì)礦渣易導(dǎo)致混凝土的泌水增大。若磨細(xì)礦渣的比表面積大于水泥的，則泌水就會(huì)減少。磨細(xì)礦渣的比表面積越大，減少泌水的效果越加明顯。

磨細(xì)礦渣細(xì)度粗細(xì)直接影響磨細(xì)礦渣的增強(qiáng)效果，原則上磨細(xì)礦渣細(xì)度越細(xì)則效果越好，但要求過(guò)細(xì)則對(duì)混凝土體積穩(wěn)定性會(huì)造成負(fù)面影響。圖

不同混凝土的強(qiáng)度發(fā)展磨細(xì)礦渣對(duì)混凝土抗?jié)B性的改善主要是由于改善了混凝土的微觀結(jié)構(gòu)，使水泥漿體的孔隙率明顯下降，強(qiáng)化了骨料界面黏結(jié)力，從而使混凝土的抗?jié)B性能和抗凍融性能有一定提高。從抗裂性的角度出發(fā)，摻加量應(yīng)該在70%以上。磨細(xì)礦渣與粉煤灰復(fù)摻與磨細(xì)礦渣單摻相比，明顯減小混凝土干縮值，混凝土等級(jí)越高減小幅度越大。2026/1/24576.4輔助膠凝材料用磨細(xì)礦渣替代部分硅酸鹽水泥，可改善混凝土的抗硫酸鹽性。其原因主要是：（1）隨著磨細(xì)礦渣的加入，混凝土拌合物中的CA含量降低，礦渣的取代率越大，CA含量降低得越多。（2）由于形成水化硅酸鈣，可溶性氫氧化鈣減少，這樣減少了形成硫酸鈣的條件。（3）抗硫酸鹽腐蝕在很大程度上取決于混凝土的滲透性，摻加S95級(jí)以上磨細(xì)礦渣，混凝土抗?jié)B性提高，從而防止了侵蝕性硫酸鹽侵入而提高了混凝土的抗硫酸鹽性能。綜上所述，磨細(xì)礦渣是混凝土中非常有效的礦物摻合料，摻入磨細(xì)礦渣﹐可以降低混凝土成本，同時(shí)大幅度提高混凝土強(qiáng)度、施工性能，提高了混凝土耐久性，抑制了堿-骨料反應(yīng)。2026/1/24586.4輔助膠凝材料6.4.3硅灰1.硅灰的定義

硅灰是鐵合金廠在冶煉硅鐵合金或工業(yè)硅時(shí)，通過(guò)煙道收集的以無(wú)定形二氧化硅為主要成分的粉體材料。北歐各國(guó)將硅灰又稱為凝聚硅灰，在美國(guó)和加拿大稱為硅灰，也有人稱之為微硅粉。

硅灰混凝土多用于有特殊要求的混凝土工程，如高強(qiáng)度﹑高抗?jié)B﹑高耐久性，耐侵蝕性﹑耐磨性及對(duì)鋼筋無(wú)侵蝕的混凝土中。2.硅灰的物理性質(zhì)和化學(xué)成分（1）顏色：呈白色或灰白（2）物理性能：2026/1/24596.4輔助膠凝材料6.4.3硅灰（3）化學(xué)成分

三種硅灰均為灰白色粉末，密度為2.1~2.2g/cm3，三種硅灰的顆粒組成和比表面積接近，平均粒徑0.1~0.2μm，約80%顆粒的粒徑在4μm以下，比表面積為15000~20000m2/kg。3.硅灰對(duì)混凝土性能的影響由于硅灰顆粒細(xì)小，比表面積大，具有SiO2純度高、高火山灰活性等物理化學(xué)特點(diǎn)。把硅灰作為礦物摻合料加入混凝土中，必須配以高效減水劑，方可保證混凝土的和易性。硅粉使用時(shí)會(huì)引起早期收縮過(guò)大的問(wèn)題，一般為膠凝材料總量的5%~10%，通常與其他礦物摻合料復(fù)合使用。2026/1/24606.4輔助膠凝材料硅灰混凝土的早期強(qiáng)度高。硅灰顆粒很細(xì)小，可以填塞水泥顆粒之間的空隙。顆粒密堆積，可以減少泌水，減少毛細(xì)孔并減小平均孔徑，密實(shí)結(jié)構(gòu)。關(guān)于硅灰對(duì)混凝土抗凍性的影響，國(guó)內(nèi)外的大量研究表明，在等量取代的情況下，摻量小于15%的混凝土，其抗凍性基本相同，有時(shí)還會(huì)提高。堿-骨料反應(yīng)是骨料中的活性氧化硅和水泥中的堿發(fā)生反應(yīng)生成吸水產(chǎn)物，體積增大，導(dǎo)致混凝土的膨脹和開裂。但摻量超過(guò)20%會(huì)明顯降低硅灰混凝土的抗凍性。當(dāng)向混凝土中摻入硅灰后，硅灰和水泥中的堿反應(yīng)，能夠防止這種過(guò)度的膨脹。2026/1/24616.4輔助膠凝材料6.4.4石灰石粉

石灰石粉一般是以生產(chǎn)石灰石碎石和機(jī)制砂時(shí)產(chǎn)生的細(xì)砂和石屑為原料，通過(guò)進(jìn)一步粉磨制成的粒徑不大于10μm的細(xì)粉，因?yàn)樵诨炷林芯哂辛己玫臏p水和分散效應(yīng)而被關(guān)注和應(yīng)用。圖

石灰石粉、粉煤灰和水泥顆粒的區(qū)間分布含量

大量研究表明石灰石粉不完全是一種惰性摻合料，可以生成三碳水化鋁酸鈣和單碳水化鋁酸鈣。隨著高細(xì)粉磨技術(shù)的進(jìn)步，利用石灰石粉作為混凝土摻合料已具備實(shí)施條件。超細(xì)石灰石粉具有減水增塑效果，可明顯改善混凝土工作性能。2026/1/24626.4輔助膠凝材料6.4.5沸石巖粉1.沸石巖粉定義天然沸石巖即沸石凝灰?guī)r，是在長(zhǎng)期壓力、溫度和水作用下一部分已經(jīng)發(fā)生沸石化的凝灰?guī)r。天然沸石巖的沸石含量差異很大，低的有30%，高的可達(dá)90%。沸石巖粉是天然沸石巖磨細(xì)而成，顏色為白色，具有很大的內(nèi)表面積。2.沸石巖粉的特性沸石巖是火山灰質(zhì)鋁硅酸鹽礦物，化學(xué)成分以SiO2為主，占60%左右，Al2O3占15%~20%。沸石具有良好的熱穩(wěn)定性、耐酸性、導(dǎo)電性、化學(xué)反應(yīng)的催化裂化性、耐腐蝕性和低堆積密度等性能特點(diǎn)。2026/1/24636.4輔助膠凝材料3.沸石粉的火山灰活性反應(yīng)水泥水化產(chǎn)物中氫氧化鈣晶體在高堿性的孔溶液中沉淀下來(lái)，當(dāng)沸石粉在高堿性的溶液中受到OH-的侵蝕，其格架狀構(gòu)造開始分解：通常認(rèn)為，以無(wú)定形和玻璃態(tài)為主的物質(zhì)比晶態(tài)的物質(zhì)活性高。與一般活性火山灰質(zhì)材料不同，天然沸石粉是一種微細(xì)結(jié)晶礦物，其活性卻很高。而將沸石粉經(jīng)500~600℃焙燒，變成玻璃態(tài)的沸石后，其增強(qiáng)效果比燒前要差，這說(shuō)明沸石礦物結(jié)構(gòu)改變后活性下降。沸石的粉磨細(xì)度對(duì)活性的影響也較大，磨細(xì)后沸石的表面能及表面活性很大，且經(jīng)機(jī)械粉磨破碎，粉體表面反應(yīng)活化點(diǎn)增多，火山灰活性得到進(jìn)一步提高。沸石粉的活性正是因?yàn)榛钚猿煞諷iO2和Al2O3與水泥水化過(guò)程中釋放的氫氧化鈣發(fā)生反應(yīng)，使其轉(zhuǎn)化為水化硅酸鈣凝膠和水化鋁酸鈣。2026/1/24646.4輔助膠凝材料6.4.6偏高嶺土超細(xì)粉

偏高嶺土是以高嶺土（Al2O3·2SiO2·2H2O）為原料，在適當(dāng)溫度下（600～900℃）經(jīng)脫水、分解，一部分形成無(wú)定形二氧化硅和氧化鋁；另一部分仍是無(wú)水鋁硅酸鹽結(jié)晶。偏高嶺土的主要成分是無(wú)定形二氧化硅和氧化鋁，其含量達(dá)到90%以上，特別是氧化鋁含量比較高。

偏高嶺土作為一種活性微細(xì)摻合料除了具有火山灰效應(yīng)，還有填充效應(yīng)，使孔隙變小，界面趨于密實(shí)，使水泥石與骨料界面的黏結(jié)力增強(qiáng)。同時(shí)，由于偏高嶺土具有較高的比表面積，親水性好，加入混凝土中，可改善混凝土拌合物的黏聚性和保水性，避免發(fā)生泌水現(xiàn)象。2026/1/24656.4輔助膠凝材料6.4.7鐵尾礦微粉鐵尾礦微粉是以鐵礦在采礦或選礦過(guò)程中產(chǎn)生的尾礦為主要原料，經(jīng)粉磨至規(guī)定細(xì)度的粉體材料。鐵尾礦粉在膠凝材料體系中的填充效應(yīng)主要表現(xiàn)為鐵尾礦粉填充在水泥漿體的空隙中，使膠凝材料漿體結(jié)構(gòu)更為密實(shí)，孔隙率降低，孔隙尺寸減小，細(xì)化孔徑，達(dá)到改善孔結(jié)構(gòu)的效果；同時(shí)可以提高漿體和混凝土的強(qiáng)度。鐵尾礦作為一種大量排放的工業(yè)固體廢棄物，同時(shí)具有一定的經(jīng)濟(jì)效益、環(huán)保效益和礦產(chǎn)資源持續(xù)供給的作用，所以如何有效利用鐵尾礦是人們主要的研究方向。將具有一定細(xì)度的鐵尾礦粉作為礦物摻合料應(yīng)用于混凝土中，可充分發(fā)揮鐵尾礦粉顆粒特性的“填充效應(yīng)”和“形態(tài)效應(yīng)”。2026/1/24666.4輔助膠凝材料6.4.7鐵尾礦微粉將鐵尾礦作為混凝土摻合料不僅緩解了鐵尾礦堆存的壓力，還促進(jìn)了混凝土產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。鐵尾礦作為混凝土摻合料的研究的展望主要有以下兩個(gè)方面：（1）加強(qiáng)鐵尾礦混凝