第一章水泥
1.1胶凝材料
（1）有机胶凝材料是指以天然或人工合成高分子化合物为基本组成的一类胶凝材料。最常用的有沥青、树脂、橡胶等。
（2）无机胶凝材料按其硬化条件的不同又可分为气硬性和水硬性两类
1、水硬性胶凝材料
和水成浆厚，既能在空气中硬化，又能在水中硬化，保持和继续发展其强度的称水硬性材料。这类材料通称为水泥。
2、气硬性胶凝材料
只能在空气中硬化，也只能在空气中保持和发展其强度的称气硬性材料，如石灰、石膏和水玻璃等，气硬性胶凝材料一般只适用于干燥环境中，而不宜用于潮湿环境，更不可用于水中。
1、水玻璃
能风化。在100℃时失去6分子结晶水。易溶于水，溶于稀氢氧化钠溶液，不溶于乙醇和酸。熔点40~48℃。低毒。 2、石灰
石灰粒子形成氢氧化钙胶体结构，颗粒极细(粒径约为1μm)，比表面积很大(达10～30 m2/g)，其表面吸附一层较厚的水膜，可吸附大量的水，因而有较强保持水分的能力，即保水性好。将它掺入水泥砂浆中，配成混合砂浆，可显着提高砂浆的和易性。
石灰依靠干燥结晶以及碳化作用而硬化，由于空气中的二氧化碳含量低，且碳化后形成的碳酸钙硬壳阻止二氧化碳向内部渗透，也妨碍水分向外蒸发，因而硬化缓慢，硬化后的强度也不高，1：3的石灰砂浆28 d的抗压强度只有0.2～0.5 MPa。在处于潮湿环境时，石灰中的水分不蒸发，二氧化碳也无法渗入，硬化将停止；加上氢氧化钙易溶于水，已硬化的石灰遇水还会溶解溃散。因此，石灰不宜在长期潮湿和受水浸泡的环境中使用。
石灰在硬化过程中，要蒸发掉大量的水分，引起体积显着收缩，易出现干缩裂缝。所以，石灰不宜单独使用，一般要掺入砂、纸筋、麻刀等材料，以减少收缩，增加抗拉强度，并能节约石灰。
石灰具有较强的碱性，在常温下，能与玻璃态的活性氧化硅或活性氧化铝反应，生成有水硬性的产物，产生胶结。因此，石灰还是建筑材料工业中重要的原材料。
3、石膏
石膏胶凝材料是一种以硫酸钙（CaSO4）为主要成分的气硬性无机胶凝材料。其品种主要有建筑石膏、高强石膏、粉刷石膏、无水石膏水泥、高温煅烧石膏等。其中，以半水石膏（CaSO4·1/2H2O）为主要成分的建筑石膏和高强石膏在建筑工程中应用较多，最常用的是建筑石膏。
建筑石膏的技术性质：
1.凝结硬化快。石膏浆体的初凝和终凝时间都很短，一般初凝时间为几分钟至十几分钟，终凝时间在半小时以内，大约一星期左右完全硬化。为满足施工要求，需要加入缓凝剂，如硼砂、酒石酸钾钠、柠檬酸、聚乙烯醇、石灰活化骨胶或皮胶等。
2.硬化时体积微膨胀。石膏浆体凝结硬化时不像石灰、水泥那样出现收缩，反而略有膨胀（膨胀率约为1%），使石膏硬化体表面光滑饱满，可制作出纹理细致的浮雕花饰。
3.硬化后孔隙率高。石膏浆体硬化后内部孔隙率可达50～60%，因而石膏制品具有表观密度较小、强度较低、导热系数小、吸声性强、吸湿性大、可调节室内温度和湿度的特点。
4.防火性能好。石膏制品在遇火灾时，二水石膏将脱出结晶水，吸热蒸发，并在制品表面形成蒸汽幕和脱水物隔热层，可有效减少火焰对内部结构的危害。建筑石膏制品在防火
的同时自身也会遭到损坏，而且石膏制品也不宜长期用于靠近65℃以上高温的部位，以免二水石膏在此温度下失去结晶水，从而失去强度。
5.耐水性和抗冻性差。建筑石膏硬化体的吸湿性强，吸收的水分会减弱石膏晶粒间的结合力，使强度显著降低；若长期浸水，还会因二水石膏晶体逐渐溶解而导致破坏石膏制品吸水饱和后受冻，会因孔隙中水分结晶膨胀而破坏。所以，石膏制品的耐水性和抗冻性较差，不宜用于潮湿部位。为提高其耐水性，可加入适量的水泥、矿渣等水硬性材料，也可加入有机防水剂等，可改善石膏制品的孔隙状态或使孔壁具有憎水性。
（3）在建筑材料中，经过一系列物理作用、化学作用，能从浆体变成坚固的石状体，并能将其他固体物料胶结成整体而具有一定机械强度的物质，统称为胶凝材料。 1.2水泥的品种（水硬性胶凝材料）
（1）复合硅酸盐水泥：由硅酸盐水泥熟料、20%~50%两种或两种以上规定的混合材料和适量石膏磨细制成的水硬性胶凝材料，称为复合硅酸盐水泥（简称复合水泥），代号P.C
（2）矿渣硅酸盐水泥：由硅酸盐水泥熟料、20%~70%粒化高炉矿渣和适量石膏磨细制成的水硬性胶凝材料，称为矿渣硅酸盐水泥，代号：P.S。A型矿渣掺量>20%且≤50%，代号
（3）火山灰质硅酸盐水泥：由硅酸盐水泥熟料、20%~40%火山灰质混合材料和适量石膏磨细制成的水硬性胶凝材料。称为火山灰质硅酸盐水泥，代号：P.P。
（4）普通硅酸盐水泥：由硅酸盐水泥熟料、6%~20%混合材料，适量石膏磨细制成的水硬性胶凝材料，称为普通硅酸盐水泥（简称普通水泥），代号：P.O
（5）硅酸盐水泥：由硅酸盐水泥熟料、0%~5%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，分P.I和P.II，即国外通称的波特兰水泥。
（6）水泥分类：
按用途及性能分：
（1）通用水泥: 一般土木建筑工程通常采用的水泥。通用水泥主要是指：GB175—2007规定的六大类水泥，即硅酸盐水泥、普通硅酸盐水泥、矿渣硅酸盐水泥、火山灰质硅酸盐水泥、粉煤灰硅酸盐水泥和复合硅酸盐水泥。
（2）专用水泥：专门用途的水泥。如：G级油井水泥，道路硅酸盐水泥。
（3）特性水泥：某种性能比较突出的水泥。如：快硬硅酸盐水泥、低热矿渣硅酸盐水泥、膨胀硫铝酸盐水泥、磷铝酸盐水泥和磷酸盐水泥。.
1.3 水泥的生产工艺
（1）硅酸盐类水泥的生产工艺在水泥生产中具有代表性，是以石灰石和粘土为主要原料，经破碎、配料、磨细制成生料，然后喂入水泥窑中煅烧成熟料，再将熟料加适量石膏（有时还掺加混合材料或外加剂）磨细而成。
（2）两磨一烧：生料粉磨、熟料煅烧、水泥粉磨
（3）水泥熟料中的主要的矿物是硅酸三钙，而它的形成需在液相中进行，当温度达到1300℃时，C3A、C4AF及R2O熔剂矿物变成液相，C2S及CaO很快被高温熔融的液相所溶解并进行化学反应，形成C3S：
2 CaO· SiO2 + CaO 3 CaO· SiO2 （C3S）
该反应称为烧结反应，它是在1300～1450～1300℃范围进行，故称该温度范围为烧成温度范围；在1450℃时反应迅速，故称该温度为烧成温度。为使反应完全，还需有一定的时间，一般为10～20分钟。
1.4 水泥的水化硬化过程
（1）影响硅酸盐水泥凝结硬化的因素：1、水泥的矿物成分及水泥细度；2、水泥混合材和水泥外加剂；3、拌合用水量4、养护条件和时间。
（2）（5）硅酸盐水泥的主要矿物：硅酸三钙（3CaO·SiO2，简式C3S），硅酸二钙（2CaO·SiO2，简式C2S），铝酸三钙（3CaO·Al2O3，简式C3A），铁铝酸四钙（4CaO·Al2O3·Fe2O3，简式C4AF）
（3）非活性混合材料掺入水泥中，主要起填充作用，可以提高水泥的产量，降低水化热，降低强度等级，对水泥其他性能影响不大。
（4）熟料矿物经过磨细之后均能与水发生化学反应——水化反应
1.5 水泥的基本技术性能
（1）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
普通硅酸盐水泥的强度等级划分为32.5、32.5R、42.5、42.5R、52.5、52.5R 其中R型水泥为早强型
（2）硅酸盐水泥密度/kg·cm :3.10~3.20；普通硅酸盐水泥泥密度/kg·cm :3.10左右； 硅酸盐水泥堆积密度/kg·cm：1300~1600；普通硅酸盐水泥泥密度/kg·cm :1300~1600
（3）（5）水泥化学指标：不溶物、烧失量、氧化镁、SO3、碱含量
1、不溶物：国标规定：I型硅酸盐水泥中不溶物不得超过0.75％，Ⅱ型不得超过1.5％。
2、烧失量：国际规定：I型硅酸盐水泥烧失量不得大于3.0％；Ⅱ型硅酸盐水泥烧失量不得大于5.0％。
3、氧化镁：国际规定：硅酸盐水泥中MgO含量
4、SO3：国际规定：矿渣水泥中SO3不得超过4.0％，其他五类水泥中SO3不得超过
3.5％
5、碱含量：若水泥中碱含量高，当选用含有活性的骨料配制混凝土时，会产生碱骨料反应，国际规定：水泥中碱含量按Na2O+0.658K2O计算值来表示，若使用活性骨料，用户要求提供低碱水泥时，则水泥中的碱含量不大于0.60％或由双方商定
（4）水泥需水量是影响混凝土性能的重要因素之一，降低水泥需水量对降低混凝土用水量，提高强度，降低水泥用量，节约生产成本， 推动产业的节能降耗和技术进步都具有十分重要的意义。影响需水量的因素：熟料矿物组成的影响、水泥比表面积和水泥颗粒特性的影响、石膏的影响、水泥混合材料的影响
（6）水泥物理指标：强度、凝结时间、安定性、标准稠度、细度、比表面积 -3-3-3-3
（7）细度：指水泥颗粒的粗细程度。硅酸盐水泥的细度为比表面积大于300m/kg；普通硅酸盐水泥细度通过80μm方孔筛筛余不得超过10%
凝结时间：分为初凝时间和终凝时间。初凝时间是从加水至水泥浆开始失去塑性的时间；终凝时间是从加水至水泥浆完全失去塑性的时间。国家标准规定：硅酸盐水泥初凝不得早于45min，终凝不得迟于6.5h；普通硅酸盐水泥初凝不得早于45min，终凝不得迟于10h。 体积安定性：指水泥浆体硬化后体积变化的稳定性。水泥在硬化过程中体积变化不稳定，即为体积安定性不良。水泥安定性不良的原因是熟料中含有过量的游离氧化钙或游离氧化镁，或生产水泥时掺入的石膏过量所致。 2
第一章水泥
1.1胶凝材料
（1）有机胶凝材料是指以天然或人工合成高分子化合物为基本组成的一类胶凝材料。最常用的有沥青、树脂、橡胶等。
（2）无机胶凝材料按其硬化条件的不同又可分为气硬性和水硬性两类
1、水硬性胶凝材料
和水成浆厚，既能在空气中硬化，又能在水中硬化，保持和继续发展其强度的称水硬性材料。这类材料通称为水泥。
2、气硬性胶凝材料
只能在空气中硬化，也只能在空气中保持和发展其强度的称气硬性材料，如石灰、石膏和水玻璃等，气硬性胶凝材料一般只适用于干燥环境中，而不宜用于潮湿环境，更不可用于水中。
1、水玻璃
能风化。在100℃时失去6分子结晶水。易溶于水，溶于稀氢氧化钠溶液，不溶于乙醇和酸。熔点40~48℃。低毒。 2、石灰
石灰粒子形成氢氧化钙胶体结构，颗粒极细(粒径约为1μm)，比表面积很大(达10～30 m2/g)，其表面吸附一层较厚的水膜，可吸附大量的水，因而有较强保持水分的能力，即保水性好。将它掺入水泥砂浆中，配成混合砂浆，可显着提高砂浆的和易性。
石灰依靠干燥结晶以及碳化作用而硬化，由于空气中的二氧化碳含量低，且碳化后形成的碳酸钙硬壳阻止二氧化碳向内部渗透，也妨碍水分向外蒸发，因而硬化缓慢，硬化后的强度也不高，1：3的石灰砂浆28 d的抗压强度只有0.2～0.5 MPa。在处于潮湿环境时，石灰中的水分不蒸发，二氧化碳也无法渗入，硬化将停止；加上氢氧化钙易溶于水，已硬化的石灰遇水还会溶解溃散。因此，石灰不宜在长期潮湿和受水浸泡的环境中使用。
石灰在硬化过程中，要蒸发掉大量的水分，引起体积显着收缩，易出现干缩裂缝。所以，石灰不宜单独使用，一般要掺入砂、纸筋、麻刀等材料，以减少收缩，增加抗拉强度，并能节约石灰。
石灰具有较强的碱性，在常温下，能与玻璃态的活性氧化硅或活性氧化铝反应，生成有水硬性的产物，产生胶结。因此，石灰还是建筑材料工业中重要的原材料。
3、石膏
石膏胶凝材料是一种以硫酸钙（CaSO4）为主要成分的气硬性无机胶凝材料。其品种主要有建筑石膏、高强石膏、粉刷石膏、无水石膏水泥、高温煅烧石膏等。其中，以半水石膏（CaSO4·1/2H2O）为主要成分的建筑石膏和高强石膏在建筑工程中应用较多，最常用的是建筑石膏。
建筑石膏的技术性质：
1.凝结硬化快。石膏浆体的初凝和终凝时间都很短，一般初凝时间为几分钟至十几分钟，终凝时间在半小时以内，大约一星期左右完全硬化。为满足施工要求，需要加入缓凝剂，如硼砂、酒石酸钾钠、柠檬酸、聚乙烯醇、石灰活化骨胶或皮胶等。
2.硬化时体积微膨胀。石膏浆体凝结硬化时不像石灰、水泥那样出现收缩，反而略有膨胀（膨胀率约为1%），使石膏硬化体表面光滑饱满，可制作出纹理细致的浮雕花饰。
3.硬化后孔隙率高。石膏浆体硬化后内部孔隙率可达50～60%，因而石膏制品具有表观密度较小、强度较低、导热系数小、吸声性强、吸湿性大、可调节室内温度和湿度的特点。
4.防火性能好。石膏制品在遇火灾时，二水石膏将脱出结晶水，吸热蒸发，并在制品表面形成蒸汽幕和脱水物隔热层，可有效减少火焰对内部结构的危害。建筑石膏制品在防火
的同时自身也会遭到损坏，而且石膏制品也不宜长期用于靠近65℃以上高温的部位，以免二水石膏在此温度下失去结晶水，从而失去强度。
5.耐水性和抗冻性差。建筑石膏硬化体的吸湿性强，吸收的水分会减弱石膏晶粒间的结合力，使强度显著降低；若长期浸水，还会因二水石膏晶体逐渐溶解而导致破坏石膏制品吸水饱和后受冻，会因孔隙中水分结晶膨胀而破坏。所以，石膏制品的耐水性和抗冻性较差，不宜用于潮湿部位。为提高其耐水性，可加入适量的水泥、矿渣等水硬性材料，也可加入有机防水剂等，可改善石膏制品的孔隙状态或使孔壁具有憎水性。
（3）在建筑材料中，经过一系列物理作用、化学作用，能从浆体变成坚固的石状体，并能将其他固体物料胶结成整体而具有一定机械强度的物质，统称为胶凝材料。 1.2水泥的品种（水硬性胶凝材料）
（1）复合硅酸盐水泥：由硅酸盐水泥熟料、20%~50%两种或两种以上规定的混合材料和适量石膏磨细制成的水硬性胶凝材料，称为复合硅酸盐水泥（简称复合水泥），代号P.C
（2）矿渣硅酸盐水泥：由硅酸盐水泥熟料、20%~70%粒化高炉矿渣和适量石膏磨细制成的水硬性胶凝材料，称为矿渣硅酸盐水泥，代号：P.S。A型矿渣掺量>20%且≤50%，代号
（3）火山灰质硅酸盐水泥：由硅酸盐水泥熟料、20%~40%火山灰质混合材料和适量石膏磨细制成的水硬性胶凝材料。称为火山灰质硅酸盐水泥，代号：P.P。
（4）普通硅酸盐水泥：由硅酸盐水泥熟料、6%~20%混合材料，适量石膏磨细制成的水硬性胶凝材料，称为普通硅酸盐水泥（简称普通水泥），代号：P.O
（5）硅酸盐水泥：由硅酸盐水泥熟料、0%~5%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，分P.I和P.II，即国外通称的波特兰水泥。
（6）水泥分类：
按用途及性能分：
（1）通用水泥: 一般土木建筑工程通常采用的水泥。通用水泥主要是指：GB175—2007规定的六大类水泥，即硅酸盐水泥、普通硅酸盐水泥、矿渣硅酸盐水泥、火山灰质硅酸盐水泥、粉煤灰硅酸盐水泥和复合硅酸盐水泥。
（2）专用水泥：专门用途的水泥。如：G级油井水泥，道路硅酸盐水泥。
（3）特性水泥：某种性能比较突出的水泥。如：快硬硅酸盐水泥、低热矿渣硅酸盐水泥、膨胀硫铝酸盐水泥、磷铝酸盐水泥和磷酸盐水泥。.
1.3 水泥的生产工艺
（1）硅酸盐类水泥的生产工艺在水泥生产中具有代表性，是以石灰石和粘土为主要原料，经破碎、配料、磨细制成生料，然后喂入水泥窑中煅烧成熟料，再将熟料加适量石膏（有时还掺加混合材料或外加剂）磨细而成。
（2）两磨一烧：生料粉磨、熟料煅烧、水泥粉磨
（3）水泥熟料中的主要的矿物是硅酸三钙，而它的形成需在液相中进行，当温度达到1300℃时，C3A、C4AF及R2O熔剂矿物变成液相，C2S及CaO很快被高温熔融的液相所溶解并进行化学反应，形成C3S：
2 CaO· SiO2 + CaO 3 CaO· SiO2 （C3S）
该反应称为烧结反应，它是在1300～1450～1300℃范围进行，故称该温度范围为烧成温度范围；在1450℃时反应迅速，故称该温度为烧成温度。为使反应完全，还需有一定的时间，一般为10～20分钟。
1.4 水泥的水化硬化过程
（1）影响硅酸盐水泥凝结硬化的因素：1、水泥的矿物成分及水泥细度；2、水泥混合材和水泥外加剂；3、拌合用水量4、养护条件和时间。
（2）（5）硅酸盐水泥的主要矿物：硅酸三钙（3CaO·SiO2，简式C3S），硅酸二钙（2CaO·SiO2，简式C2S），铝酸三钙（3CaO·Al2O3，简式C3A），铁铝酸四钙（4CaO·Al2O3·Fe2O3，简式C4AF）
（3）非活性混合材料掺入水泥中，主要起填充作用，可以提高水泥的产量，降低水化热，降低强度等级，对水泥其他性能影响不大。
（4）熟料矿物经过磨细之后均能与水发生化学反应——水化反应
1.5 水泥的基本技术性能
（1）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
普通硅酸盐水泥的强度等级划分为32.5、32.5R、42.5、42.5R、52.5、52.5R 其中R型水泥为早强型
（2）硅酸盐水泥密度/kg·cm :3.10~3.20；普通硅酸盐水泥泥密度/kg·cm :3.10左右； 硅酸盐水泥堆积密度/kg·cm：1300~1600；普通硅酸盐水泥泥密度/kg·cm :1300~1600
（3）（5）水泥化学指标：不溶物、烧失量、氧化镁、SO3、碱含量
1、不溶物：国标规定：I型硅酸盐水泥中不溶物不得超过0.75％，Ⅱ型不得超过1.5％。
2、烧失量：国际规定：I型硅酸盐水泥烧失量不得大于3.0％；Ⅱ型硅酸盐水泥烧失量不得大于5.0％。
3、氧化镁：国际规定：硅酸盐水泥中MgO含量
4、SO3：国际规定：矿渣水泥中SO3不得超过4.0％，其他五类水泥中SO3不得超过
3.5％
5、碱含量：若水泥中碱含量高，当选用含有活性的骨料配制混凝土时，会产生碱骨料反应，国际规定：水泥中碱含量按Na2O+0.658K2O计算值来表示，若使用活性骨料，用户要求提供低碱水泥时，则水泥中的碱含量不大于0.60％或由双方商定
（4）水泥需水量是影响混凝土性能的重要因素之一，降低水泥需水量对降低混凝土用水量，提高强度，降低水泥用量，节约生产成本， 推动产业的节能降耗和技术进步都具有十分重要的意义。影响需水量的因素：熟料矿物组成的影响、水泥比表面积和水泥颗粒特性的影响、石膏的影响、水泥混合材料的影响
（6）水泥物理指标：强度、凝结时间、安定性、标准稠度、细度、比表面积 -3-3-3-3
（7）细度：指水泥颗粒的粗细程度。硅酸盐水泥的细度为比表面积大于300m/kg；普通硅酸盐水泥细度通过80μm方孔筛筛余不得超过10%
凝结时间：分为初凝时间和终凝时间。初凝时间是从加水至水泥浆开始失去塑性的时间；终凝时间是从加水至水泥浆完全失去塑性的时间。国家标准规定：硅酸盐水泥初凝不得早于45min，终凝不得迟于6.5h；普通硅酸盐水泥初凝不得早于45min，终凝不得迟于10h。 体积安定性：指水泥浆体硬化后体积变化的稳定性。水泥在硬化过程中体积变化不稳定，即为体积安定性不良。水泥安定性不良的原因是熟料中含有过量的游离氧化钙或游离氧化镁，或生产水泥时掺入的石膏过量所致。 2