硅酸鹽水泥
| 硅酸鹽水泥 |
凡以硅酸鈣為主的硅酸鹽水泥熟料，5%以下的石灰石或粒化高爐礦渣，適量石膏磨細製成的水硬性膠凝材料，統稱為硅酸鹽水泥（Portland cement），國際上統稱為波特蘭水泥。
硅酸鹽水泥分兩種類型，不摻加混合材料的稱為Ⅰ型硅酸鹽水泥，代號P·Ⅰ；摻加不超過水泥質量5%的石灰石或粒化高爐礦渣混合材料的稱為Ⅱ型硅酸鹽水泥，代號P·Ⅱ。
目錄
基本內容
中文名：硅酸鹽水泥
別名：cement
技術要求：採用比表面積測定儀和粒度儀檢驗
分類：概念，技術要求，基本性能
外文名：Portland Cement，Silicate Cement
礦物組成：硅酸三鈣，硅酸二鈣，鋁酸三鈣等
標明：執行標準，水泥品種等
礦物組成
硅酸鹽水泥的主要礦物組成是：硅酸三鈣、硅酸二鈣、鋁酸三鈣、鐵鋁酸四鈣。硅酸三鈣決定着硅酸鹽水泥四個星期內的強度；硅酸二鈣四星期後才發揮強度作用，約一年左右達到硅酸三鈣四個星期的發揮強度；鋁酸三鈣強度發揮較快，但強度低，其對硅酸鹽水泥在1至3天或稍長時間內的強度起到一定的作用；鐵鋁酸四鈣的強度發揮也較快，但強度低，對硅酸鹽水泥的強度貢獻小。
技術要求
硅酸鹽水泥的細度採用比表面積測定儀檢驗，其比表面積應不小於300㎡/kg，否則為不合格品。國家標準規定：硅酸鹽水泥的初凝時間不早於45min，否則為不合格品；終凝時間不遲於390min，否則為不合格品。硅酸鹽水泥的體積安定性經檢驗必須合格，否則為不合格品。硅酸鹽水泥根據3d和28d的抗壓強度分為三個強度等級即42.5、52.5、62.5，每個等級有兩個類型即普通型與早強型（用R表示）。
基本性能
A、凝結硬化快，早期強度及後期強度高，適用於有早強要求的混凝土、冬季施工混凝土，地上、地下重要結構的高強混凝土和預應力混凝土工程。
B、抗凍性好，適用於嚴寒地區水位升降範圍內遭受反覆凍融循環的混凝土工程。
C、水化熱大，不宜用於大體積混凝土工程，但可用於低溫季節或冬期施工。
D、耐腐蝕性差，不宜用於經常與流動淡水或硫酸鹽等腐蝕介質接觸的工程，也不宜用於經常與海水、礦物水等腐蝕介質接觸的工程。
E、耐熱性差，不宜用於有耐熱要求的混凝土工程。
F、抗碳化性能好，適用於空氣中 CO2濃度較高的環境，如鑄造車間等。
G、干縮小，可用於乾燥環境下的混凝土工程。
H、耐磨性好，可用於路面與地面工程。
這類水泥包括不摻或摻有混合材料的各種硅酸鹽水泥，中國按其混合材料的摻加情況，共分為如下六類。
1.純熟料硅酸鹽水泥
2.普通硅酸鹽水泥
3.礦渣硅酸鹽水泥
4.火山灰質硅酸鹽水泥
5.粉煤灰硅酸鹽水泥
6.複合硅酸鹽水泥
發展簡史
cement一詞在英語裡也寫作caement由拉丁文caementum發展而來，是碎石及片石的意思。水泥的歷史最早可追溯到古羅馬人在建築中使用的石灰與火山灰的混合物，這種混合物與現代的石灰火山灰水泥很相似。用它膠結碎石製成的混凝土，硬化後不但強度較高，而且還能抵抗淡水或含鹽水的侵蝕。長期以來，它作為一種重要的膠凝材料，廣泛應用於建築工程。 1756年，英國工程師J.斯米頓在研究某些石灰在水中硬化的特性時發現：要獲得水硬性石灰，必須採用含有粘土的石灰石來燒制；用於水下建築的砌築砂漿，最理想的成分是由水硬性石灰和火山灰配成。這個重要的發現為近代水泥的研製和發展奠定了理論基礎。 1796年，英國人J.帕克用泥灰岩燒制出了一種水泥，外觀呈棕色，很像古羅馬時代的石灰和火山灰混合物，命名為羅馬水泥。因為它是採用天然泥灰岩作原料，不經配料直接燒制而成的，故又名天然水泥。具有良好的水硬性和快凝特性，特別適用於與水接觸的工程。 1813年，法國的土木技師畢加發現了石灰和粘土按三比一混合製成的水泥性能最好。 1824年，英國建築工人J.阿斯普丁取得了波特蘭水泥的專利權。他用石灰石和粘土為原料，按一定比例配合後，在類似於燒石灰的立窯內煅燒成熟料，再經磨細製成水泥。因水泥硬化後的顏色與英格蘭島上波特蘭地方用於建築的石頭相似，被命名為波特蘭水泥。它具有優良的建築性能，在水泥史上具有劃時代意義。 1907年，法國比埃利用鋁礦石的鐵礬土代替粘土，混合石灰岩燒製成了水泥。由於這種水泥含有大量的氧化鋁，所以叫做「礬土水泥」。 1871年，日本開始建造水泥廠。 1877年，英國的克蘭普頓發明了迴轉爐，並於1885年經蘭薩姆改革成更好的迴轉爐。 1889年，中國河北唐山開平煤礦附近，設立了用立窯生產的唐山「細綿土」廠。1906年在該廠的基礎上建立了啟新洋灰公司，年產水泥4萬噸。 1893年，日本遠藤秀行和內海三貞二人發明了不怕海水的硅酸鹽水泥。 20世紀，人們在不斷改進波特蘭水泥性能的同時，研製成功了一批適用於特殊建築工程的水泥，如高鋁水泥，特種水泥等。全世界的水泥品種已發展到100多種，2007年水泥年產量約20億噸。 中國在1952年制訂了第一個全國統一標準，確定水泥生產以多品種多標號為原則，並將波特蘭水泥按其所含的主要礦物組成改稱為矽酸鹽水泥，後又改稱為硅酸鹽水泥至今。2007年中國水泥年產量約11億噸。
行業標準
《通用硅酸鹽水泥》標準，於2007年11月9日，由國家質檢總局、國家標準化委員會聯合發布。
該標準在大量試驗和多次徵求意見的基礎上完成的，主要將以前GB175-1999、GB1344-1999、GB12958-1999三項國家標準合而為一，在技術要求、混合材品種和摻量、合格判定等方面做了較大的變動，特別是在水泥品種劃分、混合材種類限定、取消P.O32.5、增加水泥出廠合格證內容等方面做了詳細規定，詳細查看GB175—2007《通用硅酸鹽水泥》標準條文解釋。
GB 175-2007/XG1-2009 《 通用硅酸鹽水泥 》國家標準第1號修改單了原GB175-2007《通用硅酸鹽水泥》相關數據與分類。現《通用硅酸鹽水泥》以GB 175-2007/XG1-2009 《 通用硅酸鹽水泥 》為標準。
硅酸鹽水泥
Common Portland Cement
以硅酸鹽水泥熟料和適量的石膏、及規定的混合材料製成的水硬性膠凝材料。
熟料
由主要含CaO、SiO2、Al2O3、Fe2O3的原料，按適當比例磨成細粉燒至部分熔融所得以硅酸鈣為主要礦物成分的水硬性膠凝物質。其中硅酸鈣礦物不小於66%，氧化鈣和氧化硅質量比不小於2.0。
簡稱P.O水泥
強度等級
硅酸鹽水泥的強度等級分為42.5、42.5R、52.5、52.5R、62.5、62.5R六個等級。
普通硅酸鹽水泥的強度等級分為42.5、42.5R、52.5、52.5R四個等級。
礦渣硅酸鹽水泥、火山灰質硅酸鹽水泥、粉煤灰硅酸鹽水泥、複合硅酸鹽水泥的強度等級分為32.5、32.5R、42.5、42.5R、52.5、52.5R六個等級。
凝結時間
硅酸鹽水泥初凝不小於45min，終凝不大於390min；
普通硅酸鹽水泥、礦渣硅酸鹽水泥、火山灰質硅酸鹽水泥、粉煤灰硅酸鹽水泥和複合硅酸鹽水泥初凝不小於45min，終凝不大於600min。
安定性
沸煮法合格。
細度
（選擇性指標）
硅酸鹽水泥以比表面積表示，不小於300m2/kg；普通硅酸鹽水泥、礦渣硅酸鹽水泥、火山灰質硅酸鹽水泥、粉煤灰硅酸鹽水泥和複合硅酸鹽水泥以篩余表示，80μm方孔篩篩余不大於10%或45μm方孔篩篩余不大於30%。
標誌
水泥包裝袋上應清楚標明：執行標準、水泥品種、代號、強度等級、生產者名稱、生產許可證標誌（QS）及編號、出廠編號、包裝日期、淨含量。包裝袋兩側應根據水泥的品種採用不同的顏色印刷水泥名稱和強度等級，硅酸鹽水泥和普通硅酸鹽水泥採用紅色，礦渣硅酸鹽水泥採用綠色；火山灰質硅酸鹽水泥、粉煤灰硅酸鹽水泥和複合硅酸鹽水泥採用黑色或藍色。
散裝發運時應提交與袋裝標誌相同內容的卡片。
適用性
硅酸鹽水泥不宜用於下列工程：
1.大體積混凝土
2.海水堤壩混凝土
3.抗硫酸鹽、耐高溫的混凝土
分類
在硅酸鹽水泥熟料中加入適量石膏，磨細而成的水泥，分425、525、625、725四個標號。其早期強度比其他幾種硅酸鹽水泥高5～10%,抗凍性和耐磨性較好，適用於配製高標號混凝土，用於較為重要的土木建築工程。
2、普通硅酸鹽水泥
1）概念
由硅酸鹽水泥熟料、5%～20%的混合材料、適量石膏混合磨細製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P·O。
混合材料的加入量根據其具有的活性大小而定。按中國標準規定:普通水泥中如摻加活性混合材料（如粒化高爐礦渣、火山灰、粉煤灰等）,其摻加量按重量計不得超過15%,允許用不超過 5%的窯灰（用迴轉窯生產硅酸鹽類水泥熟料時,隨氣流從窯尾排出的灰塵,經收塵設備收集所得的乾燥粉末）或不超過10%的非活性混合材料代替；摻加非活性混合材料不得超過10%。普通水泥分為275、325、425、525、625和 725六個標號,廣泛用於製做各種砂漿和混凝土。
2）技術要求
細度要求為80um方孔篩篩余不得超過10%，否則視為不合格品。初凝時間不早於45min，終凝時間不遲於10h。初凝不滿足視為廢品，終凝不滿足視為不合格品。體積安定性經檢驗必須合格，否則為廢品。
3）基本性能與應用
普通硅酸鹽水泥在應用方面與硅酸鹽水泥基本相同，並且有一些硅酸鹽水泥不能應用的地方普通硅酸鹽水泥也可以用，這使得普通硅酸鹽水泥成為建築行業應用面最廣，使用量最大的水泥品種。
3、礦渣硅酸鹽水泥、火山灰質硅酸鹽水泥、粉煤灰硅酸鹽水泥
概念
礦渣硅酸鹽水泥
凡是由硅酸鹽水泥熟料、20～70%的粒化高爐礦渣、適量石膏混合磨細製成的水硬性膠凝材料，稱為礦渣硅酸鹽水泥，簡稱礦渣水泥，代號P·S。
中國標準規定：水泥中粒化高爐礦渣摻加量按重量計為20～70%；允許用不超過混合材料總摻量 1/3的火山灰質混合材料（包括粉煤灰）、石灰石、窯灰來代替部分粒化高爐礦渣,這些材料的代替數量分別不得超過15%、10%、8%；允許用火山灰質混合材料與石灰石，或與窯灰共同來代替礦渣，但代替的總量不得超過15%，其中石灰石不得超過10%、窯灰不得超過8%;替代後水泥中的粒化高爐礦渣不得少於20%。
礦渣水泥是中國產量最大的水泥品種,分為32.5、32.5R、42.5、42.5R和52.5、52.5R六個標號。與普通硅酸鹽水泥相比，礦渣水泥的顏色較淺，比重較小，水化熱較低，耐蝕性和耐熱性較好，但泌水性較大，抗凍性較差，早期強度較低,後期強度增進率較高,因此需要較長的養護期。礦渣水泥可用於地面、地下、水中各種混凝土工程，也可用於高溫車間的建築，但不宜用於需要早期強度高和受凍融循環、乾濕交替的工程。
火山灰質硅酸鹽水泥
凡是由硅酸鹽水泥熟料、20～50%的火山灰質混合材料（如火山灰、凝灰岩、浮石、沸石、硅藻土、粉煤灰、燒粘土、燒頁岩、煤矸石等）、適量石膏混合磨細製成的水硬性膠凝材料，稱為火山灰質硅酸鹽水泥，簡稱火山灰水泥，代號P·P。中國標準規定：水泥中火山灰質混合材料摻加量按重量計為20～50%；允許摻加不超過混合材料總摻量1/3的粒化高爐礦渣,代替部分火山灰質混合材料，代替後水泥中的火山灰質混合材料不得少於20%。火山灰水泥分為275、325、425、525和625五個標號。火山灰水泥與普通水泥相比,其比重小，水化熱低，耐蝕性好，需水性（使水泥漿體達到一定流動度時所需要的水量）和干縮性較大，抗凍性較差，早期強度低，但後期強度發展較快，環境條件對火山灰水泥的水化和強度發展影響顯著，潮濕環境有利於水泥強度發展。火山灰水泥一般適用於地下、水中及潮濕環境的混凝土工程，不宜用於乾燥環境、受凍融循環和乾濕交替以及需要早期強度高的工程。
粉煤灰硅酸鹽水泥
凡是由硅酸鹽水泥熟料、20～40%的粉煤灰、適量石膏混合磨細製成的水硬性膠凝材料，稱為粉煤灰硅酸鹽水泥，簡稱粉煤灰水泥，代號P·F。
中國標準規定：水泥中粉煤灰摻加量按重量計為20～40%；允許摻加不超過混合材料總摻量 1/3的粒化高爐礦渣，此時混合材料總摻量可達50%，但粉煤灰摻量仍不得少於20%或大於40%。粉煤灰水泥分為 275、325、425、525和625五個標號。它除具有火山灰質硅酸鹽水泥的特性(如早期強度雖低,但後期強度增進率較大，水化熱較低等)外,還具有需水性及干縮性較小，和易性、抗裂性和抗硫酸鹽侵蝕性好等性能。適用於大體積水工建築，也可用於一般工業和民用建築。20世紀60年代以來，法、日、蘇、中、美、聯邦德國等都先後生產粉煤灰水泥，產量日趨增多。中國於50年代初就開始研究粉煤灰作水泥混合材料，並於1977年制定了粉煤灰硅酸鹽水泥標準。
技術要求
三種水泥的細度、凝結時間、體積安定性的要求同普通硅酸鹽水泥。三種水泥分別根據3d和28d的抗壓強度、抗折強度分為三個強度等級即32.5、42.5、52.5，每個等級又分為普通型與早強型。
基本性能
A.三種水泥的共性
（A）凝結硬化慢，早期強度低，後期強度增長較快，因而，這三種水泥不宜用於早強要求高的混凝土工程，如冬期施工工程等。其中的粉煤灰水泥早期強度比礦渣水泥和火山灰水泥還低，適合承載晚的工程。
（B）對溫度敏感，適合高溫養護。
（C）耐腐蝕性好，可用於有耐腐蝕要求的混凝土工程。但使用時應注意，火山灰水泥抵抗硫酸鹽腐蝕的能力較弱，因而不宜用於有硫酸鹽腐蝕介質的工程中。
（D）水化熱小，適用於大體積混凝土工程。
（E）抗凍性與耐磨性差，不宜用於嚴寒地區水位升降範圍內的混凝土工程和有耐磨要求的混凝土工程中。
（F）抗碳化能力差，因而不宜用於 CO2濃度高的環境中，但在一般的工業與民用建築中，對鋼筋仍具有良好的保護作用。
B.三種水泥的個性
（A）礦渣水泥的抗滲性較差，不宜用於有抗滲要求的混凝土工程中。但具有良好的耐熱性，可用於溫度不高於200℃的混凝土工程中，如熱工窯爐基礎等。
（B）火山灰水泥具有較高的抗滲性和耐水性，可優先用於有抗滲要求的混凝土工程中。但是火山灰水泥干縮大，不宜用於長期處於乾燥環境中的混凝土工程中。
（C）粉煤灰水泥干縮小、抗裂好，但由於施工處理不當易產生失水裂縫，因而不宜用於乾燥環境，也不宜用於抗滲要求高的混凝土工程。
硅酸鹽
概念
凡是由硅酸鹽水泥熟料、15%～50%的兩種或兩種以上規定的混合材料、適量石膏混合磨細製成的水硬性膠凝材料，稱為複合硅酸鹽水泥，簡稱複合水泥，代號 P·C。
技術要求
複合水泥細度、初凝時間、體積安定性的要求同普通硅酸鹽水泥，終凝時間不得遲於12h。 根據3d和28d的抗壓強度、抗折強度分為三個強度等級即32.5、42.5、52.5，每個等級又分為普通型與早強型。
基本性能
由於在複合水泥中摻入了兩種或兩種以上的混合材料，可以相互取長補短，能夠克服摻單一混合材料水泥的一些缺點。其早期強度接近於普通水泥，而其他性能優於礦渣水泥、火山灰水泥、粉煤灰水泥，因而適用範圍廣。[1]