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水硬性胶凝材料(通称为水泥)
《土木工程材料》中“水硬性胶凝材料（通称为水泥）”的知识导图。（即为曾发布过的“硅酸盐水泥”部分和“水硬性胶凝材料（除硅酸盐水泥）”部分的统合）
编辑于2021-05-06 15:07:34
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水硬性胶凝材料(通称为水泥)
硅酸盐水泥
概述
硅酸盐水泥是以硅酸盐水泥熟料、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。
分类
不掺混合材料的称为I型硅酸盐水泥(代号P● I)。
在硅酸盐水泥熟料粉磨时掺加不超过水泥重量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)。
生产原理
生产原料
石灰质原料(主要提供CaO)
石灰石
白垩
石灰质凝灰岩等
黏土质原料(主要提供SiO2、Al2O3及少量Fe2O3)
黏土质岩
铁矿石
硅藻土等
如果所选用的石灰质原料和黏土质原料按一定比例配合后不能满足化学组成要求时，则要掺加相应的校正原料，如铁矿粉(主要补充Fe2O3)、砂岩(主要补充SiO2)、煤渣(主要补充Al2O3)等。
为了改善煅烧条件，常加入少量的矿化剂(如铜矿渣、重晶石等)，以降低烧成温度。
生产过程(“两磨一烧”)
1.把含有以上四种化学成分的材料按适当比例配合后，在磨机中磨细制成水泥生料。
2.将水泥生料入窑进行煅烧，在高温下反应生成以硅酸钙为主要成分的水泥熟料。
3.将水泥熟料与适量石膏及一些矿质混合材料在磨机中磨成细粉，即制成硅酸盐水泥。
水泥熟料矿物组成
水泥之所以有许多优良建筑技术性能，主要是由于熟料中几种矿物组成水化作用的结果。
硅酸三钙和硅酸二钙是主要成分，统称为硅酸盐矿物，约占水泥熟料总量的75%左右；铝酸三钙和铁铝酸四钙称为溶剂型矿物，一般占水泥熟料总量的25%左右。
在反光显微镜下，硅酸盐水泥熟料矿物一般如图5-2所示，C3S呈多角形，C2S呈圆形，表面常有双晶纹，两者均为暗色;C3A和C4AF填充在C3S和C2S之间，形状不规则，C4AF为亮色，C3A呈深色。
硅酸盐水泥的水化硬化
概述
过程
1.水泥加水拌合后就开始了水化反应，并称为可塑的水泥浆体。
2.随着水化的不断进行，水泥浆体逐渐变稠、失去可塑性，但尚不具有强度的过程，称为水泥的“凝结”。
3.随着水化过程的进一步深人， 水泥浆体的强度持续发展提高，并逐渐变成坚硬的石状物质水泥石，这一过程称为水泥的“硬化”。
水泥的凝结和硬化过程实际上是一个连续的复杂的物理化学变化过程，是不能截然分开的。
这些变化过程与水泥熟料矿物的组成、水化反应条件及环境等密切相关。其变化的结果直接影响到硬化后水泥石的结构状态，从而决定了水泥石的物理力学性质与化学性质。
水泥熟料的四种主要矿物成分反应分析 (四种矿物单独与水作用时所表现的特性见表5-2，其强度随龄期的增长情况见图5-3。)
C3S
特点
C3S的水化速率较快，水化热较大，其水化物主就水化产要在早期产生。
因此，C3S早期强度最高，且能不断地得到增长。
作用：C3S是决定水泥强度等级高低的最主要矿物。
C2S
特点：
C2S的水化速率最慢，水化热最小，其水化产物和水化热主要表现在后期
它对水泥早期强度贡献很小，但对后期强度的增长至关重要。
作用：C2S 是保证水泥后期强度增长的主要矿物。
C3A
特点：
C3A的水化速率极快，水化热也最集中，硬化时所表现的体积减缩也最大。
尽管C3A可促使水泥的早期强度增长很快，但其实际强度并不高，而且后期几乎不再增长，甚至会使水泥的后期强度有所降低。
作用：由于其水化产物主要在早期产生，它对水泥的凝结与早期(3d 以内)的强度影响最大。
C4AF
特点：
C4AF是水泥中水化速率较快的成分，仅次于C3A。
其水化热中等，抗压强度较低，但抗折强度相对较高。
作用：当水泥中C4AF含量增多时，有助于水泥抗折强度的提高，因此，它可降低水泥的脆性。
硅酸盐水泥的水化过程
水泥熟料矿物与水接触，随即在其表面发生化学反应，同时伴随着热量的释放，此过程称为水化作用。其反应方程式如下:
2(3CaO● SiO2) +6H2O——3CaO●2SiO2●3H2O{水化硅酸钙凝胶}+3Ca(OH)2{氢氧化钙晶体}
2(2CaO●SiO2)+4H2O——3CaO●2SiO2●3H2O+Ca(OH)2
3CaO●Al2O3+6H2O——3CaO●Al2O3●6H2O{水化铝酸三钙晶体}
4CaO●Al2O3● Fe2O3+7H2O——3CaO●Al2O3●6H2O+CaO●Fe2O3●H2O{水化铁酸钙凝胶}
四种主要矿物的水化反应
C3S的反应速度快、水化放热量大，所生成的水化硅酸钙(简称C-S-H)几乎不溶于水，呈胶体微粒析出，胶体逐渐硬化后具有较高的强度。
生成的氢氧化钙(简称CH)初始阶段溶于水，很快达到饱和并结晶析出，以后的水化反应是在其饱和溶液中进行的，因此氢氧化钙是以晶体状态存在于水化产物中。
C2S与水的反应与C3S相似，只是反应速度较慢、水化放热较小，生成物中的氢氧化钙较少。
C3A与水反应速度极快，水化放热量很大，所生成的水化铝酸钙(简称C-A-H)溶于水，其中一部分会与石膏发生反应，生成不溶于水的水化硫铝酸钙(3CaO ●Al2O3●3CaSO4●31H2O)针状晶体，也称钙矾石(简称AFt)。 当所掺入的石膏被完全消耗后，一部分将转变为单硫型水化硫铝酸钙(3CaO●Al2O3●CaSO4●12H2O,简称AFm)。
C4AF的水化产物一般认为是水化铝酸钙和水化铁酸钙的固溶体。水化铁酸钙(简称C-F-H)是一种凝胶体，它和水化铝酸钙晶体以固溶体的状态存在于水泥石中。
水泥浆在空气中硬化时，表层水化形成的氢氧化钙还会与空气中的二氧化碳反应，生成碳酸钙。
综上所述
硅酸盐水泥与水作用后，生成的主要水化产物有：水化硅酸钙和水化铁酸钙凝胶、氢氧化钙、水化铝酸钙和水化硫铝酸钙晶体等。
在充分水化的水泥石中，水化硅酸钙凝胶约占70%，氢氧化钙约占20%，钙矾石和单硫型水化硫铝酸钙约占7%。
由此可见，水泥的水化反应是一个复杂的过程， 所生成的产物并非单一组成的物质，而是一个多种组成的集合体。
硅酸盐水泥的凝结硬化机理
(1)初始反应期(持续大约5~ 10min)
水泥加水拌合，未水化的水泥颗粒分散于水中，称为水泥浆体(图5-4a)。
水泥颗粒的水化从其表面开始。水泥加水后，首先石膏迅速溶解于水，C3A立即发生反应，C4AF与C3S也很快水化，而C2S则稍慢。一般在几秒钟或几分钟内，在水泥颗粒周围的液相中，氢氧化钙、石膏、水化硅酸钙、水化铝酸钙、水化硫铝酸钙等的浓度陆续呈饱和或过饱和状态，因而先后从液相中析出，包裹在水泥颗粒表面(图5-4b)。
以上水化产物中，氢氧化钙、水化硫铝酸钙以结晶程度较好的形态析出，水化硅酸钙则是以大小为10~1000A的胶体粒子(或微晶)形态存在，比表面积很大，相互凝聚形成凝胶，其在水化产物中所占的比例最大。由此可见，水泥水化物中有晶体和凝胶。
水化初期，由于水化产物不多，水泥颗粒表面被水化物膜层包裹着，彼此还是互相分离着，此时水泥浆具有可塑性。
(2)诱导期(持续大约1h)
随着水化反应在水泥颗粒表面持续进行，使包在水泥颗粒表面的水化物增多，形成以水化硅酸钙凝胶体为主的渗透膜层。膜层逐渐增厚，阻碍了水泥颗粒与水的直接接触，所以水化反应速度减慢，进人诱导期(图5-4c)。但是这层水化物硅酸钙凝胶构成的膜层并下是完全密实的，水能够通过该膜层向内渗透，在膜层内与水泥进行水化反应，使膜层向内增厚；而生成的水化产物则通过膜层向外渗透，使膜层向外增厚。
然而，水通过膜层向内渗透的速度要比水化产物向外渗透的速度快，所以在膜层内外将产生由内向外的渗透压，当该渗透压增大到一定程度时，膜层破裂，使水泥颗粒未水化表面重新暴露与水接触，水化反应重新加快，直至新的凝胶体重新修补破裂的膜层为止。
水泥凝胶体膜层的向外增厚和随后的破裂伸展，使颗粒之间被水所占的空隙逐渐缩小，而包有凝胶体的颗粒则逐渐接近，在接触点相互粘接，致使水泥浆体的黏度不断增高，这个过程的进展，使水泥浆的逐渐失去可塑性，这个过程就是初凝。
(3) 水化反应加速期(持续大约6h)
随着水化加速进行，水泥浆体中水化产物的比例越来越大，各个把起周围的水化产物膜层继续增厚，其中的氢氧化钙、钙矾石等晶体不断长大，相互搭接形成强的结晶接触点，水化硅酸钙凝胶体的数量不断增多，形成凝聚接触点，将各个水泥颗粒初步连接成网络，使水泥浆逐渐失去流动性和可塑性，即发生凝结(图5—4d)。
在这种情况下，由于水泥颗粒的不断水化，水化产物越来越多，并填充着原来自由水所占据的空间。因此，毛细水是随水化的进行逐渐减少的，也就是说，水泥水化越充分，毛细孔径越小。凝胶体填充剩余毛细孔，水泥浆体达到终凝。（这一过程大约持续6h）
(4)硬化期(持续大约6h至几年)
水泥浆体达到终凝后，浆体产生强度进入硬化阶段(图5-4d)。
这时的突出特征是六角形板块状的氢氧化钙和放射状的水化硅酸钙数量增加，同时，水泥胶粒形成的网络结构进一步加强，未水化水泥粒子继续水化，孔隙率开始明显减小，逐步形成具有强度的水泥石。
F.W.罗歇尔(Locher)等根据研究资料将水泥凝结硬化过程绘制成水泥浆体结构发展图(图5-5)，更具体地描绘了水泥浆体的物理-力学性质:孔隙率、渗透性、强度以及水泥水化产物随时间的变化的情况，并描述了水化各个阶段，水泥浆体结构形成变化的图像。
在水泥浆整体中，上述物理化学变化(形成凝胶体，膜层增厚和破裂，凝胶体填充剩余毛细孔等)不能按时间截然划分，但在凝胶硬化的不同阶段将由某种反应起主要作用。
水泥浆体硬化后，形成坚硬的石状物，构成水泥石的结构组分包括:晶体胶体、未完全水化的水泥颗粒、游离水分、孔隙(毛细孔、凝胶孔、过渡带)等，它们在不同时期相当数量的变化，使水泥石的性质随之改变。一般孔隙越多，未完全水化的水泥颗粒越多，晶体、胶体等胶凝物质越少，则水泥石强度越低。
影响硅酸盐水泥凝结硬化的因素
(1)熟料的矿物组成 (影响硅酸盐水泥性能的最主要因素)
一般来讲，熟料中水化速度快的组分含量越多，整体上水泥的水化速度也越快。
水泥熟料单矿物的水化速度由快到慢的顺序排列为C3A>C4AF>C3S>C2S。由于C3A和C4AF的含量较小，且后期水化速度慢，所以，水泥的水化速度主要取决于C3S的含量多少。C3S和C3A含量提高，将是水泥的凝结硬化加快，早期强度提高，并且其水化热也多集中在早期。
(2)水泥细度 (直接影响水化、将结及硬化速度)
水泥颗粒越细，水与水泥泳触的比表面积就越大，与水反应的机会也就越多，水化反应进行得越充分，促使凝结硬化的速度加快，早期强度就越高。
但水泥颗料过细时，会增加磨细的能耗而提高生产成本，且不宜久存。此外，若水泥过细，其硬化过程中还会产生较大的体积收缩。
(3)石膏掺量
一般水泥熟磨成细粉与水拌合，如果不加入石膏， 在硅酸盐水泥浆中，熟料中的C3A实际上是在Ca(OH)2 饱和溶液中进行水化反应，其水化反应可以用下式表述：C3A+CH+12H2O——C4AH137。处于水泥浆的碱性介质中，C4AH13在室温下能稳定存在，其数量增长也较快，一般认为这是促使水泥浆体产生瞬凝的主要原因之一。
在水泥熟料加入石膏之后，则生成难溶的水化硫铝酸钙晶体，减少了溶液中的铝离子，因而延缓了水泥浆体的凝结速度。因此，水泥中掺入石膏能起缓凝的作用。
用于水泥中的石膏一般是二水石膏或无水石膏。水泥中石膏掺量必须严格控制，以水泥中的SO3含量作为控制标准，国家标准对不同种类的水泥有具体的SO3限量指标。石膏掺量过少，不能合适地调节水泥正常的凝结时间，但掺量过多，则可能导致水泥体积安定性不良。一般石膏掺量占水泥总量的3%~5%，具体掺量由实验确定。
(4) 养护条件(温度、湿度)
温度
与大多数化学反应类似，水泥的水化反应随着温度的升高而加快。
当温度低于5°C时，水化反应大大减慢； 当温度低于0°C，水化反应基本停止。同时水泥颗粒表面的水分将结冰，破坏水泥石的结构，以后即使温度回升也难以恢复正常结构。
通常，水泥石结构的硬化温度不得低于-5°C。 所以在水泥水化初期一定要避免温度过低，寒冷地区冬期施工混凝土，要采取有效的保温措施。
湿度
水泥是水硬性胶凝材料，使其产生水化与凝结硬化的前提是必须有足够的水分存在。水泥在水化过程中要保持潮湿的状态，才有利于早期强度的发展。
如果环境过于干燥，浆体中的水分蒸发，将影响水泥的正常水化，甚至还会导致过大的早期收缩而使水泥石结构产生开裂。
(5)齡期
水泥的水化是一个较长期不断进行的过程，随着龄期的增长，水泥颗粒内各熟料矿水化程度的不断提高，水化产物也不断增加，并填充毛细孔，使毛细空隙相应减少，从而使水泥石的强度逐渐提高。
由于熟料矿物中对强度起决定性作用的C3S在早期强度发展较快，所以水泥在3~14d内强度增长较快，28d后强度增长渐趋于稳定。
(6)化学外加剂
为了控制水泥的凝结硬化时间，以满足施工及某些特殊要求，在实际工程中，经常加人调节水泥凝结时间的外加剂，如缓凝剂、促凝剂等。
促凝剂（CaCl2、Na2SO4等）就能促进水泥水化、硬化，提高早期强度。相反，缓凝剂(木钙，糖类)则延缓水泥的水化硬化，影响早期水泥强度的发展。
硅酸盐水泥的技术性质
1.密度
硅酸盐水泥的密度主要取决于熟料的矿物组成，它是测定水泥细度指标比表面积的重要参数。
通常硅酸盐水泥的密度为3.05~3.20g/cm^3，平均可取为3.10g/cm^3。堆积密度按松紧程度在1000~1600kg/m^3之间，平均可取1300kg/cm^3。
2.化学指标
不溶物
不溶物指水泥中用盐酸或碳酸钠溶液处理而不溶的部分，不溶成分的含量可以作为评价水泥在制造过程中烧成反应完全的指标。 （国家标准中规定I型硅酸盐水泥中不溶物不得超过0.75%，II 型硅酸盐水泥中不溶物不得超过1.5%。）
烧失量
烧失量是指将水泥在950°C士50°C温度的电炉中加热15min的重量减少率。这些失去的物质主要是水泥中所含的水分和二氧化碳，根据烧失量可以大致判断水泥的吸潮及风化程度。 （国家标准中规定I型硅酸盐水泥中烧失量不得大于3.0%，Il型硅酸盐水泥中烧失量不得大于3.5%。）
MgO
水泥中氧化镁含量偏高是导致水泥长期安定性不良的因素之一。 （国家标准规定，水泥中氧化镁的含量不得超过3.5%，如果水泥经压蒸安定性实验合格，则水泥中氧化镁的含量(质量分数)允许放宽至6.0%。）
SO3含量
水泥中的三氧化硫主要来自石膏，水泥中过量的三氧化硫会与铝酸三钙形成较多的钙矾石，造成体积膨胀，危害水泥石的安定性。 （国家标准是通过限定水泥中三氧化硫含量来控制石膏掺量，水泥中三氧化硫的含量不得超过3. 5%。）
氯离子含量
在新型干法水泥生产线中，水泥原材料中的氯离子会对窑尾预热器和窑内煅烧产生影响，造成堵料和窑内结圈等窑内事故，影响设备运转率和水泥熟料质量。
另外，目前混凝土外加剂被广泛利用的同时，外加剂中大量的氯盐被带人混凝土中，超过一定的含量会对混凝土中的钢筋产生锈蚀，对混凝土结构造成很大破坏。 （国家标准中规定水泥中氯离子含量不大于0.06%，当有更低要求时，则该指标由买卖双方协商确定。）
3.碱含量
水泥中的碱会与具有活性成分的骨料发生化学反应，引起混凝土膨胀破坏，这种现象称为“碱-骨料反应”。它是影响混凝士耐久性的一个重要因素，严重时会导致混凝土不均匀膨胀破坏。因此国家标准对水泥中碱性物质的含量有严格规定。
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，水泥中的碱含量不得大于0.60%或由买卖双方协商确定。
4.细度
水泥颗粒的粗细程度，会影响水泥的水化速度、水化放热速率及强度发展趋势，同时又影响水泥的生产成本和易保存性。(通常，水泥颗粒粒径大约在7~200um的范围内。)
水泥颗粒越细、与水发生反应的表面积越大，因而水化反应速度较快，而且较完全，早期强度和后期强度都较高，但在空气中硬化收缩性较大，成本也较高； 水泥颗粒过粗，则不利于水泥活性的发挥，一般认 为水泥颗粒小于40um (0. 04mm)时，才具有较高的活性，大于100um (0. 1mm)活性就很小了。
水泥细度的表示方法
筛析法
采用一定孔径的标 准筛进行筛分试验，用筛余百分率表示水泥颗粒的粗细程度。
比表面积法
根据一定量空气通过一定孔隙率和厚度的水泥层时， 所受阻力不同而引起流速的变化来测定水泥的比表面积(用单位质量的水泥所具有的总表面积)，以m^2/kg表示。
按照国家标准的规定，细度作为选择性指标，要求满足：硅酸盐水泥和普通硅酸盐水泥的细度以比表面积表示，不小于300m^2 /kg.
5.凝结时间
凝结时间是指水泥从加水拌合开始到失去流动性，即从可塑状态发展成固体所需要的时间，是影响混凝土施工难易程度和速度的重要性质。
水泥的凝结时间分为
初凝时间
指水泥自加水拌合始至水泥浆开始失去可塑性和流动性所需的时间
终凝时间
指水泥自加水拌合始至水泥浆完全失去可塑性、开始产生强度所需的时间
在水泥浆初凝之前，要完成混凝土的搅拌、筑成、振实等工序，需要有较充足的时间比较从容地进行施工，因此水泥的初凝时间不能太短； 为了提高施工效率，在成型之后需要尽快增长强度，以便拆除模板，进行下一步施工，所以水泥终凝时间不能太长。 （按照国家标准规定，硅酸盐水泥初凝不小于45min，终凝不大于390min。）
国家标准规定，水泥的凝结时间是以标准稠度的水泥净浆，在规定温度及湿度环境下，用水泥净浆凝结时间测定仪所测定的参数。其中，标准稠度是指水泥浆体达到规定的标准稠度时的用水量，以拌合水占水泥质量的百分比来表示。一般硅酸盐水泥的标准稠度用水量为24%~35%。
影响水泥凝结时间的因素主要是水泥的矿物组成、细度、环境温度和外加剂。 水泥含有越多水化快的矿物，水泥颗粒越细，环境温度越高，水泥水化越快，凝结时间就越短。
6.(体积)安定性
概述
安定性是指水泥浆体在凝结硬化过程中体积变化的均匀性，也叫做体积安定性。如果在水泥已经硬化后，产生不均匀的体积变化，即所谓的体积安定性不良，就会使构件产生膨胀性裂缝，降低工程质量，甚至引起严重事故，所以对水泥的安定性应有严格要求。
引起水泥安定性不良的原因有三个:
(1)熟料中游离氧化镁过多
水泥中的氧化镁在水泥凝结硬化后，会与水生成Mg(OH)2。该反应比水泥熟料矿物的正常水化反应要缓慢得多，且体积膨胀，会在水泥硬化几个月后导致水泥石开裂。
(2)石膏掺量过多
适量的石膏是为了调节水泥的凝结时间，但如果过量则为铝酸盐的水化产物提供继续反应的条件，石膏将与铝酸钙和水反应，生成具有膨胀作用的钙矾石晶体，导致水泥硬化体膨胀破坏。
(3)熟料中游离氧化钙过多
水泥熟料中含有游离氧化钙(f-CaO)， 在水泥烧成过程中没有与氧化硅或氧化铝分子结合形成盐类，而是呈游离、死烧状态，相当于过火石灰，水化极为缓慢，通常在水泥的其他成分正常水化硬化、产生强度之后才开始水化，并伴随着大量放热和体积膨胀，使周围已经硬化的水泥石受到膨胀压力而导致开裂破坏。
水泥中存在少量的有害成分
游离氧化钙(f-CaO)。
产生原因：
游离氧化钙是煅烧过程中未能熟化而残存下来的呈游离态的CaO。
危害：
如果它的含量较高，则由于其滞后的水化并产生结晶膨胀而导致水泥石开裂，甚至结构崩溃。（通常熟料中对其含量应严格控制在1%~2%以下。）
游离氧化镁(MgO)
产生原因：
游离氧化镁是原料中带入的杂质。
危害：
其含量多时会使水泥在硬化过程中产生体积不均匀变化而使其导致结构破坏。 （为此，国家标准规定硅酸盐水泥的MgO含量般不得超过5.0%。）
硫酸盐(折合成SO3计算)
产生原因：
三氧化硫可能是掺人石膏过多或其他原料中所带来的硫酸盐。 (为调节水泥的凝结时间以满足施工要求，在水泥生产中通常会掺加适量的石膏。)
危害：
过量的石膏会使水泥在硬化过程中产生体积不均匀的变化而使其结构破坏。（为此，国家标准规定硅酸盐水泥中SO3的含量不得超过3.5%。）
含碱矿物(Na2O或K2O及其盐类)
危害：
水泥中含碱矿物含量较高时，易与某些碱活性材料反应，产生局部膨胀而造成结构破坏。
为防止工程中采用安定性不良的水泥，通常在使用前应严格检验其安定性
游离氧化镁
压蒸法：将水泥净浆试件置于一定压力的湿热条件下检验其变形和开裂性能。
石膏
需要采用时间较长的温水浸泡检验。
游离氧化钙
煮沸法
试饼法：试饼法是观察水泥净浆试饼沸煮后的外形变化来检验水泥的体积安定性;
雷氏夹法：雷氏夹法是测定水泥净浆在雷氏夹中沸煮后的膨胀值。
两种试验方法的结论有争议时以雷氏夹法为准。
由于压蒸法和温水浸泡法不易操作，不便于检验，所以通常在水泥生产中必须对其含量进行严格控制。为此，国家标准规定，硅酸盐水泥中游离氧化镁含量不得超过5.0%，三氧化硫含量不得超过3. 5%。
7.强度 (重要力学性能指标，是划分水泥强度等级的依据)
目前我国测定水泥强度采用国家标准《水泥胶砂强度检验方法》GB/T 17671-1999 (ISO法)，即将水泥和标准砂按质量计以1:3混合，用水灰比为0.5的拌合水量，按规定方法制成40mmX40mmX160mm的试件，24h脱模后放入(20土1)C的水中养护，分别测定其3d、28d龄期的抗折和抗压强度，作为确定水泥强度等级的依据。（根据测定结果，硅酸盐水泥分为42.5、42.5R、52.5、52.5R，62.5、62.5R6 个强度等级。）
依据水泥3d的不同强度分为普通型（代号R）和早强型两种类型。表5-4列出了各通用硅酸盐水泥的强度等级及其相应的3d、28d强度值，通过胶砂强度试验测得的水泥各龄期的强度值均不得低于表中相应强度等级所要求的数值。
8.水化热
定义：水泥在水化过程中所放出的热量，称为水泥的水化热。
特点
水泥矿物进行水化时，C3A放热量最大，速度也最快，C3S 其次，C2S 放热量最低，速度也慢。
一般来说，水化放热量越大，放热速度也越快。水泥水化放热量大部分在水化初期3~7d放出，以后逐渐减少。
水化放热量和放热速度的影响因素：水泥的矿物成分(决定因素)、水泥细度、水泥中掺混合材料及外加剂的品种和数量等有关。
水泥的水化热对于大体积工程是不利的，因为水化热积蓄在内部不易发散，致使内外产生较大的温度差，引起内应力，使混凝土产生裂缝。对于大体积混凝土工程，应采用低热水泥，若使用水化热较高的水泥施工时，应采取必要的降温措施。
国家标准规定，凡化学指标、凝结时间、安定性及强度等各项技术要求的检验结果符合标准规定时，称为合格品；若其中任何一项的检验结果不符合标准规定时，均为不合格品。
硅酸盐水泥的特性与应用
硅酸盐水泥强度较高。
主要用于重要结构的高强度混凝土和预应力混凝土工程。
凝结硬化较快、耐冻性好。
适用于早期强度要求高、凝结快、冬期施工及严寒地区遭受反复冻融的工程。
水化产物中有较多的氢氧化钙，耐软水性侵蚀和耐化学腐蚀性差。
不宜用于经常于流动的淡水接触及有水压作用的工程，也不适用于受海水、矿物水等作用的工程。
水化的过程中，水化热的热量大。
不宜用于大体积混凝土工程。
耐热性能较差。
不适用于有耐热要求的工程。
(硅酸盐)水泥石的腐蚀与防止措施
概述
硅酸盐水泥在凝结硬化后，通常都有较好的耐久性，但若处于某些腐蚀性介质的环境侵蚀下，则可能发生一系列的物理、化学的变化，从而导致水泥石结构的破坏，最终丧失强度和耐久性。
水泥石遭到腐蚀破坏的三种表现形式:
(1)水泥石中的氢氧化钙[Ca(OH)2]遭溶解，造成水泥石中氢氧化钙浓度降低，进而造成其他水化产物的分解。
(2)水泥石中的氢氧化钙与溶于水中的酸类和盐类相互作用生成易溶于水的盐类或无胶结能力的物质。
(3)水泥石中的水化铝酸钙与硫酸盐作用形成膨胀性结晶产物。
水泥石受到的主要腐蚀作用
软水侵蚀(溶出性侵蚀)
原因
硬化的水泥石中含有20%~ 25%的氢氧化钙晶体，具有溶解性。
定义
如果水泥石长期处于流动的软水环境下，其中的氢氧化钙将逐渐溶出并被水流带走，使水泥石中的成分溶失，出现孔洞，降低水泥石的密实性以及其他性能，这种现象叫做水泥石受到了软水侵蚀或溶出性侵蚀。
如果环境中含有较多的重碳酸盐[Ca(HCO3)2]( 即水的硬度较高)，则重碳酸盐与水泥石中的氢氧化钙反应，生成几乎不溶于水的碳酸钙，并沉淀于水泥石孔隙中起密实作用，从而可阻止外界水的继续侵人及内部氢氧化钙的扩散析出，反应式为：Ca(OH)2+Ca(HCO3)2——2CaCO3+2H2O。但普通的淡水中(即软水)重碳酸盐的浓度较低，水泥石中的氢氧化钙容易被流动的淡水溶出并被带走。其结果不仅使水泥中氢氧化钙成分减少，还有可能引起其他水化物的分解，从而导致水泥石的破坏。
硫酸盐侵蚀
在海水、湖水、地下水及工业污水中，常含有较多的硫酸根离子，与水泥石中的氢氧化钙起置换作用生成硫酸钙。硫酸钙与水泥石中固态水化铝酸钙作用将生成高硫型水化硫铝酸钙，其反应式为：3CaO●Al2O3●6H2O+3(CaSO4●2H2O)+20H2O—— 3CaO●Al2Oz●3CaSO●32H2O生成的高硫型水化硫铝酸钙比原来反应物的体积大1.5~2.0倍，由于水泥石已经完全硬化，变形能力很差，体积膨胀带来的强大压力将使水泥石开裂破坏。
由于生成的高硫型水化硫铝酸钙属于针状晶体，其危害作用很大，所以被称之为“水泥杆菌”。当水中硫酸盐浓度较高时，硫酸钙还会在孔隙中直接结晶成二水石膏，体积膨胀，引起膨胀应力，导致水泥石破坏。
镁盐侵蚀
在海水及地下水中含有的镁盐(主要是硫酸镁和氯化镁)，将与水泥中的氢氧化钙发生复分解反应：MgSO4 +Ca(OH)2 +2H2O——CaSO4●2H2O+ Mg(OH)2，MgCl2+Ca(OH)2——CaCl2+Mg(OH)2，生成的氢氧化镁松软而无胶结能力，氯化钙易溶于水，二水石膏还可能引起硫酸盐侵蚀作用。因此，镁盐对水泥石起着镁盐和硫酸盐的双重作用。
酸类侵蚀
水泥石属于碱性物质，含有较多的氢氧化钙，因此遇酸类将发生中和反应，生成盐类，在水泥石内部造成内应力而导致破坏。
酸类对水泥石的侵蚀主要包括：
碳酸侵蚀
指溶于环境水中的二氧化碳与水泥石的侵蚀作用，其反应式如下:Ca(OH)2 +CO2 + H2O——CaCO3 +2H2O，生成的碳酸钙再与含碳酸的水反应生成重碳酸盐，其反应式如下:CaCO3 +CO2 +H2O——Ca(HCO3)2，上式是可逆反应。
如果环境水中碳酸含量较少，则生成较多的碳酸钙，只有少量的碳酸氢钙生成，对水泥石没有侵蚀作用，但是如果环境水中碳酸浓度较高，则大量生成易溶于水的碳酸氢钙，则水泥石中的氢氧化钙大量溶失，导致破坏。
一般酸的侵蚀
除了碳酸之外，环境中的其他无机酸和有机酸对水泥石也有侵蚀作用。
腐蚀作用最快的是无机酸中的盐酸、氢氟酸、硝酸、硫酸和有机酸中的醋酸、蚁酸和乳酸，这些酸类可能与水泥石中的氢氧化钙反应，或者生成易溶于水的物质，或者体积膨胀性的物质，从而对水泥石起侵蚀作用。
强碱侵蚀
碱类溶液如果浓度不大时一般是无害的，但铝酸盐含量较高的硅酸盐水泥遇到强碱(如氢氧化纳)作用后也会破坏。
氢氧化钠与水泥熟料中未水化的铝酸盐作用，生成易溶的铝酸钠:3CaO●Al2O3 +6NaOH——3Na2O●Al2O3 +3Ca(OH)2，当水泥石被氢氧化钠溶液浸透后又在空气中干燥，与空气中的二氧化碳作用而生成碳酸钠:2NaOH+CO2——Na2CO3+H2O，碳酸钠在水泥石毛细孔中结晶沉积，而使水泥石胀裂。
除上述腐蚀类型外，对水泥石有腐蚀作用的还有一些其他物质，如糖、氨盐、动物脂肪、含环烷酸的石油产品等。实际上水泥石的腐蚀是一个极为复杂的物理化学作用过程，它在遭受腐蚀时，很少仅有单一的侵蚀作用，往往是几种同时存在，互相影响。
从以上几种腐蚀作用可以看出，水泥石受到腐蚀的内在原因是:
(1)内部成分中存在着易被腐蚀的组分，主要有氢氧化钙和水化铝酸钙;
(2)水泥石的结构不密实，存在着很多毛细孔通道、微裂縫等缺陷，使得侵蚀性介质随着水或空气能够进入水泥石内部;
(3)腐蚀与通道的相互作用。
防止水泥腐蚀的措施
(1)根据环境特点，合理选择水泥品种
(2)提高水泥石的密实度
通过降低水灰比、选择良好级配的骨料、掺外加剂等方法提高密实度，减少内部结构缺陷，使侵蚀性介质不易进人水泥石内部。
(3)加做保护层
可在混凝土及砂浆表面加上耐腐蚀性好且不易透水的保护层(如耐酸石料或耐酸陶瓷、玻璃、塑料沥青等)，隔断侵蚀性介质与水泥的接触，避免或减轻侵蚀作用。尽管这些措施的成本较高，但效果却比较好。
(4)提高对软水等侵蚀作用的抵抗能力
可采用水化产物中氢氧化钙、水化铝酸钙含量少的水泥品种，例如矿渣水泥、粉煤灰水泥等掺混合材料的水泥。
水泥的运输和储存 (水泥分散装和包装(每包50Kg左右)两种)
防止水泥受潮(水泥的风化)
定义：水泥是一种有较大表面积，易于吸潮变质的粉末状材料。在储运过程中，与空气接触，吸收水分和二氧化碳而发生部分水化和碳化反应现象，称为水泥的风化，俗称水泥受潮。
危害
水泥风化后会凝固结块，水化活性下降，凝结硬化迟缓，强度也不同成度的降低，烧失量增加，严重时会整体板结而报废。
措施：
在现场存放袋装水泥时，应选择平坦而不积水的较高地势，并垫高跺低，垛顶用毡布盖好，需较长时间存放的水泥应设库房室内存放，水泥的码放高度不应超过10袋。
散装水泥应直接放入储罐存放，且不同等级、不同厂家的水泥应分库(罐)存放，不能混放。
水泥的存放时间不宜过长
一般存放3个月后，水泥强度降低10%~20%，6个月降低约15%~30%，一年后约降低25%~40%。因此，水泥自出厂至使用，不宜超过6个月。
水泥在使用前应进行抽样检验
对同一生产厂家、同期出厂的同品种、同一强度等级的水泥，应以一次进场的、同一出厂编号的水泥为一批， 按照规定的抽样方法抽取样品，对水泥性能进行检验，重点检验水泥的凝结时间、安定性和强度等级，合格后方可投人使用。
超过期限的水泥，应在使用前对其质量进行复验，鉴定后方可使用。
其他品种的水泥
白色硅酸盐水泥和彩色硅酸盐水泥
白色硅酸盐水泥
概述
凡以适当成分的生料经得到以硅酸钙为主要成分，氧化铁含量少的熟料，加入适量石骨，共同磨细制成的水硬性凝材料，简称白水泥(代号P●W）。
水泥的颜色主要因其化学成分中所含的氧化铁等着色物质所致。白色硅酸盐水泥采用白度的指标来衡量其颜色等级。（白度是以白水泥与MgO标准白板的反射率的比值来表示的，白水泥的白度值应不低平87。）
白水泥根据白度分为特级、一级、二级、三级、各级白度不能低于规定的数值，白水泥根据标号和白度分为优等品、一等品、合格品三个等级。
特点
白水泥的生产、矿物组成、性能和普通硅酸盐水泥基本相同，但氧化铁的含量是普通硅酸盐水泥的1/10。
白水泥与普通水泥在制造上的主要区别，在于严格控制水泥原料中的的物度(主要氧化铁)的含量，并在煅烧、粉磨和运输时严防着色物质混入。
白色硅酸盐水泥的性质与普通硅酸盐水泥相同。按照国家标准规定，白色硅酸盐水泥分为32.5、42.5、52.5三个等级。0.08mm方孔筛筛余量不得超过10%，凝结时间为初凝不早于45min，终凝不迟于10h。体积安定性用煮沸法检验必须合格，同时熱料中氧化镁的含量不宜超过5.0%，三氧化硫的含量不超过3.5%。
用途：白色硅酸盐水泥熟料、适量石膏和耐碱矿物颜料共同磨细，可制成彩色硅酸盐水泥。
彩色硅酸盐水泥
凡由硅酸盐水泥熟料、石膏、混合材料和着色剂共同磨细或混合制成的带有颜色的水硬性胶凝材料，称为彩色硅酸盐水泥。
常用的颜料有：氧化铁(红、黄、褐、黑色)、氧化锰(褐、黑色)、氧化铬(绿色)、赭石(赭色)、群青(蓝色)以及普鲁士红等。
将颜料直接与水泥粉混合也可配制彩色水泥，但这种方法颜料用量大，色泽也不易均匀。
应用
白色水泥及彩色水泥主要应用于建筑物内外的表面装饰，如地面、楼面、楼梯、墙面、柱等的彩色砂浆、水磨石、水刷石、斩假石饰面。
加入适量滑石粉或硬脂酸镁等外加剂，可制成保水性及防水性能好的彩色粉刷水泥。
快硬水泥
快硬硫铝酸盐水泥
凡以适当成分的生料，经椴烧所得以无水硫铝酸钙和硅酸二钙为主要矿物成分的水泥熟料与适量石灰石、石膏共同磨细制成成的具有早期强度高的水硬性胶凝材料，称为快硬硫铝酸盐水泥。
按国家标准规定，快硬硫铝酸盐水泥的技术要求如下:
水泥的比表面积应不小于350m^2 /kg
初凝不得早于25min,终凝不得迟于3h。(用户要求时可以变动)
快硬硅铝酸盐水泥的各龄期强库不得低于表5-8的规定
快硬硫铝酸盐水泥的主要特性为:
凝结硬化快、早期强度高
快硬硫铝酸盐水泥的一天抗压强度可达到33.0~56.3MPa，三天可达到42.5~72.5MPa，并且随养护龄期的增长强度还能不断增长。
碱度低
快硬硫铝酸盐水泥浆体液相碱度低，pH<10.5，对钢筋的保护能力差，不适用于重要的钢筋混凝土结构，而特别适用于玻璃纤维增强水泥(GRC)制品。
高抗冻性
快硬硫铝酸盐水泥可在0~10°C的低温下使用，早期强度是硅酸盐水泥的5~6倍; 0~20°C下加少量外加剂，3~7d强度可达到设计标号的70%~80%；冻融循环300次强度损失不明显。
微膨胀，有较高的抗渗性能
快硬硫铝酸盐水泥水化生成大量钙矾石晶体，产生微膨胀，而且水化需要大量结晶水，因此水泥石结构致密，混凝土抗渗性能是同标号硅酸盐水泥的2~3倍。
抗腐蚀好
快硬硫铝酸盐水泥石中不含氢氧化钙和水化铝酸三钙，且水泥石密实度高，所以其抗海水腐蚀和盐碱地施工抗腐蚀性能优越，是理想的抗腐蚀胶凝材料。
应用
快硬硅酸盐水泥主要用于配制早期强度高的混凝土，适用于抢修抢建工程、喷锚支护工程、水工海工工程、桥梁道路工以及配制GRC水泥制品、负温混凝土和喷射混凝土。
铝酸盐水泥
概述
凡以铝酸钙为主的铝酸盐水泥熟料，磨细制成的水硬性胶凝材料称为铝酸盐水泥，又称高铝水泥(代号CA)。
铝酸盐水泥常为黄褐色，也有呈灰色的。
根据需要也可在磨制Al2O3含量大于68%的水泥时掺加适量的α—Al2O3粉。铝酸盐水泥熟料以铝矾土和石灰石为原料，经煅烧制得，主要矿物成分为铝酸一钙(CaO●Al2O3， 简写CA)，另外还有二铝酸一钙(CaO● 2Al2O3，简写CA2)、硅铝酸二钙(2CaO●Al2O3●SiO2，简写C2AS)、七铝酸十二钙(12CaO●7Al2O3，简写C12A7)，以及少量的硅酸二钙(2CaO●SiO2)等。
分类
按Al2O3含量
CA-50
CA-60
CA-70
CA-80
各类型铝酸盐水泥的细度、凝结时间应符合表5-9的要求，其各龄期强度值均不得低于表中所列数值。
铝酸盐水泥的水化和硬化
主要是铝酸一钙的水化及其水化产物的结晶情况。主要水化产物是十水铝酸一钙(CAH10)、 八水铝酸二钙(C2AH8)和铝胶(Al2O3●3H2O)。
CAH10和C2AH8均属六方晶系，具有细长的针状和板状结构，能互相结成坚固的结晶连生体，形成晶体骨架。析出的氢氧化铝凝胶难溶于水，填充于晶体骨架的空隙中，形成较密实的水泥石结构。铝酸盐水泥初期强度增长很快，但后期强度增长不显著。
铝酸盐水泥的主要特性是:
快凝早强高强
一天强度可达 80%以上，三天几乎达到100%
低温硬化快
即使是在一10°C 下施工，也能很快凝结硬化
耐热性好
能耐1300~ 1400C高温;在干热处理过程中强度下降较少，且高温时有良好体积稳定性
抗硫酸盐侵蚀能力强
应用
铝酸盐水泥主要用于：工期紧急的工程、抢修工程、军事工程、有早强要求的工程，冻融交替的工程，冬季施工的工程和耐高温工程，还可以用来配置耐热砂浆，耐热混凝土，耐硫酸盐侵蚀混凝凝土和配制膨胀自应力水泥等。
使用高铝水泥时应特别注意的事项:
贮存运输时，特别注意防潮
铝酸盐水泥耐碱性差，不宜与硅酸盐水泥、石灰等能析出氢氧化钙的胶凝材料混用
研究表明，在高于30°C的条件下养护，强度明显下降，因此铝酸盐水泥只宜在较低温度下养护
铝酸盐水泥水化热集中于早期释放，因此硬化一开始应立即浇水养护，一般不宜用于大体积的混凝土和热天施工的混凝土
铝酸盐水泥的水化热大，耐碱性差，不宜用于大体积混凝土，不宜采用蒸汽等湿热养护。
膨胀水泥和自应力水泥
概述
硅酸盐水泥在空气中硬化时，通常都会产生一定的收缩， 使受约束状态的混凝土内部产生拉应力，当拉应力大于混凝土的抗拉强度时则形成微裂纹，对混凝土的整体性不利。
膨胀水泥是一种能在水泥凝结之后的早期硬化阶段产生体积膨胀的水硬性水泥，在约束条件下适量的膨胀，可在结构内部产生预压应力(0.1~0.7MPa)，从而抵消部分因约束条件下干燥收缩引起的拉应力。
膨胀水泥按自应力的大小可分为两类:
当自应力值为0. 5MPa左右时，则称为膨胀水泥
当自应力值达2.0MPa以上时，称为自应力水泥
膨胀水泥和自应力水泥的配制途径有以下几种:
以硅酸盐水泥为主，外加高铝水泥和石膏按一定比例共同磨细或分别粉磨再经混匀而成，俗称硅酸盐型
以高铝水泥为主，外加二水石膏磨细而成，俗称铝酸盐型
以无水流铝酸钙和硅酸二钙为主要成分，外加石膏磨细而成，俗称硫铝酸盐型
以铁相、无水硫铝酸钙和硅酸二钙为主要矿物，外加石膏磨细而成，俗称铁铝酸钙型
注意事项
使用膨胀水泥的混凝土工程应特别注意早期的潮湿养护，以便让水泥在早期充分水化，防止在后期形成钙矾石而引起开裂。
应用
膨胀水泥适用于补偿收缩混凝土，用作防渗混凝土，填灌混凝土结构构件的接缝及管道接头，结构的加固与修补，浇注机器底座及固结地脚螺栓等。
自应力水泥适用于制造自应力钢筋混凝土压力管及配件。
道路硅酸盐水泥
概述
以道路硅酸盐水泥熟料、 适量石膏，可加入符合规定的混合材料，磨细制成的水硬性胶凝材料，简称道路水泥(代号P●R)。
道路硅酸盐水泥熟料中铝酸三钙的含量不得大于5. 0%，铁铝酸四钙的含量不低于16. 0%，游离氧化钙的含量旋窑生产不大于1.0%，立窑生产不大于1. 8%。
根据国家标准规定
道路水泥的比表面积应为300~450m^2/Kg
初凝不早于1.5h，终凝不得迟于10h;
水泥中SO3的含量不得超过3.5%
MgO的含量不得超过5.0%
28天干缩率应不大于0.10%，28天磨耗量应不大于3.0k/m^2
追路水泥的强度等级分为32. 5、42.5和52.5三个级别，各龄期的强度值应不低于表中的数值。
应用
道路硅酸盐水泥主要用于公路路面、机场跑道等工程结构，也可用于要求较高的工厂地面和停车场等工程。
掺混合材料的硅酸盐水泥
混合材料
概述
在生产水泥时，为改善水泥的性能、调节水泥的强度等级而掺人的人工或天然矿物质材料，称为混合材料。
混合材料的类别
按照其在水泥中的作用
活性混合材料
概述
定义
活性混合材料是指具有火山灰性或潜在水硬性，或兼有火山灰性和水硬性的矿物质材料，主要包括粒化高炉矿渣、火山灰质混合材料和粉煤灰。
特点
这些材料中含有大量具有活性的氧化硅和氧化铝，在常温下加水后本身不会硬化或硬化极为缓慢，但在氢氧化钙溶液中或在有石膏存在的条件下能被激发产生水化反应，生成具有胶凝性的水化产物，并能在水中硬化。
分类
粒化高炉矿渣
粒化高炉矿渣是将炼铁高炉的熔融物，经水淬急冷处理后得到粒径为0.5~5mm的疏松颗粒材料，由于在短时间内温度急剧下降，粒化高炉渣的内部形成玻璃态结构。
其活性成分一般认为含有 CaO、MgO、SiO2、 Al2O3、 FeO等氧化物和少量的硫化物如CaS、MnS、FeS等。其中CaO、MgO、SiO2、 Al2O3的含量通常在各种矿渣中占总量的90%以上。粒化高炉矿渣磨成细粉后，易与Ca(OH)2起作用而具有强度，又因其中含有C2S等成分，所以本身也具有微弱的水硬性。
火山灰质混合材料
火山喷发时，随同熔岩一起喷发的大量碎屑沉积在地表或水中成为松软物质，成为火山灰。由于碰触后即遭急冷，因此含有一定量的玻璃体，这些玻璃体是火山灰活性的主要来源，主要成分是活性氧化硅和氧化铝。
火山灰质混合材料泛指这一类物质，主要有天然的硅藻、硅藻石、蛋白石、火山灰、凝灰岩、烧黏土，以及工业废渣中的煅烧煤矸石、粉煤灰、煤渣、沸腾炉渣和钢渣等。
粉煤灰
火力发电厂以煤粉为燃料，燃烧后从其烟气中收集下来的灰渣叫做粉煤灰，也称飞灰。的颗粒直径一 般为0.001~0. 05mm。
主要化学成分是活性SiO2和活性Al2O3，不仅具有化学活性，而且颗粒形貌大多为球形，掺人水泥中具有改善和易、提高水泥石密度的作用。
非活性混合材料
将活性指标分别低于国家标准要求的粒化高炉矿渣、粒化高炉矿渣粉、粉煤灰、火山灰质混合材料以及石灰石和砂岩等掺入水泥中，与水泥成分不起或化学作用很小，仅起提高产量、降低强度等级、降低水化热和改善新拌混凝土和易性等作用，这些材料称为非活性混合材料，也称作填充性混合材料。
窑灰
窑灰是从水泥回转窑尾气中收集下的粉尘。窑灰的性能介于非活性混合材料和活性混合材料之间，窑灰的主要组成物质是碳酸钙、脱水黏土、玻璃态物质、氧化钙，另有少量熟料矿物、碱金属硫酸盐和石膏等。
用于水泥生产的窑灰应符合《掺人水泥中的回转窑窑灰》JC/T 742- 2009 的规定要求。
活性混合材料的作用机理
活性混合材料单独与水拌合，不具有水硬性或硬化极为缓慢，强度很低。但是在有碱性物质Ca(OH)2存在的条件下，将产生水化反应，生成具有水硬性的胶凝物质。xCa(OH)2+SiO2+mH2O——xCaO●SiO2●nH2O，yCa(OH)2+ Al2O3 +mH2O——yCaO●Al2O3●nH2O。（此外，当体系中有石膏存在时，生成的水化铝酸钙还会与石膏进一步反应， 生成水化硫铝酸钙。这些水化产物与硅酸盐水泥的水化产物类似，具有一定的强度和较高的水硬性。）
对于掺有活性混合材料的硅酸盐水泥来说，水化时首先是熟料矿物的水化，称之为“一次水化”；然后是熟料矿物水化后生成的氢氧化钙与混合材料中的活性组分发生水化反应，生成水化硅酸钙和水化铝酸钙；当有石膏存在时，还将与水化铝酸钙反应生成水化硫铝酸钙。水化产物氢氧化钙和石膏与混合材料中的活性成分的反应称为“二次水化”。
可以看出，氢氧化钙和石膏的存在使潜在活性得以发挥，即氢氧化钙和石膏起着激发水化，促进凝结硬化的作用，故称为激发剂。
尽管活性混合材料的掺入使水泥熟料中硅酸三钙、硅酸二钙等强度组分相对减少，但是二次水化可以在一定程度上弥补水化硅酸钙、水化铝酸钙的量，使水泥的强度不至于明显降低。同时，根据二次水化反应原理，活性混合材料将与水泥凝胶体中的氢氧化钙作用，转变为硅酸盐凝胶物质，有利于水泥石抗腐蚀和结构密实性。
混合材料的作用及用途
代替部分水泥熟料，增加水泥产量，降低成本
生产水泥熟料需要经过生料磨细、高温煅烧等工艺过程，消耗大量能量，并排放与水泥熟料相等的二氧化碳气体。而混合材料大部分是工业废渣，不需要煅烧，只需要与熟料起磨细即可，既可以减少熟料的生产量，又消耗了工业废料，具有明显的经济效益和社会环保效益。
调节水泥强度，避免不必要的强度浪费
水泥的强度等级以28d抗压强度为基准划分，且每相差10MPa划分一个强度等级。完全使用熟料有时将造成活性的浪费，合理掺人混合材料可达到既降低成本，又满足强度要求的目的。
改善水泥性能
掺入适量的混合材料，相对减少水泥中熟料的比例，能明显降低水泥的水化放热量。
由于二次水化作用，使水泥石中的氢氧化钙含量减少，增加了水化硅酸盐凝胶体的含量，因此能够提高水泥石的抗软水侵蚀和抗硫酸盐侵蚀能力。
如果采用粉煤灰作混合材料，由于其球形颗粒的作用，能够改善水泥浆体的和易性，减少水泥的需水量，从而提高水泥硬化体的密度。
降低早期强度
掺人混合材料之后，早期水泥的水化产物数量将相对减少，所以水泥石或混凝士的早期强度有所降低。
对于早期强度要求较高的工程不宜掺人过多的混合材料。但是由于二次水化作用，其后期强度与不掺混合材料的水泥相比不会相差太多。
几种掺混合材料的通用硅酸盐水泥
普通硅酸盐水泥
普通硅酸盐水泥(代号P●O)，简称普通水泥。由硅酸盐水泥熟料、少量混合材料，适量石膏磨细制成的水硬性胶凝材料（活性混合材料掺加量为大于5%且不大于20%，其中允许用不超过水泥质量8%的非活性混合材料或不超过水泥质量5%的窑灰代替。）
主要性质应符合国家标准的如下规定：
烧失量不得大于5. 0%
细度以比表面积表示，不小于300m^2/kg
初凝不小于45min；终凝不大于6h。
普通硅酸盐水泥的强度等级分为42.5、42.5R、 52.5、 52.5R 四个等级，两种类型(普通型和早强型)，各类型水泥的龄期强度值应不低于表5-5规定。
普通硅酸盐水泥的体积安定性、氧化镁和三氧化硫含量、碱含量等其他技术性质均与硅酸盐水泥规定值相同。
普通硅酸盐水泥由于掺加了少量的混合材料，与硅酸盐水泥相比，其性能和应用与同等级的硅酸盐水泥相近，但其早期硬化速度稍慢，水化热及早期强度略有降低，抗冻性和耐磨性也较硅酸盐水泥稍差。
矿渣硅酸盐水泥、火山灰质硅酸盐水泥和粉煤灰硅酸盐水泥
组成
矿渣硅酸盐水泥
凡由硅酸盐水泥熟料、水泥质量大于20%且不大于70%的粒化高炉矿渣、适量石膏磨细制成水硬性胶凝材料，简称矿渣水泥(代号P●S)。
分类
A型
矿渣掺量大于20%且不大于50%，代号PSA
B型
矿渣掺量大于50%且不大于70%，代号PSB
允许用不超过水泥质量8%且符合标准的活性混合材料、非活性混合材料或窑灰中的任一种材料代替。
火山灰质硅酸盐水泥
凡由硅酸盐水泥熟料、水泥质量大于20%且不大于40%火山灰质混合材料，适量石膏磨细制成的水硬性凝胶材料，简称火山灰水泥，代号P●P。
粉煤灰硅酸盐水泥
凡由硅酸盐水泥熟料和粉煤灰、适量石膏磨细制成的水硬性胶凝材料，简称粉煤灰水泥，代号P●F。水泥中粉煤灰掺量按质量百分数计为20%~40%。
技术要求
化学指标
熟料中氧化镁含量不大于6.0%，三氧化硫含量：矿渣水泥不大于4.0%，火山灰水泥和粉煤灰水泥不大于3.5%。
如果水泥中氧化镁的含量(质量分数) 大于6.0%时，需进行水泥压蒸安定性试验并合格。
凝结时间
初凝不得早于45min,终凝不得迟于600min。
安定性
用沸煮法检验必须合格。
强度
水泥的强度等级按规定龄期的抗压强度和抗折强度来划分，分为32.5、32.5R、42.5、42.5R、52.5、 52. 5R六个等级，各龄期的强度要求见表5-6。
细度
以筛余表示，80um 方孔筛筛余不大于10%或45um方孔筛筛余不大于30%。
碱含量
作为选择性指标，水泥中碱含量按Na2O+0.658K2O计算值表示。若使用活性骨料，用户要求提供低碱水泥时，水泥中的碱含量应不大于0.60%或由买卖双方协商确定。
复合硅酸盐水泥
定义
由硅酸盐水泥熟料、水泥质量大于20%且不大于50%的两种或两种以上混合材料、适量石膏磨细制成的水硬性胶凝材料，简称复合水泥(代号P●C)。（其中允许用不超过水泥质量8%且符合标准的窑灰代替。）掺矿渣时混合材料掺量不得与矿渣硅酸盐水泥重复。
国家标准对复合硅酸盐水泥规定了七项技术要求，其中熟料中氧化镁含量与矿渣硅酸盐水泥相同；水泥三氧化硫、细度、凝结时间、安定性、强度及碱含量的技术要求与普通硅酸盐水泥相同。
水泥中掺人多种复合要求的混合材料，可以更好地改善水泥性能。根据当地混合材料的资源和水泥性能的要求掺人两种或更多混合材料，可克服单掺时所带来水泥性能在某一方面明显的不足，从而在水泥浆的需水性、泌水性、抗腐蚀性方面都有所改善和提高，并在一定程度上改变水泥石的微观结构，促进早期水化及早期强度的发展。
根据《通用硅酸盐水泥》GB 175- 2007 第2号修改单，从2015年12月1日起，复合水泥只有32.5R、42.5、 42.5R、 52. 5、52. 5R五个强度等级。
特点
通用硅酸盐水泥的主要性能及适用范围
目前，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水泥是我国广泛使用的六种水泥，均以硅酸盐水泥熟料为基本原料，在矿物组成、水化机理、凝结硬化过程、细度、凝结时间、安定性、强度等级划分等方面有许多相近之处。但由于掺人混合材料的数量、品种有较大差别，所以各种水泥的特性及其适用范围有较大差别。六种通用水泥的性能特点及其适用范围见表5-7。
水泥
概述
水泥是一种固体粉末，与水混合后经过一系列物理化学过程，既能在空气中硬化，又能在水中凝结硬化，逐渐由可塑性浆体变成坚硬的石状物，并可将砂石等散粒材料胶结成整体。
水泥是土木工程建设中最重要的建筑材料之一，具有悠久的历史，被广泛应用于工业与民用建筑、道路与桥梁、水利与水电、海洋与港口、矿山与国防等工程中，作为胶凝材料用于制作各种混凝土、钢筋混凝土的构筑物和建筑物，也可以配制成各种砂浆或其他各种胶结材料等。
分类
按照其主要化学成分
硅酸盐系水泥
铝酸盐系水泥
硫铝酸盐系水泥
铁铝酸盐系水泥等
按照其性质和用途
通用水泥
通用硅酸盐水泥在目前建筑工程中应用最广泛
概述
以硅酸盐水泥熟料和适量的石膏及规定的混合材料制成的水硬性胶凝材
分类
硅酸盐水泥
普通硅酸盐水泥
矿渣硅酸盐水泥
火山灰硅酸盐水泥
粉煤灰硅酸盐水泥
复合硅酸盐水泥
专用水泥
道路水泥
大坝水泥
砌筑水泥
油井水泥
型砂水泥等
特性水泥
快硬水泥
膨胀水泥
抗硫酸水泥
低热水泥
白色硅酸盐水泥
彩色硅酸盐水泥等
各通用硅酸盐水泥的化学指标应符合下表的规定。
二者的水化产物都是水化硅酸钙和氢氧化钙，它们构成了水泥石的主体。