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第一章 绪 论
一、土木工程材料的分类
土木工程材料：一是指各种材料，二是指制品，如混
凝土、混凝土空心板、过梁、挑梁、窗户、墙体等。
分类：按材料来源，分天然和人造。
使用功能：结构材料：梁、柱、墙
功能材料：砂、石、水泥
组成成分：有机、无机、复合等
二、标准
国标：GB、GB/T
行标：JC(建材)、JGJ(建设部)、CECS(中国标
准化协会)、JTJ、JT——交通行业标准代号
地方标准：DB
企业标准：QB
国际标准：ISO、ASTM(美国材料协会)
日本工业标准：JIS、德国工业标准：DIN、英
国标准：BS
第二章 工程材料的基本性质
材料的物理性质
一、密度
密度：表观密度、毛体积密度和堆积密度
1．密度
2．表观密度
3．毛体积密度
4． 堆积密度
二、密实度和孔隙率
1．密实度：
即： P+D=1
这说明当材料密实度越大，空隙率越小，自然
强度越高，吸水率越小，导热性越大。
2．孔隙率：
三、填充率、空隙率
1.空隙率：散粒材料颗粒间的孔隙体积与堆积总
体积的比例。
2.填充率:散粒颗粒堆积体积中被颗粒体积填充
的程度。
同样
性质：散粒的填充率和空隙率大小反映了散粒材
料的填充程度。
材料与水有关的性质
一、材料的亲水性和憎水性
亲水性材料：水被材料吸附。
憎水性材料：材料表面不可湿润。
二、材料的吸水性和吸湿性
1.吸水性
定义：材料与水接触时其毛细管会吸收水分。
特点：材料吸水以后对材料性能会产生一定的影响，
如体积膨胀、表观密度增加、强度降低、导热性能增大、
耐久性降低等
2.吸湿性
定义：材料在潮湿空隙中吸收水分的性质。
性质：吸湿作用可逆，随空气湿度、温度的变化而
发生变化。
3.含水率、吸水率和平衡含水率
①含水率
定义：材料所含水的质量与干燥状态下材料的
质量之比
计算式：
②吸水率
定义：材料在水中吸收水分的能力。
计算式：
质量吸水率：
体积吸水率：
性质：吸水率是个特定值，反映了材料的亲
水性、开口空隙率和空隙特征。
3.平衡含水率
定义：材料的吸湿与空气湿度达到平衡时的
含水率。
性质：对于多孔材料，吸湿后的平衡含水率
随外界条件变化较大，材料的性能也会发生变化
的。
三、材料的耐水性
定义：材料长期在水作用下保持原有性质(不发生
破坏、强度也不显著降低)的能力称为耐水性。用软化系
数表示。
计算式：
材料的软化系数在0~1之间波动。因为材料
吸水，水分渗入后，材料内部颗料间的结合力减
弱，软化了材料中的不耐水成分，致使材料强度
降低。所以材料处于同一条件时，一般而言吸水
后的强度比干燥状态下的强度低。软化系数越小，
材料吸水饱和后强度降低越多，耐水性越差。对
重要工程及长期浸泡或潮湿环境下的材料，要求
软化系数不低于~。通常把软化系数大于
的材料称为耐水材料。
四、抗渗性
定义：材料抵抗压力水渗透的性质。
计算式：
性质：渗透系数越小，材料的抗渗性能越好；抗渗等
级越高，抗渗性能越好。
五、抗冻性
定义：材料在水饱和状态下，能经受多次冻融循环
作用而不破坏，也不严重降低强度的性质。
材料的抗冻性用抗冻等级表示。抗冻等级是以规定
的试件、在规定的试验条件下，测得其强度降低不超过
规定值，并无明显损坏和剥落时所能经受的冻融循环次
数来确定。
材料的力学性质
一、强度
1. 定义
指在外力(荷载)作用下材料抵抗破坏的能力。又
称静力强度（静力试验中测定的强度）
根据外力引起内应力的不同，材料的强度有：抗
压、抗拉、抗剪、抗弯
2.计算式：
抗压强度：
抗折（弯）强度： ——简支梁、集中荷载
抗折（弯）强度： ——两支点间三分点作用
二、变形性能
弹性：当撤去外力或外力恢复到原状态，材料能
够完全恢复原来形状的性质。
塑性：当撤去外力或外力恢复到原状态，材料仍
保持变形后的形状和尺寸，并不产生裂缝的性质。
徐变：随时间缓慢增长的不可恢复的变形称徐变。
脆性：破坏前无明显变形而突然破坏的性质，抗
压不抗拉。
韧性：在外力作用下，能够吸收较大能量，产生
一定的变形而不致破坏。
硬度：抵抗刻划或压入其表面的能力，通常有刻
划法，回弹法和压入法。
刻划法：用于矿物材料的测定，以滑石、石膏、
方解石、萤石等……
回弹法：测定砼表面硬度，再推算混凝土强度。
压入法：用于测定金属材料、塑料、橡胶等的硬
度，布氏、洛氏、维氏。
耐磨性：材料表面抵抗磨损的能力。
材料的耐久性：材料在使用过程中抵抗各种内在
或外部破坏因素的作用，保持其原有性能，不变质，
不破坏的性质称为耐抗性。
第三章 无机胶凝材料
石灰石灰
见火石灰见火石灰——CaCO——CaCO33未完全分解未完全分解
过火石灰过火石灰→→表面存在一层熔融物，熟化很慢。表面存在一层熔融物，熟化很慢。
MgCOMgCO33→MgO →MgO 钙质石灰钙质石灰Mg≤5% Mg≤5% 镁质石灰镁质石灰 MgO>5% MgO>5%
生石灰生石灰((粉粉) CaO) CaO
熟石灰熟石灰((消石灰消石灰) Ca(OH)) Ca(OH)22
石灰膏、石灰浆石灰膏、石灰浆Ca(OH)2+3Ca(OH)2+3～～44倍水：倍水：
石灰的熟化与硬化石灰的熟化与硬化
水硬性胶凝材料
水泥是一种细磨材料，加入适量水后成为塑性浆
体，既能在空气中硬化，又能在水中硬化，并能把砂、
石等材料牢固地粘结在一起，形成坚固的石状体的水
硬性胶凝材料。
一、水泥的发展史
二、水泥分类
通用水泥 硅酸盐水泥
专用水泥 铝酸盐水泥
特性水泥 硫（铁）铝酸盐水泥
硅酸盐水泥分两种类型，不掺加混合材料的称
Ⅰ型硅酸盐水泥，代号P·I；在硅酸盐水泥熟料粉磨时
掺加不超过质量5％石灰石或粒化高炉矿渣混合材料
的称Ⅱ型硅酸盐水泥，代号P·II。
普通硅酸盐水泥 P·O
矿渣硅酸盐水泥 P·O
火山灰质硅酸盐水泥 P·P
粉煤灰硅酸盐水泥 P·F
复合硅酸盐水泥 P·C
水泥的生产
１１..硅酸盐水泥生产原料硅酸盐水泥生产原料
原料：原料：
１）石灰质原料１）石灰质原料 主要提供ＣａＯ，主要提供ＣａＯ，
２）粘土质原料２）粘土质原料 主要提供Ａｌ主要提供Ａｌ
２２
ＯＯ
３３
3 3）校正原料）校正原料 铁粉和矿化剂。铁粉和矿化剂。
原料—生料(主要化学成分)：CaO—SiO2—Al2O3—Fe2O3
生产工艺——二磨一烧
石灰石┐ 磨细 1450℃
粘 土┼─── 生料─── 熟料┐
铁矿粉┘ 石膏┘
２２..硅酸盐水泥生产工艺概述硅酸盐水泥生产工艺概述
1)1)把几种原材料按适当比例配合在磨机中磨成生料；把几种原材料按适当比例配合在磨机中磨成生料；
2)2)将制备好的生料入窑进行煅烧，至１４５０将制备好的生料入窑进行煅烧，至１４５０℃℃左右生成以左右生成以
硅酸钙为主要成分的硅酸盐水泥硅酸钙为主要成分的硅酸盐水泥““熟料熟料””；；
3)3)为调节水泥的凝结速度，在烧成的熟料中加入质量３％左为调节水泥的凝结速度，在烧成的熟料中加入质量３％左
右的石膏共同磨细，即为硅酸盐水泥。右的石膏共同磨细，即为硅酸盐水泥。
因此，硅酸盐水泥生产工艺概括起来为因此，硅酸盐水泥生产工艺概括起来为““两磨一烧两磨一烧””。。
.硅酸盐水泥熟料的主要矿物组成：硅酸盐水泥熟料的主要矿物组成：
硅酸三钙硅酸三钙 ３ＣａＯ３ＣａＯ··ＳｉＯＳｉＯ
２２
，， 简式为Ｃ简式为Ｃ
３３
Ｓ，Ｓ，
硅酸二钙硅酸二钙 ２ＣａＯ２ＣａＯ··ＳｉＯＳｉＯ
２２
，， 简式为Ｃ简式为Ｃ
２２
Ｓ，Ｓ，
铝酸三钙铝酸三钙 ３ＣａＯ３ＣａＯ··Ａ１Ａ１
２２
ＯＯ
３３
，， 简式为Ｃ简式为Ｃ
３３
Ａ，Ａ，
铁铝酸四钙４ＣａＯ铁铝酸四钙４ＣａＯ··ＡｌＡｌ
２２
ＯＯ
３３
，，··ＦｅＦｅ
２２
ＯＯ
３３
，，
简式为Ｃ简式为Ｃ
４４
ＡＦＡＦ
水泥生料煅烧成熟料的物理化学变化的过程
1：干燥带： 100 水分蒸发
温度（度） 作用
2：预热带： 600 有机物燃烧和高岭土的脱水
3：分解带： 900 石灰石分解，CaO和SiO2 Al2O3发生固态反应
4:煅烧带 1100 CaO + Al2O3= CaO . Al2O3
2 CaO + SiO2= 2 CaO . SiO2
3 CaO + Al2O3= 3 CaO . Al2O3
5：烧结带 1450 烧结，熔融，得熟料
硅酸盐水泥的凝结硬化过程
11））初初始始反反应应期期：：水水泥泥熟熟料料颗颗粒粒初初始始水水解解和和水水化化（（约约5~10min5~10min，，放放热热
7J/) 7J/)
22））潜潜伏伏期期：：水水化化物物薄薄膜膜围围绕绕水水泥泥颗颗粒粒成成长长变变厚厚（（约约1~2h1~2h，，放放热热
4J/)4J/)
33）凝结期：膜层破裂，水泥颗粒进一步水化（约）凝结期：膜层破裂，水泥颗粒进一步水化（约6h6h，放热，放热20J/
44）硬化期：水化物进一步发展，填充毛细孔（约）硬化期：水化物进一步发展，填充毛细孔（约6 h6 h～若干年）～若干年）
★ ★ 凝结硬化机理小结凝结硬化机理小结
水水泥泥熟熟料料水水化化生生成成紧紧密密、、相相互互交交结结的的水水化化物物体体系系而而凝凝聚聚产产生生
强强度度硬硬化化水水泥泥石石由由水水化化物物、、未未水水化化水水泥泥熟熟料料颗颗粒粒、、水水及及孔孔隙隙所所组组
成成
水泥熟料颗粒初始水解和水化
⑴⑴ 硅酸三钙硅酸三钙：：CC33SS＋＋HH22O →3CaO·2SiOO →3CaO·2SiO22·3H·3H22OO＋＋Ca(OH)Ca(OH)2 2
水化硅酸钙水化硅酸钙
⑵⑵ 硅酸二钙：硅酸二钙：CC22SS＋＋HH22O → O → 水化硅酸钙＋水化硅酸钙＋Ca(OH)Ca(OH)22
⑶⑶ 铝酸三钙铝酸三钙::
在纯水中：在纯水中：CC33AA＋＋HH22O →(CO →(C44AHAH1313、、CC44AHAH1919、、CC33AHAH66…) …) （水泥瞬凝的原因（水泥瞬凝的原因) )
水化铝酸钙水化铝酸钙
在石膏溶液中：在石膏溶液中：CC33AA＋＋Ca(OH)Ca(OH)22＋＋HH22O → CO → C44AHAH1313
C C44AHAH1313＋＋CaSOCaSO44·2H·2H22OO ＋＋HH22O→ 3CaO·AlO→ 3CaO·Al22OO33·3CaSO·3CaSO44·32H·32H22OO
三硫型水化铝酸钙三硫型水化铝酸钙((钙矾石钙矾石))
当石膏耗尽后：当石膏耗尽后：CC44AHAH1313＋钙矾石＋钙矾石→ 3CaO·Al→ 3CaO·Al22OO33·CaSO·CaSO44·12H·12H22OO
单硫型水化硫铝酸钙单硫型水化硫铝酸钙
水泥熟料颗粒初始水解和水化
⑷⑷ 铁铝酸四钙铁铝酸四钙::
在纯水中：在纯水中：CC44AFAF＋＋HH22O → CO → C44AHAH1313＋＋CC44FHFH1313
水化铝酸四钙水化铝酸四钙 水化铁酸四钙水化铁酸四钙→→缩写缩写CC44(A(A、、F)HF)H1313
在石膏溶液中：在石膏溶液中：CC44AFAF＋＋Ca(OH)Ca(OH)22＋＋HH22O→ CO→ C44(A(A、、F)HF)H1313
CC44(A(A、、 F)HF)H1313＋＋ CaSOCaSO44·2H·2H22OO＋＋
HH22O→3CaO·(AlO→3CaO·(Al22OO33·Fe·Fe22OO33)3CaSO)3CaSO44·32H·32H22OO
三硫型水化铁铝酸钙三硫型水化铁铝酸钙
当石膏耗尽后：同铝酸三钙，生成单硫型水化硫铁铝酸钙当石膏耗尽后：同铝酸三钙，生成单硫型水化硫铁铝酸钙
★ 水泥水化小结
生生 料料 熟熟 料料 水泥石水泥石
主要化学成分主要化学成分 主要矿物成分主要矿物成分 主要水化产物（比例）主要水化产物（比例）
CaOCaO
SiOSiO22
AlAl22OO33
FeFe22OO33
CC33SS
CC22SS
CC33AA
CC44AFAF
CaSOCaSO44·2H·2H22OO
水化硅酸钙（水化硅酸钙（ ～～7070％）％）
Ca(OH)Ca(OH)2 2 （（ ～～2020％％))
三硫型水化铝酸钙（钙矾石～三硫型水化铝酸钙（钙矾石～7%)7%)
硫型水化铝酸钙硫型水化铝酸钙
三硫型水化铁铝酸钙三硫型水化铁铝酸钙
单硫型水化铁铝酸钙单硫型水化铁铝酸钙
图2-4 水泥的凝结硬化过程示意图
硅酸盐水泥熟料中这四种矿物组成的水化特性
矿物组成对水泥性能的影响
矿物组成矿物组成
硅酸三钙硅酸三钙
CC
33
SS
硅酸二钙硅酸二钙
CC
22
SS
铝酸三钙铝酸三钙
CC
33
AA
铁铝酸四钙铁铝酸四钙
CC
44
AFAF
与水反应速度与水反应速度 中中 慢慢 快快 中中
水化热水化热 中中 低低 高高 中中
对强度的作对强度的作
用用
早期早期 良良 差差 良良 良良
后期后期 良良 优优 中中 中中
耐化学侵蚀耐化学侵蚀 中中 良良 差差 优优
干缩性干缩性 中中 小小 大大 小小
矿物组成对水泥性能的影响
以以上上是是单单个个矿矿物物组组成成的的性性能能，，水水泥泥是是几几种种熟熟料料
矿矿物物的的混混合合物物，，改改变变熟熟料料矿矿物物成成分分间间的的比比例例，，水水
泥泥的的性性质质即即发发生生相相应应的的变变化化。。例例如如提提高高硅硅酸酸三三钙钙
的的含含量量，，可可以以制制得得高高强强水水泥泥；；又又如如降降低低铝铝酸酸三三钙钙
和和硅硅酸酸三三钙钙含含量量，，提提高高硅硅酸酸二二钙钙含含量量，，可可制制得得水水
化化热热低低的的水水泥泥，，如如大大坝坝用用水水泥泥；；提提高高铁铁铝铝酸酸四四钙钙
含量，可获得抗折强度较高的水泥，如道路水泥。含量，可获得抗折强度较高的水泥，如道路水泥。
水泥石的结构：
非均质凝聚体固、液、气三相共存
（1）未水化的水泥颗粒
（2）水化产物: C-S-H凝胶、CH结晶、Aft、Afm、
CFH
（3）孔隙：凝胶孔、毛细孔、气孔
影响水泥石结构的因素：
水化程度、水灰比
影响水泥凝结硬化的因素：
（1）内因：水泥细度、矿物组成、水灰比
（2）养护条件：温度、湿度
（3）石膏掺量：瞬凝、假凝
水泥的主要技术性质
技术标准：技术标准：GB175-2007GB175-2007
1 1、细度：、细度：
2 2、标准稠度：、标准稠度：
3 3、凝结时间：、凝结时间：
4 4、体积安定性：、体积安定性：
5 5、强度：、强度：
6 6、水化热、碱含量：、水化热、碱含量：
11、细度、细度
细细度度是是指指水水泥泥颗颗粒粒粗粗细细的的程程度度。。细细度度愈愈细细，，水水泥泥
与与水水起起反反应应的的面面积积愈愈大大，，水水化化速速度度愈愈快快并并较较完完全全。。
实实践践表表明明，，细细度度提提高高，，可可使使水水泥泥混混凝凝土土的的强强度度提提高高，，
工工作作性性得得到到改改善善。。但但是是，，水水泥泥细细度度提提高高，，在在空空气气中中
的的硬硬化化收收缩缩也也较较大大，，使使水水泥泥发发生生裂裂缝缝的的可可能能性性增增加加。。
因此，对水泥细度必须予以合理控制。因此，对水泥细度必须予以合理控制。
指标：比表面积法（m2/kg）
筛析法（80μm方孔筛上的筛余量百分率）
22、水泥净浆标准稠度、水泥净浆标准稠度
为使水泥凝结时间和安定性的测定结果具有可比 为使水泥凝结时间和安定性的测定结果具有可比
性，在此两项测定时必须采用标准稠度的水泥净浆。性，在此两项测定时必须采用标准稠度的水泥净浆。
我国国标规定，水泥净浆稠度是采用标准维卡仪测定我国国标规定，水泥净浆稠度是采用标准维卡仪测定
的，以试杆沉入净浆距底板６ｍｍ的，以试杆沉入净浆距底板６ｍｍ±±１ｍｍ时的稠度１ｍｍ时的稠度
为为““标准稠度标准稠度””，此时的用水量为标准稠度用水量。，此时的用水量为标准稠度用水量。
33、凝结时间、凝结时间
凝凝结结时时间间是是水水泥泥从从加加水水开开始始，，到到水水泥泥浆浆失失去去可可塑塑性性
所需的时间。凝结时间分为初凝时间和终凝时间。所需的时间。凝结时间分为初凝时间和终凝时间。
初凝时间初凝时间是从水泥加水到水泥浆开始失去塑性的时间；是从水泥加水到水泥浆开始失去塑性的时间；
终终凝凝时时间间是是水水泥泥加加水水到到水水泥泥浆浆完完全全失失去去塑塑性性并并开开始始产产生生
强度的时间。强度的时间。
水泥的凝结时间对水泥混凝土的施工有重要意义。水泥的凝结时间对水泥混凝土的施工有重要意义。
如果凝结过快，混凝土会很快失去流动性，以致无法如果凝结过快，混凝土会很快失去流动性，以致无法
浇筑，所以初凝时间不宜过短，以便有足够的时间在浇筑，所以初凝时间不宜过短，以便有足够的时间在
初凝之前完成混凝土各工序的施工操作；但终凝时间初凝之前完成混凝土各工序的施工操作；但终凝时间
又不宜太迟，以便混凝土在浇捣完毕后，尽早完成凝又不宜太迟，以便混凝土在浇捣完毕后，尽早完成凝
结硬化。我国现行国标（ＧＢ１７５－结硬化。我国现行国标（ＧＢ１７５－20072007）规定，）规定，
硅酸盐水泥初凝时间不得早于４５ｍｉｎ；终凝时间硅酸盐水泥初凝时间不得早于４５ｍｉｎ；终凝时间
不得迟于３９０ｍｉｎ。普通硅酸盐水泥初凝时间不不得迟于３９０ｍｉｎ。普通硅酸盐水泥初凝时间不
得早于４５ｍｉｎ，终凝时间不得迟于１０ｈ。得早于４５ｍｉｎ，终凝时间不得迟于１０ｈ。
44、体积安定性、体积安定性
水水泥泥硬硬化化后后体体积积变变化化的的均均匀匀性性称称为为水水泥泥体体积积
安定性。安定性。
水水泥泥与与水水拌拌制制成成的的水水泥泥浆浆体体，，在在凝凝结结硬硬化化过过
程程中中，，一一般般都都会会发发生生体体积积变变化化，，如如果果这这种种变变化化是是
发发生生在在凝凝结结硬硬化化过过程程中中，，则则对对建建筑筑物物的的质质量量并并没没
有有什什么么影影响响。。但但是是，，在在水水泥泥硬硬化化后后若若产产生生不不均均匀匀
的的体体积积变变化化，，将将使使混混凝凝土土产产生生膨膨胀胀裂裂缝缝，，降降低低使使
用用质质量量，，甚甚至至引引起起严严重重事事故故。。这这即即是是水水泥泥体体积积安安
定性不良。定性不良。
体积安定性不良的原因，一般是由于熟料中所含
的游离氧化钙过多；也可能是熟料中所含的游离氧化
镁过多或掺入的石膏过多，致使水泥已经凝结硬化后，
甚至已经应用于结构物中，这些成分继续水化，体积
膨胀，引起不均匀的体积膨胀，造成水泥石开裂。
测定及保证措施：
游离氧化钙：沸煮法（雷氏夹、试饼法）
游离氧化镁：压蒸法或限制含量
SO3：限制含量
干缩率和磨损量
1 1）干缩性）干缩性（抗裂、抗渗、抗冻、抗腐蚀）（抗裂、抗渗、抗冻、抗腐蚀）
① ① 矿物组成：矿物组成：CC
33
A↑A↑干缩性干缩性↑↑
C C
44
AF↑AF↑收缩量收缩量↓↓（抗裂性最好）（抗裂性最好）
② ② 细度细度↑↑干缩性干缩性↑↑
2) 2) 耐磨性耐磨性
① ① 熟料矿物：熟料矿物：CC
44
AF↑CAF↑C
33
S↑CS↑C
33
A↓,A↓,耐磨性耐磨性↑↑
（抗冲击性及各类强度）（抗冲击性及各类强度）↑↑
② ② 抗压强度抗压强度↑↑、耐磨性、耐磨性↑↑
５、强度５、强度
强度是水泥技术要求中最基本的指标，也是水泥的强度是水泥技术要求中最基本的指标，也是水泥的
重要技术性质之一。重要技术性质之一。
水泥的强度除了与水泥本身的性质（如熟料的矿物水泥的强度除了与水泥本身的性质（如熟料的矿物
组成、细度等）有关外，并与水灰比、试件制作方法、组成、细度等）有关外，并与水灰比、试件制作方法、
养护条件和时间等有关。养护条件和时间等有关。
※强度试验条件：水泥:标准砂＝1:3、水灰比＝，
试件4×4×16㎝，标准养护、测定3d与28d抗压强度与抗
折强度
※型号：早强型R和普通型（根据3d强度）
※强度等级：
硅酸盐水泥—、、、、、
普通水泥—、、、、、
影响强度等级因素：
熟料矿物 C
3
S、C
2
S↑，强度↑
细度大，水化反应快并充分，强度高
硅酸盐水泥各龄期强度值（GB175-1999）
强度等级强度等级
抗压强度抗压强度/ MPa/ MPa 抗折强度抗折强度/ MPa/ MPa
3d3d 28d28d 3d3d 28d28d
我国现行国家标准（GB175-2007）规定：凡氧
化镁、三氧化硫、初凝时间、安定性中的任一项不
符合标准规定，均为废品。凡细度、终凝时间、不
溶物和烧失量中的任一项不符合标准规定或混合材
料掺加量超过最大限量，或强度低于商品标号规定
的指标时，称为不合格品，废品水泥在工程中严禁
使用。
硅酸盐水泥硬化后，在某些腐蚀性液体
或气体介质中，会逐渐受到腐蚀，导致强
度降低，甚至破坏。
水泥石的腐蚀与防止
1．软水的侵蚀
软水的定义：(HCO3)－甚少
腐蚀原因：(OH)2的溶解与流失
2.流动水及压力水
3.易分解的水化产物
腐蚀结果：水泥石结构的破坏
2．盐类的腐蚀
(1)硫酸盐：
(2)镁盐：
腐蚀结果：
产生体积膨胀性产物（AFt）
产生易溶于水的产物（CaCl2）
产生松软而无胶凝性的产物（Mg(OH)2）
3．酸类的腐蚀
(1)碳酸腐蚀：
(2)一般酸的腐蚀：
4．强碱腐蚀
强碱与水化铝酸钙反应
在强碱浸泡后，会与空气中的碳酸反应
5.腐蚀的防治措施
(1)根据工程所处的环境特点，选择合适的水泥品种；
(2)提高水泥石的密实程度；
(3)表面防护处理。
水泥混合材料及其特性
混合材料混合材料：：
改善水泥性质（降低水化热，提高防腐性能）改善水泥性质（降低水化热，提高防腐性能）
调节水泥标号调节水泥标号
提高水泥产量（节约水泥原料）提高水泥产量（节约水泥原料）
如：天然砂砾如：天然砂砾
火山灰或工业废渣（矿渣、炉渣、粉煤灰）等火山灰或工业废渣（矿渣、炉渣、粉煤灰）等
活性混合材料
活性活性：：
能与碱水溶液和硫酸盐溶液反应，生成水硬性化合物能与碱水溶液和硫酸盐溶液反应，生成水硬性化合物
• 粒化高炉矿渣：粒化高炉矿渣：CaOCaO，，SiOSiO22，，AlAl22OO33，，FeFe22OO3 3
（含量＞（含量＞9090％）％）
• 火山灰质混合材料：活性火山灰质混合材料：活性SiOSiO22和活性和活性AlAl22OO33
• 粉煤灰：粉煤灰：SiOSiO22和和AlAl22OO33（含量＞（含量＞6060％）％）
非活性混合材料
•品种：磨细石英砂、石灰石、粘土、慢冷矿渣等
•掺加目的：调节水泥标号、提高产量、降低水化热
石膏（CaSO4·2H2O）
掺量：掺量：33～～55％％
作用：缓凝、调节凝结速度作用：缓凝、调节凝结速度
水泥中的有害物质水泥中的有害物质
•游离氧化钙游离氧化钙 ff-CaO-CaO、氧化镁、氧化镁 ff-MgO-MgO
•三氧化硫三氧化硫 SO SO
33
•碱含量碱含量 →“ →“碱－集料反应碱－集料反应””
掺混合材料水泥的凝结硬化过程
11）反应条件）反应条件
⑴⑴ 具有活性物质具有活性物质：活性：活性SiOSiO22和活性和活性AlAl22OO
⑵⑵ 具有活性激发剂具有活性激发剂：激发活性材料潜在活性的物质：激发活性材料潜在活性的物质
Ca(OH) Ca(OH)22溶液（碱性激发剂）溶液（碱性激发剂）
CaSO CaSO44·2H·2H22OO溶液（硫酸盐激发剂）溶液（硫酸盐激发剂）
22）反应机理）反应机理（（二次反应二次反应，又称，又称火山灰反应火山灰反应））
SiO SiO22＋＋ Ca(OH) Ca(OH)22＋＋HH22O → O → CaO SiOCaO SiO22·mH·mH22OO
不定型水化硅酸钙（凝胶）不定型水化硅酸钙（凝胶）
Al Al22OO33＋＋ Ca(OH) Ca(OH)22＋＋HH22O→ O→ CaO AlCaO Al22OO33·nH·nH22O O
不定型水化铝酸钙（凝胶）不定型水化铝酸钙（凝胶）
Al Al22OO33 ＋＋ CaSO CaSO44·2H·2H22O → O → 水化硫铝酸钙（水化硫铝酸钙（钙矾石钙矾石））
33）对水泥性质的影响）对水泥性质的影响
⑴⑴ 水化速度慢：早期强度低，后期强度发展水化速度慢：早期强度低，后期强度发展
⑵⑵ 化学稳定性较高：抗腐蚀（淡水、硫酸盐）化学稳定性较高：抗腐蚀（淡水、硫酸盐）
⑶⑶ 水化热低：适应大体积工程水化热低：适应大体积工程
常用硅酸盐水泥品种
11）硅酸盐水泥）硅酸盐水泥P P II、、P P IIII：：
硅酸盐水泥熟料＋硅酸盐水泥熟料＋0~5%0~5%混合材混合材＋石膏＋石膏
22）普通硅酸盐水泥）普通硅酸盐水泥PPOO：：
硅酸盐水泥熟料＋硅酸盐水泥熟料＋6~15%6~15%混合材混合材＋石膏＋石膏
33）矿渣硅酸盐水泥）矿渣硅酸盐水泥PPSS：：
水泥熟料＋水泥熟料＋20~70%20~70%粒化高炉矿渣粒化高炉矿渣＋石膏＋石膏
44）火山灰质硅酸盐水泥）火山灰质硅酸盐水泥PPPP：：
水泥熟料＋水泥熟料＋20~50%20~50%火山灰质材料＋石膏火山灰质材料＋石膏
55）粉煤灰硅酸盐水泥）粉煤灰硅酸盐水泥PPFF：：
水泥熟料＋水泥熟料＋20%~40%20%~40%粉煤灰粉煤灰＋石膏＋石膏
66）道路硅酸盐水泥：）道路硅酸盐水泥：
道路硅酸盐水泥熟料＋道路硅酸盐水泥熟料＋0~10%0~10%活性混合材＋石膏活性混合材＋石膏
2．掺混合材料硅酸盐水泥性能
1）.凝结硬化较慢，水化热较小，早期强度较低，但后
期强度增长快；
2）.对环境温度、湿度条件较敏感，适合于湿热养护；
3）.抗软水、硫酸盐腐蚀能力较强，抗碳化能力较差；
4）.抗冻性、耐磨性较差。
掺混合材料水泥各自的特点
矿渣水泥：耐热性较好，保水性较差，泌水性较耐热性较好，保水性较差，泌水性较
大，抗渗性、抗干湿循环较差，干缩大，易开裂大，抗渗性、抗干湿循环较差，干缩大，易开裂
火山灰水泥：在潮湿或水中养护时，密实度、抗在潮湿或水中养护时，密实度、抗
渗性较好，但不宜用于干热环境；抗硫酸盐腐蚀渗性较好，但不宜用于干热环境；抗硫酸盐腐蚀
能力与掺入的混合材料种类有关能力与掺入的混合材料种类有关
粉煤灰水泥：干缩小，抗裂性较高干缩小，抗裂性较高
其它品种水泥其它品种水泥
高铝水泥高铝水泥
凡凡以以铝铝酸酸钙钙为为主主，，氧氧化化铝铝含含量量约约５５００％％的的熟熟料料，，经经磨磨
细而得的水硬性胶凝材料称为高铝水泥。又名矾土水泥。细而得的水硬性胶凝材料称为高铝水泥。又名矾土水泥。
工程应用：工程应用：
高高铝铝水水泥泥的的特特点点是是早早期期强强度度增增长长快快，，强强度度高高，，主主
要要用用于于紧紧急急抢抢修修和和早早期期强强度度要要求求高高的的工工程程。。高高铝铝水水泥泥的的
缺缺点点是是后后期期强强度度倒倒缩缩，，在在使使用用３３～～５５年年后后高高铝铝水水泥泥混混凝凝
土的强度只有早期强度的一半左右。土的强度只有早期强度的一半左右。
高铝水泥不宜作结构工程。它的使用温度不宜超过３ 高铝水泥不宜作结构工程。它的使用温度不宜超过３
００℃℃，如有蒸汽养护不宜超过５０，如有蒸汽养护不宜超过５０℃℃，不得与其它品种，不得与其它品种
水泥混合使用。水泥混合使用。
膨胀水泥
膨胀水泥是硬化过程中不产生收缩，而具
有一定膨胀性能的水泥。
工程应用：
膨胀水泥常用于基础底板、水泥混凝土路
面、机场道面或桥梁修补混凝土。此外用于
防止渗漏、修补裂缝及管道接头等工程。
白色和彩色硅酸盐水泥
白色水泥的主要矿物组成仍是硅酸盐，只是水泥中着色物白色水泥的主要矿物组成仍是硅酸盐，只是水泥中着色物
质（氧化铁、氧化锰、氧化钛、氧化铬等）的含量极少。质（氧化铁、氧化锰、氧化钛、氧化铬等）的含量极少。
生产彩色硅酸盐水泥有三种方法：（生产彩色硅酸盐水泥有三种方法：（11）在水泥生料中混入）在水泥生料中混入
着色物质，烧成彩色熟料再粉磨成彩色水泥；（着色物质，烧成彩色熟料再粉磨成彩色水泥；（22）将白水）将白水
泥熟料或硅酸盐水泥熟料、适量石膏和碱性着色物质共同磨泥熟料或硅酸盐水泥熟料、适量石膏和碱性着色物质共同磨
细制成彩色水泥；（细制成彩色水泥；（33）将干燥状态的着色物质掺入白色水）将干燥状态的着色物质掺入白色水
泥或硅酸盐水泥中。泥或硅酸盐水泥中。
白色和彩色水泥在装饰工程中，常用于配制各类彩色水泥浆、白色和彩色水泥在装饰工程中，常用于配制各类彩色水泥浆、
砂浆和混凝土，用以制造各种水磨石、水刷石、等饰面及雕砂浆和混凝土，用以制造各种水磨石、水刷石、等饰面及雕
塑和装饰部件等制品。塑和装饰部件等制品。
道路硅酸盐水泥道路硅酸盐水泥
以以适适当当成成分分的的生生料料烧烧至至部部分分熔熔融融，，所所得得以以硅硅酸酸钙钙为为主主要要成成
分分和和较较多多量量的的铁铁铝铝酸酸钙钙的的硅硅酸酸盐盐水水泥泥熟熟料料称称为为道道路路硅硅酸酸盐盐水水泥泥
熟熟料料。。由由道道路路硅硅酸酸盐盐水水泥泥熟熟料料，，00～～1010％％活活性性混混合合材材料料和和适适量量
石石膏膏磨磨细细制制成成的的水水硬硬性性胶胶凝凝材材料料，，称称为为道道路路硅硅酸酸盐盐水水泥泥（（简简称称
道路水泥）。道路水泥）。
工工程程应应用用::道道路路水水泥泥是是一一种种强强度度高高，，特特别别是是抗抗折折强强度度高高，，
耐耐磨磨性性好好，，干干缩缩性性小小，，抗抗冲冲击击性性好好，，抗抗冻冻性性、、抗抗硫硫酸酸性性比比较较好好
的的专专用用水水泥泥。。它它适适用用于于道道路路路路面面、、机机场场跑跑道道道道面面、、城城市市广广场场等等
工工程程，，由由于于道道路路水水泥泥具具有有干干缩缩性性小小、、耐耐磨磨、、抗抗冲冲击击等等特特性性，，可可
减减少少水水泥泥混混疑疑土土路路面面的的裂裂缝缝和和磨磨耗耗等等病病害害，，减减少少维维修修、、延延长长路路
面使用年限，因而可获得显著的社会效益和经济效益。面使用年限，因而可获得显著的社会效益和经济效益。
水泥取样方法和检验
一、执行标准
1.《硅酸盐水泥、普通硅酸盐水泥》（GB175-
2007）
2.《矿渣硅酸盐水泥、火山灰质硅酸盐水泥及粉
煤灰硅酸盐水泥》（GB1344-1999）
3.《复合硅酸盐水泥》（GB12958-1999）
二、测试项目
1.水泥胶砂强度：包括抗压强度和抗折强度
2.水泥安定性
3.凝结时间
三、取样数量和取样方法
检查数量：按同一厂家、同一等级、同一品种、
同一批号且连续进场的水泥，袋装不超过200t为一批，
散装不超过500t为一批，每批抽样不少于一次。检查
产品合格证、出厂检验报告和进场复验报告。
取样方法：水泥试样必须在同一批号不同部位处
等量采集，取样试点至少在20点以上，经混合均匀用
防潮容器包装，重量不少于12kg。
四、试验结果判定
1.水泥强度
水泥强度等级按规定龄期的抗压强度和抗折强度
来划分。参见P29表2-5、表2-6、表2-7。
2.凝结时间
初凝时间不得早于45min;
终凝时间不迟于(小于5%掺量的硅酸盐水泥)
或者是10h（其他水泥）
3.安定性
沸煮法检验必须合格，试饼法，沸煮后无裂缝，
无弯曲为合格；雷氏法，平均值小于5mm为合格，有争
议时以雷氏法为准。
4.结果判定
不合格水泥判定：
1）凡细度、终凝时间、不溶物和烧失量中任一项
指标不符合规定，或混合料掺入量超过最大限量和强
度低于商品强度等级指标时的水泥为不合格水泥。
2）当水泥包装标识（品种、强度等级、厂家等）
不全的水泥也属于不合格水泥。
废品水泥判定：
凡游离氧化镁、三氧化硫、初凝时间、安定性中
任一项指标不符合相关规定的水泥均为废品水泥。
五、常用硅酸盐水泥技术要求
P30 表2-9
第四章 砂石材料
集料的技术性质
1.分类
粒径以下的骨料称为细骨料，俗称砂。
砂按产源分为天然砂、人工砂两类。天然砂是由自
然风化、水流搬运和分选、堆积形成的、粒径小于
mm的岩石颗粒，但不包括软质岩、风化岩石
的颗粒。天然砂包括河砂、湖砂、山砂和淡化海砂。
人工砂是经除土处理的机制砂、混合砂的统称。
粒径大于 mm的骨料称为粗骨料，俗称石。
常用的有碎石及卵石两种。碎石是天然岩石或岩石
经机械破碎、筛分制成的，粒径大于 mm的岩石
颗粒。卵石是由自然风化、水流搬运和分选、堆积
而成的、粒径大于 mm的岩石颗粒。卵石和碎石
颗粒的长度大于该颗粒所属相应粒级的平均粒径
倍者为针状颗粒；厚度小于平均粒径倍者为片状
颗粒（平均粒径指该粒级上、下限粒径的平均值）。
建筑用卵石、碎石应满足国家标准GB/T 14685－
2001《建筑用卵石、碎石》的技术要求。
2.细集料的颗粒级配和粗细程度
颗粒级配是指粒径大小不同的集料相互搭配的
情况。良好的级配应当能使骨料的空隙率和总表面
积均较小，从而不仅使所需水泥浆量较少，而且还
可以提高混凝土的密实度、强渡及其它性能。砂、
卵石和碎石的颗粒级配应符合国家标准GB/T 14684
－2001《建筑用砂》的技术要求。
细度模数是衡量砂粗细程度的指标。细度模数愈
大，表示砂愈粗。其表示式为：
砂的粗细程度按细度模数M
x
分为粗、中、细三级,
其范围应符合以下规定:
粗砂: M
x
= ～ ;
中砂: M
x
= ～ ;
细砂: M
x
= ～ 。
孔径孔径
（（mmmm））
累累计筛计筛余（％）余（％）
ⅠⅠ区区 ⅡⅡ区区 ⅢⅢ区区
00 00 00
10~010~0 10~010~0 10~010~0
35~535~5 25~025~0 15~015~0
65~3565~35 50~1050~10 25~025~0
85~7185~71 70~4170~41 40~1640~16
95~8095~80 92~7092~70 85~5585~55
100~90100~90 100~90100~90 100~90100~90
配制混凝土时应优先采用Ⅱ区砂。当采用Ⅰ区砂时,应提高砂率,
并保持足够的水泥用量,以满足混凝土的各易性;当采用Ⅲ区砂时,
宜适当降低砂率,以保证混凝土的强度。
3.粗集料的颗粒级配
1）最大粒径
粗骨料中公称粒级的上限称为该粒级的最大粒径。
当骨料粒径增大时，其比表面积随之减小。因此，保证
一定厚度润滑层所需的水泥浆或砂浆的数量也相应减少
，所以粗骨料的最大粒径应在条件许可下，尽量选用得
大些。由试验研究证明，最佳的最大粒径取决于混凝土
的水泥用量。在水泥用量少的混凝土中(每lm3混凝土的
水泥用量≯170kg)，采用大骨料是有利的。在普通配合
比的结构混凝土中，骨料粒径大于40mm并没有好处。
骨料最大粒径还受结构型式和配筋疏密限制。石子粒径
过大，对运输和搅拌都不方便。
2）级配
石子级配好坏对节约水泥和保证混凝土具有良好
的和易性有很大关系。特别是拌制高强度混凝土，石
子级配更为重要。
石子的级配也通过筛分试验来确定，石子的标准
筛有孔径为、、、、、、
、、、、及90mm等12个筛子。
普通混凝土用碎石或卵石的颗粒级配应符合表3-6的
规定。试样筛分所需筛号，应按表3-6中规定的级配
要求选用。分计筛余百分率和累计筛余百分率计算均
与砂的相同。
2. 有害杂质含量
骨料除不应混有草根、树叶、树枝、塑料、煤块、
炉渣等杂物外，对卵石和碎石中的有机物、硫化物及硫
酸盐、砂中的云母、轻物质、氯化物作出限制。硫化物
、硫酸盐、有机物及云母等对水泥石有腐蚀作用，会降
低混凝土的耐久性。云母及轻物质（表观密度小于
2000kg/m3），它们本身强度低，与水泥石黏结不牢，
因而会降低混凝土强度及耐久性。
氯离子对钢筋有腐蚀作用，当采用海砂配制钢筋混凝
土时，海砂中氯离子含量不应大于％（以干砂的质
量计），对预应力混凝土，则不宜用海砂。
3.坚固性
砂的坚固性是指砂在气候、环境变化或其它物
理因素作用下抵抗破裂的能力。按标准(JGJ52—
92)规定，砂的坚固性用硫酸钠溶液检验，试样经5
次循环后按其质量损失评定。有抗疲劳、耐磨、抗
冲击要求的混凝土用砂或有腐蚀介质作用或经常处
于水位变化区的地下结构混凝土用砂，其坚固性质
量损失率应小于8％。
4. 强度
粗集料在水泥混凝土中起骨架作用，应具有一定的强度。
粗集料的强度可用抗压强度和压碎指标值两种方法表示。
抗压强度是指集料制成的边长为50 mm的立方体（或直径与
高度均为50 mm的圆柱体）试件，在饱和水状态下测定的抗压强
度值。
压碎指标值是指集料抵抗压碎的能力。它是反映集料强度
的相对指标，在集料的抗压强度不便测定时，常用来评价集料
的力学性能。粗集料的压碎指标值是一定粒径的集料试样，在
规定的条件下加荷施压后，用孔径 mm的筛筛除被压碎的细
粒，称出留在筛上的试样质量，精确至1g。按下式计算：
压碎值测试仪
将将～～碎石分三层夯实，在碎石分三层夯实，在00～～10min10min加压至加压至
400kN400kN，立即卸载，过，立即卸载，过筛筛
试验集料容器
5.碱集料反应
碱集料反应是指水泥、外加剂等混凝土构成物及
环境中的碱与集料中碱活性矿物在潮湿环境下缓慢
发生并导致混凝土开裂破坏的膨胀反应。
碱集料反应包括碱-硅酸反应和碱-碳酸盐反应。
骨料中若含有无定形二氧化硅等活性骨料，当混
凝土中有水分存在时，它能与水泥中的碱（K
2
O及
Na
2
O）起作用，产生碱-骨料反应，使混凝土发生破
坏。对于重要工程混凝土使用的骨料，或者怀疑骨
料中含有无定性二氧化硅可能引起碱-骨料反应时，
应进行专门试验，以确定骨料是否可用。
6.含泥量
含泥量是指天然砂或卵石、碎石中粒径小于75μm
的颗粒含量。砂中的原粒径大于 mm，经水浸洗、
手捏后小于 mm的颗粒含量称为砂的泥块含量；
卵石、碎石中原粒径大于 mm，经水浸洗、手捏
后小于 mm的颗粒含量称为卵石、碎石的泥块含
量。
泥粘附在骨料的表面，防碍水泥石与骨料的粘结，
降低混凝土强度，还会增加拌和水量，加大混凝土的
干缩，降低抗渗性和抗冻性。泥块对混凝土性质的影
响更为严重，因为它在搅拌时不易散开。
7.表面特征与形状
集料特别是粗集料的颗粒形状和表面特征对水泥混凝
土和沥青混合料的性能有显著的影响。通常，集料颗粒
有浑圆状、多棱角状、针状和片状四种类型的形状。其
中，较好的是接近球体或立方体的浑圆状和多棱角状颗
粒。而呈细长和扁平的针状和片状颗粒对水泥混凝土的
和易性、强度和稳定性等性能有不良影响，因此，在集
料中应限制针、片状颗粒的含量。
集料的表面特征又称表面结构，是指集料表面的粗糙
程度及孔隙特征等。集料按表面特征分为光滑的、平整
的和粗糙的颗粒表面。集料的表面特征主要影响混凝土
的和易性和与胶结料的粘结力，表面粗糙的集料制作的
混凝土的和易性较差，但与胶结料的粘结力较强；反之，
表面光滑的集料制作的混凝土的和易性较好，一般与胶
结料的粘结力较差。
碎石受压
⑴ 颗粒形状：蛋圆形、棱角形、针状、片状
针状：长度大于其平均粒径倍的颗粒
片状：厚度小于其平均粒径倍的颗粒
⑵ 表面特征：表面的粗糙程度及孔隙特征等
砾石受压砾石受压
磨光值磨光值：： 石料抵抗磨光的能力，即保持其原有粗糙的能石料抵抗磨光的能力，即保持其原有粗糙的能
力力
磨耗值磨耗值：石料抵抗磨擦、剪切的能力：石料抵抗磨擦、剪切的能力
式中：式中：mm11————磨耗前的试件质量（磨耗前的试件质量（gg））
mm22————磨耗后的试件质量（磨耗后的试件质量（gg））
''tt————集料的饱和面干密度集料的饱和面干密度
冲击值冲击值：石料抵抗多次连续的重复冲击荷载的能力：石料抵抗多次连续的重复冲击荷载的能力
式中：式中：mm00————冲击前试样质量；冲击前试样质量；
mm11————冲击后粒径小于冲击后粒径小于集料试样质量集料试样质量
磨光机
磨光值试件磨光值试件
试件试件→→（金刚砂），经（金刚砂），经6h6h磨光后，磨光后，
用摆式仪测摩擦系数（用摆式仪测摩擦系数（BPNBPN））→→磨磨
光值光值
1010～～15mm15mm集料，集料，1kg1kg分三次夯实。分三次夯实。
冲击锤至冲击锤至380±5mm380±5mm处自由落下，重复处自由落下，重复1515次。次。
将受冲击后的集料过筛（将受冲击后的集料过筛（），称重。），称重。
见证取样方法
1．执行标准
1）《建筑用砂》（GB/T 14684-2001）;
2)《人工砂应用技术全过程》（DBJ/01-65-2002）
3）《建筑用卵石、碎石》（GB/T14685-2001）
4) 《普通混凝土用砂、石质量及检验方法标准》
(JGJ52－2006)
2.必试项目
1）天然砂：颗粒级配、细度模数、松散堆积密度、含泥
量、泥块含量、云母含量
2）人工砂：颗粒级配、细度模数、松散堆积密度、石粉
含量（亚甲蓝试验）、泥块含量、压碎指标
3）卵石、碎石：颗粒级配、含泥量、针片状含量、压碎
值、岩石抗压强度等
4）其它试验项目：表观密度、轻物质、有机物、硫化物
及硫酸盐含量、氯离子含量、碱活性、含水率、吸水率
3.取样批量
应以在施工现场堆放的同产地，同规格分批验收，以400
立方米或600吨为一验收批，不足上述数量者以一批计。对于
一次进场数量较少，且随进随用者，当质量比较稳定时，可
以一个月为一周期以400立方米或600吨为一检验批，不足者
亦为一个批次进行抽检。
4. 取样方法
1）在料堆上取样时，取样部位应均匀分布。取样前先
将取样部位表层铲除。然后对于砂子由各部位抽取大致相
等的8份，组成一组样品。对于石子由各部位抽取大致相
等的15份(在料堆的顶部、中部和底部各由均匀分布的5个
不同部分取得)组成一组样品。
2）从皮带运输机上取样时，应从机尾的出料处用接料
器定时抽取，砂为4份，石子为8份，分别组成一组样品。
3）从火车、汽车、货船上取样时，应从不同部位和深
度抽取大致相等的砂为8份，石子16份，分别组成一组样
品。
4）取样数量对于天然砂一般是22kg，人工砂是
52kg，对于石子一般100～200kg。
5）对所取样品应妥善包装，避免细料散失及防止
污染。并附样品卡片，标明样品的编号、名称、取样
时间、产地、规格、样品量、要求检验的项目取样方
式等。
5.检验结果判定
检验（复检）后，各项指标都符合相应类别规定
时，可判为该产品合格。
若检验不合格时，应重新取样。对不合格项进行
加倍复验，若仍有一个试样不能满足标准要求，应按
不合格处理。
