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造园材料
第六章 无机胶凝材料
6.3 水玻璃
水玻璃俗称泡花碱，是一种碱金属硅酸盐。其化学通式为R2O·nSiO2，建筑上常用的水玻璃是硅酸钠（Na2O·nSiO2）的水溶液。
硅酸钠是一种无色、透明的粘稠固体(见图6-6）。硅酸钠是由石英砂与碳酸钠熔合而成；溶于水后呈碱性。下面就以硅酸钠为例介绍水玻璃的生产、硬化机理、特性和应用。
图6-6 块状硅酸钠
6.3.1 水玻璃的生产
1. 干法生产
是将石英砂（SiO2）和纯碱（Na2CO3）按一定比例混合后在反射炉中加热到1300～1400℃左右，生成熔融状硅酸钠，再在高温或高温高压水中溶解，制得溶液状水玻璃产品。其反应式为：
2. 湿法生产
是将烧碱水溶液和石英粉在高压釜内共热直接生成水玻璃，再经过滤浓缩制得成品水玻璃。
第六章 无机胶凝材料
第六章 无机胶凝材料
6.3.2 水玻璃的凝结固化
水玻璃在空气中的凝结固化与石灰的凝结固化非常相似，主要通过碳化和脱水结晶固结两个过程来实现。
水玻璃溶液在空气中吸收二氧化碳，形成碳酸钠和无定形硅酸。其反应式为：

这一反应在进行过程中，水分逐渐被消耗和蒸发，硅酸逐渐凝聚成硅酸凝胶而析出，产生凝结和硬化。
水玻璃的硬化过程进行得很慢，可达几周以上或更久。使用过程中，常将水玻璃加热或掺加促硬剂，以加快水玻璃的硬化速度。最常见的促硬剂为氟硅酸钠（Na2SiF6），掺入后会加速硅酸凝胶的析出，从而促进水玻璃的硬化，其反应式为：

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6.3.3 水玻璃的特性
1. 粘结力强
2. 耐酸性好
3. 耐热性好
6.3.4 应用
1. 涂刷材料表面，提高抗风化能力
2. 加固土壤
3. 配制速凝防水剂
4. 配制耐酸砂浆和耐酸混凝土
5. 配制耐热砂浆和耐热混凝土
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6.4 水泥
水泥是一种粉末状材料，与适量水混合后，在常温下经过一系列物理化学变化，能由可塑性浆体变成坚硬的石状体，并能将砂、石子等散粒状材料或砖、砌块等块状材料胶结成一个整体，是制造各种形式的混凝土、钢筋混凝土及预应力钢筋混凝土构件的最基本的组成材料。按其性能和用途不同，又可分为通用水泥、专用水泥和特性水泥3大类，具体分类和品种见图6-7。
第六章 无机胶凝材料
6.4.1 硅酸盐水泥
由硅酸盐水泥熟料、不掺混合料或掺石灰石量≤5%或掺粒化高炉矿渣量≤5%、适量石膏磨细制成的水硬性胶凝材料，称为硅酸盐水泥（国外统称为波特兰水泥）。硅酸盐水泥分为两种类型：不掺混合料的称为I型硅酸盐水泥，代号P·I；在硅酸盐水泥熟料中，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。
6.4.1.1 硅酸盐水泥的生产过程
硅酸盐水泥的生产工艺概括起来就是“两磨一烧”，如图6-8所示。图6-9是某水泥生产厂。
图6-8 硅酸盐水泥主要生产流程 图6-9 水泥生产厂
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6.4.1.2 硅酸盐水泥的组成
酸盐水泥由硅酸盐水泥熟料、石膏缓凝剂和混合材料三部分组成，见表6-10。
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6.4.1.3 硅酸盐水泥的水化
水泥颗粒与水接触，其熟料颗粒表面的四种主要矿物立即与水发生水化反应，生成水化产物，同时放出一定热量。其反应式如下：
2（3CaO·SiO2 ）+ 6H2O = 3CaO·2SiO2·3H2O + 3Ca(OH)2
（硅酸三钙） （水化硅酸钙凝胶） （氢氧化钙晶体）
2（2CaO·SiO2） + 4H2O = 3CaO·2SiO2·3H2O + Ca(OH)2
（硅酸二钙） （水化硅酸钙凝胶） （氢氧化钙晶体）
3CaO·Al2O3 + 6H2O = 3CaO·Al2O3·6H2O
（铝酸三钙） （水化铝酸钙晶体）
4CaO·Al2O3·Fe2O3 + 7H2O = 3CaO·Al2O3·6H2O +CaO·Fe2O3·H2O
（铁铝酸四钙） （水化铝酸钙晶体）（水化铁酸钙凝胶）
硅酸盐水泥熟料各单矿物在水化过程中表现出的特性见表6-12。
水化铝酸三钙为立方晶体，在氢氧化钙饱和溶液中，它能与氢氧化钙进一步反应，生成六方晶体的水化铝酸四钙。
第六章 无机胶凝材料
第六章 无机胶凝材料
6.4.1.4 硅酸盐水泥的凝结硬化
水泥用适量的水调和后，最初形成具有可塑性的浆体，随着时间的增长，失去可塑性（但尚无强度），这一过程称为初凝，开始具有强度时称为终凝。
水泥的凝结硬化一般按水化反应速率和水泥浆体结构特征分为：初始反应期、潜伏期、凝结期和硬化期4个阶段，如表6-13所示。
在凝结期以后，进入硬化期，水泥水化反应继续进行使结构更加密实，但放热速度逐渐下降，水泥水化反应越来越困难。在适当的温度、湿度条件下，水泥的硬化过程可持续若干年。水泥浆体硬化后形成坚硬的水泥石，水泥石是由凝胶体、晶体、未水化完的水泥颗粒及固体颗粒间的毛细孔所组成的不匀质结构体。水泥凝结硬化过程示意图如图6-10所示。
图6-10 水泥凝结硬化过程示意图
水泥硬化过程中，最初的3d强度增长幅度最大，3d到7d强度增长率有所下降，7d到 28d强度增长率进一步下降，28d强度基本达到最高水平，28d以后强度虽然还会继续发展，但强度增长率却越来越小。
第六章 无机胶凝材料
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1. 水泥组成成分的影响
2. 石膏掺量
3. 水泥细度的影响
4. 养护条件(温度、湿度)的影响
5. 养护龄期的影响
6. 拌和用水量的影响
7. 外加剂的影响
8. 储存条件的影响
6.4.1.5 影响硅酸盐水泥凝结硬化的主要因素
第六章 无机胶凝材料
6.4.1.6 硅酸盐水泥的主要技术指标
1. 化学指标 通用硅酸盐水泥化学指标应符合表6-14规定。
2. 细度
3. 凝结时间
4. 安定性
5. 碱含量
6. 强度
7. 水化热
国标《通用硅酸盐水泥》（GB175-2007）对通用硅酸盐水泥的标号和各龄期的强度均有明确要求，详见表6-15。
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6.4.2 普通硅酸盐水泥
按现行国家标准《通用硅酸盐水泥》(GB 175-2007)规定：由硅酸盐水泥熟料、5％一20％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 。
普通硅酸盐水泥和硅酸盐水泥的特性和应用相似，但普通水泥适应性更广些。
普通硅酸盐水泥在主要技术性方面与硅酸盐水泥的不同点，主要表现在以下几个方面：
（1）烧矢量：普通硅酸盐水泥烧失量不得大于5%。
（2）细度：普通硅酸盐水泥用边长为80μm方孔筛筛余量不得超过10％。
（3）凝结时间：普通硅酸盐水泥初凝不得早于45min，终凝不得迟于600min。
（4）水泥标号：普通硅酸盐水泥分为两种类型(即普通型和早强型)，四种标号，带字母“R”的为早强型水泥（见表6-15）。
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6.4.3 掺混合材料硅酸盐水泥
6.4.3.1 矿渣硅酸盐水泥
由硅酸盐水泥熟料和粒化高炉矿渣，加入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(简称矿渣水泥)。其中粒化高炉矿渣掺量按质量分数计为20％～70％。允许用不超过混合材料总掺量1／3的火山灰质混合材料或粉煤灰代替部分粒化高炉矿渣，但代替数量，最多不超过水泥质量的15％。
由于矿渣水泥中的硅酸盐水泥熟料比硅酸盐水泥少，同时还掺有大量的粒化高炉矿渣，因此，矿渣水泥在性质上与硅酸盐水泥和普通水泥有较大的差异。
第六章 无机胶凝材料
6.4.3.2 火山灰质硅酸盐水泥
火山灰水泥的技术性质，基本上与矿渣水泥相同。
6.4.3.3 粉煤灰硅酸盐水泥
由于粉煤灰水泥干缩性较小，加上水化热较低，抗侵蚀性较强，因此特别适用于大体积水上建筑物。
6.4.4 装饰水泥
装饰水泥用于装饰建筑物表层。使用装饰水泥比使用天然石材更容易得到所需的色彩和装饰效果。装饰水泥还有施工简单，造型方便，维修容易，价格便宜等优点。
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6.4.4.1 白色硅酸盐水泥
凡以适当成分的生料，烧至部分熔融，所得以硅酸钙为主要成分及含少量铁质的熟料，加入适量的石膏，磨成细分，制成的白色水硬性胶结材料，称为白色硅酸盐水泥，简称白水泥。
按国家建筑材料标准(GB/T 2015-2005)规定，白水泥的标号为325和425两种。白度分一级、二级、三级和四级。其技术标准见表6-16。
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6.4.4.2 彩色硅酸盐水泥
彩色硅酸盐水泥，简称彩色水泥，是以白色硅酸盐水泥熟料和优质白色石膏在粉磨过程中掺入颜料、外加剂(防水剂、保水剂、增塑剂、促硬剂等)共同粉磨而成的一种水硬性彩色胶结材料。
彩色水泥中常用的颜料有氧化铁(可制红、黄、褐、黑色)、二氧化锰(黑、褐色)、氧化铬(绿色)、钴蓝(蓝色)、群青篮(蓝色)、炭黑(黑色)及孔雀蓝(蓝色)、天津绿(绿色)等。
装饰水泥性能同硅酸盐水泥相近，施工和养护方法也与硅酸水泥相同，但极易污染，使用时搅拌工具必须干净，防止其他物质污染。
彩色水泥颜色鲜艳、多样，常用在园林景观道路和建筑墙面等需要特殊色彩的地方。
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6.4.5 水泥的技术性质
6.4.5.1 通用水泥的成分、主要特性及适用范围
水泥的成分决定了水泥的特性，水泥的特性和强度决定了不同品种水泥的适用范围，表6-17详细列举了五种通用硅酸盐水泥的成分、特性、标号及适用范围。
第六章 无机胶凝材料
6.4.5.2 水泥的验收
水泥的验收包括质量验收和外包装及数量验收。
1. 水泥质量评定
（1）质量等级的评定原则
1）评定水泥质量等级的依据是产品标准和实物质量。
2）为使产品质量水平达到相应的等级要求，企业应具有生产相应等级产品的质量保证能力。
（2）质量等级的划分
1）优等品：水泥产品标准必须达到国际先进水平，且水泥实物质量水平与国外同类产品相比达到近五年内的先进水平。
2）一等品：水泥产品标准必须达到国际一般水平，且水泥实物质量水平达到国际同类产品的一般水平。
3）合格品：按我国现行水泥产品标准组织生产，水泥实物质量水平必须达到现行产品标准的要求。
（3）质量等级的技术要求
1）水泥实物质量在符合相应标准的技术要求基础上，进行实物质量水平的等级划分。
2）通用水泥的实物质量水平根据3d抗压强度、28d抗压强度、终凝时间、氯离子含量进行等级划分。
3）通用水泥的实物质量应符合表6-18的要求。
第六章 无机胶凝材料
2. 外包装及数量验收
水泥验收时应注意核对包装上所注明的工厂名称、生产许可证编号、水泥品种、代号、混合材料名称、出厂日期及包装标志等项，常用的水泥包装标志要求见表6-19，图6-11是普通硅酸盐水泥的外包装。
图6-11 水泥包装
第六章 无机胶凝材料
第六章 无机胶凝材料
6.4.5.3 水泥的保管
水泥进入建设工地后，如储存过久或保管不良，将会发生受潮、结块、变质等现象，降低水泥的强度和其他技术性能。
储存水泥应防止风吹、日晒和各种潮气的侵袭，也不得和其他化学材料、农药、油类及挥发性物质混放在一起。大批水泥应迅速存入密闭干燥的仓库内，仓库不得漏雨，并有防潮、隔热措施。水泥堆垛之前应留出1m以上的走道，见图6-12。
在露天临时存放水泥时，时间不宜
过久，并应存放在地势高、干燥、运输
方便及周围排水良好的地方，垛底要高
出地面至少20cm以上，并要满铺一层油
毡(纸)、油布或塑料薄膜等水泥储存时
间不能过长。一般不超过3个月(按出厂
日期算起)。在正常干燥环境中，存放
3个月。
图6-12 水泥室内存放

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