第四节 下 水 泥

水泥是一种良好的矿物胶凝材料。水泥浆体不但能在空气中硬化，还能更好地在水中硬化，保持并继续增长其强度，故水泥属于水硬性胶凝材料。水泥品种很多，工程中最常用的是硅酸盐系列水泥。

一、硅酸盐水泥、普通硅酸盐水泥

1.定义与代号

(1)硅酸盐水泥。凡由硅酸盐水泥熟料、O～5%的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(国外通称为波特兰水泥)o可分为两种类型：不掺混合材料的称为I型硅酸盐水泥，代号P-I;掺人不超过水泥质量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.Ⅱo

(2)普通硅酸盐水泥。由硅酸盐水泥熟料、6%～15%的混合材料、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，代号P.O。

掺活性混合材料时，最大掺量不得超过15%，其中允许用不超过水泥质量5%的窑灰或不超过水泥质量10%的非活性混合材料来代替。掺非活性混合材料时，最大掺量不得超过水泥质量的10%。

2.硅酸盐水泥熟料的组成

硅酸盐水泥熟料主要矿物组成及其含量范围和各种熟料单独与水作用所表现特性，见表3.4.10

表3.4.1 水泥熟料矿物含量与主要特征

3.硅酸盐水泥的凝结硬化

水泥的凝结硬化包括化学反应(水化)及物理化学作用(凝结硬化)。水泥的水化反应过程是指水泥加水后，熟料矿物及掺入水泥熟料中的石膏与水发生一系列化学反应;水泥凝结硬化机理比较复杂，一般解释为水化是水泥产生凝结硬化的必要条件，而凝结硬化是水泥水化的结果。影响水泥凝结硬化的主要因素有熟料的矿物组成、细度、水灰比、石膏掺量、环境温湿度和龄期等。

4.硅酸盐水泥及普通硅酸盐水泥的技术性质

(1)细度。细度是指硅酸盐水泥及普通水泥颗粒的粗细程度，用比表面积法表示。水泥的细度直接影响水泥的活性和强度。颗粒越细，与水反应的表面积越大，水化速度快，早期强度高，但硬化收缩较大，且粉磨时能耗大，成本高。但颗粒过粗，又不利于水泥活性的发挥，强度也低。 《通用硅酸盐水泥》GB 175规定，硅酸盐水泥比表面积应大于300

/kg。

(2)凝结时间。凝结时间分为初凝时间和终凝时间。初凝时间为水泥加水拌和起，至水泥浆开始失去塑性所需的时间;终凝时间从水泥加水拌和起，至水泥浆完全失去塑性并开始产生强度所需的时间。水泥凝结时间在施工中有重要意义，为使混凝土和砂浆有充分的时间进行搅拌、运输、浇捣和砌筑，水泥初凝时间不能过短;当施工完毕后，则要求尽快硬化，具有强度，故终凝时间不能太长。《通用硅酸盐水泥》GB 175规定，硅酸盐水泥初凝时间不得早于45min，终凝时间不得迟于6.5h;普通硅酸盐水泥初凝时间不得早于45min，终凝时间不得迟于10ho

水泥初凝时间不合要求，该水泥报废;终凝时间不合要求，视为不合格。

(3)体积安定性。水泥体积安定性是指水泥在硬化过程中，体积变化是否均匀的性能，简称安定性。水泥安定性不良会导致构件(制品)产生膨胀性裂纹或翘曲变形，造成质量事故。引起安定性不良的主要原因是熟料中游离氧化钙、游离氧化镁过多或三氧化硫含量过多。

安定性不合格的水泥不得用于工程，应废弃。

(4)强度。水泥强度是指胶砂的强度而不是净浆的强度，它是评定水泥强度等级的依据。根据《水泥胶砂强度检验方法(ISO法)》GB/T 17671的规定，将水泥、标准砂和水按照(质量比)水泥：标准砂一1:3拌和用0.5的水灰比制成胶砂试件，在标准温度(20℃±1℃)的水中养护，测3d和28d的试件抗折和抗压强度，以规定龄期的抗压强度和抗折强度划分强度等级。硅酸盐水泥强度等级分为42.5、42.5R、52.5、52.5R、62.5、62.5R(带“R’’早强型，不带“R’’普通型)六个等级;普通硅酸盐水泥强度等级分为42.5、42.5R、52.5、52.5R四个等级。

(5)碱含量。水泥的碱含量将影响构件(制品)的质量或引起质量事故。《通用硅酸盐水泥》GB 175中规定：水泥中碱含量按Na20 0.658K20计算值来表示，若使用活性骨料，用户要求提供低碱水泥时，水泥中碱含量不得大于60%或由供需双方商定。

(6)水化热。水泥的水化热是水化过程中放出的热量。水化热与水泥矿物成分、细度、掺人的外加剂品种、数量、水泥品种及混合材料掺量有关。水泥的水化热主要在早期释放，后期逐渐减少。

对大型基础、水坝、桥墩等大体积混凝土工程，由于水化热产生的热量积聚在内部不易发散，将会使混凝土内外产生较大的温度差，所引起的温度应力使混凝土可能产生裂缝，因此水化热对大体积混凝土工程是不利的。

5.硅酸盐水泥、普通硅酸盐水泥的应用

普通硅酸盐水泥混合材料掺量十分有限，性质与硅酸盐水泥十分相近，所以在工程中的适应范围是一致的，。主要应用在以下几个方面：

(1)水泥强度等级较高，主要用于重要结构的高强度混凝土、钢筋混凝土和预应力混凝土工程。

(2)凝结硬化较快、抗冻性好，适用于早期强度要求高、凝结快，冬期施工及严寒地区受反复冻融的工程。

(3)水泥中含有较多的氢氧化钙，抗软水侵蚀和抗化学腐蚀性差，所以不宜用于经常与流动软水接触及有水压作用的工程，也不宜用于受海水和矿物等作用的工程。

(4)因水化过程放出大量的热，故不宜用于大体积混凝土构筑物。 j、掺混合材料的硅酸盐水泥

1.混合材料

在生产水泥时，为改善水泥性能、调节水泥强度等级而加到水泥中的人工的或天然的 t矿物材料，称为水泥混合材料。按其性能分为活性(水硬性)混合材料和非活性(填充性)混合材料两类。

(1)活性混合材料。常用的活性混合材料有符合国家相关标准的粒化高炉矿渣、矿渣粉、火山灰质混合材料。水泥熟料中掺人活性混合材料，可以改善水泥性能、调节水泥强度等级、扩大水泥使用范围、提高水泥产量、利用工业废料、降低成本，有利于环境.

保护。

(2)非活性混合材料。非活性混合材料是指与水泥成分中的氢氧化钙不发生化学作用或很少参加水泥化学反应的天然或人工的矿物质材料，如石英砂、石灰石及各种废渣，活性指标低于相应国家标准要求的粒化高炉矿渣、粉煤灰、火山灰质混合材料。

水泥熟料掺人非活性混合材料可以增加水泥产量、降低成本、降低强度等级、减少水化热、改善混凝土及砂浆的和易性等。.

2.定义与代号

(1)矿渣硅酸盐水泥。由硅酸盐水泥熟料和20%-70%粒化高炉矿渣、适量的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.So

(2)火山灰质硅酸盐水泥。由硅酸盐水泥熟料和20% -50%的火山灰质混合材料、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.Po

(3)粉煤灰硅酸盐水泥。由硅酸盐水泥熟料和20%-40%的粉煤灰、适量石膏磨细制成的水硬件胶凝材料，称为粉煤灰硅酸盐水泥，代号P.Fa

3.五种水泥的主要特性及适用范围

五种水泥的主要特性及适用范围见表3.4.2。

表3.4.2 特性及适用范围

三、铝酸盐水泥

铝酸盐水泥，以前称为高铝水泥，也称矾土水泥。根据《铝酸盐水泥》GB 201的规定，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，代号CA o根据需要也可在磨制Al203含量大于68%的水泥时，掺加适量的a- Al203粉。根据Al203含量百分数将铝酸盐水泥分为四类：CA-50、CA-60.CA-70.CA-800 铝酸盐水泥的细度要求比表面积不小于300m27kgo CA- 60水泥初凝时间不得早于60min，终凝时间不得迟于18h，其余三类水泥均要求初凝时间不得早于30min，终凝时间不得迟于6ho

铝酸盐水泥早期强度高，凝结硬化快，具有快硬、早强的特点，水化热高，放热快且放热量集中，同时具有很强的抗硫酸盐腐蚀作用和较高的耐热性，但抗碱性差。

铝酸盐水泥可用于配制不定型耐火材料;与耐火粗细集料(如铬铁矿等)可制成耐高温的耐热混凝土;用于工期紧急的工程，如国防、道路和特殊抢修工程等;也可用于抗硫酸盐腐蚀的工程和冬季施工的工程。

铝酸盐水泥不宜用于大体积混凝土工程;不能用于与碱溶液接触的工程;不得与未硬化的硅酸盐水泥混凝土接触使用，更不得与硅酸盐水泥或石灰混合使用;不能蒸汽养护，不宜在高温季节施工

四、白色和彩色硅酸盐水泥

白色硅酸盐水泥是以适当的生料烧至部分熔融，得到以硅酸钙为主要成分、氧化铁含量很小的白色硅酸盐水泥熟料，加入适量石膏和标准规定的混合材料，共同磨细制成的水硬性胶凝材料，代号P.Wo白色硅酸盐水泥的性质与普通硅酸盐水泥相同，按照.《白色硅酸盐水泥》GB 2015的规定，白色硅酸盐水泥分32.5、42.5和52.5三个强度等级。白色硅酸盐水泥的白度应不低于87%，其初凝时间不得早于45min，终凝时间不得迟于10ho

白色硅酸盐水泥熟料、石膏和耐碱性矿物颜料(氧化铁、氧化锰、氧化铬等)共同磨细，可制成彩色硅酸盐水泥，但耐碱性矿物颜料不能对水泥起有害作用。

白色和彩色硅酸盐水泥主要用于建筑物内外的表面装饰工程，如地画、楼面、墙、柱及台阶等。.可做成水泥拉毛、彩色砂浆、水磨石、水刷石、斩假石等饰面。

五、硫铝酸盐水泥

硫铝酸盐水泥是以适当成分的生料，经煅烧所得以无水硫铝酸钙和硅酸二钙为主要矿物成分的熟料，掺人不同量的石灰石、适量石膏共同磨细制成的水硬性胶凝材料，代号 P.SACo硫铝酸盐水泥分为快硬硫铝酸盐水泥(R.SAC)、低碱度硫铝酸盐水泥(L.SAC)和自应力硫铝酸盐水泥(S.SAC)o

根据《硫铝酸盐水泥》GB 20472，快硬硫铝酸盐水泥以3d抗压强度划分为42.5、52.5、62.5和72.5四个强度等级。快硬硫铝酸盐水泥中不允许出现游离氧化钙，比表面积不得低于380m2 /kg，其初凝时间不得早于25min，终凝时间不得迟于3ho

硫铝酸盐水泥具有快凝、早强、不收缩的特点，宜用于配制早强、抗渗和抗硫酸盐侵蚀等混凝土，适用于浆锚、喷锚支护、抢修、抗硫酸盐腐蚀、海洋建筑等工程。由于硫铝

酸盐水泥水化硬化后生成的钙矾石在150℃高温下易脱水发生晶形转变，引起强度大幅下降，所以硫铝酸盐水泥不宜用于高温施工及处于高温环境的工程。

六、膨胀水泥和自应力水泥

膨胀水泥和自应力水泥在硬化过程中不但不收缩，而且有不同程度的膨胀。膨胀水泥和自应力水泥有两种配制途径：一种以硅酸盐水泥为主配制，凝结较慢，俗称硅酸盐型;另一种以高铝水泥为主配制，凝结较快，俗称铝酸盐型。

当膨胀水泥中高铝水泥膨胀组分含量较多，.其膨胀值就较大。在膨胀过程中又受到限制时(如受到钢筋的限制)，则水泥石本身就会受到压应力。该压力是依靠水泥本身的水化反应而产生的，所以称为自应力，并以自应力值表示所产生压应力的大小。自应力值大于2MPa的称为自应力水泥。

膨胀水泥适用于补偿收缩混凝土，用作防渗混凝土;填灌混凝土结构或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丝等。自应力水泥适用于制作自应力钢筋混凝土压力管及配件。

七、道路硅酸盐水泥

道路硅酸盐水泥是由道路硅酸盐水泥熟料，O～l0%标准规定的活性混合材料和适量 石膏磨细制成的水硬性胶凝材料，代号P.R。道路硅酸盐水泥熟料是以硅酸钙为主要成 分和较多量的铁铝酸钙的硅酸盐水泥熟料。根据《道路硅酸盐水泥》GB 13693的规定， 比表面积为300～450 /kg,28d干缩率不得大于0.10%，其初凝时间不得早于1.5h， 终凝时间不得迟于10ho

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。