谈硅酸盐水泥的强度

牛崇霞

(晋城市城区建筑工程质量监督站，山西 晋城 048000)

水泥的强度是评价水泥质量的重要指标之一，28 d的强度是划分硅酸盐水泥强度等级的依据。通常按龄期28 d以前的强度为早期强度，28 d以后的强度为后期强度。水泥强度及其发展与熟料的矿物组成、水泥细度、水灰比、养护温度、石膏掺量以及外加剂等因素有关。

1 水泥强度的产生和发展

在硅酸盐水泥熟料中，其主要化学成分有CaO，SiO2，Al2O3，Fe2O3，这四种氧化物不是单独存在的，而是经过高温煅烧后，由两种或两种以上的氧化物反应生成的集合体。即硅酸盐水泥熟料中主要有硅酸三钙、硅酸二钙、铝酸三钙、铁铝酸四钙四种矿物，这些熟料矿物结晶非常细小，由上可见硅酸盐水泥熟料是一种由多矿物组成并且结晶细小的人造岩石。这四种主要矿物对硅酸盐水泥的强度有着非常重要的影响。

有关硬化水泥浆体强度的产生，存在着不同的说法，一种说法认为，水泥加水拌和后，熟料矿物迅速水化，生成大量的水化产物C-S-H凝胶，并生成Ca(OH)2及钙矾石晶体。经过一定时间以后C-S-H也以长纤维晶体从熟料颗粒上长出，同时钙矾石晶体逐渐长大，它们在水泥浆体中相互交织联结，形成网状结构，从而产生强度。随着水化的进一步进行，水化产物数量不断增多，晶体尺寸不断长大，从而使硬化浆体结构更为致密，强度逐渐提高。另一种看法认为，硬化水泥浆体强度的产生，是由于水化产物尤其是C-S-H凝胶所具有的巨大表面能，导致颗粒产生范德华力或化学键力，吸引其他离子形成空间网络结构，从而具有强度。

2 影响水泥强度的因素

影响水泥强度的因素相当复杂，而且涉及面广，有些机理目前还缺乏确切的结论，仍有待进一步的研究。下面从以下几方面来论述。

2.1 熟料的矿物组成

在硅酸盐水泥熟料中的四种主要矿物都分别以单独的相存在，它们在水化反应中显示出各自不同的水化特性。因此，矿物组成及其含量对水泥的水化速度、水化物的形态和尺寸有直接的影响，也直接影响着水泥强度的形成和发展。可以说，影响水泥早期强度、强度增长速度和后期强度高低最为重要的原因就是硅酸盐矿物的含量。根据大量的试验表明，硅酸盐矿物的含量决定着水泥强度的高低。其中若硅酸三钙的含量大约占到50%，它的早期强度最大，28 d强度也基本依赖于硅酸三钙的含量，所以其含量高，水泥的早期强度就高，但以后强度增长不大。而硅酸二钙含量高的水泥虽然早期强度的提高比不上硅酸三钙，但以后强度增长明显，到一年以后可以赶上硅酸三钙高的水泥。

铝酸三钙的早期强度增长很快，一般认为，铝酸三钙主要对早期强度有利，但强度绝对值不高，而且后期强度增长随龄期延长逐渐减少，甚至有倒缩现象。

关于铁铝酸四钙的强度，目前国内外有关试验表明，铁铝酸四钙不仅对早期强度有利，而且也有利于后期强度的增长，其3 d，28 d抗压强度远比硅酸二钙和铝酸三钙高，其一年强度甚至还能超过硅酸三钙。

作为调凝剂加入的石膏，也能改变水泥的强度。石膏对强度的影响受细度、铝酸三钙含量和碱含量等因素控制。当加入适量的石膏时，有利于提高水泥的强度特别是早期强度，但石膏加入过多时，则会使水泥制品产生体积膨胀导致强度降低。

2.2 水泥细度

水泥的细度即水泥的粗细程度，水泥强度的增长速度和水泥的粗细程度有着十分密切的关系。如果水泥越细，颗粒分布范围就越窄越均匀，其水化速度越快，而且水化反应完全，水泥的强度特别是早期强度会越高。因此，应适当增大水泥细度，并且还能改善浆体泌水性、和易性和粘结力等施工性能。当然也不是说水泥越细就越好，如果水泥过细，标准稠度需水量越大，增大了硬化浆体结构的孔隙率，从而引起强度下降。因此，在实际生产中对水泥细度的控制也是一项非常重要的任务。

2.3 施工条件

水泥石结构的强度与其施工过程密切相关。在施工过程中，水灰比、骨料级配、搅拌振捣的程度、养护温度及是否用外加剂等对强度都有很大影响。

1)水灰比及密实程度。水泥的水化程度越高，单位体积内水化产物就越多，水泥浆体内毛细孔被水化产物填充的程度就高，水泥浆体的密实程度也就高些。许多研究表明，水泥石结构中总孔隙率和大毛细孔减少时，其强度能得到较大程度的提高。

施工中搅拌与振捣是否充分，对浆体结构强度尤其是抗折强度有很大的影响。搅拌不充分，浆体内组分产生所谓离析现象，导致水泥浆分布不均，从而降低了强度。而施工中振捣不够充分，使浆体不够致密而产生气泡孔、微裂缝，对强度影响更大。减少微裂缝的数量和尺寸，增大水泥石的致密程度，使强度特别是抗折强度有较大的提高。

2)养护温度。在水泥水化过程中，提高养护温度，可以使早期强度得到较快发展，但后期强度，特别是抗折强度反而会降低。一些研究表明，高温下水化造成强度降低的主要原因是由于在高温下水化迅速，生成的凝胶等水化产物得不到充分的扩散而均匀地沉析到水泥颗粒之间的空间中。这样，凝胶分布稀疏的部位就成了结构的弱点，从而影响强度的增强。

应当注意的是，在提高养护温度的同时，必须使浆体保持湿润，否则水化将可能停止。一般宜用饱和或高压饱和蒸汽养护。

3)外加剂。在现代建筑工程中，几乎绝大部分混凝土及其制品中都采用外加剂。根据需要采用适当的外加剂对水泥石结构的强度也会有一定影响。如采用掺入适当品种与掺量的减水剂，可使水灰比大幅度减小到0.25，稳定地促进强度的增长;采用早强剂可大幅度提高早期强度;而采用另外一些外加剂如引气剂、膨胀剂、速凝剂等则可能会引起后期强度降低，故在使用时应严格控制其掺加量。无论在水泥的实际生产过程中，还是在施工中，我们都应该注意影响水泥强度的这一系列因素，只有严格控制这些因素，才能保证水泥强度这项指标符合有关标准规定。

[1] 刘卫中，陈炽锋.水泥3 d强度与28 d强度相关性分析[J].山西建筑，2010，36(10):179-180.