有关水泥的几点思考

吴 海 燕

(山西建工建筑工程检测有限公司，山西 太原 030006)



有关水泥的几点思考

吴 海 燕

(山西建工建筑工程检测有限公司，山西 太原 030006)

介绍了水泥的化学成分，分析了水泥的各种性能指标要求，探讨了水泥参数检测及强度计算的方法，指出水泥是混凝土的重要组成成分，水泥的品质与强度等级会影响混凝土的各种性能。

水泥，抗压强度，混凝土，技术性能

0 引言

水泥是目前土木工程建设中最重要的材料之一，它在各种工业与民用建筑、道路与桥梁、水利与水电、海洋与港口、矿山及国防等工程中广泛应用。为了满足土木建设发展的需要，水泥的品种也越来越多。水泥在建筑工程中的重要性是不言而喻的，水泥材料的好坏会直接影响到混凝土的质量，进而对主体结构产生一定的影响，所以有必要对水泥材料各方面的性能进行深入的了解和研究。以便更有利地指导工程实践，对其中可能产生的破坏因素进行预防。现在就有关水泥谈谈自己的看法。

1 水泥的化学构成决定了水泥产品的性能

水泥的品种有成千上百个，但主要应用于工程中的是硅酸盐系的六大水泥品种。硅酸盐系水泥是指以硅酸盐水泥熟料、过量石膏和混合材料共同磨细所制得的各种水泥。水泥作为一种水硬性的胶凝材料，在混凝土中起着一定的作用，对混凝土的强度有一定的贡献，且能够把砂子、石子等松散的材料凝结成整体，成为坚硬的固体，使之能承受一定的外部荷载，作为建筑物目前主要的结构类型——混凝土结构。在大多数的结构中占据着很大的地位。对混凝土结构的了解，首先应该从组成它的最基本的材料入手，了解其各部分的性能。水泥熟料中的成分有CaO，SiO2，Al2O3，Fe3O4，硅酸盐水泥熟料中的C3S，C2S，C3A，C4AF所含的比例不同会影响水泥的性能。C3S的水化速度快，早期强度高，对水泥的早期强度贡献很大；C2S的水化速度慢，水化热最小，对水泥的早期强度提高不明显，但对后期强度的增长有很大的贡献；C3A水化速率极快，水化热也集中，对水泥的凝结和早期强度影响很大；C4AF的水化速率也快，但是对水泥的抗压强度提高不大，对水泥的抗折强度影响较大。水泥是由这几种不同矿物按照不同的比例构成，且它们的性质有很大的差别。当它们的相对含量改变时，水泥的技术性能也随之改变。有时在检测水泥的强度时，会发现水泥的3 d强度较高，但是水泥的28 d强度达不到要求，这就有可能是水泥的各种成分比例不太合适，致使水泥的某些指标不合格。水泥熟料中的C3S及C3A能使水泥具有快硬高强的性能，若要是大体积混凝土要求水泥的发热量较低，可以提高C2S及C4AF的含量；适量的石膏能够调节水泥的凝结时间，但是石膏过量时，会使水泥在硬化过程中产生体积不均匀而破坏结构；过量石膏会引起水泥的安定性不良，从而使体积产生膨胀。混合材料则是为了改善水泥的性能，调节水泥的强度而掺加的矿物材料。目前掺入的混合材料粉煤灰居多。在土木工程中，常用的水泥有普通硅酸盐水泥和矿渣硅酸盐水泥，两者由于化学成分不同，则表现出不同的性能，普通硅酸盐水泥早期强度高，但矿渣硅酸盐水泥则后期强度增长较快。普通硅酸盐水泥主要用于要求早期强度高的工程，比如大跨度、高强度、预应力结构等，但不能用于大体积混凝土工程，而矿渣硅酸盐水泥主要用于地下工程，比如海洋工程等也可用于大体积混凝土工程。根据不同的工程特点可以选取适合工程需要的水泥。

2 水泥的各种技术性能

水泥是水硬性胶凝材料的总称。水泥能够广泛地应用于工程中，这与水泥的技术性能是分不开的。它的主要技术性能有细度、凝结时间、体积安定性、强度以及水化热。水泥的细度是影响水泥性能的主要因素，水泥越细与水接触的面积就越大，水化反应越快，生成的水化产物越多，早期强度就越高，但水泥过细使得成本增加，因此对水泥的细度做了要求。凡是水泥细度不合格的应规定为不合格品；水泥凝结时间是评定水泥产品质量的一个重要指标。水泥的凝结时间分为初凝时间和终凝时间。水泥的凝结时间对工程施工有重要意义，初凝时间不宜过早，是为了保证水泥浆在较长的时间内保持流动性，以满足施工所需的操作时间，水泥的终凝时间也不宜过迟，是为了使水泥混凝土或砂浆等在成型完毕后，能尽快完成凝结硬化产生结构强度，以便于下一道工序的及早施工，以免影响工程的施工进度。凡初凝时间不合格者视为废品，任何工程不得使用，终凝时间不合格者视为不合格品，使用条件受到限制；水泥的安定性也是检测水泥材料是否合格的重要指标，造成水泥体积安定性不良的主要原因是熟料矿物中含有过多的游离氧化钙或游离氧化镁，这种材料的存在会在水泥凝结硬化后发生水化反应，从而产生体积膨胀导致水泥石结构遭到破坏。所以规范要求体积安定性不合格的水泥必须作废品处理，任何工程中不得使用。水泥的强度是评定其质量的重要指标。水泥中所含的活性物质(主要是硫酸钙和少量石膏)在遇到水后进行水化，使颗粒解体，重新化合后产生新的粘结物，使水泥具有了一定的强度，这也是混凝土强度产生的重要原因。水泥的强度依据GB/T 17671—1999水泥胶砂强度检验方法(ISO法)进行试验，并判定其抗压强度和抗折强度是否合格。

3 水泥参数的检测要求

水泥是最基本、最重要的原材料，也是实验室材料检测中比较重要的项目。水泥检测参数的准确与否直接影响到施工现场水泥的使用，所以应提高水泥的检测水平，为施工提供可靠的技术参数。为此新的国家标准GB 175—2007通用硅酸盐水泥对水泥的强检项目做了一些规定，包括凝结时间、安定性、强度和细度。1)水泥的检测首要环节是取样。对于袋装水泥，以同一厂家生产的同期出厂的同强度等级、标号的水泥以一次进场，同一出厂编号为一取样单位，取样应具有代表性，可以从20个以上不同袋中取等量样品的水泥，经混拌均匀后称取质量不少于12 kg；对于散装水泥，应随机从不少于3个罐车中取等量水泥经混拌均匀后称取质量不少于12 kg。2)在检测水泥时，温湿度是保证试验准确的重要条件。水泥成型室的温度应控制在20 ℃±2 ℃，相对湿度不低于50%；标准养护箱的温度控制在20 ℃±1 ℃，相对湿度不低于90%。温度湿度都会对试验结果产生影响，所以应严格控制温湿度。3)在检测中还有一个很重要的因素就是仪器的计量校准。仪器的准确与否直接影响到检测数据的准确问题。所以有必要对涉及到的天平、水泥净浆搅拌机、水泥胶砂搅拌机、振实台、水泥抗折机、压力试验机、沸煮箱、负压筛等主要仪器进行检定和校准；对胶砂试模、抗压夹具、标准稠度和凝结时间等测定仪器进行认真的自校和校准。仪器也是水泥检测中应该特别注意的地方，这就好比是用一个不准确的尺子去测量物体的长短，没有任何的意义。4)标准上对水泥的初凝时间和终凝时间都做了规定，要求硅酸盐水泥的初凝时间不小于45 min，终凝时间不大于390 min；而之前提到的五大水泥初凝时间不小于45 min，终凝时间不小于600 min。水泥标准稠度用水量直接影响凝结时间的测定。水泥标准稠度用水量虽然不作为水泥的指标进行判定，但是它会直接影响到水泥使用过程中的需水量，进而影响用该水泥拌制的混凝土的性能。如果水泥的标准稠度用水量过大，为了保证混凝土施工的和易性，就会加大水的用量，这样就会降低混凝土的强度，增加混凝土的干缩裂纹，从而降低了整个建筑物的耐久性。而水泥标准稠度用水量的多少还是由组成水泥的各种成分的多少来决定的。安定性的检测会用到雷氏法和试饼法，当对检测结果存在疑义时，应采用雷氏法。水泥的强度检测的试体是由按质量计的一份水泥、三份中国ISO标准砂，用0.5的水灰比拌制而成。通过标准的养护测定3 d和28 d的强度。细度的试验原理则是采用45 μm方孔筛和80 μm方孔筛对水泥式样进行筛析试验，用筛上的筛余物的质量百分数来表示水泥试样的细度。并且为了保证试验结果的准确性，每使用100次后，试验筛应该进行重新标定。

4 水泥强度的计算

对于(40×40×160)mm的试件来说，相应的横截面积为(40×

40)mm2，其截面抵抗矩(W)就是截面对其形心轴惯性矩与截面上最远点至形心轴距离的比值。截面惯性矩(计算简图见图2)则是指截面各微元面积与各微元至某一指定轴线距离二次方乘积的积分，即：

。

对于水泥抗折强度和抗压强度的计算结果应该做一判定。抗折强度以一组三个棱柱体抗折结果的平均值作为试验结果。当三个强度值中有超出平均值±10%时，应剔除后再取平均值作为抗折强度的结果。抗压强度应以6个抗压强度测定值的算术平均值作为试验结果，如果6个测定值中有一个超出平均值的±10%时，应剔除后再取平均值，如果剩余的5个再有超过平均值的±10%时，则此组试验作废。

5 水泥在混凝土中的重要应用

水泥是混凝土中的重要组成成分，混凝土是由水、水泥、砂和石子按适当比例配置而成的。水泥的品种以及所选用的强度等级会影响混凝土的各种性能。可以这样讲，水泥的强度越高所配置的相应混凝土的强度等级越高。但是若选用的水泥强度过高，则所配置的混凝土施工操作性能不良所以应根据需要配置的混凝土合理选用水泥。通常所说的混凝土是呈碱性的。其实是由于水泥中含有Ca(OH)2的缘故。在混凝土回弹检测做碳化时，用酚酞指示剂变色时，说明Ca(OH)2存在，未被碳化，若未变色说明其碱性已不存在。说明水泥的某些性能已间接地影响到混凝土的性能。可见水泥在土木工程中的重要作用，所以只有充分了解水泥的各方面的性能，才能更好地指导工程实践。

Consideration on the cement

Wu Haiyan

(ShanxiConstructionIndustryBuildingEngineeringDetectionCo.,Ltd,Taiyuan030006,China)

The paper introduces chemical composition of cement, analyzes cement performance index demands, explores cement parameters detection and strength calculation methods, and finally points out that: cement is the important composition of concrete, therefore, cement quality and strength degree will influence concrete performance.

cement, compressive strength, concrete, technical performance

1009-6825(2016)31-0121-02

2016-08-26

吴海燕(1982- )，女，工程师

TU525

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