水泥与水泥混凝土研究

武晋锋

(晋城市新奇建设监理有限公司，山西晋城 048000)

1 水泥的定义与分类

水泥是一种水硬性的胶凝材料。定义为加水拌和成塑胶性浆体，能胶结砂、石等适当材料并能在空气中硬化的粉状水硬性胶凝材料。我国标准按水泥的用途和性能分为三类，即通用水泥、特种水泥和专用水泥。一般的土木建筑工程都用通用水泥，目前通用水泥的品种有硅酸盐水泥、普通硅酸盐水泥、矿渣硅酸盐水泥、粉煤灰硅酸盐水泥、火山灰质硅酸盐水泥、复合硅酸盐水泥、石灰石硅酸盐水泥等。其中普通硅酸盐水泥、石灰石硅酸盐水泥、矿渣硅酸盐水泥、复合硅酸盐水泥是我国水泥市场上的主导产品。

2 水泥的构成和水化过程

水泥是经过原材料按一定的比例磨细成为生料，生料在水泥窑内煅烧成为以硅酸钙为主的水泥熟料，熟料添加一定的石膏和规定掺量的混合料共同磨细成为水泥。水泥品种是根据混合料品种、掺量的不同进行划分的。各种水泥的水化和性能的差异主要是由混合料性质的差异及掺量多少决定的。

硅酸盐水泥的主要成分为氧化钙、二氧化硅、三氧化二铝和三氧化二铁，次要成分为氧化镁、二氧化钛、碱和硫酸根等。一般情况下4种主要成分的含量在95%以上。

硅酸盐水泥水化是一个复杂的物理、化学和物理化学变化过程。水泥的水化、凝结再到硬化的机理一般分为4个过程:

1)起始期。水泥加水后立即反应，生成钙矾石，伴随着放热，称为起始期。这个阶段很短，在4 min～5 min。

2)诱导期。继起始期后，即进入迟缓的阶段，一般要持续40 min～2 h，称为诱导期，在此期内，由于生成的水化产物聚集在水泥颗粒的表面，形成了一层薄膜，把水与水化的颗粒隔开，于是反应缓慢。由于生成的胶体状水化物在某些点接触，逐渐构成疏松的网状结构，使浆体失去流动性和部分塑性，水泥进入初凝阶段。

3)加速期。随着时间的增长，反应又加速，出现第二个放热峰，大量生成胶凝和Ca(OH)2，还继续生成钙矾石，这个阶段称为加速期。反应之所以加快，是因为颗粒表面的薄膜破裂，水泥与水迅速接触而起反应，生成的水化物相互连接而且还不断地增大化学键力，到一定的程度，浆体完全失去可塑性，建立起充满颗粒间隙的紧密网状结构，使水泥浆具有一定的抵抗外力强度，这时达到终凝。

4)扩散控制期。水化物不断增加，使水泥颗粒表面包裹的厚度与致密度不断增加，反应速率逐渐缓慢，进入扩散控制期，水泥浆体趋于硬化。

3 常用水泥的主要特点及用途

3.1 硅酸盐水泥

1)凝结时间较短，水化时放热集中;

2)强度高，一般都在52.5 MPa以上;

3)快硬、早强，一般3 d可达到28 d强度的50%～57%，7 d强度可达到73%～78%;

4)抗冻性好、耐磨能力强;

5)水化热较大;

6)对外加剂的作用比较敏感。

可广泛应用于各种工业与民用建筑工程，特别适宜配制高强混凝土、大型钢筋混凝土、预应力混凝土、低温下施工混凝土。不适用于大体积混凝土和地下有环境水侵蚀的工程，受热在250℃以上的耐热工程不宜使用。

3.2 普通硅酸盐水泥

普通硅酸盐水泥是由纯熟料和少量的混合料组成的。由于熟料在水泥中占的比例很大，起着主导作用，混合料起辅助作用，非活性混合料则起着微集料作用。因此，普通硅酸盐水泥和硅酸盐水泥的特点基本上相近。不同之处是早期强度增进率低一些。

3.3 矿渣硅酸盐水泥

1)矿渣水泥需水性较小，保水性差，泌水量稍大;

2)矿渣水泥水化硬化速率慢，凝结时间较长;

3)水化热低;

4)早期强度低、后期强度增长快;

5)蒸汽养护效果非常好;

6)耐腐蚀性能好。

矿渣水泥适用于大体积混凝土和地下工程，不适用于快速施工。

3.4 火山灰质硅酸盐水泥

1)需水量大，这是火山灰水泥的一个突出弱点;2)保水性好，用火山灰水泥配制的砂浆和混凝土具有优良的和易性;3)干缩性大，这是火山灰水泥的又一大弱点;4)水化热低;5)耐腐蚀性好;6)早期强度低，后期增长率大。火山灰水泥适宜于地下工程、长期潮湿的环境、有腐蚀性环境的工程，不宜使用于干燥的环境，在低温下使用时应特别注意保湿措施。

3.5 粉煤灰硅酸盐水泥

1)需水量小、和易性好是粉煤灰水泥的明显优点;2)干缩性小;3)水化热低;4)耐腐蚀性好;5)早期强度低、后期强度增进率大。粉煤灰泥适用于大体积混凝土、地下工程、有腐蚀介质的工程，不适用于低温施工的混凝土工程。

4 普通水泥混凝土拌和物的技术性质

4.1 和易性

和易性是一项综合技术性质，包括流动性、粘聚性和保水性。

在工地通常用坍落度测定混凝土的流动性，在测坍落度的同时应观察拌和物的粘聚性、保水性情况，以便全面评定拌和物的和易性。对于干硬性混凝土(坍落度值小于10 mm)通常采用维勃稠度仪测定。

影响和易性的主要因素，水泥浆液含量、水泥浆的稠度、砂率、水泥品种、集料的性质、减水剂、时间和温度。

4.2 混凝土的强度

强度是混凝土硬化后的主要力学性能，混凝土强度有:立方体抗压强度、棱柱体抗压强度、劈裂抗拉强度、抗折强度、剪切强度、粘结强度等。

抗压强度是制作混凝土的立方体试件，在标准条件下养护28 d测得混凝土的抗压强度;棱柱体抗压强度是测定轴心抗压强度的，通常是采用150 mm×150 mm×300 mm的棱柱体作为标准试件来进行测定;轴心抗压强度与立方体抗压强度的比值关系约是0.70～0.80(立方体抗压强度在10 MPa～55 MPa范围内)。

混凝土的抗拉强度很低，只有抗压强度的1/20～1/10，抗拉强度随着混凝土强度等级的提高而降低，所以在钢筋混凝土结构设计中，不考虑混凝土承受的拉应力。我国目前采用边长150 mm的立方体标准试件，用劈裂法来测定混凝土的抗拉强度，抗拉强度与立方体抗压强度的关系是 f抗拉=0.35(f抗压)3/4。

4.3 影响混凝土强度的因素

1)水泥强度和水灰比。

水泥强度和水灰比是影响混凝土强度的主要因素，也是决定性因素。理论上，水泥水化时用水只占水泥质量的23%左右，但在实际施工中，为了保证混凝土的流动性要多加一些水(占水泥质量的40% ～80%)，而多余的水分蒸发后就留下孔隙，大大地减小混凝土实际的受力面积，从而影响了混凝土的强度。

2)集料的影响。

集料本身的强度对混凝土强度有着至关重要的作用;集料的有害杂质含量、碎石表面粗糙程度、以及集料的级配等对混凝土强度都有一定的影响。

3)养护温度和湿度。

温度的高低决定水泥水化速率的快慢。在一定程度范围内，养护温度高，水泥早期水化速率快，混凝土早期强度就高。反之，养护温度低，水化物产生的速率低，要达到最终强度的时间要长一些。在低于冰点以下时水泥的水化停止，强度不再增加。湿度适当，水泥水化便能正常进行，混凝土强度能达到充分发展。如果湿度不够，混凝土就会失水干燥而影响水泥正常水化，甚至停止水化。

4)混凝土龄期的影响。

混凝土在正常养护条件下，其强度将随龄期的增加而增长。最初7 d～14 d内，强度增长较快，以后逐渐缓慢，28 d后更慢。

5 结语

随着我国水泥工业的技术进步和现代化建筑工程需求的变化，水泥物理化学性能也趋于高性能化和多元化，水泥混凝土也在随着工程中的需求发生着变化。我们在工作中要不断的学习水泥的技术特点，掌握其内在性质，使其更适用于我们的工程施工，为社会的建设做出应有的贡献。

［1］中国建筑材料科学研究院水泥所.水泥性能及其检验［M］.北京：中国建材工业出版社，1994.

［2］周鸿锦.2009年水泥工业统计分析报告［J］.中国水泥，2010，3(11)：110-115.

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