第一章 水泥

第一章水泥1.1 概述水泥是一种重要的建筑材料，属于水硬性胶凝材料，遇水会发生物理化学反应，能将散状材料胶结成整体，凝结硬化后成为具有一定强度的石状固体。

水泥品种繁多，按化学成分，常用的有硅酸盐水泥、铝酸盐水泥、硫铝酸盐水泥、铁铝酸盐水泥等系列。

注硅酸盐水泥硅酸盐水泥是以硅酸盐水泥熟料、一定量的混合材料和适量石膏，经共同磨细而成。

按其性能和用途不同，可分为通用水泥、专用水泥及特性水泥三大类。

专用水泥，常指专门用途的水泥，如砌筑水泥、道路水泥等。

特性水泥，指具有某种特性的水泥，如快硬硅酸盐水泥、白色硅酸盐水泥、抗硫酸盐硅酸盐水泥、低热硅酸盐水泥、硅酸盐膨胀水泥等。

混合材活性混合材：常温下能与氢氧化钠和水发生反应，生成水硬性水化产物，并能逐渐凝结硬化产生强度的混合材料。

加水后不水化，但是加入石膏就会发生二次水化，从而改善水泥性能。

加入混合材的目的是1、调整水泥强度等级；2、降低成本；3、改善水泥性能；助磨剂允许在水泥中加入不超过水泥质量0.5%的助磨剂，应符合JC/T 667的规定。

GB 175-2007通用硅酸盐水泥1 定义以硅酸盐水泥熟料、适量的石膏，以及规定的混合材料组成的水硬性胶凝材料。

2 组分硅酸盐水泥的组成、代号见表1。

表1对于矿渣硅酸盐水泥，可用石灰石窑灰、粉煤灰及火山灰质混合材料的一种材料代替矿渣，代替数量不得超过水泥质量的8%，替代后的水泥中粒化高炉矿渣不得少于20%。

硅酸盐水泥通常不用于腐蚀环境、高温或长期处于水中的混凝土、大体积混凝土，如大体积混凝土及地下工程。

普通硅酸盐水泥在各种环境下均可使用。

矿渣硅酸盐水泥和火山灰质硅酸盐水泥适用于地下、水中等工程，不宜用于有早强及冻融要求的环境，其中火山灰质硅酸盐水泥还不宜用于干湿交替的环境。

矿渣硅酸盐水泥具有抑制碱骨料反应的特点。

粉煤灰硅酸盐水泥可广泛用于工民建、地下工程及大体积混凝土工程，但也不适用于具有冻融要求的环境，且不宜在低温下施工。

复合硅酸盐水泥具有早期强度高，和易性较好，但是需水量大，耐久性差，其性能根据掺加的混合材种类和数量有关。

不允许用超过水泥质量8%的窑灰代替部分混合材。

3 技术性质3.1 细度硅酸盐水泥及普通硅酸盐水泥的细度用比表面积表示，其比表面积不小300m 2/kg;其他通用水泥的细度用筛余量表示，其中80微米方孔筛筛余不大于10%或40微米方孔筛筛余不大于30%。

比表面积法：根据一定量的空气通过一定空隙率及厚度的水泥层时，所受阻力不同而引起流速的变化来测定水泥的比表面积。

3.2 凝结时间凝结时间分为初凝和终凝。

初凝为水泥加水拌合至标准稠度净浆开始失去塑性所需的时间；终凝（试针下沉0.5mm 即开始不能在试件表面留下痕迹时）为水泥加水拌合至标准稠度净浆完全失去塑性所需的时间。

硅酸盐水泥及普通硅酸盐水泥初凝时间不宜早于45min ，终凝时间不宜晚于6.5h ，其他通用水泥终凝时间不小于10h 。

凝结时间影响因素：1、水泥细度越大，凝结硬化越快；2、硅酸三钙含量高，石膏含量低，凝结硬化越快；3、水灰比越小，温度越高，凝结越快；4、混合材掺量大，凝结变慢；3.3 体积安定性水泥的体积安定性是指水泥在凝结硬化过程中，体积变化的均匀性。

如果水泥在凝结硬化过程中产生不均匀的体积变化，即所谓的安定性不良，会使构件产生膨胀性裂缝，降低建筑质量，甚至造成严重的安全事故。

安定性不良的原因，一般是熟料中所含的游离氧化钙和氧化镁过多。

熟料中所含的游离氧化钙和氧化镁都是过烧的，熟化很慢，水泥已经硬化后才开始熟化，产生体积膨胀，引起不均匀的体积变化，使水泥石开裂。

引起水泥安定性不良的也可能是掺入的石膏过多。

当石膏过大时，在水泥凝结硬化后，多余的石膏会与已经硬化了的固态水化铝酸钙反应生成高硫型水化铝酸钙，体积增大约1.5倍，引起水泥石开裂。

沸煮法检测水泥安定性的原理是通过沸煮加速氧化钙的熟化，无法检测因为游离氧化镁所造成的安定性不良。

由于游离氧化镁在压蒸下才加速熟化，石膏的危害则需长期在温水中才能发现，两者均不便于快速检验。

所以，国标明确规定游离氧化镁的含量不得大于 5.0%，三氧化硫不得大于3.5%，以控制水泥的安定性。

3.4 化学性质水泥的化学性质应符合表2的要求。

水泥中的碱含量用Na20+0.658K20计算值表示；低碱水泥中碱含量不得大于0.60%。

其他水泥1、白色和彩色硅酸盐水泥白色硅酸盐水泥采用含极少量着色物质（氧化铁、氧化锰、氧化钛、氧化铬等）的原料，在较高温度（1500~1600）烧成熟料。

白色硅酸盐水泥与普通硅酸盐水泥相同，按照国家标准《白色硅酸盐水泥》（GB 2015-2005）规定，白色硅酸盐水泥分为325、425、525、625四个标号。

按白度分为特级、一级、二级、三级四个级别。

白水泥的初凝时间不得早于45min，终凝时间不得晚于12h。

白色硅酸盐水泥及彩色硅酸盐水泥主要用于建筑物内外表面的装饰工程上。

2、快硬硅酸盐水泥凡以硅酸盐水泥熟料和适量石膏磨细而成，以3d抗压强度表示标号的水硬性胶凝材料，称为快硬硅酸盐水泥（简称快硬水泥）。

由于熟料中硬化最快的矿物成分是硅酸三钙和铝酸三钙。

制造快硬水泥时，其含量相对较大。

快硬水泥主要用于早期强度高的工程，如紧急抢修工程。

3、膨胀水泥及自应力水泥膨胀水泥在硬化过程中不但不收缩，而且有不同程度的膨胀。

自应力大于2MPa的称为自应力水泥。

膨胀水泥及自应力水泥适用于补偿收缩混凝土等。

4、道路硅酸盐水泥主要用于道路路面、机场跑道等工程结构。

水泥取样方法根据GB 12573-2008的规定，进场的水泥应进行复检。

同一类型的水泥袋装不超过200t为一批，散装不超过500t为一批，每批抽样不得少于一次。

取样应具有代表性，可连续取样，也可从20个以上不同部位取样。

取样时宜用取样器，总量不得少于12kg。

将所取样品充分混合后通过0.9mm方孔筛，均分为试验样和封存样。

封存样应加封条，密封保管3个月。

水泥细度检测1、仪器设备试验筛：负压筛、水筛、手工筛。

试验筛每使用100次后需重新标定。

负压筛析仪：负压可调范围为4000~6000Pa天平：最小分度值不大于0.01g。

2、试验准备试验筛应保持清洁，负压筛和手工筛应保持干燥。

试验时，80微米筛析试验应取25g，45微米应取10g，均精确至0.01g。

3、细度检测3.1 负压筛析法调节负压至4000~6000Pa；称取水泥试样，精确至0.01g，放于负压筛上，盖上筛盖，开动筛析仪连续筛析2min。

可用手敲击筛盖，使试样落下；用天平称取筛余量。

3.3水筛法筛析前，调整水压至0.05MPa±0.02MPa及水筛架的位置，使其能正常运转，喷头底面与筛网的距离为35~75mm。

称取水泥试样，置于水筛中，立即用淡水冲洗掉绝大部分细粒通过。

用水压为0.05MPa±0.02MPa的喷头连续冲洗3min。

筛毕，用少量水将筛余物冲洗至蒸发皿中，待水泥颗粒全部沉淀后，小心倒出清水，烘干后称量筛余物。

3.4手工筛析法将称取的水泥试样置于洁净的手工筛中，一只手持筛往复摇动，另一只手轻轻拍打手工筛。

拍打速度约为每分钟120次，每40次改变转动方向，使试样均匀分布在试验筛上，直至每分钟通过的试样数量不超过0.03g为止。

3.5 水泥比表面积测定方法（勃氏法）见相关的资料。

3.6 筛余结果的修正筛余结果=计算得到的筛余结果×试验筛的修正系数筛分应进行两次，当两次的结果相差大于0.5%（筛余值大于5%时，可放宽至1%）时，应进行第三次试验，去两次最为接近的值的平均值作为计算结果。

试验筛的标定方法：试验筛应干净、干燥。

取标准水泥试样放入一广口瓶中，盖上盖子摇2分钟，消除结块。

静置两分钟后，用一干燥的搅拌棒搅拌样品，按上述筛析方法筛析试样。

应取两个标准样连续筛析，中间不得插做其他样品。

以两个样品的平均值作为结果值，当2次试验的结果相差大于0.3%时，应进行第三次试验，且选取两次结果相近的值的平均值作为代表值。

修正系数=标准样给出的筛余值/试验筛的实测值修正系数在0.08~0.12范围内时，试验筛可继续使用。

当修正系数在0.08~0.12之外时，试验筛应该淘汰。

水泥标准稠度用水量、凝结时间、安定性检测1仪器设备1.1水泥净浆搅拌机符合JC/T 729的要求。

注通过减小拌翅与搅拌锅之间的间隙，可以制备更加均匀的净浆。

1.2 标准法维卡仪仪器的示意图来自GB/T 1346-2011《水泥标准稠度用水量、凝结时间、安定性检验方法》，滑动部分总质量为300±1g.1.3 雷氏夹2试验条件试验应在20±2℃，相对湿度50%以上的环境中进行，所有的仪器设备、试样、水等的温度应与试验室一致。

湿气养护箱的环境应为20±1℃，相对湿度90%以上。

3标准稠度用水量相关的操作及规定查看GB/T 1346-2011，需要注意一下几点：1、试杆停止沉入或释放后30s是读取下沉深度；2、整个操作应在1.5min内完成。

4凝结时间的测定方法步骤见规范，需要注意以下几点：1、到达初凝时，需将试模翻转180°，放入养护箱中养护；2、测定凝结时间时，试针距离内壁至少10mm5安定性的检测具体规定见规范。

水泥强度检测1 主要仪器设备1.1 行星式胶砂搅拌机应符合JC/T 681的规定。

1.2试模1.3振实台1.3 抗折强度试验机1.4抗压强度试验机水泥胶砂流动度具体规定见GB/T 2419-2005，需要注意的是，1、跳桌应在试验前进行空转，以检验其能否正常工作；2、将搅拌好的胶砂分两层装入试模中，第一层装至锥圆模高度的2/3处，用小刀在相互垂直的方向各划5次，接着用捣棒由边缘至中心均匀捣压15次，继续装入第二层，装至高出试模约20mm，用小刀在两个相互垂直的方向各划10次，均匀捣压10次，捣压后的试样应比试模略高。

第一层的捣压深度为胶砂高度的1/2，第二层的捣压深度为不超过第一层的表面。

装胶砂和捣压时，应用手轻扶试模，不要让其移动。

水泥化学成分检测取样及制备要求将样品按四分法缩分至约100g，经0.080（0.075）mm方孔筛筛析，用磁铁吸去筛余物中的金属铁，将筛余物研磨后使其全部通过0.080（0.075）mm方孔筛。

将样品混合均匀后，装入带有磨口塞的瓶中密封。

其余相关规定见GB/T 176-2008。

易忽略的几点：1、硅酸三钙和硅酸二钙是水泥强度的主要来源；2、铝酸三钙对凝结时间及早期强度具有重要影响；3、铁铝酸四钙对抗折强度具有重要影响；4、需要早强的水泥可以增加C3S和C3A的含量，减少C2S的含量；5、大体积混凝土需要减少C3S的含量，增加C2S的含量，限制C3A的含量；6、道路水泥提高C4AF的含量；7、石膏的缓凝作用主要是控制C3A的水化反应速度。