水泥性能特点及改性方法

水泥的性能特点及其可能的改性方法摘要：水泥广泛应用于工业与民用建筑工程，还广泛应用于农业、水利、公路、铁路、海港和国防等工程。

近年来，随着经济的发展和建设的需要，工程上越来越多的要求水泥具有多方面的性质。

本文介绍了几种常用水泥的性质特点，同时对其可能的改性方法加以简略介绍。

关键词： 水泥 性能 施工 改良一、几种常用水泥的组成与结构特点1、硅酸盐水泥硅酸盐水泥也称波特兰水泥，由硅酸盐水泥熟料、0~5%的石灰石活粒化高炉矿渣、适量石膏磨细组成。

共分为两种类型：不掺混合材料的称Ⅰ型硅酸盐水泥，代号P •Ⅰ,在硅酸盐水泥熟料中掺加不超过水泥质量5%的石灰石或粒化高炉矿渣混合材料的称Ⅱ型硅酸盐水泥，代号P •Ⅱ。

硅酸盐水泥熟料主要由硅酸三钙、硅酸二钙、铝酸三钙、铁铝酸四钙组成，除熟料外，还含有游离氧化钙、游离氧化镁和碱等次要成分。

国标GB 175—2007对硅酸盐水泥要求水泥颗粒粒径一般在7~200μm 范围内，可用筛析法和比表面积法检验。

国标GB 175—2007规定硅酸盐水泥比表面积应大于300㎡/kg 。

凝结时间初凝不得早于45min ，终凝不得迟于390min ，初凝时间不满足为废品，终凝时间不满足为不合格品。

另外，体积安定性不良的水泥应作废品处理，不得用于工程中。

碱含量（选择性指标）按O K O Na 22658.0 计算值表示。

GB/T 17671—1999规定，将水泥、标准砂和水按1：2.5：0.5的比例，并按规定的方法制成40mm ×40mm ×160mm 的标准试件，在标准养护条件下养护至规定的期龄，分别按规定的方法测定其3d 和28d 的抗压强度和抗折强度，根据测定结果，将水泥分为42.5、42.5R 、52.5、52.5R 、62.5、62.5R 六个等级。

2、普通硅酸盐水泥由硅酸盐水泥熟料、>5%~≤20%的活性混合材料、适量石膏磨细制成的水硬性凝胶材料，称为普通硅酸盐水泥，代号P •O 。

允许用不超过水泥质量5%的窑灰或不超过水泥质量8%的非活性材料来代替。

GB175-2007规定，普通硅酸盐水泥初凝时间不小于45min ，终凝不大于600min 。

安定性要求煮沸法合格。

强度等级要求根据3d 和28d 的抗折和抗压强度，将普通硅酸盐水泥分为42.5、42.5R 、52.5、52.5R 四个强度等级，各强度等级、各期龄的强度值不得低于表1中的数值。

细度（选择性指标）要求比表面积不小于300㎡/kg 。

碱含量（选择性指标）要求与硅酸盐水泥相同。

表1 （单位为兆帕）3.矿渣硅酸盐水泥、火山灰质硅酸盐水泥和粉煤灰质硅酸盐水泥由硅酸盐水泥熟料和粒化高炉矿渣、适量石膏磨细制成的水硬性胶凝材料称为矿渣硅酸盐水泥（简称为矿渣水泥），代号P •S 。

水泥中粒化高炉矿渣的掺量按质量百分比记为>20%~≤70%（>20%~≤50%为P •S •A 型，>50%~≤70%为P •S •B 型）。

允许用窑灰、粉煤灰和火山灰质混合材料中的一种代替粒化高炉矿渣，代替数量不得超过水泥质量的8%。

由硅酸盐水泥熟料和火山灰质混合材料、适量石膏磨细制成的水硬性无机胶凝材料称为火山灰质硅酸盐水泥（简称火山灰水泥），代号P •P 。

水泥中火山灰质混合材料掺加量为>20%~≤40%。

凡由硅酸盐水泥熟料和粉煤灰、适量石膏磨细制成的水硬性胶凝材料称为粉煤灰硅酸盐水泥（简称粉煤灰水泥），代号P •F 。

水泥中粉煤灰掺加量按质量百品种 强度 等级 抗压强度 抗折强度3d28d 3d28d 硅酸盐水泥42.5 ≧17.0 ≧42.5 ≧2.5 ≧6.5 42.5R ≧22.0 ≧4.0 52.5 ≧23.0 ≧52.5 ≧4.0 ≧7.0 52.5R ≧27.0 ≧5.0 62.5 ≧28.0 ≧52.5 ≧4.0 ≧7.0 62.5R≧32.0 ≧5.0 普通硅酸盐水泥42.5 ≧17.0 ≧42.5 ≧3.5 ≧6.5 42.5R ≧22.0 ≧4.0 52.5 ≧23.0 ≧52.5 ≧5.0 ≧7.0 52.5R≧27.0 ≧6.0 矿渣水泥 火山灰水泥 粉煤灰水泥 复合硅酸盐水泥32.5 ≧10.0 ≧32.5 ≧2.5 ≧5.5 32.5R ≧15.0 ≧3.5 42.5 ≧15.0 ≧42.5 ≧3.5 ≧6.5 42.5R ≧19.0 ≧4.0 52.5 ≧21.0 ≧52.5≧4.0 ≧7.052.5R≧23.0≧4.5分比记为>20%~≤40%。

这三种水泥的凝结时间、体检定性要求与普通硅酸盐水泥相同；细度要求为80μm 方孔筛筛余不大于10%或45μm 方孔筛筛余不大于30%。

三种水泥根据3d 、28d 的抗折强度和抗压强度划分强度等级，分别为32.5、32.5R 、42.5、42.5R 、52.5、52.5R 。

各强度等级、各期龄的强度不得低于表1中的数值。

水泥中氧化镁的含量不得超过6%（P •S •B 不要求），如水泥经压蒸体积安定性合格，则可大于6%。

矿渣水泥中的三氧化硫含量不得超过4%；火山灰水泥和粉煤灰水泥中的三氧化硫含量不得超过3.5%。

3、复合硅酸盐水泥凡由硅酸盐水泥熟料、两种或两种以上规定的混合材料、适量石膏磨细制成的水硬性胶凝材料称为复合硅酸盐水泥，代号P •C 。

水泥中混合材料总掺量按质量百分比为>20%~≤50%.水泥中允许用不超过8%的窑灰代替部分混合材料；掺矿渣时，混合材料不得与矿渣水泥重复。

二、几种水泥的性质特点及对混凝土工程的影响硅酸盐水泥1.凝结硬化快，早期强度及后期强度高，适用于有早强要求的混凝土、冬季施工混凝土，地上、地下重要结构的高强混凝土和预应力混凝土工程。

2.采用合理的配合比和充分养护后，可获得低孔隙率的水泥石，并有足够的强度，因此有优良的抗冻性，适用于严寒地区水位升降范围内遭受反复冻融的混凝土工程。

3.熟料中含有大量的S C 3及较多的A C 3,在水泥水化时，放热速度快且放热量大，因而不宜用于大体积混凝土工程，但可用于低温季节或冬季施工。

4.耐软水和化学侵蚀性能较差，不宜用于经常与流动淡水或硅酸盐等腐蚀介质接触的工程，也不宜用于经常与海水、矿物水等腐蚀介质接触的工程。

5.当温度较高且受热时间较长时，水泥石中的水化产物脱水、分解，使水泥石发生体积变化、强度下降，以至破坏。

因此，硅酸盐水泥不宜用于有耐热要求的混凝土工程。

6.硅酸盐水泥在水化后，形成较多的2)(OHCa ,碳化时碱度降低不明显，故适用于空气中2CO 浓度较高的环境中，如铸造车间等。

7.干缩小、耐磨性好。

普通硅酸盐水泥由于混合材料的掺量较少，普通硅酸盐水泥雨硅酸盐水泥性质基本相同，主要表现为：早期强度低，耐腐蚀性略有提高，耐热性稍好，水化热略低，抗冻性、耐磨性、抗碳化性略有降低。

矿渣硅酸盐水泥、火山灰质硅酸盐水泥和粉煤灰质硅酸盐水泥矿渣水泥耐热性较好，可用于不高于200℃的混凝土工程中，如热工窑炉基础等。

但其保水性差，易产生泌水而造成较多的连通空隙，因此抗渗性差，且干燥收缩大，不宜用于有抗渗要求的混凝土工程。

火山灰水泥具有良好的保水性，并且具有较高的抗渗性和耐水性，可优先用于有抗渗要求的混凝土工程。

粉煤灰水泥比表面积小，对水的吸附能力差，因而干缩小，抗裂性好，但不宜用于干燥环境。

此外，粉煤灰水泥抗渗性较差，不宜用于抗渗要求高的混凝土工程。

复合硅酸盐水泥由于复合硅酸盐水泥掺入了两种或两种以上的混合材料，可以相互取长补短，其早期强度接近于普通水泥，而其它性能优于其他水泥，因而适用范围广。

三、水泥可能的改性方法1.改变水泥的组成硫铝酸盐改性硅酸盐水泥（以下简称SMP 水泥）是熟料中含有少量无水硫铝酸钙矿物硅胶的硅酸盐水泥，由于该水泥中无水硫铝酸钙矿物含量低（约3%~13%），因而其本质仍属硅酸盐水泥系列，同时兼有水化硬化快、早强高和微膨胀等特点，在一定程度上减小了传统硅酸盐水泥干缩率，提高了水泥抗冻、抗渗、耐磨等物理性能。

SMP 水泥煅烧温度低（<1300℃），同时对矿渣、粉煤灰等混合材料有碱性和硫酸盐双重激发作用，可大量利用煤矸石、粉煤灰等铝含量较高的硅铝质原料或废渣，有利于节约资源，保护环境。

在硫铝酸盐水泥中掺入硅酸盐水泥能缩短硫铝酸盐水泥的凝结时间，且初凝和终凝间隔很短。

32CO Li 能显著缩短硫铝酸盐水泥的凝结时间，微量的32CO Li 能使水泥发生急凝，提高小时强度，但较大幅度地降低了水泥中、后期强度。

复合外加剂能使得水泥的初凝时间延长，但是初凝和终凝时间间隔缩短，水泥初凝后能很快凝结。

可再分散乳胶粉可提高硫铝酸盐水泥砂浆的抗折及抗拉强度，降低脆性，但是会使硫铝酸盐水泥砂浆的抗压强度降低。

2.掺入纤维将碳纤维加入到水泥机体中制成碳纤维增强水泥基复合材料（简称CFRC），也称纤维增强混凝土。

在水泥基材料中掺入高强度碳纤维是提高水泥复合材料抗裂。

抗渗、抗剪强度和弹性模量，控制裂纹扩展，提高耐强碱性，增强变形能力的重要措施。

此外，碳纤维还具有震动阻尼特性，可吸收震动波，使防地震能力和抗弯强度提高十几倍。

更为可贵的是，碳纤维具有导电性，将其加入到水泥基体中，赋予水泥基本智能性，极大地扩大了混凝土的应用范围。

CFRC材料在承受负荷时表面不产生龟裂，其抗拉强度和抗弯强度、断裂韧性比不增强的高几倍到几十倍，其冲击韧性也相当可观。

CFRC有多种规格，其中短切碳纤维增强混凝土主要用在屋面、外墙、内墙、地面、天棚等方面；长纤维混凝土用在承重构件方面，由它制成的构件尺寸稳定，同时还具有防静电性、耐磨性、耐腐蚀等性能，因此，CFRC性能的研究近年来发展迅猛。

水泥品种繁多，广泛用于建筑工程中，随着科学技术的发展，会有越来越多具有新特性的水泥出现，这些水泥的性质会不断得到完善，更好的为人类生产生活而服务。

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