武晉鋒

(晉城市新奇建設(shè)監(jiān)理有限公司，山西晉城 048000)

1 水泥的定義與分類(lèi)

水泥是一種水硬性的膠凝材料。定義為加水拌和成塑膠性漿體，能膠結(jié)砂、石等適當(dāng)材料并能在空氣中硬化的粉狀水硬性膠凝材料。我國(guó)標(biāo)準(zhǔn)按水泥的用途和性能分為三類(lèi)，即通用水泥、特種水泥和專(zhuān)用水泥。一般的土木建筑工程都用通用水泥，目前通用水泥的品種有硅酸鹽水泥、普通硅酸鹽水泥、礦渣硅酸鹽水泥、粉煤灰硅酸鹽水泥、火山灰質(zhì)硅酸鹽水泥、復(fù)合硅酸鹽水泥、石灰石硅酸鹽水泥等。其中普通硅酸鹽水泥、石灰石硅酸鹽水泥、礦渣硅酸鹽水泥、復(fù)合硅酸鹽水泥是我國(guó)水泥市場(chǎng)上的主導(dǎo)產(chǎn)品。

2 水泥的構(gòu)成和水化過(guò)程

水泥是經(jīng)過(guò)原材料按一定的比例磨細(xì)成為生料，生料在水泥窯內(nèi)煅燒成為以硅酸鈣為主的水泥熟料，熟料添加一定的石膏和規(guī)定摻量的混合料共同磨細(xì)成為水泥。水泥品種是根據(jù)混合料品種、摻量的不同進(jìn)行劃分的。各種水泥的水化和性能的差異主要是由混合料性質(zhì)的差異及摻量多少?zèng)Q定的。

硅酸鹽水泥的主要成分為氧化鈣、二氧化硅、三氧化二鋁和三氧化二鐵，次要成分為氧化鎂、二氧化鈦、堿和硫酸根等。一般情況下4種主要成分的含量在95%以上。

硅酸鹽水泥水化是一個(gè)復(fù)雜的物理、化學(xué)和物理化學(xué)變化過(guò)程。水泥的水化、凝結(jié)再到硬化的機(jī)理一般分為4個(gè)過(guò)程:

1)起始期。水泥加水后立即反應(yīng)，生成鈣礬石，伴隨著放熱，稱(chēng)為起始期。這個(gè)階段很短，在4 min～5 min。

2)誘導(dǎo)期。繼起始期后，即進(jìn)入遲緩的階段，一般要持續(xù)40 min～2 h，稱(chēng)為誘導(dǎo)期，在此期內(nèi)，由于生成的水化產(chǎn)物聚集在水泥顆粒的表面，形成了一層薄膜，把水與水化的顆粒隔開(kāi)，于是反應(yīng)緩慢。由于生成的膠體狀水化物在某些點(diǎn)接觸，逐漸構(gòu)成疏松的網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，使?jié){體失去流動(dòng)性和部分塑性，水泥進(jìn)入初凝階段。

3)加速期。隨著時(shí)間的增長(zhǎng)，反應(yīng)又加速，出現(xiàn)第二個(gè)放熱峰，大量生成膠凝和Ca(OH)2，還繼續(xù)生成鈣礬石，這個(gè)階段稱(chēng)為加速期。反應(yīng)之所以加快，是因?yàn)轭w粒表面的薄膜破裂，水泥與水迅速接觸而起反應(yīng)，生成的水化物相互連接而且還不斷地增大化學(xué)鍵力，到一定的程度，漿體完全失去可塑性，建立起充滿(mǎn)顆粒間隙的緊密網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，使水泥漿具有一定的抵抗外力強(qiáng)度，這時(shí)達(dá)到終凝。

4)擴(kuò)散控制期。水化物不斷增加，使水泥顆粒表面包裹的厚度與致密度不斷增加，反應(yīng)速率逐漸緩慢，進(jìn)入擴(kuò)散控制期，水泥漿體趨于硬化。

3 常用水泥的主要特點(diǎn)及用途

3.1 硅酸鹽水泥

1)凝結(jié)時(shí)間較短，水化時(shí)放熱集中;

2)強(qiáng)度高，一般都在52.5 MPa以上;

3)快硬、早強(qiáng)，一般3 d可達(dá)到28 d強(qiáng)度的50%～57%，7 d強(qiáng)度可達(dá)到73%～78%;

4)抗凍性好、耐磨能力強(qiáng);

5)水化熱較大;

6)對(duì)外加劑的作用比較敏感。

可廣泛應(yīng)用于各種工業(yè)與民用建筑工程，特別適宜配制高強(qiáng)混凝土、大型鋼筋混凝土、預(yù)應(yīng)力混凝土、低溫下施工混凝土。不適用于大體積混凝土和地下有環(huán)境水侵蝕的工程，受熱在250℃以上的耐熱工程不宜使用。

3.2 普通硅酸鹽水泥

普通硅酸鹽水泥是由純熟料和少量的混合料組成的。由于熟料在水泥中占的比例很大，起著主導(dǎo)作用，混合料起輔助作用，非活性混合料則起著微集料作用。因此，普通硅酸鹽水泥和硅酸鹽水泥的特點(diǎn)基本上相近。不同之處是早期強(qiáng)度增進(jìn)率低一些。

3.3 礦渣硅酸鹽水泥

1)礦渣水泥需水性較小，保水性差，泌水量稍大;

2)礦渣水泥水化硬化速率慢，凝結(jié)時(shí)間較長(zhǎng);

3)水化熱低;

4)早期強(qiáng)度低、后期強(qiáng)度增長(zhǎng)快;

5)蒸汽養(yǎng)護(hù)效果非常好;

6)耐腐蝕性能好。

礦渣水泥適用于大體積混凝土和地下工程，不適用于快速施工。

3.4 火山灰質(zhì)硅酸鹽水泥

1)需水量大，這是火山灰水泥的一個(gè)突出弱點(diǎn);2)保水性好，用火山灰水泥配制的砂漿和混凝土具有優(yōu)良的和易性;3)干縮性大，這是火山灰水泥的又一大弱點(diǎn);4)水化熱低;5)耐腐蝕性好;6)早期強(qiáng)度低，后期增長(zhǎng)率大。火山灰水泥適宜于地下工程、長(zhǎng)期潮濕的環(huán)境、有腐蝕性環(huán)境的工程，不宜使用于干燥的環(huán)境，在低溫下使用時(shí)應(yīng)特別注意保濕措施。

3.5 粉煤灰硅酸鹽水泥

1)需水量小、和易性好是粉煤灰水泥的明顯優(yōu)點(diǎn);2)干縮性小;3)水化熱低;4)耐腐蝕性好;5)早期強(qiáng)度低、后期強(qiáng)度增進(jìn)率大。粉煤灰泥適用于大體積混凝土、地下工程、有腐蝕介質(zhì)的工程，不適用于低溫施工的混凝土工程。

4 普通水泥混凝土拌和物的技術(shù)性質(zhì)

4.1 和易性

和易性是一項(xiàng)綜合技術(shù)性質(zhì)，包括流動(dòng)性、粘聚性和保水性。

在工地通常用坍落度測(cè)定混凝土的流動(dòng)性，在測(cè)坍落度的同時(shí)應(yīng)觀察拌和物的粘聚性、保水性情況，以便全面評(píng)定拌和物的和易性。對(duì)于干硬性混凝土(坍落度值小于10 mm)通常采用維勃稠度儀測(cè)定。

影響和易性的主要因素，水泥漿液含量、水泥漿的稠度、砂率、水泥品種、集料的性質(zhì)、減水劑、時(shí)間和溫度。

4.2 混凝土的強(qiáng)度

強(qiáng)度是混凝土硬化后的主要力學(xué)性能，混凝土強(qiáng)度有:立方體抗壓強(qiáng)度、棱柱體抗壓強(qiáng)度、劈裂抗拉強(qiáng)度、抗折強(qiáng)度、剪切強(qiáng)度、粘結(jié)強(qiáng)度等。

抗壓強(qiáng)度是制作混凝土的立方體試件，在標(biāo)準(zhǔn)條件下養(yǎng)護(hù)28 d測(cè)得混凝土的抗壓強(qiáng)度;棱柱體抗壓強(qiáng)度是測(cè)定軸心抗壓強(qiáng)度的，通常是采用150 mm×150 mm×300 mm的棱柱體作為標(biāo)準(zhǔn)試件來(lái)進(jìn)行測(cè)定;軸心抗壓強(qiáng)度與立方體抗壓強(qiáng)度的比值關(guān)系約是0.70～0.80(立方體抗壓強(qiáng)度在10 MPa～55 MPa范圍內(nèi))。

混凝土的抗拉強(qiáng)度很低，只有抗壓強(qiáng)度的1/20～1/10，抗拉強(qiáng)度隨著混凝土強(qiáng)度等級(jí)的提高而降低，所以在鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，不考慮混凝土承受的拉應(yīng)力。我國(guó)目前采用邊長(zhǎng)150 mm的立方體標(biāo)準(zhǔn)試件，用劈裂法來(lái)測(cè)定混凝土的抗拉強(qiáng)度，抗拉強(qiáng)度與立方體抗壓強(qiáng)度的關(guān)系是 f抗拉=0.35(f抗壓)3/4。

4.3 影響混凝土強(qiáng)度的因素

1)水泥強(qiáng)度和水灰比。

水泥強(qiáng)度和水灰比是影響混凝土強(qiáng)度的主要因素，也是決定性因素。理論上，水泥水化時(shí)用水只占水泥質(zhì)量的23%左右，但在實(shí)際施工中，為了保證混凝土的流動(dòng)性要多加一些水(占水泥質(zhì)量的40% ～80%)，而多余的水分蒸發(fā)后就留下孔隙，大大地減小混凝土實(shí)際的受力面積，從而影響了混凝土的強(qiáng)度。

2)集料的影響。

集料本身的強(qiáng)度對(duì)混凝土強(qiáng)度有著至關(guān)重要的作用;集料的有害雜質(zhì)含量、碎石表面粗糙程度、以及集料的級(jí)配等對(duì)混凝土強(qiáng)度都有一定的影響。

3)養(yǎng)護(hù)溫度和濕度。

溫度的高低決定水泥水化速率的快慢。在一定程度范圍內(nèi)，養(yǎng)護(hù)溫度高，水泥早期水化速率快，混凝土早期強(qiáng)度就高。反之，養(yǎng)護(hù)溫度低，水化物產(chǎn)生的速率低，要達(dá)到最終強(qiáng)度的時(shí)間要長(zhǎng)一些。在低于冰點(diǎn)以下時(shí)水泥的水化停止，強(qiáng)度不再增加。濕度適當(dāng)，水泥水化便能正常進(jìn)行，混凝土強(qiáng)度能達(dá)到充分發(fā)展。如果濕度不夠，混凝土就會(huì)失水干燥而影響水泥正常水化，甚至停止水化。

4)混凝土齡期的影響。

混凝土在正常養(yǎng)護(hù)條件下，其強(qiáng)度將隨齡期的增加而增長(zhǎng)。最初7 d～14 d內(nèi)，強(qiáng)度增長(zhǎng)較快，以后逐漸緩慢，28 d后更慢。

5 結(jié)語(yǔ)

隨著我國(guó)水泥工業(yè)的技術(shù)進(jìn)步和現(xiàn)代化建筑工程需求的變化，水泥物理化學(xué)性能也趨于高性能化和多元化，水泥混凝土也在隨著工程中的需求發(fā)生著變化。我們?cè)诠ぷ髦幸粩嗟膶W(xué)習(xí)水泥的技術(shù)特點(diǎn)，掌握其內(nèi)在性質(zhì)，使其更適用于我們的工程施工，為社會(huì)的建設(shè)做出應(yīng)有的貢獻(xiàn)。

［1］中國(guó)建筑材料科學(xué)研究院水泥所.水泥性能及其檢驗(yàn)［M］.北京：中國(guó)建材工業(yè)出版社，1994.

［2］周鴻錦.2009年水泥工業(yè)統(tǒng)計(jì)分析報(bào)告［J］.中國(guó)水泥，2010，3(11)：110-115.

［3］李明預(yù)，丁衛(wèi)東.水泥企業(yè)化驗(yàn)室工作手冊(cè)［M］.徐州：中國(guó)礦業(yè)大學(xué)出版社，2002.

［4］顏碧蘭，江麗珍，肖忠明，等.水泥性能及其檢驗(yàn)［M］.北京：北京工業(yè)出版社，2010.