铝酸盐水泥

3　水　　泥

(1)掌握硅酸盐水泥熟料的矿物组成及特性、水化产物性能及水化过程的特征。

(2)掌握硅酸盐水泥及掺混合材料的硅酸盐水泥的技术性质，能够合理选用水泥品种。

(3)了解水泥石的腐蚀及防止措施。

(4)了解其他品种水泥。

可与水拌合成均匀的可塑性浆体，既能够在空气中凝结硬化，又能够更好地在水中凝结硬化，而且能将砂、石等材料黏结成为具有一定强度的整体，这种粉末状的水硬性无机胶凝材料即为水泥。

自1824年，英国建筑工人约瑟夫·阿斯普丁发明了水泥以来，水泥工业迅猛发展。我国的水泥产量稳居世界首位，2012年和2013年，全球水泥产量分别为36亿吨和40亿吨，我国分别占59.3%和58.6%，产量逐年增长，品种也乏陈出新。在我国国民经济建设中，水泥及其制品也占据着重要地位，广泛应用于各类工程中，如建筑工程、水利工程、电力工程、交通工程、市政工程等，是三大主要建筑(水泥、钢材、木材)材料之一。

水泥按性能和用途可分为通用硅酸盐水泥、专用水泥和特性水泥3类。一般土木工程中使用的水泥为通用硅酸盐水泥，如硅酸盐水泥、普通硅酸盐水泥、矿渣硅酸盐水泥、火山灰质硅酸盐水泥、粉煤灰硅酸盐水泥和复合硅酸盐水泥等；有专门用途的水泥为专用水泥，如砌筑水泥、道路水泥、油井水泥等；某方面的性能比较优越的水泥为特性水泥，如快硬硅酸盐水泥、中热硅酸盐水泥、低热矿渣硅酸盐水泥、白色硅酸盐水泥等。水泥还可以按照主要水硬性矿物进行分类，可分为硅酸盐水泥、铝酸盐水泥、硫铝酸盐水泥、铁铝酸盐水泥等。

本书主要讨论通用硅酸盐水泥，其他品种水泥只介绍。

通用硅酸盐水泥是由硅酸盐水泥熟料、规定的混合材料、适量石膏磨细而成的粉末状水硬性胶凝材料，包括硅酸盐水泥、普通硅酸盐水泥、矿渣硅酸盐水泥、火山灰质硅酸盐水泥、粉煤灰硅酸盐水泥和复合硅酸盐水泥。各水泥的组分和代号见表3.1。

表3.1　通用硅酸盐水泥的组分(GB 175—2007)

续表3.1

注：a.本组分材料的活性混合材料，允许用不超过水泥质量8%且符合标准要求的非活性混合材料或不超过水泥质量5%的窑灰代替；
b.本组分材料为符合GB/T 203或GB/T 18046的活性混合材料，其中允许用不超过水泥质量8%且符合标准要求的活性混合材料或非活性混合材料或窑灰中任一种材料代替；
c.本组分材料为符合GB/T 2847的活性混合材料；
d.本组分材料为符合GB/T 1596的活性混合材料；
e.本组分材料由两种(含)以上的符合标准要求活性混合材料或非活性混合材料组成，其中允许用不超过水泥质量8%且符合标准要求的窑灰代替，掺矿渣时混合材料掺量不得与矿渣硅酸盐水泥重复。

3.1　硅酸盐水泥

硅酸盐水泥是由硅酸盐水泥熟料、0～5%的混合材料(粒化高炉矿渣或石灰石)、适量石膏磨细而成的水硬性胶凝材料。硅酸盐水泥分为两种类型，不掺入混合材料的称为Ⅰ型硅酸盐水泥，代号P·Ⅰ；在硅酸盐水泥熟料粉磨时，掺入不超过水泥质量5%的粒化高炉矿渣或石灰石的称为Ⅱ型硅酸盐水泥，代号P·Ⅱ。硅酸盐水泥是六大通用硅酸盐水泥的基础。

3.1.1　硅酸盐水泥的生产

1)硅酸盐水泥的原料

生产硅酸盐水泥的原料主要为石灰质原料和黏土质原料两种。石灰质原料主要提供CaO，如石灰石、白垩、石灰质凝灰岩、贝壳等；黏土质原料主要提供SiO2、Al2O3及少量的Fe2O3，如黏土、黄土、页岩等。当上述两种原料的化学组成无法满足成分要求时，还要加入校正原料，如用铁矿粉、黄铁矿渣等铁质校正原料补充Fe2O3，用砂岩、石英矿等硅质校正原料补充SiO2，用铝矾土、煤矸石等硅质校正原料补充Al2O3。为调整硅酸盐水泥的凝结时间，还需加入适量的石膏(CaSO4·2H2O)，如天然石膏、工业副产石膏等，是水泥中SO3的主要来源。根据生产需要，还会掺入水泥质量0～5%的混合材料，如粒化高炉矿渣或石灰石。

2)硅酸盐水泥的生产工艺

硅酸盐水泥的生产过程是将原料按比例配合、磨细得到生料，再将生料在水泥窑(立窑、回转窑)内煅烧(约1450℃)至部分熔融，冷却后得到硅酸盐水泥熟料，然后将其与适量石膏及混合材料共同磨细即可得到硅酸盐水泥。因此，硅酸盐水泥的生产过程可以概括为“两磨一烧”，其生产工艺流程如图3.1所示。

图3.1　硅酸盐水泥生产工艺流程示意图

3)硅酸盐水泥熟料的矿物组成

硅酸盐水泥熟料的主要矿物组成及含量见表3.2。

表3.2　硅酸盐水泥熟料的主要矿物组成及含量

3.1.2　硅酸盐水泥的水化与凝结硬化

1)硅酸盐水泥的水化

硅酸盐水泥与水拌合后，其熟料矿物会发生水化反应，生成水化产物并放出一定的热量。反应式如下：

熟料矿物水化反应的产物不同，其中水化硅酸钙和水化铁酸钙为凝胶体(简称胶体)，水化铝酸钙、水化硫铝酸钙和氢氧化钙为晶体。当水泥完全水化时，水化硅酸钙约占70%，氢氧化钙约占20%。

2)硅酸盐水泥的凝结硬化

水泥加水拌合后，水泥颗粒表面开始发生水化反应，生成水化物，此时水泥浆的流动性和可塑性都很好。随着反应的持续进行，水泥浆中的自由水越来越少，水化产物越来越多并形成了疏松的空间网格结构，此时，水泥浆失去了流动性和部分可塑性，但还未具备强度，这就是水泥的“初凝”。由于铝酸三钙水化速度非常快，会使水泥短时间内迅速凝结而不方便施工，因此在水泥中掺入了适量的石膏。石膏会与铝酸三钙的水化产物水化铝酸钙发生反应，生成针状的难溶于水的水化硫铝酸钙(即钙矾石)，覆盖在没有水化的铝酸三钙表面，阻止其迅速水化，从而延缓了水泥的反应速度，延长了水泥的凝结时间。随着水化反应的继续进行，水化产物凝胶体和晶体交错贯穿，使得空间网格越来越密实，此时水泥浆体完全失去可塑性并且具备一定的强度，这就是水泥的“终凝”。

此后，水化反应不断进行，水化产物不断填充在空间网格内，使得结构越来越致密，强度持续提高直至形成坚硬的水泥石(即水泥浆硬化以后的物质)，这个过程称为水泥的“硬化”。实际上，水泥颗粒内部并没有水化完全，当环境条件适宜时，水泥颗粒可以继续反应而使强度缓慢增加，这个过程可以持续几十年，甚至更久。

水泥的水化、凝结、硬化是交错进行的复杂物理、化学变化过程，熟料矿物对水泥石强度发展的贡献也不同：铝酸三钙在1～3d或稍长的时间内强度发展很快，对水泥石后期强度作用较小；硅酸三钙凝结硬化很快，是4周之内水泥强度的主要贡献者；硅酸二钙水化反应很慢，大约4周之后才发挥其强度作用，直至1年左右，对水泥石的强度作用与硅酸三钙相同；铁铝酸四钙的作用业界还有分歧，当含量较高时，水泥石的抗折强度较好。硅酸盐水泥熟料的矿物特性见表3.3。

表3.3　硅酸盐水泥熟料矿物特性

从表3.3中可以看出，硅酸盐水泥中各熟料矿物的特性不同，改变熟料的矿物组成，可制成不同性质的水泥。如提高硅酸三钙含量，可制成高强水泥；提高硅酸三钙和铝酸三钙的含量，可制成快硬高强水泥；适当提高硅酸二钙的含量，同时降低硅酸三钙与铝酸三钙的含量，就可制得中、低热水泥；由于铁铝酸四钙的抗折强度高，故在道路水泥中含量较高。

水泥浆硬化后形成的水泥石主要是由凝胶体(胶体)、晶体、毛细孔隙、水和未水化的水泥颗粒等组成，是固、液、气三相共存的物质，因此水泥石中各种成分的含量及其结构对水泥石的性能有明显的影响。水泥颗粒水化得越充分，凝胶体含量越多，毛细孔隙含量越少，水泥石的强度就越高。

3)影响硅酸盐水泥凝结硬化的主要因素

(1)熟料矿物组成及细度

水泥熟料矿物与水反应的特点不同，当调整其相对含量时，水泥的凝结硬化的特性也会发生改变。如铝酸三钙水化速度最快，放热量最大，但是强度不高；硅酸二钙水化速度最慢，放热量最小，早期强度低，后期强度发展很快等。

在矿物组成相同的条件下，水泥磨得越细，则水泥颗粒的平均粒径越小，比表面积越大，水化时与水的接触面积就越大，水化速度就越快，相应地凝结硬化速度就快，早期强度就高。

(2)水泥浆的水灰比

水灰比是指水泥浆中水与水泥的质量比。水泥完全水化时需水量约为25%，在实际施工过程中，为使浆体取得良好的流动性，通常加入较多的水，导致水灰比增大，水泥浆较稀，此时水泥的初期的水化反应能够充分进行，但是水泥颗粒由于水分子的存在而分隔较远，形成空间骨架结构所需的时间比较长，因此水泥浆凝结较慢；而且多余的水分在蒸发的过程中形成大量的孔隙，会明显降低水泥石的强度。

(3)石膏的掺量

水泥在水化时，由于石膏与水化铝酸钙反应生成了钙矾石(难溶于水)，抑制了铝酸三钙的反应速度，从而延缓水泥的凝结硬化速度，起到缓凝的作用。石膏掺量少时，缓凝作用不明显；掺量过多时，由于其自身凝结硬化很快，不仅没有缓凝效果，而且还可能对水泥性能造成危害。

(4)环境温度和湿度

在适当的温度下，水泥的水化、凝结和硬化的速度均比较快。温度升高时，水泥的水化反应速度加快，产物凝结硬化很迅速，水化热较高。温度降低时，水泥水化反应减缓，当环境温度低于0℃时，水化反应停止，而且还会使水泥石发生冻胀破坏。温度对水泥早期强度影响较大，高温养护会导致硅酸盐水泥后期强度增长缓慢，甚至下降。

环境湿度越大，水分越不易蒸发，水泥颗粒表面有足够的水分保证其水化，凝结硬化能够充分进行，强度会持续增长。当环境干燥时，水泥浆中的水分蒸发过快，水化作用将无法继续进行，甚至导致凝结硬化停止，严重时还会在水泥石表面产生干缩裂缝。

(5)龄期

当环境温、湿度适宜时，水泥的凝结硬化是随时间延长而持续发展的过程，水泥的强度不断增加。一般情况下，水泥在28d内强度发展较快，28d后强度增长缓慢。

(6)外加剂的影响

能够调节硅酸三钙和铝酸三钙水化机能的外加剂，均会影响硅酸盐水泥的水化、凝结硬化性能。例如掺入早强剂，会加速水泥的水化、硬化过程，提高早期强度；掺入速凝剂，能使水泥中的石膏失去缓凝作用，水泥短时间内迅速凝结硬化，早期强度高；掺加缓凝剂，会延缓水泥的水化、硬化，从而影响水泥早期强度的发展。

3.1.3　硅酸盐水泥的技术要求

1)通用硅酸盐水泥的化学指标

通用硅酸盐水泥的化学指标应满足《通用硅酸盐水泥》(GB 175—2007)的要求。其中不溶物是指经盐酸处理后的残渣，再用氢氧化钠溶液处理，然后用盐酸中和过滤后所得的残渣再经高温灼烧后剩余的物质，是水泥中的非活性物质，主要是由生料、混合材料和石膏中的杂质产生的；烧失量是指在(950±25)℃的高温炉中灼烧的质量损失除以试样总质量的百分数。硅酸盐水泥的化学指标如表3.4所示。

表3.4　通用硅酸盐水泥的化学指标(GB 175—2007)

注：式中均为质量分数。
a.如果水泥蒸压实验合格，则水泥中氧化镁的含量允许放宽至6.0%；
b.如果水泥中氧化镁的含量大于6.0%时，需进行水泥蒸压安定性实验并合格；
c.当有更低要求时，该指标由买卖双方确定。

2)碱含量(选择性指标)

碱含量按Na2O+0.658K2O的计算值来表示。若使用活性骨料，用户要求提供低碱水泥时，水泥中碱含量不得大于0.6%或由买卖双方商定。

3)细度(选择性指标)

细度是指水泥颗粒的粗细程度。颗粒越细，表面积越大，与水接触的面积越大，水化反应速度越快，早期及后期强度均较高，硬化时体积收缩也越明显，易开裂。但颗粒过细，在储运的过程中易吸收空气中的水和二氧化碳发生反应而降低活性，且磨细的成本较高。

国家标准《通用硅酸盐水泥》(GB 175—2007)规定，硅酸盐水泥的细度用比表面积(单位质量水泥的总表面积)表示，且不小于300m2/kg。

4)标准稠度用水量

由于水泥浆(也称为水泥净浆)的稀稠会影响水泥的凝结时间及体积安定性等性能，为使测定结果具有可比性，需将水泥配制成具有一定可塑性的浆体，此时浆体的稠度称为水泥净浆标准稠度。标准稠度用水量是指将水泥配制成标准稠度净浆时所加水的质量与水泥质量之比，以百分数来计，硅酸盐水泥的标准稠度用水量一般为21%～28%。

5)凝结时间

水泥的凝结时间分为初凝时间和终凝时间。初凝时间是指水泥从加水拌合到水泥浆开始失去可塑性所需的时间；终凝时间是指水泥从加水开始到水泥浆完全失去可塑性，并且具备一定强度时所需的时间。

水泥的凝结时间对施工有重要意义。为使混凝土、砂浆有充足的时间进行搅拌、运输、浇注、振捣等操作，因此要求水泥的初凝时间不宜过早；为了使混凝土能够尽快硬化并产生强度，便于进行下一道工序的施工，又要求水泥的终凝时间不宜过长，以免拖延工期。

《通用硅酸盐水泥》(GB 175—2007)规定：硅酸盐水泥的初凝时间不得早于45min，终凝时间不得迟于390min。初凝时间不符合规定的为废品水泥，终凝时间不符合规定的为不合格品。

6)体积安定性

体积安定性是指水泥在凝结硬化过程中体积变化是否均匀的性质。水泥体积安定性不良的主要原因是熟料中含有过量的游离氧化钙(f—CaO)、游离氧化镁(f—MgO)或生产时掺入的石膏(主要引入SO3)过多。上述物质在水泥凝结硬化之后开始或继续反应，产物体积膨胀导致水泥石开裂。

用沸煮法检测f—CaO过量引起的体积安定性不良、过量f—MgO引起的体积安定性不良需用压蒸法检测，石膏造成的体积安定性不良则需长期放在温水中浸泡才能发现。由f—MgO和石膏带来的危害一般不做检验。

《通用硅酸盐水泥》(GB 175—2007)规定：硅酸盐水泥的体积安定性用沸煮法检验必须合格，安定性不良的水泥为废品水泥，禁止应用于工程中；熟料中MgO的含量不得超过5%，SO3的含量不得超过3.5%。

7)强度及强度等级

强度是水泥力学性质的重要指标，它与水泥的矿物组成、细度、水胶比、龄期和环境温度等有关。水泥强度须按《水泥胶砂强度检验方法(ISO)》(GB/T 17671—1999)的规定进行检验，具体方法是：将水泥、标准砂和水按1∶3∶0.5的质量比拌合，制成40mm×40mm×160mm的标准水泥胶砂试件，在标准条件(1d温度为(20±1)℃、相对湿度90%以上，1d后放入(20±1)℃的水中)下养护，测定其3d和28d龄期时两组试件的抗折强度和抗压强度。

根据水泥胶砂试件3d和28d龄期的抗折强度和抗压强度，将硅酸盐水泥划分为42.5、42.5R、52.5、52.5R、62.5、62.5R六个强度等级。按照3d龄期胶砂试件的抗压强度又可将水泥分为普通型和早强型(R)两类。早强型水泥是指胶砂试件3d龄期的抗压强度为28d龄期的50%以上的水泥；当水泥强度等级相同时，早强型水泥3d的抗压强度高出普通型水泥10%～24%。硅酸盐水泥各龄期强度值不得低于表3.5中数值，若某项指标不满足表中要求，则应调整水泥的强度等级，使得四项指标均满足规定。

表3.5　硅酸盐水泥各龄期强度要求(GB 175—2007)

8)水化热

水泥在水化过程中释放出来的热量称为水泥的水化热，单位是焦耳/千克(J/kg)。水化放热量和放热速度主要取决于水泥熟料的矿物组成和水泥细度，水泥中掺入的外加剂和混合材料也会对其有一定的影响。熟料中铝酸三钙和硅酸三钙越多、磨得越细，水化热就越大。水化热大部分是在水化初期(7d内)释放出来的，以后逐渐减少。

硅酸盐水泥水化热很大，在冬季施工时，水化热可以使水长时间保持液体状态或提供水化反应所需的温度，从而保证水泥能够正常凝结硬化。但对于大体积混凝土工程来讲，水化热却是有害的。由于混凝土是热的不良导体，大体积混凝土表面由于空气流通散热很快，水化热积聚在内部不易散出，导致混凝土内外产生温差(可达50～60℃)，出现温度应力。当温度应力超过了混凝土的强度极限时，混凝土开始出现温度裂缝。所以，大体积混凝土工程不宜使用硅酸盐水泥，应选用中热水泥、低热矿渣水泥等。

9)密度与堆积密度

硅酸盐水泥的密度主要由熟料的矿物组成来决定，一般为3.05～3.20g/cm3。堆积密度不仅受熟料矿物和细度的影响，还取决于水泥堆积的紧密程度，硅酸盐水泥的松散堆积密度为900～1200kg/m3，紧密堆积密度为1400～1700kg/m3。

3.1.4　水泥的质量要求

按质量水平将水泥划分为优等品、一等品、合格品3个等级。优等品要求产品标准必须达到国际先进水平，且水泥实物的质量水平与国外同类产品相比，达到其近5年内的先进水平；一等品要求产品标准必须达到国际一般水平，且水泥实物的质量水平达到国际同类产品的一般水平；合格品要求按我国现行水泥产品标准组织生产，水泥实物的质量水平必须达到产品标准的要求。

不合格品水泥可降低强度等级使用，作为掺合料使用，用于配制砂浆或用于次要的工程部位；废品水泥只可废弃，不得应用于工程中。

3.1.5　水泥石的腐蚀与防止

硅酸盐水泥硬化以后，在正常使用条件下具有较好的耐久性，但在某些腐蚀性介质作用下，水泥石会逐渐受到侵害，导致强度降低或溃裂，甚至会引起整个结构的破坏，这种现象称为水泥石的腐蚀。

引起水泥石腐蚀的原因很复杂，通常是几种腐蚀共同作用的结果，以下是几种主要的腐蚀类型。

1)水泥石腐蚀的主要类型

(1)软水腐蚀(溶出性侵蚀)

不含重碳酸盐的蒸馏水、雪水、雨水、工业冷凝水以及含重碳酸盐较少的河水和湖水等均属软水。水泥石长期与软水接触，水泥石中Ca(OH)2会逐渐溶解，并促使水泥石中其他水化产物溶解，导致水泥石结构酥松，甚至发生破坏，这就是软水腐蚀。

在水量有限或无压静水的环境中，溶出的Ca(OH)2很快使水泥石附近的水达到饱和，溶出作用逐渐停止，这种破坏作用仅发生在水泥石表面，危害不大。如果软水是流动的或是有压力的，水泥石中Ca(OH)2会不断溶出，加剧了其他水化产物的溶解，使水泥石的密实度降低，强度被削弱，严重时混凝土结构会发生溃塌。

在井水、泉水等重碳酸盐含量较高的硬水中，重碳酸盐会与水泥石中Ca(OH)2发生反应，生成不溶于水的CaCO3。反应式如下：

生成的碳酸钙堵塞在水泥石表面的孔隙内，形成致密的保护层，阻止水分继续侵蚀，使得腐蚀仅发生在水泥石表面，危害不明显。

(2)酸类腐蚀

① 碳酸腐蚀

在工业污水、地下水中常溶解有较多的二氧化碳，这种水会与水泥石中的Ca(OH)2发生反应，生成CaCO3。当CO2浓度较低时，在水泥石表面会形成致密的CaCO3保护膜，不仅可以提高其表面的硬度和强度，还可以阻止腐蚀性液体侵蚀到水泥石内部，危害不大。其反应式如下：

当CO2浓度较高时，生成的CaCO3会继续与其反应，生成溶于水的重碳酸钙(碳酸氢钙)，这就是碳酸的腐蚀，属于溶解性化学腐蚀。反应式如下：

由于生成的重碳酸钙溶解度较大，且随着反应的持续进行，Ca(OH)2的浓度不断降低，又会导致其他水化产物的分解，进一步加剧了腐蚀作用。

② 一般酸的腐蚀

工业废水、地下水、沼泽水中常含有多种无机酸(HCl、H2SO4、HPO3等)和有机酸(醋酸、蚁酸、乳酸等)；工业窑炉的烟气中常含有SO2，遇水后生成亚硫酸。这些酸对水泥石有不同程度的腐蚀作用，它们会与水泥石中的Ca(OH)2发生反应，生成物或者溶于水或者体积膨胀。

例如：盐酸与水泥石中的Ca(OH)2发生反应，生成溶于水的CaCl2，是溶解性的化学腐蚀。反应式如下：

CaCl2+2H2O

硫酸与水泥石中的Ca(OH)2作用，生成二水石膏(CaSO4·2H2O)积聚在水泥石的孔隙内，结晶后体积膨胀；或者是生成的CaSO4·2H2O再与水泥石中的水化铝酸钙发生反应，生成体积膨胀的高硫型水化硫铝酸钙(钙矾石)，这种体积膨胀的化学反应会导致水泥石开裂，称其为“膨胀性化学腐蚀”，属于硫酸盐腐蚀，危害很大。其反应式如下：

(3)盐类腐蚀

① 硫酸盐(膨胀性化学腐蚀)及氯盐腐蚀(溶解性化学腐蚀)

在海水、湖水、地下水以及某些工业污水中常含硫酸盐，它们会与水泥石中的Ca(OH)2发生置换反应，生成硫酸钙。硫酸钙再与水泥石中的水化铝酸钙反应，生成体积增大1.5倍的针状高硫型水化硫铝酸钙(俗称“水泥杆菌”)而导致水泥石开裂。反应式如下：

3CaO·Al2O3·3CaSO4·31H2O

当水中硫酸盐浓度较高时，生成硫酸钙会在孔隙中直接结晶成二水石膏，体积膨胀而引起水泥石破坏。

氯盐会与水泥石中的Ca(OH)2发生反应，生成溶于水的CaCl2，属于溶解性的化学腐蚀。

② 镁盐的腐蚀(双重腐蚀)

在海水及地下水中常含有氯化镁和硫酸镁等镁盐，它们与水泥石中的氢氧化钙会发生置换作用。反应式如下：

CaCl2+Mg(OH)2

CaSO4·2H2O+Mg(OH)2

产物氯化钙易溶于水，属于溶解性化学腐蚀；氢氧化镁松软而无胶凝能力，是镁盐的腐蚀；二水石膏会引起硫酸盐的膨胀性化学腐蚀。因此，镁盐腐蚀属于双重腐蚀，尤为严重。

(4)强碱腐蚀

水泥石自身呈现碱性，一般不会与浓度较低的碱性溶液发生反应。但是铝酸盐(C3A)含量较高的硅酸盐水泥遇到强碱(如NaOH)会发生反应，生成易溶于水的铝酸钠，发生溶解性化学腐蚀。反应式如下：

当水泥石在氢氧化钠溶液中浸泡后，放在空气中干燥，铝酸钠会与空气中的CO2反应生成碳酸钠，在水泥石毛细管中结晶膨胀，使得水泥石开裂。

2)防止水泥石腐蚀的措施

水泥石腐蚀的根本原因：水泥石中存在易受腐蚀的氢氧化钙和水化铝酸钙；水泥石不密实导致腐蚀性介质容易进入内部；外界因素的影响，如腐蚀性介质及其浓度、环境的温湿度等。

(1)根据侵蚀环境特点，合理选用水泥品种

选用水化产物中氢氧化钙含量较少的水泥，可以提高对软水腐蚀的抵抗能力；为提高抵抗硫酸盐腐蚀的能力，可采用铝酸三钙含量较低(<5%)的抗硫酸盐水泥；在硅酸盐水泥熟料中掺入混合材料亦可提高水泥的抗腐蚀能力。

(2)提高水泥石的密实度

硅酸盐水泥水化时理论需水量约为水泥质量的25%，为方便施工，实际加水量约为40%～70%，多余水分蒸发留下的连通孔隙成为腐蚀性介质进入水泥石内部的通道。在工程中，可通过合理设计混凝土的配合比、降低水胶比(水与胶凝材料的质量比)、优化施工方法(如加强搅拌、振捣、养护、掺外加剂)等措施，提高水泥石的密实度。

在水泥石表面进行碳化处理，使之形成坚硬、致密的不溶于水的碳酸钙保护层；或者用氟硅酸处理形成氟化钙及硅胶薄膜，均可明显提高水泥石表面密实度。

(3)设置保护层

根据环境腐蚀性介质的性能及浓度，可采用耐腐蚀性强且不透水的沥青、塑料、玻璃、耐酸陶瓷、耐酸石料等做水泥石的保护层，主要起隔离作用。

3.1.6　硅酸盐水泥的特性及应用

1)快凝快硬，强度高

硅酸盐水泥凝结硬化快、强度高，尤其是早期强度。适用于有早强要求的工程、高强混凝土和预应力混凝土工程。

2)水化热高

硅酸盐水泥中C3S和C3A含量高，水化速度快且放热量大，适用于冬期施工。但对大体积混凝土工程不利，容易引起温度裂缝，因此不宜使用。

3)抗冻性好

采用合理的混凝土配合比、施工过程严控质量、加强凝结硬化过程的养护工作，可确保硅酸盐水泥拌制的混凝土具有较高的密实度和强度，对于反复的冻融作用具有良好的抵抗能力，适用于严寒地区的混凝土工程。

4)抗碳化能力强

硅酸盐水泥硬化后的水泥石密实度高、碱性强，可在钢筋混凝土工程中的钢筋表面生成一层坚硬致密的灰色钝化膜，使其免受锈蚀。此外，空气中的CO2与水泥石中的Ca(OH)2会发生碳化反应生成致密的CaCO3保护膜，使得碳化在混凝土的使用过程中不会深入到钢筋表面。因此，硅酸盐水泥适用于重要的钢筋混凝土结构和预应力混凝土工程。

5)耐磨性好

硅酸盐水泥强度和硬度高，耐磨性好，适用于路面、地面、机场跑道等对耐磨性要求较高的工程。

6)耐腐蚀性差

硅酸盐水泥石中含有大量的Ca(OH)2和水化铝酸钙，易受侵蚀，因此不宜用于有动水、压力水、酸和硫酸盐等介质侵蚀的工程。

7)耐热性差

硅酸盐水泥的水化产物在250～300℃的温度下开始脱水，导致水泥石收缩且强度下降。当温度达到700℃以上，强度损失很大，甚至完全破坏，所以硅酸盐水泥不宜用于耐热混凝土工程。

8)湿热养护效果差

硅酸盐水泥经蒸汽养护后，再自然养护至28d，测得的抗压强度低于未经蒸养的抗压强度。

3.2　掺混合材料的硅酸盐水泥

在通用水泥中，除硅酸盐水泥外的其他水泥均按规定掺入了混合材料，称为掺混合材料的硅酸盐水泥。这类水泥是由硅酸盐水泥熟料，加入适量混合材料及石膏共同磨细而制成的水硬性胶凝材料。掺混合材料的目的是调整水泥的强度等级、改善性能、增加品种、提高产量、降低成本等，使水泥的适用范围更广。

3.2.1　混合材料

混合材料(简称混合材)是指在生产水泥及其制品时，掺入的天然或人工的矿物材料，分为活性混合材料与非活性混合材料两种。

1)活性混合材料

活性混合材料是指具有火山灰性或潜在水硬性，或兼有火山灰性和潜在水硬性的矿物质材料。

火山灰性是指磨细的矿物质材料与水拌合后，本身不具备水硬性，但在常温下与石灰混合后的浆体能生成水硬性物质，如火山灰、粉煤灰、硅藻土等。

潜在水硬性是指矿物质材料在少量外加剂的激发作用下，利用自身成分化合成水硬性物质，如粒化高炉矿渣。

(1)火山灰质混合材

火山灰质混合材是指具有火山灰性的矿物质材料，主要成分是SiO2和Al2O3，磨细后能与Ca(OH)2反应，生成具有强度的胶凝性产物。火山灰质混合材料疏松多孔，易于反应，有天然的，也有人工的。

(2)粉煤灰

粉煤灰是在火力发电厂煤粉炉中燃烧释放出的气体里收集到的粉尘，俗称飞灰，主要成分为SiO2和Al2O3，含有少量的CaO。粉煤灰中球形玻璃体含量越高、颗粒越细，其活性越强、质量越好。粉煤灰可不经磨细直接掺到混凝土中使用。

(3)粒化高炉矿渣

粒化高炉矿渣是高炉炼铁的熔融矿渣经急冷处理得到的质地疏松、多孔的细小颗粒(粒径0.5～5mm)，主要成分CaO、SiO2和Al2O3，占总量的90%。熔融矿渣在急冷过程中未能结晶，而是形成了不稳定的玻璃体，蕴含了一定的化学能即具有潜在水硬性，经少量激发剂作用后呈现水硬性。

由此可以看出，活性混合材料中均含有活性SiO2和活性Al2O3，它们只能在Ca(OH)2和石膏存在的条件下而呈现活性，通常将石灰和石膏称为活性混合材料的激发剂。常用的激发剂有碱性激发剂和硫酸盐激发剂两类。碱性激发剂多用石灰和水化时能生成Ca(OH)2的硅酸盐水泥熟料；硫酸盐激发剂有二水石膏、半水石膏及化学石膏。值得注意的是，硫酸盐激发剂必须在有碱性激发剂的情况下才能充分发挥效用。

2)非活性混合材料

非活性混合材料不与水泥发生反应，掺入到水泥中主要起到提高产量、调节强度、降低水化热、节约成本等作用。常用的非活性混合材料有磨细的石英砂、石灰石和黏土等。

在拌合混凝土时，为节约水泥、调节混凝土强度、改善混凝土性能而掺入天然或人工的磨细混合材料，称为掺合料。

3.2.2　普通硅酸盐水泥

由硅酸盐水泥熟料、大于5%且不超过20%的活性混合材料及适量石膏混合磨细制成普通硅酸盐水泥，简称普通水泥，代号为P·O。其中允许用不超过水泥质量5%的窑灰或不超过水泥质量8%的非活性混合材料来代替。

普通水泥的细度、体积安定性、氧化镁、三氧化硫含量等技术要求与硅酸盐水泥相同；且初凝时间不早于45min，终凝时间不迟于600min。

普通水泥分为42.5、42.5R、52.5、52.5R四个强度等级，各龄期的强度规定见表3.6。

表3.6　普通硅酸盐水泥各龄期强度要求(GB 175—2007)

普通水泥掺入的混合材料较少，因此性能接近于硅酸盐水泥，但是与同强度等级的硅酸盐水泥相比，早期强度及水化热略低，耐腐蚀性稍好，抗冻性、耐磨性及抗碳化性稍差。蒸汽养护会导致普通水泥后期强度降低。

普通水泥的应用范围与硅酸盐水泥基本相同，广泛应用于各种混凝土或钢筋混凝土工程，是我国主要的水泥品种之一，产量占水泥总产量的40%以上。

3.2.3　矿渣硅酸盐水泥、火山灰质硅酸盐水泥、粉煤灰硅酸盐水泥和复合硅酸盐水泥

1)组分

矿渣硅酸盐水泥简称矿渣水泥，代号为P·S。按照熟料和石膏、粒化高炉矿渣的掺量不同分为A型与B型两种，其组分如表3.1。

火山灰质硅酸盐水泥简称火山灰水泥，代号为P·P，其中硅酸盐水泥熟料和石膏的掺量应不少于60%且低于80%，火山灰质活性混合材料的掺量应大于20%且不超过40%。

粉煤灰硅酸盐水泥简称粉煤灰水泥，代号P·F，其中硅酸盐水泥熟料和石膏的掺量应不少于60%且低于80%(同火山灰水泥)，粉煤灰活性混合材料的掺量应大于20%且不超过40%。

复合硅酸盐水泥简称复合水泥，代号P·C，其中硅酸盐水泥熟料和石膏的掺量应不少于50%且低于80%。混合材料为两种或两种以上的活性混合材料或非活性混合材料，掺量大于20%且不超过50%，允许用不超过水泥质量8%的窑灰代替，掺矿渣时混合材料掺量不得与矿渣硅酸盐水泥重复。

2)技术要求

矿渣水泥、火山灰水泥、粉煤灰水泥和复合水泥的技术性质应符合《通用硅酸盐水泥》(GB 175—2007)的规定。

(1)细度

用筛余率表示，80μm方孔筛筛余不大于10%或45μm方孔筛筛余不大于30%。

(2)凝结时间

初凝时间不早于45min，终凝时间不迟于600min，同普通水泥。

(3)体积安定性

用沸煮法检验必须合格。

(4)不溶物、烧失量、三氧化硫、氧化镁、氯离子

上述化学指标见表3.4。

(5)强度等级

按3d、28d龄期水泥胶砂试件的抗压强度及抗折强度将上述水泥分为32.5、32.5R、42.5、42.5R、52.5、52.5R六个强度等级，各龄期的强度规定见表3.7。

表3.7　矿渣水泥、火山灰水泥、粉煤灰水泥、复合水泥各龄期强度要求(GB 175—2007)

3)性能与使用

矿渣水泥、火山灰水泥、粉煤灰水泥和复合水泥均在硅酸盐水泥熟料中掺入较多的活性混合材料，再配以适量石膏共同磨细制成。由于配合机理相似，故上述水泥具有一些共同的性能；但由于掺入的活性混合材料性能各异，因此它们也具有各自的特性。

(1)共性

① 早期强度较低，后期强度增长较快。由于掺入混合材料较多，水泥熟料含量减少，水化产物生成较慢，故早期强度较低；后期活性混合材料在水化产物Ca(OH)2碱性激发剂作用下参与反应，产物不断增加，因此后期强度增长较快。

复合水泥因掺有两种或两种以上混合材料，相互之间能够取长补短，使水泥性能比掺单一混合材料的水泥有所改善。

② 水化热低。由于水泥熟料含量减少，使得水泥水化速度减缓，放热量降低，适用于大体积混凝土工程。

③ 适宜蒸汽养护。低温下水泥水化及凝结硬化速度缓慢；湿热条件可促进活性混合材料和熟料的水化，提高早期强度，对后期强度发展无不良影响。

④ 耐腐蚀性较好。由于熟料含量减少，使得水化产物Ca(OH)2含量降低，从而提高了抵抗软水、海水及硫酸盐等腐蚀的能力。

⑤ 易碳化。由于Ca(OH)2含量少而使水泥的碱度降低(矿渣水泥更明显)，导致钢筋混凝土结构碳化深度加大，易引起钢筋的锈蚀。

⑥ 抗冻性及耐磨性差。掺入较多的混合材料，增加了水泥水化反应需水量，使得水泥石的孔隙率较大，因此抗冻性及耐磨性均不及硅酸盐水泥和普通水泥。

(2)特性

① 矿渣水泥：低温敏感性强，不适用于冬季施工或采取必要的保温措施；矿渣不易磨细且亲水性差，易泌水，硬化后干缩明显，不适用于有抗渗要求的混凝土工程；矿渣是玻璃体结构，耐热性好，适用于温度不超过200℃的耐热工程，如冶炼车间、锅炉房、蒸汽烟囱等。

② 火山灰水泥：水化反应需水量大，不易泌水，且火山灰质混合材料遇石灰溶液时，产物体积膨胀，使得水泥石较为密实，故适用于地下或水下工程，以及抗渗要求较高的工程；火山灰水泥的抗冻性和耐磨性均比矿渣水泥差，干缩更大，易产生裂缝，不适用于有抗冻、耐磨要求的工程，以及干热环境(如路面)和水位变化部位的工程，但适宜于浇筑大体积混凝土工程。

③ 粉煤灰水泥：粉煤灰多为球形玻璃体，结构致密，表面积小，吸水能力差，因此粉煤灰水泥水化时需水量较少，能明显改善混凝土拌合物的和易性，且干缩小，抗裂性较好。特别适用于大体积混凝土工程、地下工程、海港工程等。

④ 复合水泥：复合水泥的性能与混合材料的品种和掺量有关，基本上类似于矿渣水泥、火山灰水泥和粉煤灰水泥。由于复合水泥中掺有两种或两种以上的混合材料，混合材料之间作用互补，性能优于掺单一混合材料的水泥，具有耐腐蚀性和抗渗性好、水化热小等特点，适用于一般的混凝土工程。近年来，复合水泥的应用范围越来越广，产量逐年增加。

通用水泥是工程中应用广、用量大的常用水泥品种，其主要特性和适用范围见表3.8。

表3.8　通用水泥的主要特性和适用范围

续表3.8

3.3　通用水泥的验收及保管

3.3.1　质量评定

当水泥的化学指标、凝结时间、强度、安定性中的每一项均符合《通用硅酸盐水泥》(GB 175—2007)的规定时则判定为合格品；反之，若上述其中任一项不满足规定，则评定为不合格品。

3.3.2　验收

水泥各项技术指标及包装质量均符合要求时方可出厂。出厂时应附有检验报告，内容包括出厂检验项目、细度、混合材料品种和掺加量、石膏和助磨剂的品种及掺加量、属旋窑或立窑生产及合同约定的其他技术要求。当用户需要时，生产者应在水泥发出之日起7d内寄发除28d强度以外的各项检验结果，32d内补报28d强度的检验结果。

交货时水泥的质量验收可抽取实物试样，以其检验结果为依据，也可以生产者同编号水泥的检验报告为依据。采取何种方法验收由买卖双方商定，并在合同或协议中注明，且卖方有告知买方验收方法的责任。当无书面合同或协议，或未在合同、协议中注明验收方法的，卖方应在发货票上注明“以本厂同编号水泥的检验报告为验收依据”字样。

当以抽取实物试样的检验结果为验收依据时，买卖双方应在发货前或交货地共同取样和签封。取样数量为20kg，缩分为两等份。一份由卖方保存40d，一份由买方依据《通用硅酸盐水泥》(GB 175—2007)规定的项目和方法进行检验。在40d以内，买方检验认为产品质量不符合标准规定要求，而卖方又有异议时，双方应将卖方保存的另一份试样送省级或省级以上国家认可的水泥质量监督检验机构进行仲裁检验。水泥安定性仲裁检验时，应在取样之日起10d内完成。

当以生产者同编号水泥的检验报告为验收依据时，在发货前或交货时，买方在同编号水泥中取样，双方共同签封后由卖方保存90d，或认可卖方自行取样、签封并保存90d的同编号水泥的封存样。在90d内，买方对水泥质量有疑问时，买卖双方应将共同认可的试样送省级或省级以上国家认可的水泥质量监督检验机构进行仲裁检验。

水泥进场以后应立即进行复验。为确保工程质量，应严格贯彻“先验后用”的原则。水泥复验的周期较长，一般要1个月。

3.3.3　包装

水泥有散装和袋装两种包装方式。散装水泥从出厂、运输、储存到使用，需使用专用运输工具进行，使用散装水泥具有较好的经济和社会效益。袋装水泥每袋净含量为50kg，且应不少于标志质量的99%；随机抽取20袋总质量(含包装袋)应不少于1000kg。其他包装形式由供需双方协商确定，但有关袋装质量要求，应符合标准规定。

3.3.4　标志

水泥包装袋上应清楚标明：执行标准、水泥品种、代号、强度等级、生产者名称、生产许可证标志(QS)及编号、出厂编号、包装日期、净含量。包装袋两侧应根据水泥的品种采用不同的颜色印刷水泥名称和强度等级：硅酸盐水泥和普通水泥用红色印刷，矿渣水泥用绿色印刷，火山灰水泥、粉煤灰水泥和复合水泥则要求采用黑色或蓝色印刷。

散装水泥发运时应提交与袋装水泥标志相同内容的卡片。

3.3.5　运输与储存

水泥在运输与储存时，不得受潮及混入杂物。不同品种和强度等级的水泥，应分开储存，并加以标识，不得混杂。散装水泥应分别存放。袋装水泥堆放时应注意防水防潮，做到“下垫上盖”。堆置不宜过高，一般不超过10袋，每平方米可堆放1t左右。

水泥的储存期一般不超过3个月，遵循“先到先用”的原则。水泥在存放时会吸收空气中的水分而缓慢水化，导致强度降低。一般来讲，袋装水泥储存3个月以后，强度降低约10%～20%，储存时间越长，强度损失越大。

3.4　其他品种水泥

3.4.1　快硬硅酸盐水泥

快硬硅酸盐水泥简称快硬水泥，是以硅酸盐水泥熟料掺入适量石膏磨细而成的一种早期强度发展很快的水硬性胶凝材料。

快硬水泥熟料中C3A和C3S的含量较高，细度大(比表面积达330～450m2/kg)，因此水化速度快，放热量大，早期强度高。快硬水泥初凝不得早于45min，终凝不得迟于10h，安定性经沸煮法检验必须合格。

快硬水泥按3d抗压强度可分为32.5、37.5、42.5三个强度等级，28d强度作为供需双方强度参考指标。各强度等级、各龄期强度如表3.9所示。

表3.9　快硬硅酸盐水泥各强度等级、各龄期强度值(GB 199—1990)

快硬水泥的早期强度发展很快，后期强度增长明显。适用于紧急抢修工程、低温施工工程，可配制早强、高强及预应力混凝土等。

快硬水泥易受潮变质，不宜久存，因此在储运过程中须注意防潮，尽快使用。出厂超过1个月，应重新检验强度，合格后方可使用。

3.4.2　中热硅酸盐水泥、低热硅酸盐水泥和低热矿渣硅酸盐水泥

中热硅酸盐水泥简称中热水泥，代号P·MH，是用适当成分的硅酸盐水泥熟料配以适量石膏磨细而成的中等水化热的水硬性胶凝材料，强度等级为42.5。

低热硅酸盐水泥简称低热水泥，代号P·LH，是用适当成分的硅酸盐水泥熟料配以适量石膏磨细而成的低水化热的水硬性胶凝材料，强度等级为42.5。

低热矿渣硅酸盐水泥简称低热矿渣水泥，代号P·SLH，是用适当成分的硅酸盐水泥熟料加入粒化高炉矿渣、适量石膏磨细而成的低水化热的水硬性胶凝材料，强度等级为32.5。其中，粒化高炉矿渣掺量按质量百分比计为20%～60%，允许用不超过混合材料总量50%的粒化电炉磷渣或粉煤灰代替部分矿渣。

上述3种水泥各龄期强度如表3.10所示。

表3.10　中热水泥、低热水泥和低热矿渣水泥各龄期强度值(GB 200—2003)

为控制水化放热量及放热速度，故对水泥熟料的矿物组成有严格限制：中热水泥熟料中C3A含量不得超过6%，C3S含量不得超过55%；低热矿渣水泥中C3A含量不得超过8%。中、低热水泥和低热矿渣水泥各龄期水化热不得超过表3.11中规定的数值。

表3.11　中热水泥、低热水泥和低热矿渣水泥各龄期水化热值(GB 200—2003)

《中热硅酸盐水泥、低热硅酸盐水泥和低热矿渣硅酸盐水泥》(GB 200—2003)规定：上述3种水泥的细度用比表面积来表示，且要求比表面积不小于250m2/kg；SO3含量不得超过3.5%；MgO含量不宜超过5%；水泥体积安定性检验合格；初凝时间不得早于60min，终凝时间不得迟于12h。

中、低热水泥及低热矿渣水泥的水化热低，均适用于大体积混凝土工程，尤其是大坝、水闸等水利工程的大体积混凝土，通常将这3种水泥称为大坝水泥。

3.4.3　白色硅酸盐水泥及彩色硅酸盐水泥

1)白色硅酸盐水泥

由硅酸钙为主要成分且氧化铁含量少的硅酸盐水泥熟料、适量石膏及规定质量的石灰石或窑灰，磨细而成的水硬性胶凝材料，称为白色硅酸盐水泥，简称白水泥，代号P·W。白水泥在生产过程中需严格控制Fe2O3的含量，并尽可能减少锰、铬、钛等着色氧化物的掺入，而且磨机衬板采用花岗岩、铸石、陶瓷等，研磨体采用硅质卵石或人造瓷球，因此白水泥生产成本较高，多用于装饰工程，通常不用于结构工程。

硅酸盐水泥的颜色与Fe2O3的含量有关，含量越高颜色越深。Fe2O3含量与水泥颜色的关系见表3.12。

表3.12　Fe2O3含量与水泥颜色的关系表

根据《白色硅酸盐水泥》(GB 2015—2005)规定：白水泥的白度(水泥颜色洁白程度)值不低于87度；80μm方孔筛筛余不超过10%；初凝时间不得早于45min，终凝时间不得迟于10h；SO3的含量不超过3.5%；安定性用沸煮法检验必须合格。根据3d、28d的抗压强度及抗折强度，白水泥可划分为32.5、42.5、52.5三个强度等级。各强度等级、各龄期的强度不低于表3.13的规定。

表3.13　白色硅酸盐水泥各龄期强度值(GB 2015—2005)

凡SO3、初凝时间、安定性中任一项不符合规定或强度低于最低等级指标的白水泥为废品水泥；凡细度、终凝时间、强度和白度中任一项不符合规定者为不合格品。

2)彩色硅酸盐水泥

彩色硅酸盐水泥简称彩色水泥，按照生产过程中着色方式不同可分为两种：一种是将硅酸盐水泥熟料(白水泥熟料或普通水泥熟料)、适量石膏和碱性颜料共同磨细而成，属染色法生产；另一种是在白水泥生料中加入少量着色剂(金属氧化物或氢氧化物)，直接煅烧成彩色水泥熟料，再掺入适量石膏共同磨细而成，属直接烧成法生产。

染色法所用的碱性颜料要求：不溶于水，分散性好，耐碱，大气稳定性好，不明显影响水泥强度，且不含有可溶性盐类。常用的碱性颜料见表3.14。

表3.14　彩色水泥碱性颜料表

直接烧成法的着色剂用量少，颜色受煅烧温度及煅烧气氛影响，如氧化锰(Mn2O3)在还原气氛中可制得浅蓝色水泥，在氧化气氛中可制得浅紫色水泥。

根据3d、28d水泥胶砂试件的抗压强度及抗折强度，彩色水泥可划分为27.5、32.5、42.5三个强度等级。各强度等级、各龄期的强度不低于表3.15的规定。

表3.15　彩色硅酸盐水泥各龄期强度值(JC/T 870—2000)

白水泥和彩色水泥可以用来配制彩色水泥浆、彩色砂浆、彩色混凝土及制造彩色水磨石、人造大理石、水刷石、斧剁石、干粘石等。

3.4.4　铝酸盐水泥

铝酸盐水泥(原称高铝水泥)是以铝矾土和石灰石为原料，按比例配合后，煅烧、磨细制成的一种以铝酸钙为主要成分的水硬性胶凝材料，代号CA。

铝酸盐水泥按照Al2O3含量可分为CA-50、CA-60、CA-70、CA-80四类。各类型、各龄期的强度不低于表3.16的规定。

表3.16　铝酸盐水泥各龄期强度值(JC/T 870—2000)

《铝酸盐水泥》(GB 201—2000)规定：铝酸盐水泥的细度为比表面积不小于300m2/kg或45μm方孔筛筛余不得超过20%；CA-50、CA-70、CA-80的初凝时间不早于30min，终凝时间不迟于6h；CA-60初凝时间不早于60min，终凝时间不迟于18h。体积安定性经检验必须合格。

铝酸盐水泥早期强度增长很快，1d强度约为极限强度的80%左右，适用于抢修工程(如筑路、修桥、堵漏等)及有早强要求的工程；后期强度下降较大，因此在设计时应以最低稳定强度为取值依据，且不宜用于永久性的承重结构工程。铝酸盐水泥配以耐火骨料(如铬铁矿)可制成耐热混凝土，用于制作耐火材料及制品。铝酸盐水泥水化热大，1d的放热量约为总量的70%～80%，适用于冬季蓄热法施工，但不适用于大体积混凝土工程。铝酸盐水泥在施工时不得与硅酸盐水泥或石灰等能析出Ca(OH)2的胶凝物质混合，以防凝结时间失控。

3.4.5　抗硫酸盐硅酸盐水泥

抗硫酸盐硅酸盐水泥简称抗硫酸盐水泥，是以硅酸钙为主的特定矿物熟料配以适量石膏磨细而成的具有一定抵抗硫酸盐腐蚀能力的水硬性胶凝材料。

由于熟料矿物中C3A和C3S易与硫酸盐发生反应，因此严格控制C3A和C3S的含量，适当提高C4AF的含量，可有效改善水泥抗硫酸盐腐蚀的能力。按照抗硫酸盐腐蚀能力可将其分为抗硫酸盐水泥(C3A≤5.0%，C3S≤55.0%)和高抗硫酸盐水泥(C3A≤3.0%，C3S≤50.0%)两类，这两类水泥按照3d、28d的抗压强度及抗折强度又可分为32.5、42.5两个强度等级。各强度等级、各龄期的强度不低于表3.17的规定。

表3.17　抗硫酸盐硅酸盐水泥各龄期强度值(GB 748—2005)

抗硫酸盐水泥抵抗硫酸盐腐蚀能力强，抗冻性好，水化热小，适用于长期处于硫酸盐侵蚀的地方，如水利工程、地下工程、道路工程、涵洞等。

3.4.6　道路硅酸盐水泥

道路硅酸盐水泥简称道路水泥，是由硅酸盐水泥熟料、0～10%的活性混合材料和适量石膏磨细制成的水硬性胶凝材料，代号P·R。其熟料成分以硅酸钙为主，还含有较多的铁铝酸钙。

水泥混凝土路面不仅要承受外力的作用，如高速重载车辆的反复冲击、振动和摩擦等，还要承受复杂恶劣的气候作用，如骤冷骤热、冻融循环、湿度变化等，这些不利因素导致路面易损、耐久性下降。因此，水泥混凝土路面应具有良好的力学性能，特别是抗折强度要高，还要具备良好的耐磨性、抗冻性、抗干缩变形能力及抗硫酸盐腐蚀的能力。

《道路硅酸盐水泥》(GB 13693—2005)规定：熟料中铝酸三钙的含量不得大于5.0%，铁铝酸钙的含量不得小于16.0%；80μm方孔筛筛余不得超过10%；初凝时间不早于60min，终凝时间不迟于10h。道路水泥分为32.5、42.5、52.5三个强度等级，各强度等级、各龄期的强度不低于表3.18的规定。

表3.18　道路硅酸盐水泥各龄期强度值(GB 13693—2005)

道路水泥抗折强度较高、耐磨性好、干缩小，抗冲击性、抗冻性和抗硫酸盐侵蚀能力均比较好，适用于路面和机场跑道，也可用于一般土木工程。

3.4.7　砌筑水泥

由一种及一种以上的活性混合材料或具有水硬性的工业废料为主要原料，加入适量硅酸盐水泥熟料和石膏，磨细制成的水硬性胶凝材料，称为砌筑水泥，代号M。

《砌筑水泥》(GB/T 3183—2003)规定：80μm方孔筛筛余不大于10.0%；初凝时间不早于60min，终凝时间不迟于12h；体积安定性经沸煮法检验合格；保水率不低于80%。砌筑水泥分为12.5、22.5两个强度等级，各强度等级、各龄期的强度不低于表3.19的规定。

表3.19　砌筑水泥各龄期强度值(GB/T 3183—2003)

砌筑水泥的强度较低，不能用于钢筋混凝土或结构混凝土中，主要用于工业与民用建筑的砌筑和抹面砂浆、垫层混凝土等。

3.4.8　膨胀型水泥

在水化和硬化过程中产生体积膨胀的水泥属于膨胀类水泥。膨胀类水泥在硬化过程中不会像一般硅酸盐水泥一样体积收缩，反而会产生体积的增长，这是因为水泥在水化及凝结硬化过程中形成了体积膨胀的钙矾石的缘故。

根据约束条件下的膨胀量(自应力值)将膨胀型水泥分为收缩补偿型膨胀水泥(简称膨胀水泥)和自应力型膨胀水泥(简称自应力水泥)两类。膨胀水泥在硬化过程中体积膨胀，可以补偿其水化时产生的体积收缩，自应力值小于2.0MPa，常为0.5MPa，能够防止混凝土产生收缩裂缝，并可增加其密实度，适用于收缩补偿混凝土结构、防渗抗裂混凝土结构、补强及防渗抹面工程、大口径混凝土管及接缝、梁和柱与管道的接头、固定机器底座和地脚螺栓等。自应力水泥水化及硬化后的体积膨胀，使自应力砂浆和混凝土膨胀变形稳定后的自应力值不低于2.0MPa，常用于生产钢筋(钢丝网)混凝土压力管及其配件等。

复习思考题

1.填空题

(1)通用水泥主要有__________、__________、__________、__________、__________和__________六个品种。

(2)硅酸盐水泥是由__________、__________和__________经磨细而成的水硬性胶凝材料，其中，__________可以调节水泥的凝结时间。

(3)硅酸盐水泥熟料的矿物组分主要有__________、__________、__________和__________四种，其中，__________的凝结硬化速度最快、水化热最大，对水泥早期强度的贡献最大；__________是保证水泥后期强度的重要组分。

(4)国家标准规定：硅酸盐水泥的初凝时间不早于__________min，终凝时间不迟于__________h；体积安定性经__________法检测必须合格，体积安定性不合格的水泥属于__________，严禁应用于工程中。

(5)水泥石易被腐蚀主要是因为含有较多的__________和__________。

(6)水泥颗粒越细，水化反应速度越__________，水化热越__________，强度越__________，但干缩越__________。

(7)国家标准规定：普通水泥、矿渣水泥、火山灰水泥、粉煤灰水泥和复合水泥的初凝时间不得早于__________min，终凝时间不得迟于__________h；体积安定性经__________法检测必须合格。

(8)通用水泥的强度等级是根据水泥胶砂试件__________d和__________d的__________强度和__________强度来划分的，其中R代表__________型。

2.简述题

(1)硅酸盐水泥熟料的主要矿物成分有哪些？它们的水化产物是什么？水化过程有何特点？

(2)生产硅酸盐水泥时，为何要加入适量的石膏？水泥石遇硫酸溶液有何后果？

(3)什么是水泥的体积安定性？引起水泥体积安定性不良的原因是什么？各用什么方法检测？

(4)水泥石的腐蚀分为几类？怎样防止水泥石的腐蚀？

(5)水泥的运输和保管有哪些注意事项？水泥过期或受潮应如何处理？

(6)矿渣水泥、火山灰水泥、粉煤灰水泥有何共性和特性？

(7)仓库里有3种白色胶凝材料，分别为生石灰粉、建筑石膏和白水泥，请用简易方法进行识别。

(8)请为下列混凝土构件和工程选择合适的水泥品种：

① 现浇混凝土梁、板、柱；

② 蒸汽养护的混凝土预制构件；

③ 大体积混凝土工程；

④ 高温环境及有耐热要求的混凝土工程；

⑤ 有抗冻、抗渗要求的混凝土工程；

⑥ 紧急抢修工程；

⑦ 海港码头工程。