硅酸盐水泥的熟料矿物组成和技术性质

第二章 石灰和水泥
　 [重点内容和学习要求]
　　本章阐述石灰的消化、硬化过程和质量检验测定指标，重点讲述硅酸盐水泥的熟料矿物组成和技术性质，同时也简要介绍掺混合材料的硅酸盐水泥和其它品种水泥。
　　通过学习，要求学生必须了解石灰消化、硬化过程，质量检验测定方法；重点掌握硅酸盐水泥熟料各矿物成分特性和技术性质的检验测定方法，以及其它水泥的特性和应用。
　　工程上用来将松散材料（如砂或石子）胶结为一个整体的材料，统称为胶凝材料。胶结材料按其化学成分不同分为有机胶凝材料（如各种沥青和树脂）和无机胶凝材料两大类。无机胶凝材料按其硬化条件不同又分为水硬性胶凝材料和气硬性胶凝材料。气硬性胶凝材料只能在空气中硬化、保持或继续提高强度（如石灰、石膏和水玻璃）。水硬性胶凝材料则不仅能在空气硬化，而且能更好地在水中硬化，且可在水中或适宜的环境中保持并继续提高强度，各种水泥都属于水硬性胶凝材料。
2.1 石灰
　　石灰是由以碳酸钙为主要成分的石灰石煅烧而得的一种胶凝材料。主要成分为氧化钙(CaO)和氧化镁(MgO)。
　　根据成品加工方法的不同，石灰可分为以下几种。
　　①块状生石灰：由原料锻烧而成的原产品，主要成分为CaO；
　　②生石灰粉：由块状生石灰磨细而得到的细粉，其主要成分亦为CaO；
　　③消石灰：将生石灰用适量的水消化而得的粉末，亦称熟石灰，其主要成分为Ca(OH)2；
　　④石灰浆：将生石灰加多量的水(约为石灰体积的3～4倍)消化而得可塑性浆体，称为石灰膏，主要成分为Ca(OH)2和H2O，如果水分加得更多，则呈白色悬浮液，称为石灰乳。
2.1.1 石灰的生产工艺概述
　　用于煅烧石灰的原料，主要以富含氧化钙的岩石(如石灰石、白云石、白垩等)为主，亦可应用含有氧化钙和部分氧化镁的岩石。
　　石灰石在煅烧过程中，碳酸钙的分解需要吸收热量，通常需加热至900℃以上，其化学反应可表示如下：
(2-1)
　　碳酸钙在分解时，每100份质量的CaC03，失去44份质量的CO2，而得到56份质量的CaO。但煅烧后得到的生石灰(CaO)体积，仅比原来石灰石(CaC03)的体积减少10％～15％，所以石灰是一种多孔结构材料。
　　优质的石灰，色质洁白或带灰色，质量较轻，块状石灰堆积密度为800～1000kg／m3。石灰在烧制过程中，往往由于石灰石原料的尺寸过大或窑中温度不匀等原因，使得石灰中含有未烧透的内核，这种石灰即称为“欠火石灰”。欠火石灰的未消化残渣含量高，有效氧化钙和氧化镁含量低，使用时缺乏粘结力。另一种情况是由于烧制的温度过高或时间过长，使得石灰表面出现裂缝或玻璃状的外壳，体积收缩明显，颜色呈灰黑色，块体密度大，消化缓慢，这种石灰称为“过火石灰”。过火石灰用于建筑结构物中仍能继续消化，以致引起体积膨胀，导致产生裂缝等破坏现象，故危害极大。
2.1.2石灰的消化和硬化
　　1．石灰的消化　生石灰在使用前一般都要加水消解，这一过程称为“消化”或“熟化”，消化后的石灰称为“熟石灰”。其化学方程为：
(2-2)
　　石灰加水后，放出大量的热，体积膨胀，质纯且煅烧良好的石灰体积增大1～2.5倍。
　　块状生石灰，加水后产生热量达到最高温度时，所需要的时间称为水消化速度。根据消化速度的快慢，石灰有快熟、中熟、慢熟三种。快熟石灰10min就完成消化过程，中熟石灰10min～30min，慢熟石灰则需30min以上的时间才能完成消化。生石灰熟化时，应控制加水速度。对于快熟石灰，熟化快，放热量大，加水量应大，加水速度应较快，并用搅拌帮助散热，以防温度过高；对慢熟石灰，则加水量应少而慢，保持较高温度，促使熟化较快完成。生石灰消化的理论加水量为石灰质量的32.13%，但由于消化过程中水分的损失，实际加水量通常为理论加水量的2～3倍。
　　石灰中含有过火石灰时，因过火石灰消化慢，在正常石灰已经硬化后，过火石灰颗粒才逐渐消化，体积膨胀，从而引起结构物隆起和开裂。为了消除“过火石灰”的危害，石灰消化后要“陈伏”两星期，然后才能使用。陈伏期间，石灰浆表面应有一层水分，使之与空气隔绝，以防止碳化。
　　2．石灰的硬化　石灰的硬化过程包括干燥硬化和碳酸硬化两部分。
　　(1)石灰浆的干燥硬化：石灰浆体干燥过程中，由于水分蒸发形成网状孔隙，这时滞留在孔隙中的自由水由于表面张力的作用而产生毛细管压力，使石灰粒子更加密实，而获得“附加强度”。
　　此外，由于水分的蒸发，引起Ca(OH)2溶液过饱和而结晶析出，并产生“结晶强度”。但从溶液中析出Ca(OH)2数量极少,因此强度增长不显著。其反应为:
(2-3)
　　(2)硬化石灰浆的碳化：石灰浆体经碳化后获得的最终强度，称为“碳化强度”。石灰碳化作用只有在有水条件下才能进行，其化学反应式为：
（2-4）
　　纯的石灰浆硬化时发生收缩开裂，所以工程上常配制成石灰砂浆使用。
2.1.3石灰的技术性质、技术要求和技术标准
　　1．石灰的技术性质石灰与其他胶凝材料比较有如下特点：
　　(1)可塑性好。生石灰熟化为石灰浆时，能形成颗粒极细的呈胶体分散状态的氢氧化钙粒子，表面吸附一层厚的水膜，使其可塑性明显改善。利用这一性质，在水泥砂浆中掺入一定量的石灰膏，可使砂浆的可塑性显著提高。
　　(2)硬化慢、强度低。石灰的硬化很慢，硬化后强度很低。如1:3的石灰砂浆，28天的抗压强度仅为0.2～0.5MPa 。
　　(3)耐水性差。若石灰浆体尚未硬化，就处于潮湿坏境中，由于石灰浆中的水分不能蒸发，则其硬化停止；若已硬化的石灰，长期受潮或受水浸泡，则由于Ca(OH)2易溶于水，甚至会使已硬化的石灰溃散。因此，石灰不宜用于潮湿环境及易受水浸泡的部位。
　　(4)干燥收缩大。石灰浆体硬化过程要蒸发大量水分而引起显著收缩，所以除调成石灰乳作薄层涂刷外，不宜单独使用。
　　2．石灰的技术要求　用于道路或桥梁工程的石灰，应符合下列技术要求。
　　(1)有效氧化钙和氧化镁[(CaO)ed+MgO]含量。石灰中产生粘结性的有效成分是活性氧化钙和氧化镁，它们的含量是评价石灰质量的主要指标。其含量愈多,活性愈高,质量也愈好。有效氧化钙和氧化镁含量测定的方法，按我国现行行业标准《公路工程无机结合料稳定材料试验规程》(JTJ057—94)规定。有效氧化钙用中和滴定法测定，氧化镁含量用络合滴定法测定。具体方法参见第2篇第2章试验2-1。
　　(2)生石灰产浆量和未消化残渣含量。产浆量是单位质量（1kg）的生石灰经消化后，所产石灰浆体的体积（L）。石灰产浆量愈高，则表示其质量越好。未消化残渣含量是生石灰消化后，未能消化而存留在5mm圆孔筛上的残渣占试样质量的百分率。其含量愈多，石灰质量愈差，须加以限制。
　　(3)二氧化碳含量。按制生石灰或生石灰粉中CO2含量指标，是为了检验石灰石在煅烧时“欠火”造成产品中未分解完成的碳酸盐的含量。CO2含量越高，即表示未分解完全的碳酸盐含量越高，则（CaO+MgO）含量相对降低，导致石灰的胶结性能下降。
　　(4)消石灰游离水含量。游离水含量，指化学结合水以外的含水量。生石灰在消化过程中加入的水是理论需水量的2～3倍，除部分水被石灰消化过程中放出的热蒸发掉外，多加的水分残留于氢氧化钙（除结合水外）中，残余水分蒸发后，留下孔隙会加剧消石灰粉碳化作用，以致影响石灰的使用质量，因此对消石灰粉的游离水含量需加以限制。
　　(5)细度。细度与石灰的质量有密切联系，现行标准以0.71mm和0.125mm筛余百分率控制。0.125mm筛余量包括：消化过程中未消化的“过烧”石灰颗粒；含有大量钙盐的石灰颗粒；“欠火”石粒或未燃尽的煤渣等。过量的筛余物影响石灰的粘结性。
　　试验方法是，称取试样50g，倒入0.71mm、0.125mm套筛内进行筛余，分别称量筛余物，按原试样计算其筛余百分率。
　　3．石灰的技术标准　按照《公路路面基层施工技术规范》(JTJ034—2000)规定，按石灰中氧化镁含量划分为钙质石灰和镁质石灰两类，其技术指标见表2-1的规定。
表2-1 石灰技术指标 钙质生石灰
镁质生石灰
钙质消石灰
镁质消石灰


等　　 级

优
等
一等
合格
优等
一等
合格
优等
一等
合格
优等
一等
合格

(CaO) +Mg0含量（%）
≥
85
≥
80
≥
70
≥
80
≥
75
≥
65
≥
65
≥
60
≥
55
≥
60
≥
55
≥50

未消化残渣含量（5mm圆孔筛的筛余，%）
≤7
≤11
≤
17
≤
10
≤
14
≤
20
—
—
—
—
—
—

含水量（%）
—
—
—
—
—
—
≤4
≤4
≤4
≤4
≤4
≤4

细度
0.71mm方孔筛的筛余(%)
—
—
—
—
—
—
0
≤1
≤1
0
≤1
≤1

0.125mm方孔筛的累计筛余(%)
—
—
—
—
—
—
≤13
≤20
__
≤13
≤20
__

钙镁石灰的分类界限，氧化镁含量(%)
≤5
＞5
≤4
＞4

　　4．石灰的取样及判定
　　(1)石灰的取样﹕建筑生石灰的取样按检验规则规定的批量，从整批物料的不同部位选取。取样点不少25个，每个点的取样量不少于2kg，缩分至4kg装入密封容器内。
　　(2)石灰的判定：石灰产品技术指标均达到技术要求中相应等级时判定为该等级，有一项指标低于合格品要求时，判为不合格品。
　　5．石灰的应用和贮存
　　(1)石灰的应用
　　1）石灰砂浆：石灰砂浆主要用于地面以上部分的砌筑工程，并可用于抹面等装饰工程。
　　2）加固软土地基：在软土地基中打入生石灰桩，可利用生石灰吸水产生膨胀对桩周土壤起挤密作，利用生石灰和粘土制成石灰土、可与粘土、砂土、炉渣制成三合土，用于道路工程的垫层。
　　3）石灰和粘土按一定比例拌制成石灰土、或与粘土、砂石、炉渣制成三合土，用于道路工程垫层。
　　4）在道路工程中，石灰稳定土、石灰粉煤灰稳定土及其稳定碎石等广泛用于路面基层等。
　　(2)石灰的贮存
　　1)磨细的生石灰粉应贮存于干燥仓库内，采取严格防水措施。
　　2)如需较长时间贮存生石灰,最好将其消解成石灰浆，并使表面隔绝空气，以防碳化。
2．2硅酸盐水泥
　　水泥是一种水硬性胶凝材料，也是建筑工程用量最大的建筑材料之一。在道路与桥梁工程中通常应用的水泥有硅酸盐水泥、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、复合硅酸水泥等六大品种水泥。在某些特殊工程中，还使用高铝水泥、膨胀水泥、快硬水泥等。在工程建筑中仍以硅酸盐水泥与普通硅酸盐水泥为主。本节主要对硅酸盐水泥的成分及其主要性能进行较详细介绍，其他水泥仅做一般介绍。
凡由硅酸盐水泥熟料、0～5％石灰石或粒化高炉矿渣、适量石膏磨细制成的水硬性胶凝材料，称为硅酸盐水泥，即国外通称的波特兰水泥(Portland cement) 。
　　硅酸盐水泥分两种类型：不掺加混合材料的称为I型硅酸盐水泥，代号P.I；在硅酸盐水泥熟料粉磨时掺加不超过质量5％石灰石或粒化高炉矿渣混合材料的称为Ⅱ型硅酸盐水泥，代号P.Ⅱ。
2.2.1硅酸盐水泥生产工艺概述
　　1.硅酸盐水泥生产原料生产硅酸盐水泥的原料，主要是石灰质原料和粘土质原料两类。石灰质原料(如石灰石、白垩、石灰质凝灰岩等)主要提供CaO，粘土质原料(如粘土、粘土质页岩、黄土等)主要提供Al2O3以及Fe2O3。有时两种原料化学组成不能满足要求，还要加入少量校正原料(如黄铁矿渣)进行调整。
2.硅酸盐水泥生产工艺概述各种原料按一定的化学成分比例配制,并经磨细到一定的细度后均匀混合,制备成“生料”，生料的制备方法有干法和湿法两种。
配备好的生料可以在立窑或回转窑中进行煅烧,生料中CaO-SiO2-A12O3-Fe2O3经过复杂的化学反应，一直煅烧至1450℃左右而生成以硅酸钙为主要成分的硅酸盐“熟料”。
　　为调节水泥的凝结速度，在烧成的熟料中加入质量3％左右的石膏(CaSO42H2O)共同磨细，即为硅酸盐水泥。
　　硅酸盐水泥的生产过程，概括起来包括：
　　①把几种原材料按适当比例配合，在磨机中磨成生料；
　　②将制备好的生料入窑进行煅烧，至1450℃左右生成以硅酸钙为主要成分的硅酸盐水泥“熟料”；
　　③为调节水泥的凝结速度在烧成的熟料中加入质量3%左右的石膏共同磨细，即为硅酸盐水泥。因此，硅配盐水泥生产工艺概括起来为“两磨一烧”。
2.2.2硅酸盐水泥的矿物组成及特性
　　1.硅酸盐水泥的矿物组成 硅酸盐主要矿物组成如下:
　　硅酸三钙(3CaOSiO2，简式为C3S)大约占50%左右,是硅酸盐水泥中最主要的矿物成分。
　　硅酸二钙(2CaOSiO2，简式为C2S)大约占(10～40)%左右。
　　铝酸三钙(3CaOA12O3，简式为C3A)约占15%以下。
　　铁铝酸四钙(4CaOA12O3Fe2O3，简式C4AF)大约占(5～15)%。
　　2.水泥熟料主要矿物组成的特性
　　(1)硅酸三钙:硅酸三钙是硅酸盐水泥中最主要的矿物组分，其含量通常在50％左右，它对硅酸盐水泥性质有重要的影响。硅酸三钙遇水，反应速度较快，水化热高，水化产物对水泥早期强度和后期强度起主要作用。
　　(2)硅酸二钙:硅酸二钙在硅酸盐水泥中的含量约为10%～40%，亦为主要矿物组分，遇水时对水反应速度较慢，水化热很低，它的水化产物对水泥早期强度贡献较小，但对水泥后期强度起重要作用。耐化学侵蚀性和干缩性较好。
　　(3)铝酸三钙:铝酸三钙在硅酸盐水泥中含量通常在15%以下。它是四种组分中遇水反应速度最快、水化热最高的组分。铝酸三钙的含量决定水泥的凝结速度和释热量。通常为调节水泥凝结速度需掺加石膏、硅酸三钙与石膏形成的水化产物，对水泥早期强度起一定作用。耐化学侵蚀性差，干缩性大。
　　(4)铁铝酸四钙:铁铝酸四钙在硅酸盐水泥中，通常含量为5%～15%。遇水反应较快，水化热较高。强度较低，但对水泥抗折强度起重要作用。耐化学侵蚀性好，干缩性小。
　　3.硅酸盐水泥组成矿物性能的比较 硅酸盐水泥熟料中这四种矿物组成的主要特性如下。
　　①反应速度 铝酸三钙(C3A)最快，硅酸三钙(C3S)较快，铁铝酸四钙(C4AF)也较快，硅酸二钙(C2S)最慢。
　　②释热量 C3A最大，C3S较大，C4AF居中，C2S最小。
　　③强度C3S最高，C2S早期低，但后期增长率较大。故C3S和C2S为水泥强度主要来源。C3A强度不高，C4AF含量高对抗折强度有利。
　　④耐化学侵蚀性 C4AF最优，其次为C2S、C3S、C3A最差。
　　⑤干缩性 C4AF和C2S最小，C3S居中，C3A最大。
　　硅酸盐水泥的主要矿物组成的特性归纳见表2-2所列。
　　（2）吸水性：岩石吸水性是岩石在规定的条件下吸水的能力。岩石与水作用后，水很快湿润岩石的表层并填充了岩石的孔隙，因此水对岩石破坏作用的大小，主要取决于岩石的矿物组成及其结构构造（即孔隙分布情况和孔隙率大小）。为此我国现行《公路工程岩石试验规程》(JTGE41—2005)规定，采用吸水率和饱和吸水率两项指标表征岩石的吸水性。
表2-2 硅酸盐水泥的主要矿物组成的特性 矿物组成
硅酸三钙
硅酸二钙
铝酸三钙
铁铝酸四钙

与水反应速度
中
慢
快
中

水化热
中
低
高
中

对强度的作用
早期
良
差
良
良

后期
良
优
中
中

耐化学侵蚀性
中
良
差
优

干缩性
中
小
大
小

　　水泥中各种单矿物成分在水化后，其抗压强度和释热量随龄期而增长，见图2-1和图2-2所示。
　　4.矿物组成对水泥性能的影响?水泥是几种矿物组分组成的的混合物，改变熟料矿物成分间的比例，水泥性质即发生相应的变化。例如提高硅酸三钙的含量，可以制得高强水泥；又如降低铝酸三钙和硅酸三钙含量，提高硅酸二钙，可制得水化热低的水泥，如大坝用水泥，提高铁铝酸四钙可制得抗折强度较高的道路水泥。
　　2.2.3 硅酸盐水泥的凝结和硬化
　　硅酸盐水泥加水拌和后成为可塑的水泥浆，由于水泥的水化作用，水泥浆逐渐变稠失去流动性和可塑性而未具有强度的过程，称为水泥的“凝结”，随后产生强度逐渐发展成为坚强的人造石的过程称为水泥的“硬化”。水泥的凝结硬化是一个连续的、复杂的物理化学过程。
　　1.硅酸盐水泥的水化 水泥颗粒与水接触后，水泥熟料的各种矿物立即与水发生水化作用，生成新的水化物，并放出一定的热量。
　　2.硅酸盐水泥的凝结和硬化水泥浆体由可塑态逐渐失去塑性，进而硬化产生强度，这样一个物理学过程，可以分为四个阶段：简介如下。
　　(1)初始反应期:水泥与水接触后立即发生水化反应。初期 C3S水化，释放出Ca(OH)2，立即溶解于溶液中，浓度达到饱和后，Ca(OH)2结晶析出，暴露在水泥颗粒表面的铝酸三钙也溶解于水，并与已溶解的石膏反应，生成钙矾石结晶析出，在此阶段1%左右的水泥产生水化。
　　(2)诱导期:在初始反应后，水泥微粒表面覆盖一层以CSH凝胶为主的渗透膜，使水化反应缓慢进行，这期间生成的水化产物数量不多，水泥颗粒仍然分散，水泥浆体基本保持塑性。
　　(3)凝结期:由于渗透压的作用，包裹在水泥微料表面的渗透膜破裂，水泥微粒进一步水化，除继续生成Ca(OH)2及钙矾外，还生成了大量的CSH凝胶。水泥水化产物不断填充了水泥颗粒之间的空隙，随着接触点的增多，结构趋铅密实，使水泥浆体逐渐失去塑性。
　　(4)硬化期:水泥继续水化，除已生成的水化产物的数量继续增加外，C4AF的水化物也开始形成，硅酸钙继续进行水化。水化生成物以凝胶与结晶状态进一步填充孔隙，水泥浆体逐渐产生强度，进入硬阶段。只要温度、湿度合适，而且无外界腐蚀，水泥强度在几年、甚至几十年后还能继续增长。
2.2.4硅酸盐水泥的技术性质和技术标准
　　1.技术性质按照我国现行国家标准《硅酸盐水泥、普通硅酸盐水泥》(GBl75—1999)规定，硅酸盐水泥的技术性质包括下列项目。
　　(1)化学性质。为了保证水泥的使用质量，水泥的化学指标主要是控制水泥中有害的化学成分，要求其不超过一定的限量。若超过最大允许限量，即意味着对水泥性能和质量可能产生有害的影响。
　　1)氧化镁含量。在水泥熟料中，常含有少量未与其他矿物结合的游离氧化镁，这种多余的氧化镁是高温时形成的方镁石,它水化为氢氧化镁速度很慢，常在水泥硬化以后才开始水化，在水化时产生体积膨胀,可导致水泥石结构产生裂缝甚至破坏,因此它是引起水泥安定性不良的原因之—。
我国现行国家标准《硅酸盐水泥、普通硅酸盐水泥》(GBl75—1999)规定，水泥中氧化镁含量不得超过5％。如果水泥经压蒸安定性试验合格,则水泥中氧化镁含量允许放宽到6.0％。
　　2)三氧化硫含量。水泥中的三氧化硫主要是在生产时为调节凝结时间加入石膏而来的；也可能是煅烧熟料时加入石膏矿化剂而带入熟料中的。适量石膏虽能改善水泥性能(如提高水泥强度，降低收缩性，改善抗冻、耐蚀和抗渗性等)，但石膏超过一定限量后，水泥性能会变坏，甚至引起硬化后水泥石体积膨胀，导致结构物破坏。因此水泥中三氧化硫最大允许含量，必须加以限制。我国现行标准(GBl75—1999)规定水泥中三氧化硫含量不得超过3.5％。
　　3)烧失量。水泥煅烧不佳或受潮后,均会导致烧失量增加。烧失量测定是以水泥试样在950～1000℃下烧灼15～20min冷至室温称量。如此反复灼烧，直至恒重计算灼烧失前后损失百分率。
　　4)不溶物。水泥中不溶物是用盐酸溶解滤去不溶残渣，经碳酸钠处理再用盐酸中和、高温灼烧至恒重后称量，灼烧后不溶物质量占试样总质量比例为不溶物。
　　(2)物理性质。水泥物理性质包括：细度、凝结时间、安定性和强度。
　　①细度:细度是指水泥颗粒粗细的程度。细度愈细，水泥与水起反应的面积愈大，水化速度愈快并较完全。水泥细度提高，在空气中的硬化收缩也较大，使混凝土发生裂缝的可能性增加。此外，细度提高导致粉磨能耗增加，成本提高。因此,对水泥细度必须予以合理控制,水泥细度可用下列方法表示。
　　a)筛析法:以80 方孔筛上的筛余量百分率表示。我国现行行业标准《公路工程水泥及水泥混凝土试验规程》(JTGE30－2005)规定，筛析法有负压筛法和水筛法两种，有争议时，以负压筛法为准。
　　b)比表面积法:以每千克水泥总表面积(m2)表示，比表面积采用勃氏法测定。我国现行国家标准(GBl75—1999)规定，硅酸盐水泥细度比表面积大于300m2／kg；普通水泥、矿渣水泥、火山灰水泥、粉煤灰水泥和复合硅酸盐水泥在80方孔筛上筛余量不大于10.0％。
　　②水泥净浆标准稠度:为使水泥凝结时间和安定性的测定结果具有可比性，在此两项测定时必须采用标准稠度的水泥净浆。我国现行行业标准（JTGE 30T0505—2005）规定，水泥净浆稠度标准测定方法采用试杆法，试杆法是试杆沉入净浆距底板（6±1）mm时水泥净浆的稠度为“标准稠度”；其拌和用水量为该水泥标准稠度用水量，按水泥质量的百分比计；以调整水量法和不变水量法两种方法中的任一种为代用法，如发生争议时，以调整水量法为准，采用调整水量法测定标准稠度用水时，拌和水量应按经验确定加水量；采用不变水量法测定时，拌和水量为142.5ml ，水量精确到0.5 ml。
　　③凝结时间:凝结时间是指水泥从加水开始到水泥浆失去可塑性所需的时间。凝结时间分为初凝时间和终凝时间。初凝时间是从水泥加水到水泥浆开始失去塑性的时间；终凝时间是从水泥加水到水泥浆完全失去塑性的时间并开始产生强度的时间。
　　凝结时间的测定，我国行业标准（JTGE30—2005）规定：采用维卡仪测定（见第2篇图2-5）。方法是将标准稠度用水量制成的水泥净浆装在试模中，在凝结时间测定仪上，以标准针测试。从加水时起，至试针沉入净浆中，距底板为4mm±1mm时所经历的时间为“初凝时间”；在终凝针上安装一个环形附件，在完成初凝时间测定后，立即将试模连同浆体以平移的方式从玻璃板上取下，翻转180°，直径大端向上，小端向下放在玻璃板上，再放入湿气养护箱中继续养护并测试，临近终凝时间时每隔15min测定一次，当试针沉入试体0.5mm时，即环形附件开始不能在试体上留下痕迹时的稠度状态。，所经历的时间为“终凝时间”。
　　水泥的凝结时间对水泥混凝土的施工有重要的意义。如果凝结过快,混凝土会很快失去流动性,以致无法浇注,所以初凝时间不宜过短，以便有够的时间在初凝之前完成混凝土各工序的施工操作。但终凝时间又不宜太迟，以便混凝土在浇捣完毕后。尽早完成凝结硬化.我国现行国标（GB175—1999）规定，“硅酸盐水泥初凝时间不得早于45min；终凝时间不得迟于6.5h。普通硅酸盐水泥初凝时间不得早于45min；终凝时间不得迟于10h。
　　④体积安定性:水泥硬化后体积变化均匀性称为水泥体积安定性。水泥与水拌制成的水泥浆体，在凝结硬化过程中，一般都会发生体积变化。如果这种体积变化是在凝结硬化过程中，则对建筑物的质量没有什么影响。但是水泥硬化后若产生不均匀的体积变化，将使混凝土产生膨裂缝，降低使用质量，甚至引起严重质量事故。
　　影响体积安定性的因素主要有：熟料中氧化镁含量、水泥中三氧化硫含量。
　　安定性检验方法有以下两种。
　　按我国现行行业标准（JTGE30—2005）规定：检验水泥体积安定性的标准法为雷氏法，以试饼法为代用法，有矛盾时以标准法为准。
　　雷氏法(标准法)是将标准稠度净浆装于雷氏夹的环型试模，经湿养24h后，在沸煮箱中加热30min±5min加热至沸，继续恒沸3h±5min。测定试件两指针尖端距离，两个试件在沸煮后，针尖端增加的距离平均值不大于5.0mm时，即认为该水泥安定性合格。在有争议时，以雷氏法为准。
　　试饼法(代用法)是将水泥拌制成标准稠度的水泥净浆，制成直径70～80mm、中心厚约10mm的试饼，在湿气养护箱内养护24h，然后在沸煮箱中加热30min±5min加热至沸，然后恒沸3h±5 min，最后根据试饼有无弯曲、裂缝等外观变化，判断其安定性。
　　⑤强度:强度是水泥技术要求中最基本的指标，它直接反映了水泥的质量水平和使用价值。按照行业标准（JTGE30—2005）规定，用水泥胶砂强度法作为水泥强度的标准检验方法。是以1：3的水泥和中国ISO标准砂，按规定的水灰比(0.5)，用标准制作方法制成40mm×40mm×160mm的标准试件。在标准养护条件下，达到规定龄期(3d、28d)时，测定其抗折和抗压强度，按国家标准规定的最低强度值来评定其所属强度等级。
　　a)水泥强度等级按规定龄期抗压强度和抗折强度来划分，硅酸盐水泥各龄期强度不低于表2-3中的数值。在规定各龄期的抗压强度和抗折强度均符合某一标号强度等级的最低强度值的要求时，以28d抗压强度值(MPa)作为强度等级(例如28d的抗压强度值不低于42.5MPa，而低于52.5MPa者称为强度等级42.5MPa)。通常每差10MPa为一等级。
　　水泥28d以前强度称为早期强度，28d及其以后强度称为后期强度。
表2-3 硅酸盐水泥、普通硅酸盐水泥的强度指标 品　 种
强度等级
抗压强度 /MPa
抗折强度 /MPa

3d
28d
3d
28d

硅酸盐水泥
42.5
17.0
42.5
3.5
6.5

42.5R
22.0
42.5
4.0
6.5

52.5
23.0
52.5
4.0
7.0

52.5R
27.0
52.5
5.0
7.0

62.5
28.0
62.5
5.0
8.0

62.5R
32.0
62.5
5.5
8.0

普通硅酸盐水泥
32.5
11.0
32.5
2.5
5.5

32.5R
16.0
32.5
3.5
5.5

42.5
16.0
42.5
3.5
6.5

42.5R
21.0
42.5
4.0
6.5

52.5
22.0
52.5
4.0
7.0

52.5R
26.0
52.5
5.0
7.0

　　b)水泥型号:为提高水泥早期强度，我国现行标准将水泥分为普通型和早强型(或称R型)两个型号。早强型水泥的3d抗压强度较同等级的普通型强度提高10%～24%；早强型水泥3d抗压强度可达28d抗压强度的50%。水泥混凝土路面用水泥，在供应条件允许时，应尽量先选用早强型水泥，以缩短混凝土养护时间，提早通车。
　　为了确保水泥在工程中的使用质量，生产厂家在控制出厂水泥28d的抗压强度时，均留有一定的富裕强度。在设计混凝土强度时，可采用水泥实际强度。
　　2.硅酸盐水泥的技术标准　按我国现行国标《硅酸盐水泥、普通硅酸盐水泥》(GB175—1999)的有关规定，见表2-4。
表2-4　硅酸盐水泥技术标准 技术性能
细度比表面积
/m2 · kg-1）
凝结时间/min
安定性
(沸煮法)
抗压强度
/MPA
不溶物
（%）
水泥
中
MgO
（%）
水泥中SO3
（%）
烧失量
水泥中碱含量按Na2O+
0.658 K20（%）

初凝
终凝
Ⅰ
Ⅱ

Ⅰ
Ⅱ

指标
>300
≥45
≤390
必须合格
表2-3
≤
0.75
≤
1.5
5.0
≤3.5
≤
3.0
≤
3.5
0.60②

试验
方法
GB/T
8074
GB/T
1346
GB/T
750
GB/T
17671
GB176

　　①如果水泥经压蒸安定性试验合格，则水泥中MgO含量允许放宽到6.0%。
　　②水泥中碱含量按Na20+0.658K20计算值来表示，若使用活性骨料，用户要求低碱水泥时，水泥中碱含量不得大于0.60%或由供需双方商定。
2.2.5水泥检验及判别
　　1.水泥检验的内容和方法我国现行国家标准《混凝土结构工程施工质量验收规范》GB50204—2002规定：水泥进场应对其品种、级别或散装仓号、出厂日期等进行检查，并对强度、安定性及其他必要的性能指标进行复验，其质量必须符合国家标准《硅酸盐水泥、普通硅酸盐水泥》(GB175—1999)的规定。
当在使用中对水泥质量有怀凝或水泥出厂超过三个月（快硬硅酸盐水泥超过一个月）时，应进行复验，并按复验结果使用。钢筋混凝土结构、预应力混凝土结构、严禁使用含氯化物的水泥。
　　检查数量：按同一生产厂家、同一等级、同一品种、同一批号且连续进场的水泥，袋装不超过200t为一批，散装不超过500t为一批，每批抽样不少于一次。
　　检验方法：检查产品合格证、出厂检验报告和进场复验报告。
　　2.水泥的判别　我国现行国家标准《硅酸盐水泥、普通硅酸盐水泥》(GB175—1999)规定：凡氧化镁、三氧化硫、初凝时间、安定性中的任一项不符合标准规定(参见表2—4)，均为废品。凡细度、终凝时间、不溶物和烧失量中的任一项不符合标准规定，或混合材料掺加量超过最大限量，或强度低于商品标号规定的指标时，称为不合格品。废品水泥在工程中严禁使用。
2.3掺混合材料的硅酸盐水泥和其他品种水泥
2.3.1掺混合材料的硅酸盐水泥
　　为了改善硅酸盐水泥的某些性能，同时达到增加产量和降低成本的目的，在硅酸盐水泥熟料中掺加适量的各种混合材料和石膏共同磨细制得的水硬性胶凝材料，称为掺混合材水泥。
　　1.水泥混合材料 按化学活性可分为活性和非活性两类。
　　(1)活性混合材料。掺入水泥后，混合材料的成分能与水泥中的矿物成分起化学反应，生成水硬性凝胶，并且改善水泥的性质。主要包括粒化高炉矿渣、火山灰质混合材料和粉煤灰。
　　1)粒化高炉矿渣：粒化高炉矿渣是将炼铁高炉的熔融物，经水淬急冷处理后得到疏松粒状的粒化高炉矿渣。其活性成分一般认为含有CaO、MgO、Si02、A12O3、FeO等氧化物和少量的硫化物，如CaS、MnS、FeS等。其中CaO、Mg0、Si02、A1203的含量通常在各种矿渣中占总量的90%以上。因此矿渣化学成分与硅酸盐水泥的化学成分相似，是活性氧化硅和活性氧化铝，在CaO较高的碱性矿渣中还含有硅酸二钙等成分。粒化高炉矿渣磨成细粉后，易与Ca(OH)2起作用而具有强度，又因其中含有硅酸二钙等成分，所以本身也具有微弱的水硬性。
　　2)火山灰质混合材料：山灰、凝灰盐、硅藻石、烧粘土、煤渣、煤矸石渣等都属于火山灰质混合材料。这些材料都含有活性氧化硅和活性氧化铝，经磨细以后，在Ca(OH)2的碱性作用下，可在空气中硬化，而后在水中继续硬化增长强度。
　　3)粉煤灰：火力发电厂用煤粉为燃料时，炉内温度达1100～1400℃，燃烧比较彻底，残留的煤极少，这样所得的渣子除一部分在高温时熔化粘结成比较大的颗粒外，其余的颗粒都很细小，故称粉煤灰。粉煤灰中含有较多的Si02和A1203与Ca(OH)2，化合能力较强，具有较高的活性，故可作为活性混合材料使用。
　　(2)非活性混合材料非活性混合材料不具有或只具有微弱的化学活性，在水泥水化过程中，它基本上不参加化学反应，仅起提高产量、降低强度等级、降低水化热和改善新拌混凝土工作性等作用，因此将这些材料也称为填充性混合材料。
　　2.普通硅酸盐水泥凡由硅酸盐水泥熟料、6%～15%混合材料、适量石膏磨细制成的水硬性胶凝材料，称为普通硅酸盐水泥，简称普通水泥。代号为P.O。
掺活性混合材料时，最大掺量不得超过15%，其中允许用不超过水泥质量5%的窑灰或不超过水泥质量10%的非活性混合材料来代替。
掺非活性混合材料时，最大掺量不得超过水泥质量10%。
　　普通水泥由于掺加混合材料的数量少，性质与不掺混合材料的硅酸盐水泥相近。实际上不应属于掺混合材料硅酸盐水泥。
　　按国标《硅酸盐水泥、普通硅酸盐水泥》(GB175—1999)，普通硅酸盐水泥分为32.5、32.5R、42.5、42.5R、52.5、52.5R等6个强度等级(见表2-3)。其他技术要求见表2-5。
表2-5 普通硅酸盐水泥技术性能 技术性能
细度筛余量(%)
凝结时间
安定性
（沸煮法）
抗压强度
/MPa
水泥中MgO
（%）
水泥中SO3
（%）
烧失量
（%）
碱含量（%）　

指标
≤10
≥45
≤10
必须合格
表2-3
5.0①
≤3.5
≤5.0
0.60②

试验
方法
GB/T
1345
GB/T
1346
GB/T
750
GB/T17671
GB/T 176

　　①如果水泥经压蒸安定性试验合格，则水泥中MgO含量允许放宽到6.0%。
　　②水泥中碱含量按Na2O+0.658K20计算值来表示，若使用活性骨料，用户要求低碱水泥时，水泥中碱含量不得大于0.60%或由供需双方商定。
　　3.矿渣硅酸盐水泥凡由硅酸盐水泥和粒化高炉矿渣、适量石膏磨细制成的水硬性胶凝材料称为矿渣硅酸水泥，简称矿渣水泥，代号P.S。水泥中粒化高炉矿渣掺加量按质量百分率计为20%～70%。允许用石灰、窑灰、粉煤灰和火山质混合材料中一种材料代替矿渣，代替数量不得超过水泥质量的8%,替代后水泥中粒化高炉矿渣不得少于20%。矿渣水泥的密度一般为2.8～3.1g／cm3，堆积密度为1000～1200kg／m3，较硅酸盐水泥略小，且颜色较淡。
矿渣水泥在应用上与普通硅酸盐水泥相比较，其主要特点如下。
　　(1)与普通硅酸盐水泥一样，能应用于任何地上工程，能配制各种混凝土及钢筋混凝土构件。在施工时要严格控制混凝土用水量，并尽量排除混凝土表面泌水，加强养护工作，否则，不但强度过早停止发展，而且产生较大干缩，导致开裂。拆模时间应适当延长。在低温(10℃以下)环境中的工程需要加速硬化的水泥。如不能采取加热保温或加速硬化等措施时，则不宜使用。
　　(2)适用于地下或水中工程，以及经常受较高水压的工程。对于要求耐淡水侵蚀和耐硫酸盐侵蚀的水工或海工建筑尤其适宜。
　　 (3)因水化热较低，适用于大体积混凝土工程，但不适用于受冻融或干湿交替的建筑。
　　(4)最适用于蒸汽养护的预制构件。矿渣水泥经蒸汽养护后，不但能获得较好的力学性能，而且浆体结构的微孔变细，能改善制品和构件的抗裂性和抗冻性。
　　(5)适用于受热(200℃以下)的混凝土工程。还可掺加耐火砖粉等耐热掺料，配制成耐热混凝土。
　　4.火山灰质硅酸盐水泥凡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胶凝材料称为火山灰质硅酸盐水泥，简称火山灰水泥，代号PP。水泥中火山灰质混合掺加量按质量百分比计为20%～50%。火山灰水泥的密度为2.8～3.1g／cm3，堆积密度为900～1000kg／m3。
火山灰水泥的技术性质和矿渣水泥比较接近，并有许多相同之处，如初期强度较低、后期强度增长率较快、水化热低、抗溶出性能力较强、抗冻性差。
根据上述火山灰水泥的性能，其主要适用范围如下。
　　(1)最适宜用在地下或水中工程，尤其是需要抗渗性、抗淡水及抗硫酸盐侵蚀的工程中。但是火山灰水泥的抗冻性较差，不宜用于受冻的部位。
　　(2)可以与普通水泥同样用在地面工程，但用软质混合材料的火山灰水泥，由于干缩变形较大，不宜用于干燥地区或高温车间。
　　(3)适宜用蒸汽养护生产混凝土预制构件。
　　(4)由于水化热较低，所以宜用于大体积混凝土工程。
　　5.粉煤灰硅酸盐水泥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分比计为20%～40%。
　　我国现行国家标准《矿渣硅酸盐水泥、火山灰质硅酸盐水泥及粉煤灰硅酸盐水泥》(GB1344—1999)，对矿渣水泥、火山灰水泥及粉煤灰水泥的技术指标见表2-6。这三种水泥的强度等级分为：32.5、32.5R、42.5、42.5R、52.5、52.5R等6个等级。各等级不同龄期的抗压强度、抗折强度指标列于表2-7。
表2-6 矿渣水泥、火山灰水泥及粉煤灰水泥的技术指标 技术
性能
细度筛余量(%)
凝结时间
安定性
(沸煮法)
抗压强度
水泥中MgO
水泥中SO3
烧失量
碱含量（%）　

初凝
/min
终凝
/h
矿渣水泥
火山灰水泥、粉煤灰水泥
Ⅰ
Ⅱ

指标
≤10
≥45
≤10
必须合格
表2-7
5.0①
≤4.0
≤
3.5
≤
3.0
≤
3.5
按需双方商定

试验
方法
GB/T 1345
GB/T 1346
GB/T 750
GB/T1346
GB/T17671
GB/T 176

　　①如果水泥经压蒸安定性试验合格，则水泥中MgO含量允许放宽到6.0%。
表2-7 矿渣水泥、火山灰水泥及粉煤灰水泥的强度指标 强度等级
抗压强度/MPa
抗折强度/MPa

3d
28d
3d
28d

32.5
10.0
32.5
2.5
5.5

32.5R
15.0
32.5
3.5
5.5

42.5
15.0
42.5
3.5
6.5

42.5R
19.0
42.5
4.0
6.5

52.5
21.0
52.5
4.0
7.0

52.5R
23.0
52.5
4.5
7.0

　　粉煤灰与火山灰质混合材料相比，不仅结构较细密、比表面积小，而且对水的吸附能力小、需水量较小，所以粉煤灰水泥的干缩性小，抗裂性好。此外，与其他掺活性混合材料的水泥相似，具有水化热低、抗蚀性较好等特性。
　　粉煤灰水泥除适用于地面工程外,还非常适宜用于大体积混凝土以及水中结构工程等.但必须注意粉煤灰水泥混凝土泌水较快,易引起失水裂缝,因此在混凝土凝结期间宜适当增加抹面次数,在硬化早期还应加强养护。
　　6.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(简称复合水泥)代号P·C。水泥中混合料材料总掺加量按质量百分比计应大于15%，但不超过50%。水泥中允许用不超过8%的窑灰代替部分混合材料，掺矿渣时混合材料掺量不得与矿渣硅酸盐水泥重复。
　　按我国现行国标《复合硅酸盐水泥》(GB12598—1999)规定，对复合水泥的技术要求：氧化硫、三氧化硫、细度安定性等指标与《矿渣硅酸盐水泥、火山灰硅酸盐水泥及粉煤灰硅酸盐水泥》(GB1344—1999)相同。其强度等级分为32.5、32.5R、42.5、42.5R、52.5、52.5R等6个强度等级。各类型水泥的各龄期强度不得低于表2-8中规定。
表2-8 复合硅酸盐水泥的强度指标 强度等级
抗压强度/MPa
抗折强度/MPa

3d
28d
3d
28d

32.5
11.0
32.5
2.5
5.5

32.5R
16.0
32.5
3.5
5.5

42.5
16.0
42.5
3.5
6.5

42.5R
21.0
42.5
4.0
6.5

52.5
22.0
52.5
4.0
7.0

52.5R
26.0
52.5
5.0
7.0

2.3.2其他品种水泥
　　1.道路硅酸盐水泥　以适当成分的生料烧至部分熔融，所得以硅酸钙为主要成分和较多量的铁铝酸钙的硅酸盐熟料，称为道路硅酸盐水泥熟料。由道路硅酸盐水泥熟料及0％～10％活性混合材料和适量石膏磨细制成的水硬性胶凝材料，称为道路硅酸盐水泥(简称道路水泥)。
　　(1)技术要求:各交通等级路面所使用水泥化学成分和物理性能等要求应符合表2-9的规定。
表2-9　各交通等级路面用水泥化学成分和物理指标 水泥性能
特重、重交通路面
中、轻交通路面

铝酸三钙
不宜＞7.0%
不宜＞9.0%

铁铝酸四钙
不宜＜15.0%
不宜＜12.0%

游离氧化钙
不得＞1.0%
不得＞1.5%

氧化镁
不得＞5.0%
不得＞6.0%

三氧化硫
不得＞3.5%
不得＞4.0%

碱含量
Na2O+0.658 K20≤0.6%
怀凝有碱活性集料时，≤0.6%
无碱活性集料时，≤1.0%

混合材料种类
不得掺窑灰、煤矸石、火山灰和粘土，有抗盐抗冻要求时不得掺石灰、石粉
不得掺窑灰、煤矸石、火山灰和粘土，有抗盐抗冻要求时不得掺石灰、石粉

出磨时安定性
雷氏夹或蒸煮法检验必须合格
蒸煮法检验必须合格

标准稠度需水量
不宜＞28%
不宜＞30%

烧失量
不得＞3.0%
不得＞5.0%

比表面积
宜在300～400m2／kg
宜在300～450m2／kg

细度
筛余量不得＞10%
筛余量不得＞10%

初凝时间
不早于1.5h
不早于1.5h

终凝时间
不迟于10h
不迟于10h

28d 干缩率
不得＞0.09%
不得＞0.10%

耐磨性
不得＞3.6 kg／m2
不得＞3.6 kg／m2

　　 (2)工程应用:道路水泥是一种强度高，特别是抗折强度高、耐磨性好、干缩性小、抗冲击性好、抗冻性和抗硫酸性比较好的专用水泥。它适用于道路路面、机场跑道道面、城市广场等工程。由于道路水泥具有干缩性小、耐磨、抗冲击等特性，可减少水泥混凝土路面的裂缝和磨耗等病害，减少维修、延长路面使用年限，因而可获得显著的社会效益和经济效益。
　　2.快硬硅酸盐水泥 凡以硅酸盐水泥熟料和适量石膏磨细制成的、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)。
　　(1)技术要求。按我国现行国标《快硬硅酸盐水泥》(GB 199—1990)有关规定，快硬水泥技术要求分述如下。
　　1)化学性质
　　①氧化镁含量 熟料中氧化镁含量不得超过5.0％。如水泥压蒸安定性试验合格，则熟料中氧化镁的含量允许放宽到6.0％。
　　②三氧化硫含量 水泥中三氧化硫含量不得超过4.0％。
　　2)物理力学性质
　　①细度：筛析方法，80 方孔筛筛余量不得超过10％。
　　②凝结时间：初凝不早于45min，终凝不得迟于10h。
　　③安定性：沸煮法检验必须合格。
　　④强度：以3d强度表示标号，各龄期强度均不得低于表2-10中数值。
表2-10 快硬硅酸盐水泥各龄期强度 标号
抗压强度/MPa
抗折强度/MPa

1d
3d
28d
1d
3d
28d

325
22.0
32.5
52.5
3.5
5.0
7.2

375
27.0
42.5
57.5
4.0
6.0
7.6

425
32.0
52.5
62.5
4.5
6.4
8.0

　　2）工程应用：快硬水泥具有早期强度增进率高的特点，其3d抗压强度可达到标号，后期强度仍有一定增长，因此适用于紧急抢修工程、冬季施工工程。快硬水泥用于制造预应力钢筋混凝土或混凝土预制构件，可提高早期强度，缩短养护期，加快周转；但快硬水泥不宜用于大体积工程，因为快硬水泥的缺点是干缩率较大，容易吸湿降低温度，贮存期超过一个月，须重新检验。
　　3．铝酸盐水泥 按照《铝酸盐水泥》(GB201—2000)规定，凡以铝酸盐水泥熟料磨细制成的水硬性胶凝材料，称为铝酸盐水泥。铝酸盐水泥按A1203含量百分率分为CA－50(50%≤A1203＜60%)、CA—60 (60%≤A1203＜68%)、CA－70 (68%≤A1203＜77%)及CA－80(77%≤A1203)四类。
　　(1)技术性质
　　①外观:高铝水泥常为黄色或黄褐色。
　　②密度: 3.0～3.2g／cm3。堆积密度1000～1300kg／m3。
　　③细度:比表面积不小于300m2／kg或0.045mm筛余不超过20%。
　　④凝结时间:CA－50、CA－70、CA－80初凝不得早于30min，终凝不迟于6h；CA－60初凝不得早于60min，终凝不迟于18h。
　　⑤强度:各龄期强度值不得低于表2-11的规定。
铝酸盐水泥的特点是早期强度增进快、强度高，主要用于紧急抢修和要求早期强度高的特殊工程。还可以用作配置石膏矾土膨胀水泥和自应力水泥等。铝酸盐水泥的主要缺点是后期强度倒缩，在使用3～5年后强度只有早期的一半左右，抗冻、抗渗和耐蚀等性能亦随之降低，为此不宜用作结构工程。它的使用温度不宜超过30℃，如用蒸汽养护不宜超过50℃。也不得与其他水泥混合使用。
表 2-11 铝酸盐水泥各龄期强度(GB 201—2000) 水泥类型
抗压强度/ MPa
抗折强度/ MPa

6h
1d
3d
28d
6h
1d
3d
28d

CA—50
20
40
50
—
3.0
5.5
6.5
—

CA—60
—
20
45
85
—
2.5
5.0
10.0

CA—70
—
30
40
—
—
5.0
6.0
—

CA—80
—
25
30
—
—
4.0
5.0
—

　　4.膨胀水泥 膨胀水泥是硬化过程中不产生收缩，而且具有一定膨胀性能的水泥。
　　(1)分类
　　1)按胶结材料不同分类
　　①硅酸盐型膨胀水泥:用硅酸盐熟料、铝酸盐水泥和二水石膏按适当比例共同粉磨或分别研磨再混合均匀，可制得硅酸盐型膨胀水泥。由于水化后生成钙矾石、水化氢氧化钙等水化产物，而这些水化生成物的体积均大于原固相的体积，因而造成硬化水泥浆体的体积膨胀。
　　②铝酸盐型膨胀水泥:用铝酸盐水泥熟料和二水石膏按适当比例，再加助磨剂经磨细，制成铝酸盐型膨胀水泥。
　　③硫铝酸盐型膨胀水泥:用中、低品位的矾土及石灰和石膏为原料，适当配合磨细后经煅烧得到的硫铝酸钙、硅酸二钙为主要矿物的熟料，再配以二水石膏磨细制得的具有膨胀性的水硬性胶凝材料，称为硫铝酸盐型膨胀水泥。
　　2)按膨胀值分类
　　①收缩补偿水泥: 这种水泥膨胀性能较弱，膨胀时所产生的压应力大致能抵消干缩所引起的应力，可防止混凝土产生干缩裂缝。
　　②自应力水泥:这种水泥具有较强的膨胀性能，当它用于钢筋混凝土中时，由于它的膨胀性能使钢筋受到较大的拉应力，而混凝土则受到相应的压应力。　　当外界因素使混凝土结构产生拉应力时，就可被预先具有的压应力抵消或降低，这种靠水泥自身水化产生膨胀来张拉钢筋达到的预应力称为自应力。
　　(2)技术性质
　　各种膨胀水泥的膨胀不同，技术指标也不相同，通常规定技术指标检验项目包括：比表面积、凝结时间、膨胀率、强度等。其技术标准见下表2-12.
表2-12 自应力水泥技术标准 硅酸盐自应力水泥
铝酸盐自应力水泥
硫铝酸盐自应力水泥

比表面积/ m2 · kg-1
＞3400
＞5600
＞3700

凝结时间
初凝
≥30min
≥30min
≥30min

终凝
≤10h
≤3h
≤4h

砂浆(或混凝土)膨胀率(%)
≯3
7d＞1.2
28d＞1.5
7d＞1.5
28d＞2.0

砂浆(或混凝土)自应力值是/MPa
2～4
7d＞3.5
28d＞4.5
＞4.5

强度/MPa
抗压
＞8.0
7d＞30
28d＞35
3d＞35
28d＞52.5

抗折
--
--
3d=4.8
28d=6.0

　　 (3)工程应用:在道路桥梁工程中，膨胀水泥常用于水泥凝凝土路面、机场道面或桥梁修补混凝土。此外，还可用越江隧道或山区隧道用于配制防水混凝凝土、自应力混凝土以及堵漏工程、修补工程等。
复习思考题
　　2-1 何谓有效氧化钙？简述测定石灰有效氧化钙和氧化镁的意义和方法要点。
　　2-2 石灰在使用前为什么要陈伏两周以上？
　　2-3 硅酸盐水泥熟料是由哪些矿物成分组成的？它们在水泥中的含量对水泥的强度、反应速度和释热量有何影响？
　　2-4 什么是水泥的初凝和终凝？凝结时间对道路与桥梁施工有何影响？
　　2-5我国现行标准中水泥的强度等级是采用什么确定的？为什么相同强度等级的水泥要分为普通型和早强型（R）两种型号？道路路面选用水泥时，在条件允许下，为什么要选用R型水泥？
　　2-6 如何按技术性质来判定水泥为合格品、不合格品和废品？
　　2-7 什么叫混合材料及掺混合料的硅酸盐水泥？试比较五种常用硅酸盐水泥的性质及适用范围。
　　2-8 道路水泥在矿物组成上有什么特点？在技术性质方面有什么特殊要求？
习　题
　　 现有普通水泥，作一组水泥胶砂强度试验，测得它们的3d ，28d抗折和抗压强度结果列于下表2-13，请评定该水泥强度等级。
表2-13 普通水泥抗折、抗压强度试验
抗折强度/MPa
抗压强度/MPa

3d
28d
3d
28d

普通水泥
3.3
3.0
3.2
5.6
5.8
5.4
12.3 13.2
12.5 13.5
13.0 16.5
33.0 33.3
34.0 34.8
28.5 35.0