劉聰慧

（華北電力大學(xué) 科技學(xué)院）

水泥概述及主要性能

劉聰慧

（華北電力大學(xué) 科技學(xué)院）

注:本文為P·Ⅰ水泥在預(yù)拌混凝土中的研究與應(yīng)用課題成果,課題編號(hào):Y13006

人類(lèi)的發(fā)展離不開(kāi)土木工程，而材料又是土木工程的根本。古代，人類(lèi)借助泥土、樹(shù)木、石材等天然物質(zhì)作為建筑材料，后來(lái)人類(lèi)發(fā)明了磚瓦、水泥等重要的建筑材料從而極大推動(dòng)了人類(lèi)文明的發(fā)展。

18世紀(jì)90年代英國(guó)人J.帕克用泥灰?guī)r進(jìn)行燒制，制成一種棕色水泥，把它稱為羅馬水泥或天然水泥。

19世紀(jì)20年代英國(guó)的阿斯普?。↗oseph Aspdin）發(fā)明了波特蘭水泥(我國(guó)稱硅酸鹽水泥)，他采用石灰石和粘土燒制，由于硬化后顏色與英格蘭島波特蘭地區(qū)用于建筑的石頭相像，所以被叫做波特蘭水泥，并申請(qǐng)了專利。

19世紀(jì)中期，人們將鋼筋配入混凝土當(dāng)中，彌補(bǔ)了水泥制品抗拉強(qiáng)度不足的缺陷，促進(jìn)了水泥在土木工程中的廣泛應(yīng)用。

進(jìn)入20世紀(jì)，隨著人民生活水平的不斷提高，對(duì)土木工程材料也提出了較高的要求，人們?cè)诟倪M(jìn)硅酸鹽水泥的同時(shí)，研制出了一批適用于特殊土木工程的水泥產(chǎn)品。專用水泥具有快凝、快硬、耐火等特殊性能。例如，快硬高強(qiáng)水泥、抗硫酸鹽型硅酸鹽水泥和油井水泥等特種水泥。特種水泥的出現(xiàn)擴(kuò)大了水泥的應(yīng)用范圍。

目前人類(lèi)使用的水泥種類(lèi)已經(jīng)超過(guò)了100多種，水泥作為人類(lèi)重要的土木工程材料，廣泛的應(yīng)用于土木工程領(lǐng)域。無(wú)論是城市里的高樓大廈還是鄉(xiāng)村的民居，以及高鐵、高速公路、橋梁、港口和裝飾用的雕塑等都用到水泥，可以說(shuō)水泥在我們的身邊無(wú)處不在。水泥的廣泛應(yīng)用，為人類(lèi)社會(huì)的快速發(fā)展起著無(wú)可替代的作用。

水泥的技術(shù)性能好壞直接決定了水泥的品質(zhì)。水泥的主要性能指標(biāo)有標(biāo)號(hào)與強(qiáng)度、比重與容重、細(xì)度、凝結(jié)時(shí)間、體積安定性、水化熱幾種。

（1）標(biāo)號(hào)與強(qiáng)度：水泥強(qiáng)度與水泥標(biāo)號(hào)是密切相關(guān)的。水泥標(biāo)號(hào)是依據(jù)國(guó)家規(guī)定的強(qiáng)度檢驗(yàn)方法在28天的抗壓強(qiáng)度和抗折強(qiáng)度來(lái)確定的，水泥強(qiáng)度越高，其標(biāo)號(hào)越高，出廠水泥的強(qiáng)度和標(biāo)號(hào)都必須符合國(guó)家的標(biāo)準(zhǔn)。水泥強(qiáng)度是對(duì)水泥質(zhì)量進(jìn)行評(píng)價(jià)的一個(gè)重要指標(biāo)，它是水泥劃分強(qiáng)度等級(jí)的依據(jù)。水泥的強(qiáng)度是指硬化的水泥塊試體所能承受外力破壞的能力，是水泥重要的物理力學(xué)性能之一。由于受力形式的不同，通常用抗壓強(qiáng)度、抗折強(qiáng)度和抗拉強(qiáng)度來(lái)表示，單位為MPa（兆帕）。水泥的抗壓強(qiáng)度是指水泥硬化膠砂試體在承受壓縮破壞時(shí)所受到的最大應(yīng)力；抗折強(qiáng)度是指水泥硬化膠砂試體在承受彎曲破壞時(shí)所受到的最大應(yīng)力；而水泥的抗拉強(qiáng)度是指水泥膠砂硬化試體在承受拉伸破壞時(shí)所承受的最大應(yīng)力。其中，水泥的抗壓強(qiáng)度往往是水泥的抗折強(qiáng)度的10-20倍。因而，水泥的28d抗壓強(qiáng)度是水泥主要的性能指標(biāo)，也是水泥劃分標(biāo)號(hào)的依據(jù)。

（2）比重與容重：水泥的比重是指，其密度與水的密度之間的對(duì)比關(guān)系，普通水泥比重為3：1；水泥的容重通常值為1300公斤/立方米。

（3）細(xì)度：指水泥顆粒的粗細(xì)程度，該指標(biāo)對(duì)水泥性質(zhì)有著很大的影響。通常水泥顆粒愈細(xì)，其硬化的也就越快，而且水泥顆粒的早期強(qiáng)度和后期強(qiáng)度也較高。

（4）凝結(jié)時(shí)間：水泥的初凝結(jié)時(shí)間是指水泥從加水?dāng)嚢璧剿嚅_(kāi)始凝結(jié)的時(shí)間，水泥凝結(jié)時(shí)間對(duì)土木工程的施工有著重要的意義。初凝水泥的塑性降低很大。水泥的終凝時(shí)間是指水泥加水后直到水泥完全失去可塑性，開(kāi)始產(chǎn)生強(qiáng)度的時(shí)間。只有終凝水泥才初步具備強(qiáng)度。通常要求水泥初凝時(shí)間不能過(guò)早且終凝時(shí)間不能過(guò)遲，這是因?yàn)橐ＷC在施工過(guò)程中要有足夠的攪拌等處理時(shí)間，而且要滿足在施工過(guò)程中的操作要求。一般來(lái)說(shuō)硅酸鹽水泥的初凝時(shí)間應(yīng)不早于45分鐘，且終凝時(shí)間不遲于12小時(shí)。

（5）體積安定性：簡(jiǎn)稱安定性，指水泥加水后在硬化過(guò)程中的體積變化均勻性能。一般來(lái)說(shuō)水泥加水后，在凝結(jié)硬化過(guò)程中體積一定會(huì)發(fā)生變化的，但是變化不應(yīng)太大，并且要保持變化的均勻性。當(dāng)水泥含有較多游離氧化鎂、游離氧化鈣或者三氧化硫雜質(zhì)時(shí)，就能夠使水泥的結(jié)構(gòu)發(fā)生不均勻的膨脹，從而導(dǎo)致水泥的膨脹性裂縫，而降低水泥凝結(jié)后的質(zhì)量，甚至?xí)l(fā)生崩潰。

（6）水化熱：水泥加水后會(huì)發(fā)生放熱反應(yīng)，伴隨著水泥整個(gè)硬化過(guò)程，不斷釋放出熱量，該熱量被稱為水化熱。水泥細(xì)度越大所釋放的熱量也就越大，放熱的速度也就較快。水化熱對(duì)水泥的施工應(yīng)用有著很大的影響：對(duì)于小斷面且小體積混凝土構(gòu)件來(lái)說(shuō)，在低溫施工時(shí)水化熱可以加快混凝土的硬化速度；但對(duì)于大體積混凝土來(lái)說(shuō)，例如大型基礎(chǔ)、水壩等，由于水化熱不易散發(fā)，且水化熱會(huì)積聚在混凝土的內(nèi)部，從而使混凝土的內(nèi)部溫度過(guò)高，導(dǎo)致混凝土產(chǎn)生一定的內(nèi)應(yīng)力，進(jìn)而使混凝土破裂或開(kāi)裂。因此，對(duì)于大體積的混凝土工程，應(yīng)采用低水化熱的水泥，降低釋放的熱量，也可以通過(guò)采用特殊冷卻方法或外摻粉煤灰摻合料的方法，使混凝土在凝結(jié)的過(guò)程中內(nèi)溫度上升不致過(guò)高

特種水泥是指具有特殊性能的水泥或用于某種特定工程的專用水泥，往往是通過(guò)突出某一項(xiàng)特殊的性能來(lái)滿足特殊的使用要求。例如快硬水泥：快硬水泥也叫做早強(qiáng)水泥，它通常是以水泥的1d或3d的抗壓強(qiáng)度確定的標(biāo)號(hào)。根據(jù)礦物質(zhì)組成的不同分為：鋁酸鹽快硬水泥、硅酸鹽快硬水泥、氟鋁酸鹽快硬水泥和硫鋁酸鹽快硬水泥。此外還有低熱和中熱水泥、油井水泥、膨脹水泥、耐火水泥、白色水泥、彩色水泥、防輻射水泥、抗菌水泥和防藻水泥。

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1007-6344（2015）12-0018-01