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　　第四節 下 水 泥

　　水泥是一種良好的礦物膠凝材料。水泥漿體不但能在空氣中硬化，還能更好地在水中硬化，保持并繼續增長其強度，故水泥屬于水硬性膠凝材料。水泥品種很多，工程中最常用的是硅酸鹽系列水泥。

　　一、硅酸鹽水泥、普通硅酸鹽水泥

　　1.定義與代號

　　(1)硅酸鹽水泥。凡由硅酸鹽水泥熟料、O～5%的石灰石或粒化高爐礦渣、適量石膏磨細制成的水硬性膠凝材料，稱為硅酸鹽水泥(國外通稱為波特蘭水泥)o可分為兩種類型：不摻混合材料的稱為I型硅酸鹽水泥，代號P-I;摻人不超過水泥質量5%的石灰石或粒化高爐礦渣混合材料的稱為Ⅱ型硅酸鹽水泥，代號P.Ⅱo

　　(2)普通硅酸鹽水泥。由硅酸鹽水泥熟料、6%～15%的混合材料、適量石膏磨細制成的水硬性膠凝材料，稱為普通硅酸鹽水泥，代號P.O。

　　摻活性混合材料時，最大摻量不得超過15%，其中允許用不超過水泥質量5%的窯灰或不超過水泥質量10%的非活性混合材料來代替。摻非活性混合材料時，最大摻量不得超過水泥質量的10%。

　　2.硅酸鹽水泥熟料的組成

　　硅酸鹽水泥熟料主要礦物組成及其含量范圍和各種熟料單獨與水作用所表現特性，見表3.4.10

　　表3.4.1 水泥熟料礦物含量與主要特征

　　3.硅酸鹽水泥的凝結硬化

　　水泥的凝結硬化包括化學反應(水化)及物理化學作用(凝結硬化)。水泥的水化反應過程是指水泥加水后，熟料礦物及摻入水泥熟料中的石膏與水發生一系列化學反應;水泥凝結硬化機理比較復雜，一般解釋為水化是水泥產生凝結硬化的必要條件，而凝結硬化是水泥水化的結果。影響水泥凝結硬化的主要因素有熟料的礦物組成、細度、水灰比、石膏摻量、環境溫濕度和齡期等。

　　4.硅酸鹽水泥及普通硅酸鹽水泥的技術性質

　　(1)細度。細度是指硅酸鹽水泥及普通水泥顆粒的粗細程度，用比表面積法表示。水泥的細度直接影響水泥的活性和強度。顆粒越細，與水反應的表面積越大，水化速度快，早期強度高，但硬化收縮較大，且粉磨時能耗大，成本高。但顆粒過粗，又不利于水泥活性的發揮，強度也低。 《通用硅酸鹽水泥》GB 175規定，硅酸鹽水泥比表面積應大于300

/kg。

　　(2)凝結時間。凝結時間分為初凝時間和終凝時間。初凝時間為水泥加水拌和起，至水泥漿開始失去塑性所需的時間;終凝時間從水泥加水拌和起，至水泥漿完全失去塑性并開始產生強度所需的時間。水泥凝結時間在施工中有重要意義，為使混凝土和砂漿有充分的時間進行攪拌、運輸、澆搗和砌筑，水泥初凝時間不能過短;當施工完畢后，則要求盡快硬化，具有強度，故終凝時間不能太長。《通用硅酸鹽水泥》GB 175規定，硅酸鹽水泥初凝時間不得早于45min，終凝時間不得遲于6.5h;普通硅酸鹽水泥初凝時間不得早于45min，終凝時間不得遲于10ho

　　水泥初凝時間不合要求，該水泥報廢;終凝時間不合要求，視為不合格。

　　(3)體積安定性。水泥體積安定性是指水泥在硬化過程中，體積變化是否均勻的性能，簡稱安定性。水泥安定性不良會導致構件(制品)產生膨脹性裂紋或翹曲變形，造成質量事故。引起安定性不良的主要原因是熟料中游離氧化鈣、游離氧化鎂過多或三氧化硫含量過多。

　　安定性不合格的水泥不得用于工程，應廢棄。

　　(4)強度。水泥強度是指膠砂的強度而不是凈漿的強度，它是評定水泥強度等級的依據。根據《水泥膠砂強度檢驗方法(ISO法)》GB/T 17671的規定，將水泥、標準砂和水按照(質量比)水泥：標準砂一1:3拌和用0.5的水灰比制成膠砂試件，在標準溫度(20℃±1℃)的水中養護，測3d和28d的試件抗折和抗壓強度，以規定齡期的抗壓強度和抗折強度劃分強度等級。硅酸鹽水泥強度等級分為42.5、42.5R、52.5、52.5R、62.5、62.5R(帶“R’’早強型，不帶“R’’普通型)六個等級;普通硅酸鹽水泥強度等級分為42.5、42.5R、52.5、52.5R四個等級。

　　(5)堿含量。水泥的堿含量將影響構件(制品)的質量或引起質量事故。《通用硅酸鹽水泥》GB 175中規定：水泥中堿含量按Na20+0.658K20計算值來表示，若使用活性骨料，用戶要求提供低堿水泥時，水泥中堿含量不得大于60%或由供需雙方商定。

　　(6)水化熱。水泥的水化熱是水化過程中放出的熱量。水化熱與水泥礦物成分、細度、摻人的外加劑品種、數量、水泥品種及混合材料摻量有關。水泥的水化熱主要在早期釋放，后期逐漸減少。

　　對大型基礎、水壩、橋墩等大體積混凝土工程，由于水化熱產生的熱量積聚在內部不易發散，將會使混凝土內外產生較大的溫度差，所引起的溫度應力使混凝土可能產生裂縫，因此水化熱對大體積混凝土工程是不利的。

　　5.硅酸鹽水泥、普通硅酸鹽水泥的應用

　　普通硅酸鹽水泥混合材料摻量十分有限，性質與硅酸鹽水泥十分相近，所以在工程中的適應范圍是一致的，。主要應用在以下幾個方面：

　　(1)水泥強度等級較高，主要用于重要結構的高強度混凝土、鋼筋混凝土和預應力混凝土工程。

　　(2)凝結硬化較快、抗凍性好，適用于早期強度要求高、凝結快，冬期施工及嚴寒地區受反復凍融的工程。

　　(3)水泥中含有較多的氫氧化鈣，抗軟水侵蝕和抗化學腐蝕性差，所以不宜用于經常與流動軟水接觸及有水壓作用的工程，也不宜用于受海水和礦物等作用的工程。

　　(4)因水化過程放出大量的熱，故不宜用于大體積混凝土構筑物。 j、摻混合材料的硅酸鹽水泥

　　1.混合材料

　　在生產水泥時，為改善水泥性能、調節水泥強度等級而加到水泥中的人工的或天然的 t礦物材料，稱為水泥混合材料。按其性能分為活性(水硬性)混合材料和非活性(填充性)混合材料兩類。

　　(1)活性混合材料。常用的活性混合材料有符合國家相關標準的粒化高爐礦渣、礦渣粉、火山灰質混合材料。水泥熟料中摻人活性混合材料，可以改善水泥性能、調節水泥強度等級、擴大水泥使用范圍、提高水泥產量、利用工業廢料、降低成本，有利于環境.

　　保護。

　　(2)非活性混合材料。非活性混合材料是指與水泥成分中的氫氧化鈣不發生化學作用或很少參加水泥化學反應的天然或人工的礦物質材料，如石英砂、石灰石及各種廢渣，活性指標低于相應國家標準要求的粒化高爐礦渣、粉煤灰、火山灰質混合材料。

　　水泥熟料摻人非活性混合材料可以增加水泥產量、降低成本、降低強度等級、減少水化熱、改善混凝土及砂漿的和易性等。.

　　2.定義與代號

　　(1)礦渣硅酸鹽水泥。由硅酸鹽水泥熟料和20%-70%粒化高爐礦渣、適量的石膏磨細制成的水硬性膠凝材料，稱為礦渣硅酸鹽水泥，代號P.So

　　(2)火山灰質硅酸鹽水泥。由硅酸鹽水泥熟料和20% -50%的火山灰質混合材料、適量石膏磨細制成的水硬性膠凝材料，稱為火山灰質硅酸鹽水泥，代號P.Po

　　(3)粉煤灰硅酸鹽水泥。由硅酸鹽水泥熟料和20%-40%的粉煤灰、適量石膏磨細制成的水硬件膠凝材料，稱為粉煤灰硅酸鹽水泥，代號P.Fa

　　3.五種水泥的主要特性及適用范圍

　　五種水泥的主要特性及適用范圍見表3.4.2。

　　表3.4.2 特性及適用范圍

　　三、鋁酸鹽水泥

　　鋁酸鹽水泥，以前稱為高鋁水泥，也稱礬土水泥。根據《鋁酸鹽水泥》GB 201的規定，凡以鋁酸鈣為主的鋁酸鹽水泥熟料，磨細制成的水硬性膠凝材料稱為鋁酸鹽水泥，代號CA o根據需要也可在磨制Al203含量大于68%的水泥時，摻加適量的a- Al203粉。根據Al203含量百分數將鋁酸鹽水泥分為四類：CA-50、CA-60.CA-70.CA-800 鋁酸鹽水泥的細度要求比表面積不小于300m27kgo CA- 60水泥初凝時間不得早于60min，終凝時間不得遲于18h，其余三類水泥均要求初凝時間不得早于30min，終凝時間不得遲于6ho

　　鋁酸鹽水泥早期強度高，凝結硬化快，具有快硬、早強的特點，水化熱高，放熱快且放熱量集中，同時具有很強的抗硫酸鹽腐蝕作用和較高的耐熱性，但抗堿性差。

　　鋁酸鹽水泥可用于配制不定型耐火材料;與耐火粗細集料(如鉻鐵礦等)可制成耐高溫的耐熱混凝土;用于工期緊急的工程，如國防、道路和特殊搶修工程等;也可用于抗硫酸鹽腐蝕的工程和冬季施工的工程。

　　鋁酸鹽水泥不宜用于大體積混凝土工程;不能用于與堿溶液接觸的工程;不得與未硬化的硅酸鹽水泥混凝土接觸使用，更不得與硅酸鹽水泥或石灰混合使用;不能蒸汽養護，不宜在高溫季節施工

　　四、白色和彩色硅酸鹽水泥

　　白色硅酸鹽水泥是以適當的生料燒至部分熔融，得到以硅酸鈣為主要成分、氧化鐵含量很小的白色硅酸鹽水泥熟料，加入適量石膏和標準規定的混合材料，共同磨細制成的水硬性膠凝材料，代號P.Wo白色硅酸鹽水泥的性質與普通硅酸鹽水泥相同，按照.《白色硅酸鹽水泥》GB 2015的規定，白色硅酸鹽水泥分32.5、42.5和52.5三個強度等級。白色硅酸鹽水泥的白度應不低于87%，其初凝時間不得早于45min，終凝時間不得遲于10ho

　　白色硅酸鹽水泥熟料、石膏和耐堿性礦物顏料(氧化鐵、氧化錳、氧化鉻等)共同磨細，可制成彩色硅酸鹽水泥，但耐堿性礦物顏料不能對水泥起有害作用。

　　白色和彩色硅酸鹽水泥主要用于建筑物內外的表面裝飾工程，如地畫、樓面、墻、柱及臺階等。.可做成水泥拉毛、彩色砂漿、水磨石、水刷石、斬假石等飾面。

　　五、硫鋁酸鹽水泥

　　硫鋁酸鹽水泥是以適當成分的生料，經煅燒所得以無水硫鋁酸鈣和硅酸二鈣為主要礦物成分的熟料，摻人不同量的石灰石、適量石膏共同磨細制成的水硬性膠凝材料，代號 P.SACo硫鋁酸鹽水泥分為快硬硫鋁酸鹽水泥(R.SAC)、低堿度硫鋁酸鹽水泥(L.SAC)和自應力硫鋁酸鹽水泥(S.SAC)o

　　根據《硫鋁酸鹽水泥》GB 20472，快硬硫鋁酸鹽水泥以3d抗壓強度劃分為42.5、52.5、62.5和72.5四個強度等級。快硬硫鋁酸鹽水泥中不允許出現游離氧化鈣，比表面積不得低于380m2 /kg，其初凝時間不得早于25min，終凝時間不得遲于3ho

　　硫鋁酸鹽水泥具有快凝、早強、不收縮的特點，宜用于配制早強、抗滲和抗硫酸鹽侵蝕等混凝土，適用于漿錨、噴錨支護、搶修、抗硫酸鹽腐蝕、海洋建筑等工程。由于硫鋁

　　酸鹽水泥水化硬化后生成的鈣礬石在150℃高溫下易脫水發生晶形轉變，引起強度大幅下降，所以硫鋁酸鹽水泥不宜用于高溫施工及處于高溫環境的工程。

　　六、膨脹水泥和自應力水泥

　　膨脹水泥和自應力水泥在硬化過程中不但不收縮，而且有不同程度的膨脹。膨脹水泥和自應力水泥有兩種配制途徑：一種以硅酸鹽水泥為主配制，凝結較慢，俗稱硅酸鹽型;另一種以高鋁水泥為主配制，凝結較快，俗稱鋁酸鹽型。

　　當膨脹水泥中高鋁水泥膨脹組分含量較多，.其膨脹值就較大。在膨脹過程中又受到限制時(如受到鋼筋的限制)，則水泥石本身就會受到壓應力。該壓力是依靠水泥本身的水化反應而產生的，所以稱為自應力，并以自應力值表示所產生壓應力的大小。自應力值大于2MPa的稱為自應力水泥。

　　膨脹水泥適用于補償收縮混凝土，用作防滲混凝土;填灌混凝土結構或構件的接縫及管道接頭，結構的加固與修補，澆注機器底座及固結地腳螺絲等。自應力水泥適用于制作自應力鋼筋混凝土壓力管及配件。

　　七、道路硅酸鹽水泥

　　道路硅酸鹽水泥是由道路硅酸鹽水泥熟料，O～l0%標準規定的活性混合材料和適量 石膏磨細制成的水硬性膠凝材料，代號P.R。道路硅酸鹽水泥熟料是以硅酸鈣為主要成 分和較多量的鐵鋁酸鈣的硅酸鹽水泥熟料。根據《道路硅酸鹽水泥》GB 13693的規定， 比表面積為300～450 /kg,28d干縮率不得大于0.10%，其初凝時間不得早于1.5h， 終凝時間不得遲于10ho

　　道路硅酸鹽水泥主要用于公路路面、.機場跑道等工程結構，也可用于要求較高的工廠 地面和停車場等工程。