水泥概述及主要性能

劉聰慧

（華北電力大學 科技學院）

水泥概述及主要性能

劉聰慧

（華北電力大學 科技學院）

注:本文為P·Ⅰ水泥在預拌混凝土中的研究與應用課題成果,課題編號:Y13006

人類的發展離不開土木工程，而材料又是土木工程的根本。古代，人類借助泥土、樹木、石材等天然物質作為建筑材料，后來人類發明了磚瓦、水泥等重要的建筑材料從而極大推動了人類文明的發展。

18世紀90年代英國人J.帕克用泥灰巖進行燒制，制成一種棕色水泥，把它稱為羅馬水泥或天然水泥。

19世紀20年代英國的阿斯普丁（Joseph Aspdin）發明了波特蘭水泥(我國稱硅酸鹽水泥)，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用于建筑的石頭相像，所以被叫做波特蘭水泥，并申請了專利。

19世紀中期，人們將鋼筋配入混凝土當中，彌補了水泥制品抗拉強度不足的缺陷，促進了水泥在土木工程中的廣泛應用。

進入20世紀，隨著人民生活水平的不斷提高，對土木工程材料也提出了較高的要求，人們在改進硅酸鹽水泥的同時，研制出了一批適用于特殊土木工程的水泥產品。專用水泥具有快凝、快硬、耐火等特殊性能。例如，快硬高強水泥、抗硫酸鹽型硅酸鹽水泥和油井水泥等特種水泥。特種水泥的出現擴大了水泥的應用范圍。

目前人類使用的水泥種類已經超過了100多種，水泥作為人類重要的土木工程材料，廣泛的應用于土木工程領域。無論是城市里的高樓大廈還是鄉村的民居，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，可以說水泥在我們的身邊無處不在。水泥的廣泛應用，為人類社會的快速發展起著無可替代的作用。

水泥的技術性能好壞直接決定了水泥的品質。水泥的主要性能指標有標號與強度、比重與容重、細度、凝結時間、體積安定性、水化熱幾種。

（1）標號與強度：水泥強度與水泥標號是密切相關的。水泥標號是依據國家規定的強度檢驗方法在28天的抗壓強度和抗折強度來確定的，水泥強度越高，其標號越高，出廠水泥的強度和標號都必須符合國家的標準。水泥強度是對水泥質量進行評價的一個重要指標，它是水泥劃分強度等級的依據。水泥的強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性能之一。由于受力形式的不同，通常用抗壓強度、抗折強度和抗拉強度來表示，單位為MPa（兆帕）。水泥的抗壓強度是指水泥硬化膠砂試體在承受壓縮破壞時所受到的最大應力；抗折強度是指水泥硬化膠砂試體在承受彎曲破壞時所受到的最大應力；而水泥的抗拉強度是指水泥膠砂硬化試體在承受拉伸破壞時所承受的最大應力。其中，水泥的抗壓強度往往是水泥的抗折強度的10-20倍。因而，水泥的28d抗壓強度是水泥主要的性能指標，也是水泥劃分標號的依據。

（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比關系，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）細度：指水泥顆粒的粗細程度，該指標對水泥性質有著很大的影響。通常水泥顆粒愈細，其硬化的也就越快，而且水泥顆粒的早期強度和后期強度也較高。

（4）凝結時間：水泥的初凝結時間是指水泥從加水攪拌到水泥開始凝結的時間，水泥凝結時間對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。水泥的終凝時間是指水泥加水后直到水泥完全失去可塑性，開始產生強度的時間。只有終凝水泥才初步具備強度。通常要求水泥初凝時間不能過早且終凝時間不能過遲，這是因為要保證在施工過程中要有足夠的攪拌等處理時間，而且要滿足在施工過程中的操作要求。一般來說硅酸鹽水泥的初凝時間應不早于45分鐘，且終凝時間不遲于12小時。

（5）體積安定性：簡稱安定性，指水泥加水后在硬化過程中的體積變化均勻性能。一般來說水泥加水后，在凝結硬化過程中體積一定會發生變化的，但是變化不應太大，并且要保持變化的均勻性。當水泥含有較多游離氧化鎂、游離氧化鈣或者三氧化硫雜質時，就能夠使水泥的結構發生不均勻的膨脹，從而導致水泥的膨脹性裂縫，而降低水泥凝結后的質量，甚至會發生崩潰。

（6）水化熱：水泥加水后會發生放熱反應，伴隨著水泥整個硬化過程，不斷釋放出熱量，該熱量被稱為水化熱。水泥細度越大所釋放的熱量也就越大，放熱的速度也就較快。水化熱對水泥的施工應用有著很大的影響：對于小斷面且小體積混凝土構件來說，在低溫施工時水化熱可以加快混凝土的硬化速度；但對于大體積混凝土來說，例如大型基礎、水壩等，由于水化熱不易散發，且水化熱會積聚在混凝土的內部，從而使混凝土的內部溫度過高，導致混凝土產生一定的內應力，進而使混凝土破裂或開裂。因此，對于大體積的混凝土工程，應采用低水化熱的水泥，降低釋放的熱量，也可以通過采用特殊冷卻方法或外摻粉煤灰摻合料的方法，使混凝土在凝結的過程中內溫度上升不致過高

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，往往是通過突出某一項特殊的性能來滿足特殊的使用要求。例如快硬水泥：快硬水泥也叫做早強水泥，它通常是以水泥的1d或3d的抗壓強度確定的標號。根據礦物質組成的不同分為：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