硅酸盐水泥的技术性质

五、硅酸盐水泥的技术性质

硅酸盐水泥的技术性质是水泥应用的理论基础。国家标准《硅酸盐水泥、普通硅酸盐水泥》（GB175—1999）对其技术性质中的细度、凝结时间、体积安定性和强度等均作了明确规定。

1．细度

水泥颗粒的粗细程度对水泥的使用有重要影响。水泥颗粒粒径一般在7～200μm范围内，颗粒愈细，与水起反应的表面积就愈大，水化反应进行愈快、愈充分，早期强度和后期强度都较高。一般认为，水泥粒径在40μm以下的颗粒才具有较高的活性，大于100μm的活性就很小了。但水泥颗粒过细，将使研磨水泥的能耗大大增加，储存时活性下降过快，若在空气中硬化时，收缩值也会增大。

水泥的细度可用比表面积或0．080mm方孔筛的筛余量（未通过部分占试样总量百分率）表示。所谓比表面积是指单位质量水泥颗粒表面积的总和（m²／kg或cm²／g）。硅酸盐水泥的比表面积应大于300m²／kg，一般常为317～350m²／kg。

一般出厂水泥如符合国家标准的要求，使用单位可不检验水泥的细度。

2．标准稠度用水量

国家标准规定检验水泥的凝结时间和体积安定性时需用“标准稠度”的水泥净浆。“标准稠度”是人为规定的稠度，其用水量用水泥标准稠度测定仪测定。硅酸盐水泥的标准稠度用水量一般在21％～28％。

影响标准稠度用水量的因素有矿物成分、细度、混合材料种类及掺量等。熟料矿物中C₃A需水性最大，C₂S需水性最小。水泥越细，比表面积愈大，需水量越大。生产水泥时掺入需水性大的粉煤灰、沸石等混合材料，将使需水量明显增大。

3．凝结时间

凝结时间分初凝时间和终凝时间。初凝时间为水泥加水拌和至标准稠度的净浆开始失去可塑性所需的时间；终凝时间为水泥加水拌和至标准稠度的净浆完全失去可塑性并开始产生强度所需的时间。为使混凝土或砂浆有充分的时间进行搅拌、运输、浇捣和砌筑，水泥的初凝时间不能过短。当施工完毕，则要求尽快硬化，增长强度，故终凝时间不能太长。

国家标准规定，水泥的凝结时间是用标准稠度的水泥净浆，在规定温度及湿度环境下用水泥净浆凝结时间测定仪测定。硅酸盐水泥的初凝时间不得早于45min，终凝时间不得迟于6．5。实际上，国产硅酸盐水泥的初凝时间多为1～3h，终凝时间多为3～4h。

影响水泥凝结时间的因素主要有：①熟料中C₃A含量高，石膏掺量不足，使水泥快凝；②水泥的细度越细，凝结愈快；③水灰比愈小，凝结时的温度愈高，凝结愈快；④混合材料掺量大，将延迟凝结时间。

4．体积安定性

水泥体积安定性是水泥浆硬化后因体积膨胀而产生变形的性质。它是评定水泥质量的重要指标之一，也是保证混凝土工程质量的必备条件。体积安定性不良的水泥应作废品处理，不得应用于工程中，否则将导致严重后果。

造成水泥体积安定性不良的原因，主要是由于熟料中所含游离氧化钙（f—CaO）过多。当熟料中所含氧化镁过多或掺入石膏过量时，也会导致安定性不良。熟料中所含游离氧化钙或氧化镁都是过烧的，结构致密，水化很慢，加之被熟料中其他成分所包裹，使得在水泥已经硬化后才进行熟化：

这时体积膨胀97％以上，从而引起不均匀体积膨胀，使水泥石开裂。当石膏掺量过多时，在水泥硬化后，残余石膏与固态水化铝酸钙继续反应生成高硫型水化硫铝酸钙（钙矾石），体积增大约1．5倍，从而导致水泥石开裂。

国家标准规定，水泥的体积安定性用雷氏法或试饼沸煮法检验。当用雷氏法检验时，标准稠度水泥净浆试件沸煮3h后膨胀值不超过5mm为体积安定性合格；当用试饼沸煮法检验时，标准稠度水泥净浆试饼沸煮4h后，经肉眼观察未发现裂纹，用直尺检查没有弯曲为体积安定性合格，反之为不合格。当用这两种方法检验结果相矛盾时，以雷氏法结论为准。

上述两种方法均是通过沸煮加速游离氧化钙水化而检验安定性的，所以只能检查游离氧化钙所引起的水泥安定性不良问题。水泥中的氧化镁只有在压蒸条件下才能加速熟化，石膏的危害则需长期浸在常温水中才能发现，所以检查氧化镁、石膏导致安定性不良问题应分别采取压蒸法和长期浸水法。国家标准规定，水泥中氧化镁含量不宜超过5．0％，若水泥经压蒸安定性试验合格，允许放宽到6．0％。水泥中三氧化硫含量不得超过3．5％，以保证出厂水泥安定性合格，使用水泥单位一般不必检验。

5．强度

强度是评价硅酸盐水泥质量的又一个重要指标。强度除受到水泥矿物组成、细度、石膏掺量、龄期、环境温度和湿度的影响外，还与加水量、试验条件（搅拌时间、振捣程度等）、试验方法有关。

我国采用以水泥胶砂强度评定水泥强度的方法，所用沙子的规格和品质也将直接影响评定结果。国家标准《硅酸盐水泥、普通硅酸盐水泥》（GB175—1999）和《水泥胶砂强度检验方法（ISO法）》（GB／T17671—1999）规定，检验水泥强度所用胶砂的水泥和标准砂按1∶3混合，加入规定数量的水，按规定方法制成标准试件，在20±1℃的水中养护，测定其3d和28d的强度。按照测定结果，将硅酸盐水泥分为42．5、42．5R、52．5、52．5R、62．5、62．5R六个强度等级。各等级硅酸盐水泥在不同龄期的强度最低值列于表2－7。

表2－7　硅酸盐水泥各龄期的强度要求（GB175—1999）

注：表中R表示早强型，其他为普通型。

6．水化热

水泥矿物在水化反应中放出的热量称为水化热。大部分的水化热是在水化初期（7d内）放出的，以后逐渐减少。

水泥水化热的大小及放热的快慢，主要取决于熟料的矿物组成和水泥细度。通常水泥等级越高，水化热度越大。凡对水泥起促凝作用的因素（如掺早强剂CaCl₂等）均可提高早期水化热。反之，凡能延缓水化作用的因素（如掺混合材料或缓凝剂）均可降低早期水化热。

水泥的这种放热特性直接关系到工程应用。对大体积混凝土工程（水坝、大型设备基础等），由于水化热积聚在内部不易散发而使混凝土内外温差过大（可达50～60℃），以致造成明显的温度应力，使混凝土产生裂缝。因此，大体积混凝土工程应用低热水泥或减少水泥用量。反之，对采用蓄热法施工的冬期混凝土工程，水泥的水化热则有助于水泥的水化反应和提高早期强度，所以是有利的。

除上述技术性质之外，在进行混凝土配合比计算及储运水泥时，还需要了解水泥的密度和堆积密度。硅酸盐水泥的密度为3．10～3．15kg／m³；堆积密度因堆积的松紧程度而异，常为1000～1700kg／m³。