掺混合材的通用硅酸盐水泥

除硅酸盐水泥（P·Ⅰ、P·Ⅱ）外，通用硅酸盐水泥还有普通硅酸盐水泥、矿渣硅酸盐水泥、火山灰硅酸盐水泥、粉煤灰硅酸盐水泥和复合硅酸盐水泥，它们同属于通用硅酸盐水泥，都是以硅酸盐水泥熟料为主要组成，以石膏作缓凝剂。不同品种水泥之间的差别主要在于所掺加混合材料的种类和数量不同。

混合材料是指磨制水泥时掺入的各种工业废渣及天然矿物质材料。混合材料按性能分为两种：活性混合材料和非活性混合材料。

在硅酸盐水泥中掺入一定量的混合材料，不仅可以节约水泥熟料，提高水泥产量，降低水泥成本，而且可以调节水泥强度，改善水泥的某些性能，还可以充分利用工业废渣，这对于保护环境、变废为宝有着重要意义。

1）活性混合材料

活性混合材料是指那些磨成细粉，与石灰或石灰和石膏混合，再加水拌和，能在常温下生成具有水硬性胶凝产物的混合材料。常用于水泥中的混合材料有粒化高炉矿渣、火山灰质混合材料和粉煤灰等。

（1）粒化高炉矿渣

粒化高炉矿渣是在高炉冶炼生铁时将浮在铁水表面的熔融物经急冷处理后得到的疏松颗粒状材料。由于多采用水淬方法进行急冷处理，故又称水淬矿渣。粒化高炉矿渣为多孔玻璃体结构，玻璃体含量达80％以上，具有较高的化学潜能。其化学成分以Ca O、Si O2、Al2O3为主，另外还含有少量的Mg O、Fe2O3、Mn O、Ti O2等。衡量其活性的大小常用质量系数K表示，即：

质量系数越大，则粒化高炉矿渣的活性越高。根据国家标准《用于水泥中的粒化高炉矿渣》（GB／T203—2008），将粒化高炉矿渣分为合格品和优等品，要求用于水泥中的粒化高炉矿渣质量系数K不得小于1．2，堆积密度不大于1200kg／m3。

（2）火山灰质混合材料

火山灰质混合材料是一大类具有火山灰活性的天然或人工的矿物质材料的总称。其主要成分是活性氧化铝和活性氧化硅，按其成因可分为天然和人工两大类。天然火山灰质混合材包括火山灰、凝灰岩、浮石、沸石、硅藻土、硅藻石、蛋白石等。人工火山灰质混合材包括烧黏土（如碎砖、瓦）、烧页岩、煤矸石、炉渣、煤灰等。

国家标准《用于水泥中的火山灰质混合材料》（GB／T2847—2005）规定：用于水泥中的火山灰质混合材料的三氧化硫含量不超过3．5％；火山灰活性试验必须合格；掺30％的火山灰的混合材水泥胶砂28d抗压强度比不得低于65％。

（3）粉煤灰

粉煤灰是火力发电厂从烟道中收集的灰粉（也称飞灰），为玻璃态球状颗粒，表面光滑，化学成分中活性氧化硅和活性氧化铝含量占60％以上。国家标准《用于水泥和混凝土中的粉煤灰》（GB／T1596—2005），其分级及其品质指标见表3．6。

表3．6 用于水泥和混凝土中的粉煤灰技术要求（GB／T1596—2005）

注：F类由无烟煤或烟煤煅烧收集的粉煤灰；

C类由褐煤或次煤煅烧收集的粉煤灰，其氧化钙含量一般大于10％。

2）非活性混合材料

凡不具有活性或活性很低的人工或天然的矿物质材料，称为非活性混合材料。它们与水泥成分不起化学反应或化学反应甚微，掺入硅酸盐水泥中仅能起调整水泥强度等级、增加水泥产量、降低成本、减小水化热等作用，因此是一种填充性混合材料。

石英砂、石灰石、黏土、慢冷矿渣和不符合质量标准的活性混合材料，以及其他固体工业废渣等，均可作为非活性混合材料应用。对它们的品质要求，主要是应具有足够的细度，不含或极少含对水泥有害的杂质。

3．2．1 普通硅酸盐水泥

普通硅酸盐水泥代号P·O，其中加入了质量大于5％且不超过20％的活性混合材，并允许不超过水泥质量8％的非活性混合材料或不超过水泥质量5％的窑灰代替部分活性混合材。

1）技术要求

普通硅酸盐水泥的技术要求如下：

①凝结时间。要求初凝时间不小于45min，终凝时间不大于600min。

②强度。根据3d和28d的抗折强度、抗压强度，将普通硅酸盐水泥分为42．5、42．5R、52．5、52．5R共4个强度等级。各龄期的强度应满足表3．5的规定。

③细度、体积安定性、氧化镁、三氧化硫、氯离子含量要求与硅酸盐水泥完全相同。

2）性能及应用

普通硅酸盐水泥掺入的混合材料较少，因此其性能与硅酸盐水泥基本相同，只是强度等级、水化热、抗冻性、抗碳化性能等较硅酸盐水泥略有降低，耐热性、耐腐蚀性略有提高。普通硅酸盐水泥应用范围与硅酸盐水泥大致相同，是土木工程中用量最大的水泥品种之一。

3．2．2 其他通用硅酸盐水泥

矿渣硅酸盐水泥分为两个类型：加入大于20％且不超过50％的粒化高炉矿渣的为A型，代号P·S·A；加入大于50％且不超过70％的粒化高炉矿渣的为B型，代号P·S·B，其中允许不超过水泥质量8％的活性混合材、非活性混合材和窑灰中的任一种材料代替部分矿渣。

粉煤灰硅酸盐水泥代号为P·F，其中加入大于20％且不超过40％的粉煤灰。

火山灰硅酸盐水泥代号为P·P，其中加入了大于20％且不超过40％的火山灰质混合材料。

复合硅酸盐水泥代号为PC，其中加入了两种（含）以上大于20％且不超过50％的混合材料，并允许用不超过水泥质量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。

1）技术要求

这4种水泥的技术要求如下：

①细度。要求80μm方孔筛筛余不大于10％或45μm方孔筛筛余不大于30％。

②氧化镁含量。对于A型矿渣水泥、粉煤灰水泥、火山灰水泥、复合水泥，要求氧化镁含量不大于6．0％。含量大于6．0％时，需进行压蒸安定性试验并合格。对于B型矿渣水泥，不作要求。

③三氧化硫含量。矿渣水泥要求三氧化硫含量不大于4％，其他水泥要求不大于3．5％。

④强度。根据3d和28d的抗折强度、抗压强度，将矿渣硅酸盐水泥、粉煤灰硅酸盐水泥和火山灰硅酸盐水泥分为32．5、32．5R、42．5、42．5R、52．5、52．5R共6个强度等级，将复合硅酸盐水泥分为32．5R、42．5、42．5R、52．5、52．5R共5个强度等级。4种水泥各龄期的强度应满足表3．5的规定。

⑤凝结时间、安定性、氯离子含量要求均与普通硅酸盐水泥相同。

2）性能及应用

这4种水泥由于都掺入了大于20％的活性混合材料，与硅酸盐水泥比较，具有以下特性：

①早期强度发展慢，后期强度增长快。水泥中掺入了大量的混合材，水泥熟料含量少，因此早期的熟料矿物的水化产物数量较少，而二次水化又必须在熟料水化之后才能进行，所以凝结硬化速度慢，早期强度发展慢，但后期强度增长快，甚至可以超过同强度等级的硅酸盐水泥。因此，不适用于早期强度要求高的工程，如要求早强的现浇混凝土楼板、梁、柱等。

②水化热低。由于水泥中掺入了大量的混合材，水泥熟料含量少，放热量高的C3A和C3S含量少，因此，水化放热速度慢、放热量小，适用于大体积混凝土工程。

③抗冻性差。由于水泥中掺入了大量混合材，使水泥需水量增大、水分蒸发后造成的毛细孔隙增多，且早期强度低，故抗冻性差，不宜用于严寒地区，特别是严寒地区水位升降的部位。

④抗腐蚀性好。由于二次水化消耗了大量的氢氧化钙，因此抗软水和海水侵蚀能力增强，故适用于海港、水工等受硫酸盐和软水腐蚀的混凝土工程。

⑤抗碳化能力差。由于二次水化反应的发生，使水泥石中氢氧化钙含量少，碱度降低。在相同的二氧化碳含量的环境中，碳化进行得较快，碳化深度也较大，因此其抗碳化能力差，一般不用于二氧化碳浓度高的环境。

⑥硬化时对湿热度敏感性强。当温度、湿度低时，凝结硬化慢，故不适于冬季施工。但在湿热条件下，可加速二次水化反应进行，凝结硬化速度明显加快，28d强度可提高10％～20％，因此特别适用于蒸汽养护的混凝土预制构件。

3）各自特性

这4种水泥除具有以上相同特性外，由于加入的混合材料的种类和数量不同，各自存在如下的特点：

①矿渣水泥耐热性好，但抗渗性差、干缩较大。因为矿渣本身有一定的耐高温性，且硬化后水泥石中氢氧化钙含量少，故矿渣水泥耐热性好，适用于高温环境，如高温窑炉基础及温度达到300～400℃的热气体通道等耐热工程。但由于矿渣本身不容易磨细，磨细后又呈多棱角状，且颗粒平均粒径大于硅酸盐水泥粒径，故其保水性差、抗渗性差、泌水通道较多、干缩较大，使用中要严格控制用水量，加强早期养护。

②粉煤灰硅酸盐水泥干缩较小、抗裂性高。粉煤灰颗粒多呈球形玻璃体结构，表面致密，吸水性小、不易水化，因而粉煤灰硅酸盐水泥干缩较小，抗裂性高，用其配制的混凝土和易性好，但其早期强度较其他掺混合材料的水泥低。适用于承受荷载较迟的工程，尤其适用于大体积水利工程。

③火山灰硅酸盐水泥抗渗性好。火山灰颗粒较细，比表面积大，在潮湿环境下使用时，水化产生较多的水化硅酸钙可增加结构致密度，因此火山灰水泥抗渗性好，适用于有抗渗要求的混凝土工程。但在干燥、高温环境中，水泥石中的水化硅酸钙与空气中的二氧化碳反应，分解成碳酸钙和氧化硅，易产生“起粉”现象，因此不宜用于干燥环境的工程，也不宜用于有抗冻和耐磨要求的混凝土工程。

④复合硅酸盐水泥综合性质较好。复合硅酸盐水泥使用了两种（含）以上混合材料，弥补了掺入单一混合材料的缺陷，改变了水泥石的微观结构，可促进水泥熟料的水化，因此，其早期强度大于同强度的矿渣水泥、粉煤灰水泥、火山灰水泥，综合性质较好。复合硅酸盐水泥是目前大力发展的水泥品种。

3．2．3 水泥的储运和应用

水泥在运输及储存时不得受潮和混入杂物，不同品种、强度等级及出厂日期的水泥应分别储运。水泥的储存应按照水泥到货先后，依次堆放，尽量做到先存先用。水泥储存期不宜过长，以免受潮而降低水泥强度；普通水泥储存期为3个月，高铝水泥为2个月，快硬水泥为1个月。普通水泥存放3个月以上为过期水泥，强度降低10％～20％，存放期越长，强度降低越多。过期水泥使用前必须重新检验、标定强度等级，否则不能使用。

水泥在土木工程中被广泛使用，其使用要求和特点见表3．7。

表3．7 通用硅酸盐水泥的性能和选用

续表