硅酸盐水泥的基本技术性质

出处：按学科分类—工业技术 中国建材工业出版社《现代工程材料实用手册》第40页（3806字）

根据国家标准《硅酸盐水泥、普通硅酸盐水泥》(GB 175－1999)中的规定，硅酸盐水泥的技术性质主要包括：密度和堆积密度、水泥的细度、凝结时间、体积安定性、标准稠度用水量、水化热、强度及强度等级、碱含量等。

(一)密度和堆积密度

硅酸盐水泥的密度主要取决于熟料的矿物组成，一般为3．05～3．20g／cm³。硅酸盐水泥的堆积密度除与矿物组成和细度有关外，主要取决于水泥堆积时的紧密程度，疏松堆积时约为1000～1100kg／m³，紧密堆积时可达1600kg／m³。在混凝土配合比设计中，通常取水泥的密度为3．1g／cm³，堆积密度为1300kg／m³。

(二)水泥的细度

水泥的细度是指水泥颗粒的粗细程度，它对水泥的性质影响很大。水泥颗粒越细，与水接触的表面积越大，水化反应越快，早期强度越高。但颗粒如果过细，硬化时收缩较大，易产生裂缝，贮存期间易吸收水分和二氧化碳而失去活性。另外，水泥颗粒越细，则粉磨过程中的能耗越大，水泥成本相应提高，因此水泥的细度应适宜。

水泥的细度用筛析法或比表面积法测定。国家标准《硅酸盐水泥、普通硅酸盐水泥》(GB175－1999)中规定，硅酸盐水泥比表面积小于300m²／kg，普通水泥80μm方孔筛筛余不得超过10．0%。

(三)凝结时间

水泥的凝结时间分为初凝时间和终凝时间。初凝时间为自水泥加水拌合时起，到标准稠度水泥净浆开始失去可塑性为止所需要的时间；终凝时间为自水泥加水拌合时起，到标准稠度水泥净浆完全失去可塑性、开始产生强度所需要的时间。

水泥的凝结时间在施工中具有重要意义。初凝不宜过快是为了保证有足够的时间，在初凝之前完成混凝土等各工序的操作；终凝不宜过迟是为了使混凝土在浇捣完毕后能尽早完成凝结硬化，以有利于下一道工序及早进行。

国家标准《硅酸盐水泥、普通硅酸盐水泥》(GB175－1999)中规定，硅酸盐水泥的初凝不得早于45min，终凝不得迟于6．5h。

(四)体积安定性

水泥的体积安定性，是指水泥在凝结硬化的过程中，水泥体积变化的均匀性。如果水泥凝结硬化后体积变化不均匀，水泥混凝土构件将产生膨胀性裂缝，严重影响建筑物的工程质量，甚至引起严重的工程事故。体积安定性不良的水泥，应当作为废品处理，坚决不能用于工程中。

引起水泥体积安定性不良的原因，一般是由于水泥熟料中所含的游离氧化钙过多，也可能由于水泥熟料中所含的游离氧化镁过多，或者在磨细熟料时掺入的石膏过量。水泥熟料中所含的游离氧化钙和游离氧化镁都是过烧的，它们的熟化速度很慢，在水泥凝结硬化后才会慢慢熟化，其化学反应方程式如下：

CaO+H₂O→Ca(OH)₂

MgO+H₂O→Mg(OH)₂

游离氧化钙和游离氧化镁在熟化过程中会产生体积膨胀，使水泥石出现开裂。过量的石膏掺入，将与已固化的水化铝酸钙作用，生成水化硫铝酸钙晶体，大约产生1．5倍的体积膨胀，也会造成已硬化水泥石的开裂。

国家标准《硅酸盐水泥、普通硅酸盐水泥》(GB175－1999)中规定，由于游离氧化钙引起的水泥体积安定性不良，可采用沸煮法进行检验。所谓沸煮法包括试饼法和雷氏法两种。试饼法是将标准稠度水泥净浆做成标准试饼，经过沸煮3h后，若用肉眼观察未发现裂纹，用直尺检查没有弯曲现象，则称为安定性合格。雷氏法是测定水泥浆在雷氏夹中沸煮硬化后的膨胀值，若膨胀量在规定值内为安定性合格。当试饼法与雷氏法两者结论有矛盾时，以雷氏法为准。

游离氧化镁的水化作用比游离氧化钙更加缓慢，必须用压蒸法才能检验出它的危害作用。石膏的危害作用需要经长期浸在常温水中才能发现。游离氧化镁和石膏所导致的体积安定性不良不便于快速检验，因此，通常在水泥生产中严格控制。

(五)标准稠度用水量

水泥净浆标准稠度是对水泥净浆以标准方法拌制、测试并达到规定的可塑性程度时的稠度。水泥净浆标准稠度用水量是指水泥净浆达到标准稠度时所需的加水量，以占水泥质量的百分数表示。由于用水量多少对水泥的某些性质(如凝结时间)有很大影响，所以测定这些性质必须采用标准稠度用水量，这样测定的结果才有可比性。

各种水泥的矿物成分、细度不同，拌合成标准稠度时的用水量也各不相同，硅酸盐水泥的标准稠度用水量一般为24%～33%。

(六)水泥中的水化热

水泥水化热是指水泥在水化过程中放出的热量。水泥的水化热大部分在水化初期(3～7d内)放出，一般可占总热量的80%左右，以后则逐渐减少。水泥水化热的大小及速度，主要取决于水泥熟料的矿物组成和细度。如果水泥熟料中硅酸三钙和铝酸三钙的含量高，水泥的细度越细，则水化热越大，放出速度越快。

水化热较大的水泥有利于混凝土冬期施工，但对大体积混凝土工程不利。大体积混凝土积聚在内部的水化热不易散出，常使内部温度高达50～60℃，而混凝土表面散热很快，内外温差引起的应力可使混凝土产生裂缝。为了避免这类质量问题，在大体积混凝土中不宜采用水化热较大的硅酸盐水泥，应采用水化热较小的水泥，或采取其他降温措施。

(七)强度及强度等级

水泥强度是硅酸盐水泥的一项重要技术措施，是评价水泥强度等级的重要依据。水泥的强度除受水泥的矿物组成、细度、龄期和养护条件的影响外，还与试验方法有密切关系。

根据国家标准《水泥胶砂强度检验方法(ISO法)》(GB／T17671－1999)中的规定，水泥和标准砂按1∶3混合，水灰比为0．50，按规定的方法制成40mm×40mm×160mm的试件，在温度为(20±1)℃、相对湿度≥90%的养护箱中养护，分别测出其3d和28d龄期的抗压强度和抗折强度。

根据硅酸盐水泥3d和28d的抗压强度和抗折强度，可将硅酸盐水泥分为42．5、42．5R、52．5、52．5R、62．5、62．5R六个强度等级。根据其早期强度，硅酸盐水泥又可分为普通型和早强型(R)两种类型。各强度等级硅酸盐水泥在各个龄期的强度，不得低于表4－3中的数值。

表4－3 硅酸盐水泥各龄期的强度要求(GB175－1999)

(八)水泥中的碱含量

当水泥中的碱含量较高，配制混凝土的骨料里含有活性二氧化硅时，就会产生碱骨料反应，使混凝土产生不均匀的体积变化，甚至导致混凝土产生膨胀破坏。国家标准《硅酸盐水泥、普通硅酸盐水泥》(GB175－1999)中规定，水泥中碱含量按Na₂O+0．658K₂O计算值来表示。若使用活性骨料，用户要求提供低碱水泥时，水泥中碱含量不得大于0．60%或由供需双方商定。

(九)其他技术要求

国家标准《硅酸盐水泥、普通硅酸盐水泥》(GB175－1999)中还规定：

1．不溶物的要求

Ⅰ型硅酸盐水泥中不溶物不得超过0．75%；Ⅱ型硅酸盐水泥中不溶物不得超过1．50%。

2．烧失量的规定

Ⅰ型硅酸盐水泥中烧失量不得大于3．0%；Ⅱ型硅酸盐水泥烧失量不得大于3．5%。

3．氧化镁的含量

水泥中氧化镁的含量不宜超过5．0%。如果水泥经压蒸安定性试验合格，则水泥中氧化镁的含量允许放宽到6．0%。

4．三氧化硫含量

水泥中三氧化硫的含量不得超过3．5%。