2018一级建筑师考试《建筑材料与构造》知识点：水泥

第三节水泥

　　水泥属于水硬性胶凝材料，品种很多，按其用途和性能可分为通用水泥、专用水泥与特种水泥三大类。

　　按主要水硬性物质名称，水泥又可分为硅酸盐水泥、铝酸盐水泥、硫铝酸盐水泥等，建筑工程常用的主要是各种硅酸盐水泥。

　　一、硅酸盐水泥

　　由硅酸盐水泥熟料、0～5%石灰右或粒化高炉炉渣、适量石膏磨细制成的水硬性胶凝材料，称为硅酸盐水泥(即国外通称的波特兰水泥)。硅酸盐水泥分两种类型，不掺加混合材料的称I型硅酸盐水泥，其代号为P·I;在硅酸盐水泥熟料粉磨时掺加不超过水泥质量5%石灰石及粒化高炉矿渣混合材料的称Ⅱ型硅酸盐水泥，其代号为P·Ⅱ。在生产水泥时，需加入水泥质量3%左右的石膏(CaSO4·2H2O)，其目的是延缓水泥的凝结，便于施工。

　　㈠硅酸盐水泥熟料矿物组成：主要包括硅酸三钙C3S、硅酸二钙C2S、铝酸三钙C3A、铁铝酸四钙C4AF。其中，硅酸三钙占大部分。

　　㈡硅酸盐水泥的水化、凝结、硬化

　　水泥加水拌合后，成为具有可塑性的水泥浆，水泥颗粒开始水化，随着水化反应的进行，水泥浆逐渐变稠，失去可塑性，但尚未具有强度，这一过程称为“凝结”。随后产生明显的强度并逐渐发展而成为坚硬的水泥石，这一过程称为“硬化”。

　　1.硅酸盐水泥的水化

　　水泥水化后生成的主要水化产物有凝胶与晶体两类。凝胶有水化硅酸钙(C-S-H)与水化铁酸钙(CFH)，晶体有氢氧化钙[Ca(OH)2]、水化铝酸钙(C3AH6)与水化硫铝酸钙等。在完全水化的水泥石中，水化硅酸钙凝胶约占70%，氢氧化钙约占20%，水化硫铝酸钙约占7%。

　　2.硅酸盐水泥的凝结硬化

　　硬化后的水泥石是由水泥水化产物、未水化完的水泥颗粒、孔隙与水所组成。

　　水泥的水化、凝结、硬化，除了与水泥矿物组成有关外，还与水泥的细度、拌合水量、温度、湿度、养护时间及石膏掺量等有关。

　　瞬凝与缓凝：如硅酸盐水泥中未掺石膏或石膏掺量不足，则水泥凝结中将出现瞬凝或急凝。这是一种不正常的凝结现象，其特征是：水泥与水拌合后，水泥浆很快凝结，形成一种很粗糙、非塑性的混合物，并放出大量热量。这主要是由于熟料中C3A含量高，水泥中未掺石膏或石膏掺量不足引起的。解决瞬凝问题的方法是缓凝，即掺加石膏。石膏能够与水化铝酸钙反应，生成水化硫铝酸钙，该产物阻止C3A的迅速水化，从而延缓了水泥的凝结，起到了缓凝的作用。

　　㈢硅酸盐水泥的技术性质

　　硅酸盐水泥的密度一般为3.05～3.20g/cm3，堆积密度一般为1000～1600kg/m3。

　　影响水泥性质的主要指标有细度、凝结时间、安定性与强度四项。碱含量Na2O+-0.658K2O不大于0.6%的水泥为低碱水泥。氯离子含量不大于0.06%。

　　1.细度

　　水泥的细度是指水泥的粗细程度。水泥颗粒愈细，与水起反应的表面积愈大，因而水泥颗粒细，水化迅速且完全，早期强度及后期强度均较高，但在空气中的硬化收缩较大，成本也较高。若水泥颗粒过粗，则不利于水泥活性的发挥。国家标准规定，硅酸盐水泥的细度用比表面积表示，应大于300m2/kg。

　　2.凝结时间

　　水泥的凝结时间分初凝时间与终凝时间。

　　初凝时间：自加水起至水泥净浆开始失去可塑性所需的时间;

　　终凝时间：自加水起至水泥净浆完全失去可塑性并开始产生强度所需的时间。

　　水泥的凝结时间以标准稠度的水泥净浆，用凝结时间测定仪测定。所谓标准稠度的水泥净浆，是指在标准稠度测定仪上，试锥下沉深度为28±2mm范围内的净浆。要配制标准稠度的水泥净浆，需测出达到标准稠度时的所需拌合水量，以占水泥质量的百分率表示即标准稠度用水量。硅酸盐水泥的标准稠度用水量一般在24%～30%之间。

　　硅酸盐水泥的初凝时间应≥45min，终凝时间应≤6.5h。

　　3.体积安定性

　　水泥的体积安定性是反映水泥加水硬化后体积变化均匀性的物理指标。体积安定性不良，是指水泥硬化后，产生不均匀的体积变化。使用体积安定性不良的水泥，会使构件产生膨胀性裂缝，降低建筑物质量，甚至引起严重事故，因此体积安定性不良的水泥，在工程中应严禁使用。

　　水泥体积安定性不良的主要原因是熟料中所含的游离氧化钙或游离氧化镁过多，或水泥粉磨时掺入的石膏过量。

　　国家标准规定，由熟料中游离氧化钙引起的安定性不良可用沸煮法检验，沸煮法检验必须合格(观察标准稠度的水泥净浆试饼沸煮后的外形变化)。国家标准还规定水泥中游离氧化镁含量≤5.0%，SO3含量≤3.5%。

　　4.强度

　　水泥的强度是表征水泥质量的重要指标。国家规定，水泥与中国ISO标准砂以1:3(质量比)比例混合，加入规定量的水，按规定的方法制成40mm×40mm×l60mm的试件，在标准温度(20±1℃)的水中养护，分别测定其3d与28d的抗压强度与抗折强度。国家标准规定，硅酸盐水泥强度等级分为42.5、42.5R、52.5、52.5R、62.5、62.5R，其中有代号R者为早强型水泥。

　　国标规定：凡MgO、SO3、初凝时间、安定性任何一项不符合标准规定均为废品，凡细度、凝结时间、不溶物和烧失量中的任一项不符合标准规定或混合材料掺加量超过最大限量和强度低于商品规定的指标时为不合格品。

　　㈣硅酸盐水泥石的侵蚀与防止

　　1.引起水泥石侵蚀的原因：

　　(1)水泥石本身一些组分(氢氧化钙、水化铝曰钙)能溶解于水或与其他物质发生化学反应生成或易溶于水、或体积膨账、或松软无胶凝力的新物质，使水泥石遭受侵蚀;

　　(2)泥石本身不密实，有很多毛细孔通道，侵蚀性介质易进入其内部;

　　(3)腐蚀与通道的相互作用。

　　2.防止侵蚀的措施：

　　(1)根据工程所处的环境，选择适当品种的水泥;

　　(2)提高水泥石的密实度;

　　(3)表面加做保护层.当侵蚀作用较强时可在构件表面加耐侵蚀性高且不透水的保护层，如耐酸石料、塑料、沥青等。

　　3、硅酸盐水泥的性质与应用

　　①早期及后期强度均高：适用于预制和现浇的混凝土工程、冬季施工的混凝土工程、预应力混凝土工程等。

　　②抗冻性好：适用于严寒地区和抗冻性要求高的混凝土工程。

　　③耐腐蚀性差：不宜用于受流动软水和压力水作用的工程，也不宜用于受海水和其它腐蚀性介质作用的工程。

　　④水化热高：不宜用于大体积混凝土工程。

　　⑤抗炭化性好：适合用于二氧化碳浓度较高的环境，如翻砂、铸造车间等。

　　⑥耐热性差：不得用于耐热混凝土工程。

　　⑦干缩小：可用于干燥环境。

　　⑧耐磨性好：可用于道路与地面工程。