五、硅酸鹽水泥的技術(shù)性質(zhì)

硅酸鹽水泥的技術(shù)性質(zhì)是水泥應(yīng)用的理論基礎(chǔ)。國家標(biāo)準(zhǔn)《硅酸鹽水泥、普通硅酸鹽水泥》（GB175—1999）對其技術(shù)性質(zhì)中的細(xì)度、凝結(jié)時(shí)間、體積安定性和強(qiáng)度等均作了明確規(guī)定。

1．細(xì)度

水泥顆粒的粗細(xì)程度對水泥的使用有重要影響。水泥顆粒粒徑一般在7～200μm范圍內(nèi)，顆粒愈細(xì)，與水起反應(yīng)的表面積就愈大，水化反應(yīng)進(jìn)行愈快、愈充分，早期強(qiáng)度和后期強(qiáng)度都較高。一般認(rèn)為，水泥粒徑在40μm以下的顆粒才具有較高的活性，大于100μm的活性就很小了。但水泥顆粒過細(xì)，將使研磨水泥的能耗大大增加，儲存時(shí)活性下降過快，若在空氣中硬化時(shí)，收縮值也會增大。

水泥的細(xì)度可用比表面積或0．080mm方孔篩的篩余量（未通過部分占試樣總量百分率）表示。所謂比表面積是指單位質(zhì)量水泥顆粒表面積的總和（m²／kg或cm²／g）。硅酸鹽水泥的比表面積應(yīng)大于300m²／kg，一般常為317～350m²／kg。

一般出廠水泥如符合國家標(biāo)準(zhǔn)的要求，使用單位可不檢驗(yàn)水泥的細(xì)度。

2．標(biāo)準(zhǔn)稠度用水量

國家標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定檢驗(yàn)水泥的凝結(jié)時(shí)間和體積安定性時(shí)需用“標(biāo)準(zhǔn)稠度”的水泥凈漿?！皹?biāo)準(zhǔn)稠度”是人為規(guī)定的稠度，其用水量用水泥標(biāo)準(zhǔn)稠度測定儀測定。硅酸鹽水泥的標(biāo)準(zhǔn)稠度用水量一般在21％～28％。

影響標(biāo)準(zhǔn)稠度用水量的因素有礦物成分、細(xì)度、混合材料種類及摻量等。熟料礦物中C₃A需水性最大，C₂S需水性最小。水泥越細(xì)，比表面積愈大，需水量越大。生產(chǎn)水泥時(shí)摻入需水性大的粉煤灰、沸石等混合材料，將使需水量明顯增大。

3．凝結(jié)時(shí)間

凝結(jié)時(shí)間分初凝時(shí)間和終凝時(shí)間。初凝時(shí)間為水泥加水拌和至標(biāo)準(zhǔn)稠度的凈漿開始失去可塑性所需的時(shí)間；終凝時(shí)間為水泥加水拌和至標(biāo)準(zhǔn)稠度的凈漿完全失去可塑性并開始產(chǎn)生強(qiáng)度所需的時(shí)間。為使混凝土或砂漿有充分的時(shí)間進(jìn)行攪拌、運(yùn)輸、澆搗和砌筑，水泥的初凝時(shí)間不能過短。當(dāng)施工完畢，則要求盡快硬化，增長強(qiáng)度，故終凝時(shí)間不能太長。

國家標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定，水泥的凝結(jié)時(shí)間是用標(biāo)準(zhǔn)稠度的水泥凈漿，在規(guī)定溫度及濕度環(huán)境下用水泥凈漿凝結(jié)時(shí)間測定儀測定。硅酸鹽水泥的初凝時(shí)間不得早于45min，終凝時(shí)間不得遲于6．5。實(shí)際上，國產(chǎn)硅酸鹽水泥的初凝時(shí)間多為1～3h，終凝時(shí)間多為3～4h。

影響水泥凝結(jié)時(shí)間的因素主要有：①熟料中C₃A含量高，石膏摻量不足，使水泥快凝；②水泥的細(xì)度越細(xì)，凝結(jié)愈快；③水灰比愈小，凝結(jié)時(shí)的溫度愈高，凝結(jié)愈快；④混合材料摻量大，將延遲凝結(jié)時(shí)間。

4．體積安定性

水泥體積安定性是水泥漿硬化后因體積膨脹而產(chǎn)生變形的性質(zhì)。它是評定水泥質(zhì)量的重要指標(biāo)之一，也是保證混凝土工程質(zhì)量的必備條件。體積安定性不良的水泥應(yīng)作廢品處理，不得應(yīng)用于工程中，否則將導(dǎo)致嚴(yán)重后果。

造成水泥體積安定性不良的原因，主要是由于熟料中所含游離氧化鈣（f—CaO）過多。當(dāng)熟料中所含氧化鎂過多或摻入石膏過量時(shí)，也會導(dǎo)致安定性不良。熟料中所含游離氧化鈣或氧化鎂都是過燒的，結(jié)構(gòu)致密，水化很慢，加之被熟料中其他成分所包裹，使得在水泥已經(jīng)硬化后才進(jìn)行熟化：

這時(shí)體積膨脹97％以上，從而引起不均勻體積膨脹，使水泥石開裂。當(dāng)石膏摻量過多時(shí)，在水泥硬化后，殘余石膏與固態(tài)水化鋁酸鈣繼續(xù)反應(yīng)生成高硫型水化硫鋁酸鈣（鈣礬石），體積增大約1．5倍，從而導(dǎo)致水泥石開裂。

國家標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定，水泥的體積安定性用雷氏法或試餅沸煮法檢驗(yàn)。當(dāng)用雷氏法檢驗(yàn)時(shí)，標(biāo)準(zhǔn)稠度水泥凈漿試件沸煮3h后膨脹值不超過5mm為體積安定性合格；當(dāng)用試餅沸煮法檢驗(yàn)時(shí)，標(biāo)準(zhǔn)稠度水泥凈漿試餅沸煮4h后，經(jīng)肉眼觀察未發(fā)現(xiàn)裂紋，用直尺檢查沒有彎曲為體積安定性合格，反之為不合格。當(dāng)用這兩種方法檢驗(yàn)結(jié)果相矛盾時(shí)，以雷氏法結(jié)論為準(zhǔn)。

上述兩種方法均是通過沸煮加速游離氧化鈣水化而檢驗(yàn)安定性的，所以只能檢查游離氧化鈣所引起的水泥安定性不良問題。水泥中的氧化鎂只有在壓蒸條件下才能加速熟化，石膏的危害則需長期浸在常溫水中才能發(fā)現(xiàn)，所以檢查氧化鎂、石膏導(dǎo)致安定性不良問題應(yīng)分別采取壓蒸法和長期浸水法。國家標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定，水泥中氧化鎂含量不宜超過5．0％，若水泥經(jīng)壓蒸安定性試驗(yàn)合格，允許放寬到6．0％。水泥中三氧化硫含量不得超過3．5％，以保證出廠水泥安定性合格，使用水泥單位一般不必檢驗(yàn)。

5．強(qiáng)度

強(qiáng)度是評價(jià)硅酸鹽水泥質(zhì)量的又一個(gè)重要指標(biāo)。強(qiáng)度除受到水泥礦物組成、細(xì)度、石膏摻量、齡期、環(huán)境溫度和濕度的影響外，還與加水量、試驗(yàn)條件（攪拌時(shí)間、振搗程度等）、試驗(yàn)方法有關(guān)。

我國采用以水泥膠砂強(qiáng)度評定水泥強(qiáng)度的方法，所用沙子的規(guī)格和品質(zhì)也將直接影響評定結(jié)果。國家標(biāo)準(zhǔn)《硅酸鹽水泥、普通硅酸鹽水泥》（GB175—1999）和《水泥膠砂強(qiáng)度檢驗(yàn)方法（ISO法）》（GB／T17671—1999）規(guī)定，檢驗(yàn)水泥強(qiáng)度所用膠砂的水泥和標(biāo)準(zhǔn)砂按1∶3混合，加入規(guī)定數(shù)量的水，按規(guī)定方法制成標(biāo)準(zhǔn)試件，在20±1℃的水中養(yǎng)護(hù)，測定其3d和28d的強(qiáng)度。按照測定結(jié)果，將硅酸鹽水泥分為42．5、42．5R、52．5、52．5R、62．5、62．5R六個(gè)強(qiáng)度等級。各等級硅酸鹽水泥在不同齡期的強(qiáng)度最低值列于表2－7。

表2－7　硅酸鹽水泥各齡期的強(qiáng)度要求（GB175—1999）

注：表中R表示早強(qiáng)型，其他為普通型。

6．水化熱

水泥礦物在水化反應(yīng)中放出的熱量稱為水化熱。大部分的水化熱是在水化初期（7d內(nèi)）放出的，以后逐漸減少。

水泥水化熱的大小及放熱的快慢，主要取決于熟料的礦物組成和水泥細(xì)度。通常水泥等級越高，水化熱度越大。凡對水泥起促凝作用的因素（如摻早強(qiáng)劑CaCl₂等）均可提高早期水化熱。反之，凡能延緩水化作用的因素（如摻混合材料或緩凝劑）均可降低早期水化熱。

水泥的這種放熱特性直接關(guān)系到工程應(yīng)用。對大體積混凝土工程（水壩、大型設(shè)備基礎(chǔ)等），由于水化熱積聚在內(nèi)部不易散發(fā)而使混凝土內(nèi)外溫差過大（可達(dá)50～60℃），以致造成明顯的溫度應(yīng)力，使混凝土產(chǎn)生裂縫。因此，大體積混凝土工程應(yīng)用低熱水泥或減少水泥用量。反之，對采用蓄熱法施工的冬期混凝土工程，水泥的水化熱則有助于水泥的水化反應(yīng)和提高早期強(qiáng)度，所以是有利的。

除上述技術(shù)性質(zhì)之外，在進(jìn)行混凝土配合比計(jì)算及儲運(yùn)水泥時(shí)，還需要了解水泥的密度和堆積密度。硅酸鹽水泥的密度為3．10～3．15kg／m³；堆積密度因堆積的松緊程度而異，常為1000～1700kg／m³。