水泥的性能特点及改进方法
水泥的性能特点及改进方法
摘要：水泥广泛应用于工业与民用建筑工程，还广泛应用于农业、水利、公路、铁路、海港和国防等工程。近年来，随着经济的发展和建设的需要，工程上越来越多的要求水泥具有多方面的性质。本文介绍了几种常用水泥的性质特点，同时对其可能的改性方法加以简略介绍。 关键词： 水泥 性能 施工 改良
一、几种常用水泥的组成与结构特点
1、硅酸盐水泥
硅酸盐水泥也称波特兰水泥，由硅酸盐水泥熟料、0~5%的石灰石活粒化高炉矿渣、适量石膏磨细组成。共分为两种类型：不掺混合材料的称Ⅰ型硅酸盐水泥，代号P•Ⅰ,在硅酸盐水泥熟料中掺加不超过水泥质量5%的石灰石或粒化高炉矿渣混合材料的称Ⅱ型硅酸盐水泥，代号P•Ⅱ。硅酸盐水泥熟料主要由硅酸三钙、硅酸二钙、铝酸三钙、铁铝酸四钙组成，除熟料外，还含有游离氧化钙、游离氧化镁和碱等次要成分。
国标GB 175—2007对硅酸盐水泥要求水泥颗粒粒径一般在7~200μm范围内，可用筛析法和比表面积法检验。国标GB 175—2007规定硅酸盐水泥比表面积应大于300㎡/kg。凝结时间初凝不得早于45min，终凝不得迟于390min，初凝时间不满足为废品，终凝时间不满足为不合格品。另外，体积安定性不良的水泥应作废品处理，不得用于工程中。碱含量（选择性指标）按Na2O 0.658K2O计算值表示。
GB/T 17671—1999规定，将水泥、标准砂和水按1：2.5：0.5的比例，并按规定的方法制成40mm×40mm×160mm的标准试件，在标准养护条件下养护至规定的期龄，分别按规定的方法测定其3d和28d的抗压强度和抗折强度，根据测定结果，将水泥分为42.5、42.5R、52.5、52.5R、62.5、62.5R六个等级。 2、普通硅酸盐水泥
由硅酸盐水泥熟料、>5%~≤20%的活性混合材料、适量石膏磨细制成的水硬性凝胶材料，称为普通硅酸盐水泥，代号P•O。允许用不超过水泥质量5%的窑灰或不超过水泥质量8%的非活性材料来代替。
GB175-2007规定，普通硅酸盐水泥初凝时间不小于45min，终凝不大于600min。安定性要求煮沸法合格。强度等级要求根据3d和28d的抗折和抗压强度，将普通硅酸盐水泥分为42.5、42.5R、52.5、52.5R四个强度等级，各强度
等级、各期龄的强度值不得低于表1中的数值。细度（选择性指标）要求比表面积不小于300㎡/kg。碱含量（选择性指标）要求与硅酸盐水泥相同。 表1 （单位为兆帕）
3.矿渣硅酸盐水泥、火山灰质硅酸盐水泥和粉煤灰质硅酸盐水泥
由硅酸盐水泥熟料和粒化高炉矿渣、适量石膏磨细制成的水硬性胶凝材料称为矿渣硅酸盐水泥（简称为矿渣水泥），代号P•S。水泥中粒化高炉矿渣的掺量按质量百分比记为>20%~≤70%（>20%~≤50%为P•S•A型，>50%~≤70%为P•S•B型）。允许用窑灰、粉煤灰和火山灰质混合材料中的一种代替粒化高炉矿渣，代替数量不得超过水泥质量的8%。
由硅酸盐水泥熟料和火山灰质混合材料、适量石膏磨细制成的水硬性无机胶凝材料称为火山灰质硅酸盐水泥（简称火山灰水泥），代号P•P。水泥中火山灰质混合材料掺加量为>20%~≤40%。
凡由硅酸盐水泥熟料和粉煤灰、适量石膏磨细制成的水硬性胶凝材料称为粉煤灰硅酸盐水泥（简称粉煤灰水泥），代号P•F。水泥中粉煤灰掺加量按质量百分比记为>20%~≤40%。
这三种水泥的凝结时间、体检定性要求与普通硅酸盐水泥相同；细度要求为80μm方孔筛筛余不大于10%或45μm方孔筛筛余不大于30%。三种水泥根据3d、28d的抗折强度和抗压强度划分强度等级，分别为32.5、32.5R、42.5、42.5R、52.5、52.5R。各强度等级、各期龄的强度不得低于表1中的数值。水泥中氧化镁的含量不得超过6%（P•S•B不要求），如水泥经压蒸体积安定性合格，则可大于6%。矿渣水泥中的三氧化硫含量不得超过4%；火山灰水泥和粉煤灰水泥中的三氧化硫含量不得超过3.5%。 3、复合硅酸盐水泥
凡由硅酸盐水泥熟料、两种或两种以上规定的混合材料、适量石膏磨细制成的水硬性胶凝材料称为复合硅酸盐水泥，代号P•C。水泥中混合材料总掺量按质量百分比为>20%~≤50%.水泥中允许用不超过8%的窑灰代替部分混合材料；掺矿渣时，混合材料不得与矿渣水泥重复。
二、几种水泥的性质特点及对混凝土工程的影响
1.凝结硬化快，早期强度及后期强度高，适用于有早强要求的混凝土、冬季施工混凝土，地上、地下重要结构的高强混凝土和预应力混凝土工程。
2.采用合理的配合比和充分养护后，可获得低孔隙率的水泥石，并有足够的强度，因此有优良的抗冻性，适用于严寒地区水位升降范围内遭受反复冻融的混凝土工程。
3.熟料中含有大量的C3S及较多的C3A,在水泥水化时，放热速度快且放热量大，因而不宜用于大体积混凝土工程，但可用于低温季节或冬季施工。
4.耐软水和化学侵蚀性能较差，不宜用于经常与流动淡水或硅酸盐等腐蚀介质接触的工程，也不宜用于经常与海水、矿物水等腐蚀介质接触的工程。
5.当温度较高且受热时间较长时，水泥石中的水化产物脱水、分解，使水泥石发生体积变化、强度下降，以至破坏。因此，硅酸盐水泥不宜用于有耐热要求的混凝土工程。
6.硅酸盐水泥在水化后，形成较多的Ca(OH)2,碳化时碱度降低不明显，故适用于空气中CO2浓度较高的环境中，如铸造车间等。
7.干缩小、耐磨性好。
普通硅酸盐水泥
硅酸盐水泥
由于混合材料的掺量较少，普通硅酸盐水泥雨硅酸盐水泥性质基本相同，主要表现为：早期强度低，耐腐蚀性略有提高，耐热性稍好，水化热略低，抗冻性、耐磨性、抗碳化性略有降低。
矿渣硅酸盐水泥、火山灰质硅酸盐水泥和粉煤灰质硅酸盐水泥
矿渣水泥耐热性较好，可用于不高于200℃的混凝土工程中，如热工窑炉基础等。但其保水性差，易产生泌水而造成较多的连通空隙，因此抗渗性差，且干燥收缩大，不宜用于有抗渗要求的混凝土工程。火山灰水泥具有良好的保水性，并且具有较高的抗渗性和耐水性，可优先用于有抗渗要求的混凝土工程。粉煤灰水泥比表面积小，对水的吸附能力差，因而干缩小，抗裂性好，但不宜用于干燥环境。此外，粉煤灰水泥抗渗性较差，不宜用于抗渗要求高的混凝土工程。
复合硅酸盐水泥
由于复合硅酸盐水泥掺入了两种或两种以上的混合材料，可以相互取长补短，其早期强度接近于普通水泥，而其它性能优于其他水泥，因而适用范围广。
三、水泥可能的改性方法
1.改变水泥的组成
硫铝酸盐改性硅酸盐水泥（以下简称SMP水泥）是熟料中含有少量无水硫铝酸钙矿物硅胶的硅酸盐水泥，由于该水泥中无水硫铝酸钙矿物含量低（约3%~13%），因而其本质仍属硅酸盐水泥系列，同时兼有水化硬化快、早强高和微膨胀等特点，在一定程度上减小了传统硅酸盐水泥干缩率，提高了水泥抗冻、抗渗、耐磨等物理性能。
SMP水泥煅烧温度低（
在硫铝酸盐水泥中掺入硅酸盐水泥能缩短硫铝酸盐水泥的凝结时间，且初凝和终凝间隔很短。Li2CO3能显著缩短硫铝酸盐水泥的凝结时间，微量的Li2CO3能使水泥发生急凝，提高小时强度，但较大幅度地降低了水泥中、后期强度。复合外加剂能使得水泥的初凝时间延长，但是初凝和终凝时间间隔缩短，水泥初凝后能很快凝结。可再分散乳胶粉可提高硫铝酸盐水泥砂浆的抗折及抗拉强度，降低脆性，但是会使硫铝酸盐水泥砂浆的抗压强度降低。
2.掺入纤维
将碳纤维加入到水泥机体中制成碳纤维增强水泥基复合材料（简称CFRC），也称纤维增强混凝土。在水泥基材料中掺入高强度碳纤维是提高水泥复合材料抗裂。抗渗、抗剪强度和弹性模量，控制裂纹扩展，提高耐强碱性，增强变形能力的重要措施。此外，碳纤维还具有震动阻尼特性，可吸收震动波，使防地震能力和抗弯强度提高十几倍。更为可贵的是，碳纤维具有导电性，将其加入到水泥基体中，赋予水泥基本智能性，极大地扩大了混凝土的应用范围。CFRC材料在承受负荷时表面不产生龟裂，其抗拉强度和抗弯强度、断裂韧性比不增强的高几倍到几十倍，其冲击韧性也相当可观。CFRC有多种规格，其中短切碳纤维增强混凝土主要用在屋面、外墙、内墙、地面、天棚等方面；长纤维混凝土用在承重构件方面，由它制成的构件尺寸稳定，同时还具有防静电性、耐磨性、耐腐蚀等性能，因此，CFRC性能的研究近年来发展迅猛。
水泥品种繁多，广泛用于建筑工程中，随着科学技术的发展，会有越来越多具有新特性的水泥出现，这些水泥的性质会不断得到完善，更好的为人类生产生活而服务。 参考文献
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