通用硅酸盐水泥的技术性质-土木工程材料指南

依照国家标准《通用硅酸盐水泥》（GB 175—2007）的规定，通用硅酸盐水泥的技术性质主要有：

1.化学指标

（1）氧化镁含量。在水泥熟料中，如存在较多的游离氧化镁，可能引起水泥体积安定性不良。因此，水泥熟料中游离氧化镁的含量应加以限制。国家标准规定：硅酸盐水泥、普通硅酸盐水泥的氧化镁含量不得超过5.0%；矿渣硅酸盐水泥 A 型、火山灰质硅酸盐水泥、粉煤灰硅酸盐水泥和复合硅酸盐水泥熟料中氧化镁含量不得超过6.0%；矿渣硅酸盐水泥B型无要求。

（2）三氧化硫含量。三氧化硫主要是在水泥的生产过程中因掺入过量石膏而产生的。如果三氧化硫含量超出一定限度，在水泥石硬化后，其还会继续与水化产物反应，产生体积膨胀性物质，引起水泥体积安定性不良，导致结构物破坏。国家标准规定：硅酸盐水泥、普通硅酸盐水泥、火山灰质硅酸盐水泥、粉煤灰硅酸盐水泥和复合硅酸盐水泥熟料中三氧化硫含量不得超过3.5%；矿渣硅酸盐水泥熟料中三氧化硫含量不得超过4.0%。

（3）不溶物。不溶物是指水泥经酸和碱处理后，不能被溶解的残余物。它主要由水泥原料、混合材料和石膏中的杂质产生。不溶物的存在会影响水泥的黏结质量。国家标准规定：Ⅰ型硅酸盐水泥中不溶物不得超过0.75%，Ⅱ型硅酸盐水泥不得超过1.50%。

（4）烧失量。烧失量是指水泥在一定的灼烧温度和时间内，经高温灼烧后的质量损失率。水泥煅烧不理想或者受潮后，均会导致烧失量增加。国家标准规定：Ⅰ型硅酸盐水泥中烧失量不得大于3.0%，Ⅱ型硅酸盐水泥不得大于3.5%；普通硅酸盐水泥中烧失量不得大于5.0%。

（5）碱含量（选择性指标）。硅酸盐类水泥中除含有主要矿物成分外，还含有少量其他氧化物，如氧化钾（K2O）、氧化钠（Na2O）等。水泥的碱含量指水泥中Na2O与K2O的总量，碱含量的大小用Na2O＋0.658K2O的计算值来表示。当水泥中的碱含量较高，集料又具有一定的活性时，容易产生碱-集料反应，结构的耐久性降低。因此，国家标准规定：若使用活性集料，用户要求提供低碱水泥时，水泥中碱含量不得大于0.60%，或由供需双方协商确定。

2.密度与堆积密度

水泥的密度与其熟料矿物组成、储存时间、储存条件以及熟料的煅烧程度有关，一般为3.05～3.2 g/cm3。在进行混凝土配合比计算时，通常取3.10 g/cm3。

水泥的堆积密度除与熟料矿物组成、水泥细度有关外，还与水泥存放时的紧密程度有很大关系。松散状态下的堆积密度为1 000～1 400 kg/m3，紧密状态下的堆积密度可达1 600 kg/m3。

3.细度（选择性指标）

细度是指水泥颗粒的粗细程度。水泥颗粒的粗细对水泥质量有很大影响。水泥颗粒越细，与水反应时的接触面积增大，水化速度越快，水化反应越完全、充分，早期强度增长越快；但水泥颗粒过细，硬化时的收缩量就较大，在储运过程中易受潮而降低其活性，同时水泥的成本也越高。因此，应合理控制水泥细度。

水泥细度按国家标准《水泥细度检测方法（筛析法）》（GB/T 1345—2005）、《水泥比表面积测定方法（勃氏法）》（GB/T 8074—2008）测定。筛析法是用边长为80 μm和45 μm的方孔筛对水泥进行筛析试验，用筛余百分比来表示水泥的细度。比表面积是指单位质量的水泥粉末所具有的总表面积，以m2/kg表示。比表面积数值的高低与水泥颗粒的粗细大小紧密相关。通常水泥颗粒越细，则比表面积越大。

国家标准规定：硅酸盐水泥和普通硅酸盐水泥以比表面积表示，不小于300 m2/kg；矿渣硅酸盐水泥、火山灰质硅酸盐水泥、粉煤灰硅酸盐水泥和复合硅酸盐水泥以筛余表示，80 μm方孔筛筛余不大于10% 或45 μm方孔筛筛余不大于30%。

4.标准稠度用水量

水泥的许多性质都与新拌制的水泥浆的稀稠程度有关，如凝结时间、收缩量、体积安定性测定等。为了使测试结果具有可比性，在测定水泥的凝结时间和体积安定性等性能时，应在一个标准的水泥稠度下进行。

水泥标准稠度用水量是指水泥净浆达到标准稠度时所需要的用水量，通常以占水泥质量的百分比来表示。

水泥标准稠度用水量应按国家标准《水泥标准稠度用水量、凝结时间、安定性检验方法》（GB/T 1346—2011）所规定的方法进行测定。将按标准规定的方法所拌制的水泥净浆，在水泥标准稠度维卡仪上，以试杆沉入净浆并距底板（6±1）mm时水泥净浆的稠度为标准稠度，其拌和用水量即该水泥的标准稠度用水量。水泥标准稠度用水量的大小主要与水泥的细度、矿物成分有关。不同品种的水泥，其标准稠度用水量也有所不同，一般为24%～33%，如硅酸盐水泥的标准稠度用水量为23%～28%。

5.凝结时间

凝结时间是指水泥从加水开始，到水泥浆失去可塑性所需要的时间。水泥的凝结时间分初凝和终凝。初凝时间是指从水泥加水拌和起到水泥浆开始失去可塑性所需要的时间；终凝时间是指从水泥加水拌和时起到水泥浆完全失去可塑性，并开始产生强度所需要的时间。水泥的凝结时间按国家标准《水泥标准稠度用水量、凝结时间、安定性检验方法》（GB/T 1346—2011）规定的方法进行测定。水泥的凝结时间与水泥熟料的矿物组成、拌和用水量、水泥细度、周围环境的温度与湿度等因素有关。水泥熟料中铝酸三钙含量增加，水泥凝结硬化越快；水泥颗粒越细，水化作用越快，凝结时间越短；拌和用水量少、养护时外界温度和湿度高，都可以加快水泥的凝结硬化。(www.xing528.com)

水泥的凝结时间对工程施工有着非常重要的意义。为使混凝土和砂浆有足够的时间进行搅拌、运输、浇注、振捣或砌筑，水泥的初凝时间不能太短；为加快混凝土的凝结硬化，缩短施工工期，水泥的终凝时间又不能太长。因此，国家标准规定：硅酸盐水泥的初凝时间不小于 45 min，终凝时间不大于 390 min；普通硅酸盐水泥、矿渣硅酸盐水泥、火山灰质硅酸盐水泥、粉煤灰硅酸盐水泥和复合硅酸盐水泥的初凝时间不小于45 min，终凝时间不得大于600 min。

6.体积安定性

水泥体积安定性是指水泥浆体在凝结硬化过程中体积变化是否均匀的性质。硅酸盐类水泥在凝结硬化过程中体积略有收缩，一般情况下水泥石的体积变化比较均匀，即体积安定性良好。如果水泥中某些成分的含量超出某一限度，水泥浆在凝结硬化过程中体积变化不均匀，会导致水泥石出现翘曲变形、开裂等现象，即体积安定性不良。体积安定性不良的水泥，会使结构物产生开裂，降低建筑工程的质量，影响结构物的正常使用。

水泥体积安定性不良，一般是由于水泥熟料中游离氧化钙、游离氧化镁含量过多或石膏掺量过大等原因所造成的。

水泥熟料中所含的游离氧化钙和氧化镁均属过烧状态，水化速度很慢，在水泥凝结硬化后才慢慢开始与水反应，生成体积膨胀性物质——氢氧化钙和氢氧化镁，在水泥石中产生膨胀压力，引起水泥石翘曲、开裂和崩溃。如果水泥中石膏掺量过大，在水泥硬化以后，多余的石膏还会继续与水泥石中的水化产物——水化铝酸钙——反应，生成水化硫铝酸钙，体积增大1.5倍，从而导致水泥石开裂。

国家标准规定，采用沸煮法检验水泥的体积安定性。测试时可采用试饼法（代用法）或雷氏法（标准法），测试结果有争议时以雷氏法为准。

试饼法是用标准稠度的水泥净浆做成试饼，经恒沸 3 h 以后，用眼睛观察试饼表面有无裂纹，用直尺检查试饼底部有无弯曲翘曲现象。若试饼表面无裂纹且试饼底部也没有弯曲翘曲现象，则水泥体积安定性合格；反之为不合格。雷氏法是测定水泥浆在雷氏夹中经沸煮3 h后的膨胀值。当两个试件沸煮后的膨胀值的平均值不大于 5.0 mm 时，则该水泥体积安定性合格，反之为不合格。

需要指出的是，沸煮法会起到加速游离氧化钙熟化的作用，所以，沸煮法只能检验出游离氧化钙过量所引起的体积安定性不良。游离氧化镁的水化作用比游离氧化钙更加缓慢，因此，游离氧化镁所造成的体积安定性不良，必须用压蒸的方法才能检验出来；石膏的危害则需要长时间浸泡在常温水中才能发现。由于游离氧化镁和石膏的危害作用不便于快速检验，所以，国家标准对水泥熟料中氧化镁、三氧化硫的含量作了严格规定，以保证水泥质量。

7.强　度

水泥强度一般是指水泥胶砂试件单位面积上所能承受的最大外力，是表示水泥力学性质的重要指标，也是划分水泥强度等级的依据。根据外力作用方式的不同，水泥的强度可分为抗压强度、抗折强度、抗拉强度等。

水泥的强度除了与水泥的矿物组成、细度有关外，还与用水量、试件制作方法、养护条件和养护时间等条件有关。水泥熟料中硅酸三钙、硅酸二钙含量越高，水泥强度越高；水泥颗粒越细，水化反应越完全充分，水泥强度越高；拌和用水量小，硬化后水泥石密实度增大，可提高水泥强度；保证一定的温度和湿度，有利于水泥的水化与凝结硬化，也可以提高水泥强度。

根据国家标准《水泥胶砂强度检验方法（ISO法）》（GB/T 17671—1999）规定，水泥和标准砂比为 1∶3、水灰比为 0.5，按规定的方法制成标准试件，在标准条件下进行养护，测其3 d、28 d的抗压强度和抗折强度。

根据3 d、28 d的抗压强度和抗折强度大小，将硅酸盐水泥、普通硅酸盐水泥、矿渣硅酸盐水泥、火山灰质硅酸盐水泥、粉煤灰硅酸盐水泥和复合硅酸盐水泥划分为若干个强度等级，其中带R的为早强型水泥。各强度等级水泥在不同龄期的强度应符合表3.2中的规定。

表3.2　通用硅酸盐水泥不同龄期的强度指标

8.水化热

水泥在水化过程中所放出的热量称为水化热。

水泥水化热的大小和放热速度的快慢与水泥熟料的矿物成分、水泥细度、混合材料掺入量有关。研究表明，水泥熟料中硅酸三钙和铝酸三钙含量越高，水化热越大，放热速度也越快；水泥颗粒越细，水化反应越快，水化热越大；混合材料掺入量越多，水泥的水化热越小，放热速度越慢。

水泥水化热能加速水泥的凝结硬化，对于混凝土的冬季施工非常有利，但对大型基础、桥梁墩台、大坝等大体积混凝土构筑物极其不利。这是由于水化热易积蓄在混凝土内部不易散失，使混凝土内部温度急剧上升，内外温差过大而使混凝土产生开裂，影响结构的安全性、完整性和耐久性。