水硬性胶凝材料主要特性（粉状水硬性无机胶凝材料）

水泥：加水拌和成塑性浆体，能胶结砂、石等材料既能在空气中硬化又能在水中硬化的粉末状水硬性胶凝材料。旧时水泥又称"洋灰"，是粉状水硬性无机胶凝材料。加水搅拌后成浆体，能在空气中硬化或者在水中硬化，并能把砂、石、钢筋等材料牢固地胶结在一起。长期以来，它作为一种重要的胶凝材料，广泛应用于土木建筑、水利、国防等工程。

一、水泥的生产历史

1756年，英国工程师J.斯米顿在研究某些石灰在水中硬化的特性时发现：要获得水硬性石灰，必须采用含有粘土的石灰石来烧制；用于水下建筑的砌筑砂浆，最理想的成分是由水硬性石灰和火山灰配成。这个重要的发现为近代水泥的研制和发展奠定了理论基础。

1796年，英国人J.帕克用泥灰岩烧制出了一种水泥，外观呈棕色，很像古罗马时代的石灰和火山灰混合物，命名为罗马水泥。因为它是采用天然泥灰岩作原料，不经配料直接烧制而成的，故又名天然水泥。具有良好的水硬性和快凝特性，特别适用于与水接触的工程。

1813年，法国的土木技师毕加发现了石灰和粘土按三比一混合制成的水泥性能最好。

1824年，英国建筑工人约瑟夫·阿斯谱丁发明了水泥并取得了波特兰水泥的专利权。他用石灰石和粘土为原料，按一定比例配合后，在类似于烧石灰的立窑内煅烧成熟料，再经磨细制成水泥。因水泥硬化后的颜色与英格兰岛上波特兰地方用于建筑的石头相似，被命名为波特兰水泥。它具有优良的建筑性能，在水泥史上具有划时代意义。

1871年，日本开始建造水泥厂。

1877年，英国的克兰普顿发明了回转炉，并于1885年经兰萨姆改革成更好的回转炉。

1889年，中国河北唐山开平煤矿附近，设立了用立窑生产的唐山"细绵土"厂。1906年在该厂的基础上建立了启新洋灰公司，年产水泥4万吨。

1893年，日本远藤秀行和内海三贞二人发明了不怕海水的硅酸盐水泥。

1907年，法国比埃利用铝矿石的铁矾土代替粘土，混合石灰岩烧制成了水泥。由于这种水泥含有大量的氧化铝，所以叫做"矾土水泥"。

20世纪，人们在不断改进波特兰水泥性能的同时，研制成功了一批适用于特殊建筑工程的水泥，如高铝水泥，特种水泥等。全世界的水泥品种已发展到100多种。中国在1952年制订了第一个全国统一标准，确定水泥生产以多品种多标号为原则，并将波特兰水泥按其所含的主要矿物组成改称为矽酸盐水泥，后又改称为硅酸盐水泥至今。

二、水泥的分类

⒈ 按用途及性能分为：

(1) 通用水泥： 一般土木建筑工程通常采用的水泥。通用水泥主要是指：GB175-2007规定的六大类水泥。即：

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。

(2)专用水泥：专门用途的水泥。如：G级油井水泥，道路硅酸盐水泥。

(3)特性水泥：某种性能比较突出的水泥。如：快硬硅酸盐水泥、低热矿渣硅酸盐水泥、膨胀硫铝酸盐水泥、磷铝酸盐水泥和磷酸盐水泥。

⒉ 按其主要水硬性物质名称分为：

(1)硅酸盐水泥，即国外通称的波特兰水泥。

(2)铝酸盐水泥；

(3)硫铝酸盐水泥；

(4)铁铝酸盐水泥；

(5)氟铝酸盐水泥；

(6)磷酸盐水泥；

(7) 以火山灰或潜在水硬性材料及其他活性材料为主要组分的水泥。

⒊ 按主要技术特性分为：

(1) 快硬性(水硬性)：分为快硬和特快硬两类；

(2) 水化热：分为中热和低热两类；

(3) 抗硫酸盐性：分中抗硫酸盐腐蚀和高抗硫酸盐腐蚀两类；

(4) 膨胀性：分为膨胀和自应力两类；

(5) 耐高温性：铝酸盐水泥的耐高温性以水泥中氧化铝含量分级。

三、水泥的命名原则:

水泥的命名按不同类别分别以水泥的主要水硬性矿物、混合材料、用途和主要特性进行，力求简明准确，名称过长时，允许有简称。

通用水泥以水泥的主要水硬性矿物名称冠以混合材料名称或其他适当名称命名。

专用水泥以其专门用途命名，可冠以不同型号。

特性水泥以水泥的主要水硬性矿物名称冠以水泥的主要特性命名，可冠以不同型号或混合材料名称。

以火山灰性或潜在水硬性材料以及其他活性材料为主要组分的水泥是以主要组成成分的名称冠以活性材料的名称进行命名，也可再冠以特性名称，如石膏矿渣水泥、石灰火山灰水泥等。

四、水泥的种类

⒈ 硅酸盐水泥：由硅酸盐水泥熟料、0%-5%石灰石或粒化高炉矿渣、适量石膏磨细制成的水硬性胶凝材料，称为硅酸盐水泥，分P.I和P.II，即国外通称的波特兰水泥。

⒉ 普通硅酸盐水泥：由硅酸盐水泥熟料、6%-20%混合材料，适量石膏磨细制成的水硬性胶凝材料，称为普通硅酸盐水泥(简称普通水泥)，代号P.O。

⒊ 矿渣硅酸盐水泥：由硅酸盐水泥熟料、20%-70%粒化高炉矿渣和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，代号P.S。

⒋ 火山灰质硅酸盐水泥：由硅酸盐水泥熟料、20%-40%火山灰质混合材料和适量石膏磨细制成的水硬性胶凝材料。称为火山灰质硅酸盐水泥，代号P.P。

⒌ 粉煤灰硅酸盐水泥：由硅酸盐水泥熟料、20%-40%粉煤灰和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，代号P.F。

⒍ 复合硅酸盐水泥：由硅酸盐水泥熟料、20%-50%两种或两种以上规定的混合材料和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(简称复合水泥)，代号P.C。

⒎ 中热硅酸盐水泥：以适当成分的硅酸盐水泥熟料、加入适量石膏磨细制成的具有中等水化热的水硬性胶凝材料。

⒏ 低热矿渣硅酸盐水泥：以适当成分的硅酸盐水泥熟料、加入适量石膏磨细制成的具有低水化热的水硬性胶凝材料。

⒐ 快硬硅酸盐水泥：由硅酸盐水泥熟料加入适量石膏，磨细制成早强度高的以3天抗压强度表示标号的水泥。

⒑ 抗硫酸盐硅酸盐水泥：由硅酸盐水泥熟料，加入适量石膏磨细制成的抗硫酸盐腐蚀性能良好的水泥。

⒒ 白色硅酸盐水泥：由氧化铁含量少的硅酸盐水泥熟料加入适量石膏，磨细制成的白色水泥。

⒓ 道路硅酸盐水泥：由道路硅酸盐水泥熟料，0%-10%活性混合材料和适量石膏磨细制成的水硬性胶凝材料，称为道路硅酸盐水泥，(简称道路水泥)。

⒔ 砌筑水泥：由活性混合材料，加入适量硅酸盐水泥熟料和石膏，磨细制成主要用于砌筑砂浆的低标号水泥。

⒕ 油井水泥：由适当矿物组成的硅酸盐水泥熟料、适量石膏和混合材料等磨细制成的适用于一定井温条件下油、气井固井工程用的水泥。

⒖ 石膏矿渣水泥：以粒化高炉矿渣为主要组分材料，加入适量石膏、硅酸盐水泥熟料或石灰磨细制成的水泥。

五、水泥的主要技术指标

⒈ 主要技术指标

(1)比重与容重：标准水泥比重为3.1，容重通常采用1300公斤/立方米。

(2)细度：指水泥颗粒的粗细程度。颗粒越细，硬化得越快，早期强度也越高。

(3)凝结时间：水泥加水搅拌到开始凝结所需的时间称初凝时间。从加水搅拌到凝结完成所需的时间称终凝时间。硅酸盐水泥、普通硅酸盐水泥初凝时间不早于45分钟，终凝时间不迟于6.5小时；火山灰水泥、粉煤灰水泥、复合硅酸盐水泥终凝时间初凝在1-3h，而终凝为4-6小时。

(4)强度：水泥强度应符合国家标准。

(5)体积安定性：指水泥在硬化过程中体积变化的均匀性能。水泥中含杂质较多，会产生不均匀变形。

(6)水化热：水泥与水作用会产生放热反应，在水泥硬化过程中，不断放出的热量称为水化热。

(7)标准稠度：指水泥净浆对标准试杆的沉入具有一定阻力时的稠度。

⒉ 六大水泥标准的主要内容

⑴ 水泥标号改为强度等级

六大水泥老标准实行以Kgf/cm2表示的水泥标号，如325、425、425R、525、525R等。

新标准实行以Mpa表示的强度等级，如32.5、32.5R、42.5、42.5R、52.5、52.5R等，使强度等级的数值与水泥28天抗压强度指标的最低值相同。

新标准还统一规划了中国水泥的强度等级：

硅酸盐水泥分为三个等级6个类型，42.5、42.5R、52.5、52.5R、62.5、62.5R；

普通硅酸盐水泥分为二个等级4个类型，42.5、42.5R、52.5、52.5R；

矿渣硅酸盐水泥、火山灰硅酸盐水泥、粉煤灰硅酸盐水泥分三个等级6个类型即32.5、32.5R、42.5、42.5R、52.5、52.5R；

⑵ 强度龄期与各龄期强度指标设置

六大水泥新标准规定的水泥强度龄期均为3天、28天两个龄期，每个龄期均有抗折与抗压强度指标要求。

六、混凝土

混凝土，简称为“砼(tóng)”：是指由胶凝材料将集料胶结成整体的工程复合材料的统称。通常讲的混凝土一词是指用水泥作胶凝材料，砂、石作集料；与水(加或不加外加剂和掺合料)按一定比例配合，经搅拌、成型、养护而得的水泥混凝土，也称普通混凝土，它广泛应用于土木工程。

⒈ 水泥凝结时间

水泥和水后将成为具有可塑性的半流体，经过一段时间后，水泥浆逐渐失去可塑性，并保持原来的形状，这种现象叫做凝结(分为初凝及终凝)。随后即进入了硬化期，水泥的强度逐渐增加。

施工中要求水泥的凝结时间有一定的范围。如果凝结过快，混凝土很快会失去流动性，从而影响振捣；如果凝结过慢，就会影响施工速度。因此，标准规定水泥的初凝时间和终凝时间应在一定范围之内。

凝结时间的测定是采用标准稠度的水泥净浆，在一定的温度和湿度条件下进行。由加水时算起，至试针沉入净浆中距底板0.5-1. Omm时为止，所需时间为初凝时间，此时净浆开始失去可塑性；至试针沉入净浆中不超过1. Omm时为止，所需时间为终凝时间，此时净浆完全失去可塑性而开始进入硬化期。

⒉ 安定性

水泥在硬化过程中，如果不产生不均匀的体积变形，没有产生裂缝、弯曲等现象，则称为体积安定性合格；如果水泥硬化后体积产生了不均匀变化，造成有害的膨胀，将使建筑物开裂，甚至崩溃，则称为安定性不合格。此种水泥不能在工程中使用。

如果水泥中含有过多的游离氧化钙或氧化镁，特别是颗粒较粗，而且在工厂的存放时间又较短时，就会产生安定性不合格的现象。因为这种过火(1000℃以上)的氧化钙与氧化镁没有完全经过充分熟化，本身水化很慢，在水泥凝结以后即在有水泥石约束的条件下才开始水化，产生体积膨胀后，就会形成开裂现象。此外，如果水泥中三氧化硫含量过多时，会生成硫铝酸钙，体积膨胀，也将造成安定性不良。

七、水泥的质量鉴别

⒈ "望"泥知优劣

首先，从外观上看包装质量。看是否采用了防潮性能好不易破损的复膜编织袋，标识是否清楚、齐全。通常，正规厂家出产的水泥应该标有以下内容:注册商标、产地、生产许可证编号、执行标准、包装日期、袋装净重、出厂编号、水泥品种等。其次，仔细观察水泥的颜色。一般来讲，水泥的正常颜色应呈灰白色，颜色过深或有变化有可能是其它杂质过多。

⒉ "闻"泥析品质

这里的"闻"不是闻气味，毕竟闻水泥对消费者是不安全的，这里的"闻"是"听"，听商家介绍关于水泥的配料，从而来推断水泥的品质。正规厂家在水泥的原料选择上则十分严谨，生产出的水泥具有凝结时间适中、粘结强度高、耐久性好的特点。

⒊ "问"泥的来源

主要是询问水泥的生产厂家和生产工艺，看其"出身"是否正规，生产工艺是否先进。当前，非法建材装修市场上的水泥产品以小立窑工艺生产的居多，不但产品质量十分不稳定，也是环保的大敌；而一些专业大厂采用新型干法旋窑生产，采用先进的计算机技术控制管理，能够确保水泥产品质量稳定。

⒋ "切"泥知寿命

主要用手指来给水泥"号脉"，辨别其出厂时间的长短。水泥也有保质期，一般而言，超过出厂日期30天的水泥强度将有所下降。储存三个月后的水泥其强度下降10%-20%，一年后降低25%-40%。能正常使用的水泥应无受潮结块现象，优质水泥用手指捻水泥粉末，感到有颗粒细腻的感觉。包装劣质的水泥，开口检查会有受潮和结块现象；劣质水泥用手指捻水泥粉末，有粗糙感，说明该水泥细度较粗、不正常，使用的时候强度低，黏性很差。

八、水泥的污染防治

水泥行业是我国继电力、钢铁之后的第三大用煤大户，水泥工业二氧化碳的排放量仅次于电力行业，矿山资源消耗与生态破坏问题突出的水泥业即将迎来新一轮淘汰潮。国家将通过水泥工业污染防治技术标准的收紧，全面削减水泥工业的污染物排放，化解水泥业产能过剩的问题。

水泥行业是重点污染行业，其颗粒物排放占全国颗粒物排放量的20-30%，二氧化硫排放占全国排放量的5%-6%，有些立窑生产中加入萤石以降低烧成热耗，还造成周边地区的氟污染。

我国水泥熟料平均烧成热耗115千克标煤/吨，比国际先进水平高10%多。全国现有规模以上水泥生产企业约4000家，新型干法水泥生产线1500多条。如果通过技术改造和监管到位，颗粒物排放减少50%，氮氧化物减少25%，每年可减少排污费约30万元，相当于年吨水泥少交费0.15万元，按全国水泥量18.6亿吨计算，今后5年可减少排污费达13.95亿元。同时减少了粉尘、二氧化硫、二氧化氮的污染，环境及社会效益巨大。

如果水泥行业能在今后五年内达到30%的原料/燃料替代率，则每年可减少二氧化碳排放2.8亿吨，同时因降低化石燃料的使用而成本节省达3720亿元，产生巨大的环保及经济效益。

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