3.2 水泥

水泥呈粉状，与水拌合后变稀，经水化反应后慢慢变稠，最终形成坚硬的水泥石。水泥不仅可以在空气中硬化，而且可以在潮湿环境、甚至在水中硬化，所以水泥是一种应用极为广泛的水硬性无机胶凝材料。

水泥是工程建设中最重要的建筑材料之一，广泛用于建筑、交通、水利、电力、国防建设等工程。水泥是制造各种形式的混凝土、钢筋混凝土和预应力钢筋混凝土构筑物最基本的组成材料，也常用于配制砂浆及灌浆材料等。

水泥的品种很多，按矿物组成可分为硅酸盐系列、铝酸盐系列、硫铝酸盐系列、铁铝酸盐系列等多种水泥。按用途和性能分为通用硅酸盐水泥、专用水泥和特性水泥三大类。通用硅酸盐水泥是指用于一般土木建筑工程的水泥，包括硅酸盐水泥、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、复合硅酸盐水泥；专用水泥是指有专门用途的水泥，如大坝水泥、油井水泥、砌筑水泥、道路水泥等；特性水泥是指具有比较突出的某种性能的水泥，如膨胀水泥、白色水泥、快硬硅酸盐水泥等。基于水泥品种较多，从应用角度考虑，本节重点介绍产量最大、应用最广的硅酸盐系列水泥中的通用硅酸盐水泥。

3.2.1 硅酸盐水泥

1.硅酸盐水泥的定义、类型及代号

凡由硅酸盐水泥熟料、0%～5%石灰石或粒化高炉矿渣和适量的石膏磨细制成的水硬性胶凝材料，称为硅酸盐水泥。硅酸盐水泥分两类：不掺混合材料的称Ⅰ型硅酸盐水泥，代号为P·Ⅰ；在硅酸盐水泥熟料粉磨时掺加不超过水泥熟料质量5%的石灰石或粒化高炉矿渣混合材料称Ⅱ型硅酸盐水泥，代号为P·Ⅱ。

2.硅酸盐水泥生产及其矿物组成

（1）硅酸盐水泥的生产

硅酸盐水泥熟料的生产是以适当比例的石灰原料、黏土质原料，再加入少量辅助材料磨细成生料，将生料在水泥窑中经过1 400℃～1 450℃的高温煅烧至部分熔融，冷却后得到硅酸盐水泥熟料，最后加入适量石膏共同磨细得到一定细度的硅酸盐水泥。整个生产过程可概括为“两磨一烧”。

（2）硅酸盐水泥熟料矿物组成

硅酸盐水泥主要由四种矿物组成，其名称、代号和矿物含量见表3-5。

从表3-5中可以看出，水泥熟料中硅酸二钙和硅酸三钙约占60%～80%，且是决定水泥强度的重要组成部分；铝酸三钙和铁铝酸四钙仅占25%左右，因此这类熟料得名硅酸盐水泥熟料。

除上述四种矿物成分外，水泥中还有游离氧化钙（f-CaO）、游离氧化镁（f-MgO）和含碱矿物等少量的有害成分，若有害成分过高，会降低水泥的质量，甚至成为废品，所以要严格控制水泥的有害成分。

（3）硅酸盐水泥的特性

四种矿物单独与水作用时，表现不同的特性，见表3-6。

由表3-6可知,C ₃ S水化速度快，水化热较大，早期和后期强度都很高，是决定水泥强度的主要矿物;C ₂ S的水化速度最慢，水化热小且是后期放出，保证了水泥后期强度;C ₃ A凝结硬化速度最快，水化热最大，且硬化时体积收缩比较大;C ₄ AF的水化速度也较快，仅次于C ₃ A,其水化热中等，可提高水泥抗拉强度。若改变水泥矿物之间的比例，水泥性质会发生相应的变化，可以制成不同性能的水泥。如提高C ₃ S的含量，可制得快硬高强水泥；提高C ₃ A含量和降低C ₄ AF的含量可制得道路水泥。

3.硅酸盐水泥的凝结硬化

（1）硅酸盐水泥的水化

水泥加水拌和后，成为具有良好可塑性的水泥浆，水泥浆逐渐变稠失去可塑性，但尚不具有强度的过程，称为水泥的“凝结”。随后水泥浆的可塑性完全失去，开始产生明显的强度并逐渐发展而成为坚硬的人造石材，这一过程称为水泥的“硬化”。水泥之所以能够凝结、硬化，发展成坚硬的水泥石，是因为水泥与水之间要发生一系列的水化反应。

（2）影响硅酸盐水泥凝结硬化的因素

①水泥的熟料矿物组成及细度。水泥熟料中各种矿物的凝结硬化特点不同，当水泥中各矿物的相对含量不同时，水泥的凝结硬化特点就不同。水泥磨得越细，水泥颗粒的平均粒径越小，比表面积越大，水化时与水的接触面越大，因而水化速度快，凝结硬化快，早期强度就高。

②水泥浆的水灰比。水泥浆的水灰比是指水泥浆中水与水泥的质量之比。当水泥浆中加水较多时水灰比较大，此时水泥的初期水化反应得以充分进行。但是水泥颗粒间原来被水隔开的距离较远，颗粒间相互连接形成骨架结构所需的凝结时间长，因此，水泥浆凝结较慢且空隙多降低了水泥石的强度。

③石膏的掺量。硅酸盐水泥中加入适量的石膏会起到良好的缓凝效果，且由于钙矾石的生成，还能提高水泥石的强度。但是石膏掺量过多时，可能危害水泥石的安定性。

④环境温度和湿度。水泥水化反应的速度与环境的温度有关，只有处于适当温度下，水泥的水化、凝结和硬化才能进行。通常，温度较高时，水泥的水化、凝结和硬化速度就较快，当环境温度低于零摄氏度时，水泥水化趋于停止，就难以凝结硬化。

水泥水化是水泥与水之间的反应，必须在水泥颗粒表面保持有足够的水分，水泥的水化凝结硬化才能充分进行。保持水泥浆温度和湿度的措施称为水泥的养护。

⑤龄期。水泥浆随着时间的延长水化物增多，内部结构就逐渐致密，一般来说，强度会不断增长。

4.通用硅酸盐水泥的品种

（1）硅酸盐水泥和普通硅酸盐水泥

根据国家标准《通用硅酸盐水泥》（GB 175—2007）规定，硅酸盐水泥的品种及组分见表3-7。

普通水泥中混合材料的掺加量比硅酸盐水泥多，其矿物组成的比例仍与硅酸盐水泥相似，所以普通水泥的性能、应用范围与同强度等级的硅酸盐水泥相近，其早期凝结硬化速度略微慢些,3d强度稍低。

（2）掺混合材料的硅酸盐水泥

磨细的混合材料与石灰、石膏或硅酸盐水泥一起，加水拌合后会发生化学反应，生成具有一定水硬性的胶凝物质，这种混合材料称为活性混合材料。在水泥中主要起填充作用而不与水泥发生化学反应的矿物材料，称为非活性混合材料。其主要目的是为了提高水泥产量，调节水泥强度等级，减小水化热等。

掺混合材料的硅酸盐水泥一般是指混合材料掺量在20%以上的硅酸盐系列水泥。主要品种包括矿渣硅酸盐水泥、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等。其矿物组分见表3-8。

（3）矿渣水泥

粒化高炉中的熔融矿渣经水淬等急冷方式形成的松软颗粒，在有碱激发的情况下，具有一定水硬性的材料称为粒化高炉矿渣。矿渣硅酸盐水泥中熟料含量少，粒化高炉矿渣的含量较多，因此，与硅酸盐水泥相比，矿渣水泥有以下几方面的特点。

①早期强度低，后期强度增长较快。矿渣水泥的水化过程是水泥熟料颗粒水化析出Ca（OH） ₂ 等产物，矿渣中的活性氧化硅和活性氧化铝受水化产物及外掺石膏的激发，进入溶液，然后与Ca（OH） ₂ 反应生成新的水化硅酸钙和水化铝酸钙凝胶体，并由于石膏存在，还同时生成钙矾石。由于矿渣水泥中熟料的含量相对减少，水化分两步进行，所以28d硬化速度慢，早期强度低，但二次反应后生成的水化硅酸钙凝胶逐渐增多，所以其后期强度发展较快，将赶上甚至超过硅酸盐水泥。

②抗侵蚀能力较强。矿渣水泥水化产物中Ca（OH） ₂ 含量少，碱度低，抗碳化能力较差，抗溶出性侵蚀的能力较强。

③水化热较低。矿渣水泥中熟料的减少，使水化时发热量高的C ₃ S和水化速度快的C ₃ A含量相对减少，故可在大体积混凝土工程中选用。

④干缩性大，抗渗性、抗冻性和抗干湿交替作用的性能均较差。矿渣颗粒亲水性较小，故矿渣水泥保水性较差，泌水性较大，容易在水泥石内部形成毛细通道，增加水分蒸发。因此，矿渣水泥干缩性较大，抗渗性、抗冻性和抗干湿交替作用的性能均较差，不宜用于有抗渗要求的混凝土工程。

⑤耐热性较好。矿渣水泥中掺入的矿渣本身是耐火材料，因此其耐火性能好，可用于耐热混凝土工程。

⑥对环境温度、湿度的灵敏度高。矿渣水泥低温时凝结硬化缓慢，当温度达到70℃以上的湿热条件下，硬化速度大大加快，甚至可超过硅酸盐水泥的硬化速度，强度发展很快，故适用于蒸汽养护。

（4）火山灰水泥

凡是天然或人工的以活性氧化硅和活性氧化铝为主要成分，具有火山性的矿物材料，都称为火山灰质混合材料。火山灰水泥和矿渣水泥在性能方面有很多共同点。两者都是水化反应分两步进行，早期强度低，后期强度增长率较大，水化热低，耐腐蚀性强，抗冻性差，易碳化等。

火山灰表面粗糙、多孔，所以火山灰水泥的用水量比一般的水泥都大，泌水性较小。火山灰质混合材料在石灰溶液中会产生膨胀现象，使拌制的混凝土较为密实，故抗渗性较高，宜用于有抗渗要求的混凝土工程。由于火山灰水泥在硬化过程中的干缩较矿渣水泥更为显著，在干热环境中易产生干缩裂缝，因此，使用时需加强养护，使其在较长时间内保持潮湿状态。

（5）粉煤灰水泥

粉煤灰是从电厂煤粉炉烟道气体中收集的粉末，主要化学成分为活性氧化硅和活性氧化铝，具有火山灰性，因此粉煤灰水泥实质上就是一种火山灰水泥，其水化硬化过程及其他性能与火山灰水泥极为相似。

粉煤灰水泥的主要特点是干缩性小，抗裂性较好。另外，粉煤灰颗粒呈球形（图3 11），能起一定的润滑作用，结构较致密，吸水能力弱，所以粉煤灰水泥的需水量小，配制成的混凝土和易性较好，水化热低，因此适用于水利工程及大体积混凝土工程。

（6）复合水泥

复合水泥中掺入两种或两种以上规定的混合材料，因此较掺单一混合材料的水泥具有更好的使用效果。复合水泥的特性与其所掺混合材料的种类、掺量及相对比例有密切关系。大体上其特性与矿渣水泥、火山灰水泥、粉煤灰水泥相似。

综上所述，通用硅酸盐水泥的特性见表3-9。

5.硅酸盐水泥的技术性质

根据国家标准《通用硅酸盐水泥》（GB 175—2007），对硅酸盐水泥的技术性质要求如下。

（1）化学指标

通用硅酸盐水泥的化学指标应符合表3 10的规定。不溶物是指经盐酸处理后的残渣，再以氢氧化钠溶液处理，经盐酸中和过滤后所得的残渣再经高温灼烧所剩的物质。烧失量是指水泥经高温灼烧处理后的质量损失率，用来限制石膏和混合材料中的杂质，以保证水泥的质量。

（2）标准稠度用水量

标准稠度用水量是指水泥净浆达到标准规定的稠度时所需拌合水量占水泥质量的百分数。因在测定水泥凝结时间、体检定性时，为了使所测得的结果有可比性，所用水泥净浆必须采用标准稠度。对于不同的水泥品种，水泥的标准稠度用水量一般都不同。

水泥的标准稠度检测试验步骤如下。

①试验前检查试验仪器是否能正常工作，包括维卡仪金属棒能自由滑动（图3-12）、水泥净浆搅拌机运行正常（图3-13），调整至试杆接触玻璃板时指针对准零。

②用搅拌机搅拌水泥净浆。首先将搅拌锅和搅拌叶片用抹布湿润后，将拌合水倒入搅拌锅，然后将称好的500 g水泥加入锅中，进行搅拌。

③搅拌结束后，将拌制好的水泥净浆装入已置于玻璃板上的试模中，用小刀插捣，轻轻振动数次。刮去多余的净浆。抹平后迅速将试模和底板移到维卡仪上，使试模的中心对准试杆，试杆至水泥接触面，拧紧螺丝1～2 s后，突然放松，使试杆自由下落。在试杆落入水泥净浆中30 s后记录试杆距底板的距离，整个过程在1.5 min内完成。

④测定实验结果是以试杆沉入净浆并距底板（6±1）mm的水泥净浆为标准稠度净浆，其拌和水量为该水泥的标准稠度用水量。

（3）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。水泥全部加水后至水泥开始失去塑性的时间称为水泥初凝，水泥全部加水后至水泥净浆完全失去可塑性并开始产生强度所需的时间称为水泥的终凝。

水泥的凝结时间在工程施工中具有重要意义。为保证在水泥初凝之前，混凝土有足够的时间进行搅拌、运输、浇筑、振捣等工序的操作，故初凝时间不宜过短；当混凝土浇捣完成后应尽早凝结硬化，以利下道工序进行，故终凝时间不宜过长。

根据国标规定：通用水泥的初凝时间均不得早于45 min,硅酸盐水泥的终凝时间不得迟于6.5 h,其他五种水泥的终凝时间不得迟于10 h。水泥的初、终凝时间都是采用标准稠度的水泥净浆在（20±2）℃，相对湿度不低于50%的环境下测定的。

水泥凝结时间的测试步骤如下：

①调整好标准法维卡仪试针，使其接触玻璃板时指针对零。

②将搅拌好并装模好的标准稠度净浆[方法见（2）]，放入标准养护箱进行养护。

③初凝时间的测定。试件在养护箱里养护至30 min后测定第一次，临近初凝时，每隔5 min测定一次。测定时试针与水泥净浆表面接触，拧紧螺丝1～2 s后，突然放松，试杆自由下落，试针插入水泥净浆，整个过程约30 s后开始读数，当试针沉入距底板4 mm±1 mm时，为水泥初凝时间。测定时需注意，金属棒要自由徐徐下落，防止试针撞弯，且试针沉入位置需离试模内壁至少10 mm,每次测定不能插入同一个测定孔。

④终凝时间的测定。将初凝针换成终凝针，在初凝测定后将试模从玻璃板上取下，翻转180°，直径大端朝上，小端向下放在玻璃板上，放入标准养护箱，接近终凝时，每隔15 min测定一次，当试针沉入试件0.5 mm,且终凝针上圆环附件不能在试件上留下痕迹时，为水泥的终凝时间（图3-14）。

⑤初凝和终凝时间用min表示。

（4）强度

水泥强度是选用水泥的主要技术指标。划分水泥强度等级是依据国标《水泥胶砂强度检测方法（ISO法）》（GB/T 17671—2021）测定。方法为将水泥和标准砂按1∶3混合，水灰比为0.5,按规定方法制成40 mm×40 mm×160 mm的试件，在（20±1）℃、相对湿度≥90%的养护箱中养护24 h,脱模后放在温度（20±1）℃的水中养护至3 d和28 d测定其抗压强度和抗折强度。根据测定结果，按表3-11的规定，确定该水泥的强度等级。

硅酸盐水泥分为42.5、42.5R、52.5、52.5R、62.5、62.5R六个强度等级，普通水泥分为42.5、42.5R、52.5、52.5R四个强度等级，其他四种水泥分为32.5、32.5R、42.5、42.5R、52.5、52.5R六个强度等级。其中有代码R者为早强型水泥。通用水泥各强度等级的3d、28d强度均不得低于表3-11中的规定值。

水泥胶砂强度检测步骤如下。

①先按水泥与标准砂的质量比为1∶3,水灰比为0.5,称取450 g水泥,1 350 g ISO标准砂和225 g拌合水。

②将称好的拌合水放入已湿润搅拌锅，再加入水泥，把锅放稳后，开动胶砂搅拌机，低速搅拌30 s,在第二个30 s开始的同时均匀地将砂子加入砂漏，砂从砂漏中漏入锅内转至高速再拌30 s。停拌90 s,在第1个15 s内用一胶皮刮具将叶片和锅壁上的胶砂，刮入锅中间，在高速下继续搅拌60 s。

③胶砂制备后立即进行成型。将空试模（图3-15）和模套固定在振实台上，用一个适当勺子直接从搅拌锅里将胶砂分两层装入试模（图3 16）。装第一层时，每个槽里约放300 g胶砂，用大播料器垂直架在模套顶部沿每个模槽来回一次将料层播平，接着振实60次。再装入第二层胶砂，用小播料器播平，再振实60次。移走模套，从振实台（图3-18）上取下试模，用一金属直尺（图3-17）以近似90°的角度架在试模模顶的一端，然后沿试模长度方向以横向锯割动作慢慢向另一端移动，一次将超过试模部分的胶砂刮去，并用同一直尺以近乎水平的情况下将试体表面抹平，并在试模上做标记。

④抗折强度测定。将试体一个侧面放在试验机（图3-19）支撑圆柱上，试体长轴垂直于支撑圆柱，通过加荷圆柱以（50±10）N/s的速率均匀地将荷载垂直地加在棱柱体相对侧面上，直至折断（图3-20）。保持两个半截棱柱体处于潮湿状态直至抗压试验。

抗折强度 f _m 以牛顿每平方毫米（MPa）表示，按下式进行计算：

式中: F —折断时施加于棱柱体中部的荷载,N;

L —支撑圆柱之间的距离,mm;

b —棱柱体正方形截面的边长,mm。

⑤抗压强度测定

抗压强度试验通过水泥抗压试验仪器（图3-21），在半截棱柱体的侧面上进行。半截棱柱体中心与压力机压板受压中心盖应在±0.5 mm内，棱柱体露在压板外的部分约有10 mm。在整个加荷过程中以2 400 N/s±200 N/s的速率均匀地加荷直至破坏（见图3 22）。

抗压强度 f 以牛顿每平方毫米（MPa）为单位，按下式进行计算：

式中: P —破坏时的最大荷载,N;

A —受压部分面积,mm ² （40 mm×40 mm=1 600 mm ² ）。

（5）体积安定性

水泥的体积安定性是指水泥在凝结硬化过程中，体积变化的均匀性。如果水泥硬化后产生不均匀的体积变化，会使水泥混凝土结构物产生膨胀性裂缝，降低工程质量，甚至引起严重事故，此即体积安定性不良。

引起水泥体积安定性不良的原因两方面，一方面是由于水泥熟料矿物组成中含有过多游离氧化钙（f-CaO）、游离氧化镁（f-MgO）,f-CaO和f-MgO是在高温下生成，处于过烧状态，水化很慢，它们在水泥凝结硬化后再慢慢水化，其水化产物Ca（OH） ₂ 和Mg（OH） ₂ 的体积膨胀增长两倍以上，从而导致硬化的水泥石开裂、翘曲、疏松和崩溃；另一方面是水泥在磨细时石膏掺量过多，而过量石膏会与已固化的水化铝酸钙作用，生成水化硫铝酸钙（钙矾石），产生体积膨胀，造成硬化水泥石开裂。

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：由游离氧化钙引起的水泥体积安定性不良可采用沸煮法检验。沸煮法包括试饼法和雷氏法两种。试饼法是将标准稠度水泥净浆做成试饼，标准养护（24±2）h,沸煮3 h后，若用肉眼观察未发现裂纹，用直尺检查没有弯曲现象，则称为安定性合格。雷氏法是标准稠度水泥净浆在雷氏夹中，标准养护（24±2）h,沸煮3 h后的膨胀值，若膨胀量在规定值内则为安定性合格。当试饼法和雷氏法两者结论有矛盾时，以雷氏法为准。

由于氧化镁和石膏引起的体积安定性不良不便于快速检验，因此，在水泥生产中要严格控制。国家标准规定：通用水泥中游离氧化镁含量不得超过5.0%，三氧化硫不得超过3.5%，如果水泥压蒸试验合格，则水泥中氧化镁的含量允许放宽到6.0%。

水泥安定性检测方法如下。

①将预先准备好的雷氏夹放在已稍擦油的玻璃板上，并立即将已制好的标准稠度净浆一次装满雷氏夹（图3-23），装浆时一只手轻轻扶持雷氏夹，另一只手用宽约10 mm的小刀插捣数次，然后抹平，盖上稍涂油的玻璃板，接着立即将试件移至湿气养护箱内养护（24±2）h。

②调整好沸煮箱（图3-24）内的水位使能保证在整个沸煮过程中都超过试件，不需中途添补试验用水同时又能保证在（30±5）min内升至沸腾。

③脱去玻璃板取下试件，先测量雷氏夹指针尖端间的距离，精确到0.5 mm,接着将试件放入沸腾箱水中的试件架上，指针朝上然后在（30±5）min内加热至沸并恒沸（180±5）min。

④结果判定：沸煮结束后，立即放掉沸煮箱中的热水，打开箱盖，待箱体冷却至室温，取出试件进行判断。测量雷氏夹指针尖端的距离，准确至0.5 mm,当两个试件煮后增加距离的平均值不大于5.0 mm时即认为该水泥安定性合格；大于5.0 mm时为不合格；当两个试件的值相差超4.0 mm时，应用同一样品立即重做一次试验。若试验结果仍然和上次相同，则认为该水泥为安定性不合格。

（6）碱含量

碱含量是指水泥中Na ₂ O和K ₂ O的含量。水泥中碱含量过高，遇到有活性的骨料，易产生碱—骨料反应，造成工程危害。国家标准规定：水泥中碱含量按Na ₂ O+0.658 K ₂ O计算值来表示。若使用活性骨料，用户要求提供低碱水泥时，水泥中的碱含量应不大于0.60%或由供需双方商定。

（7）细度

细度是指水泥颗粒的粗细程度。水泥颗粒过细、过粗都不好，因此细度应适宜。国家标准规定：硅酸盐水泥和普通水泥的细度以比表面积表示，其比表面积不小于300 m ² /kg;其他四种水泥的细度用筛析法，要求在0.08 mm方孔筛筛余不大于10%或0.045 mm方孔筛筛余不大于30%。测定方法可采用勃氏比表面积仪测定（图3-25）。

根据国标《水泥比表面积测定法勃氏法》（GB/T 8074—2008）测定步骤如下。

①捣实试样时，在试样放入圆筒后，按水平方向轻轻摇动，使试样均匀分布在筒中（使表面成水平），然后再用捣器捣实。这样制备的水泥层，空隙分布就比较均匀。

②对一般硅酸盐水泥，空隙率为0.48±0.02（T-3仪）和0.500±0.005（勃氏仪）。掺有软质多孔混合材的水泥，过细的水泥以及密度小的物料，这个数值就需适当改变。在测定需要相互比较的物料时，空隙率改变不应太大，否则会影响试验结果的可比性。

③比表面积计算公式中考虑了密度的因素，因此水泥影响试验结果的可比性。

④测定前要检查仪器的密封性，及时处理漏气的地方，保证试验过程中无漏气。

⑤仪器的液面应保持在一定刻度，不在这个刻度时，要及时调整。

⑥垫在带孔圆板上的滤纸大小应与圆筒内径一致，不能太大，也不能太小。

⑦捣器捣实水泥层时，捣器的边必须与圆筒上接触，以保证料层达一定记度。

⑧抽气时，要用阀控制进气量让液面徐徐上升，以免液体损失。

6.水泥石的腐蚀与防范

水泥硬化后，在一般的条件下有较高的耐久性，但水泥石长期处于侵蚀性介质中时，如流动的软水、酸性溶液、强碱性溶液等环境下，会慢慢受到腐蚀。水泥石腐蚀的表现基本有两种情况：一是孔隙率变大，变得疏松，强度降低，导致破坏；二是内部生成膨胀性物质，使水泥石膨胀开裂、翘曲和破坏。水泥石腐蚀一般分为四种主要类型。

（1）软水腐蚀

软水腐蚀又称溶出性侵蚀。当水泥石长期处于软水中时，水泥石中的Ca（OH） ₂ 逐渐溶于水中。由于Ca（OH） ₂ 的溶解度较小，仅微溶于水，因此在静止和无水压的情况下,Ca（OH） ₂ 很容易在周围溶液中达到饱和，使溶解反应停止，不会对水泥石产生较大的破坏作用。但在流动水中，溶解的Ca（OH） ₂ 被流动水带走，水泥石中的Ca（OH） ₂ 继续不断地溶解于水。随着侵蚀不断增加，水泥石中Ca（OH） ₂ 含量降低，还会使水化硅酸钙、水化铝酸钙等水化产物分解，引起水泥石结构破坏和强度降低。

（2）酸腐蚀

酸腐蚀又称为溶解性化学腐蚀，是指水泥石中Ca（OH） ₂ 与碳酸以及一般酸发生中和反应，形成可溶性盐类的腐蚀。

盐酸与水泥石中Ca（OH） ₂ 发生化学反应，会生成极易溶于水的氯化钙，其化学方程式如下：

硫酸与水泥石中的Ca（OH） ₂ 作用，反应式如下：

生成的二水硫酸钙或直接在水泥石孔隙中结晶膨胀，或者再与水泥石中的水化铝酸钙作用，生成高硫型水化硫铝酸钙针状晶体（俗称水泥杆菌）。高硫型水化硫铝酸钙含有大量的结晶水，体积发生膨胀。

（3）盐类腐蚀

盐类主要包括镁盐、硫酸盐、氯盐等，对水泥石均会不同程度地产生腐蚀。硫酸盐和镁盐对水泥石的腐蚀作用最强，与水泥石接触后会发生以下化学反应：

反应生成的CaSO ₄ ·2H ₂ O,一方面可直接造成水泥石结构破坏；另一方面会与水泥石中的水化铝酸钙反应生成水化硫铝酸钙，使水泥石体积发生更大的膨胀。由于是在已经硬化的水泥石中发生的，因此对水泥石有极大的破坏作用。由于生成的Mg（OH） ₂ 溶解度很小，极易从溶液中析出，且Mg（OH） ₂ 易吸水膨胀，可导致水泥石结构破坏，故硫酸镁具有双重腐蚀作用，破坏性极大。

（4）强碱腐蚀

当介质中碱含量较低时，对水泥石不会产生腐蚀；当介质中碱含量高且水泥石中水化铝酸钙含量较高时，会发生以下反应：

由于生成的Na ₂ O·Al ₂ O ₃ 极易溶于水，造成水泥石密实度下降，强度和耐久性降低。

为了减少水泥石腐蚀，可采取以下措施。

①根据侵蚀环境的特点，合理选择水泥品种。如采用水化后产生氢氧化钙含量少的水泥，可提高对软水等侵蚀性液体的抵抗能力。

②提高水泥石的密实度。水泥石的密实度越大，孔隙率越小，气孔和毛细孔等孔隙越少，则腐蚀性介质难以进入水泥石内部，可提高水泥石的抗腐蚀性能。

③用耐腐蚀的石料、陶瓷、塑料在水泥石表面作保护层。沥青等覆盖水泥石表面，可以阻止腐蚀性介质与水泥石直接接触和侵入水泥石内部，达到防止腐蚀的目的。

7.通用水泥的选用

根据各类混凝土工程的性质和所处的环境条件，按表3-12选用。

8.其他品种水泥

（1）专用水泥

专用水泥是指专门用途的水泥，如道路硅酸盐水泥、油井水泥、白色水泥和彩色水泥。

①道路硅酸盐水泥

由较高铁铝酸钙含量的硅酸盐道路水泥熟料、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）。对道路水泥的性能要求是耐磨性好、收缩小、抗冻性好、抗冲击性好，有高的抗折强度和良好的耐久性。道路水泥的上述特性主要依靠改变水泥熟料的矿物组成、粉磨细度、石膏加入量及外加剂来达到。

②油井水泥

油井水泥专用于油井、气井、地固井工程，又称堵塞水泥。它的主要作用是将套管与周围的岩层胶结封固，封隔地层内油、气、水泥，防止互相窜扰，以便在井内形成一条从油层流向地面，隔绝良好的油流通道。

③装饰水泥

装饰水泥指白色水泥和彩色水泥。在水泥生料中加入少量金属氧化物着色剂直接烧成彩色熟料，也可制得彩色水泥。

白色硅酸盐水泥的组成、性质与硅酸盐水泥基本相同，所不同的是在配料和生产过程中严格控制着色氧化物（Fe ₂ O ₃ 、MnO ₂ 、Cr ₂ O ₃ 、TiO ₂ 等等）的含量。彩色硅酸盐水泥简称彩色水泥。它是用白水泥熟料、适量石膏和耐碱矿物颜料共同磨细而制成的。白水泥和彩色水泥广泛地应用于建筑装修中，如制作彩色水磨石、饰面砖、锦砖、玻璃马赛克以及制作水刷石、斩假石、水泥花砖等。

（2）特性水泥

特性水泥是指某种性能比较突出的水泥，如中热水泥和低热矿渣水泥、快硬水泥、抗硫酸盐水泥、膨胀水泥等。

①中热水泥和低热矿渣水泥

中热硅酸盐水泥是由适当成分的硅酸盐水泥熟料加入适量石膏磨细而成的，具有中等水化热的水硬性胶凝材料，简称中热水泥。中热硅酸盐水泥的主要特点为水化热低，适用于大坝和大体积混凝土工程。

低热矿渣硅酸盐水泥是由适当成分的硅酸盐水泥熟料加入矿渣和适量石膏磨细而成的具有低水化热的水硬性胶凝材料，简称低热矿渣水泥。其矿渣掺量为水泥质量的20%～60%，允许用不超过混合材总量50%的磷渣或粉煤灰代替矿渣。低热矿渣水泥主要适用于大坝或大体积建筑物内部及水下工程。

②快硬水泥

a.快硬硅酸盐水泥。凡以硅酸盐水泥熟料和石膏磨细制成，以3d抗压强度表示标号水硬性胶凝材料，称为快硬硅酸盐水泥（简称快硬水泥）。快硬硅酸盐水泥生产方法与硅酸水泥基本相同，只是要求C ₃ S和C ₃ A含量高些。快硬硅酸盐水泥水化放热速率快，水化热较高，早期强度高，但干缩率较大，主要用于抢修工程、军事工程、预应力钢筋混凝土构件，适用于配制干硬混凝土，水灰比可控制在0.40以下。

b.快硬硫铝酸盐水泥。以无水硫铝酸钙和硅酸二钙为主要成分的熟料，加入适量石膏磨细制成的具有早期强度高的特点水硬性胶凝材料，称为快硬硫铝酸盐水泥。快硬硫铝酸盐水泥的主要矿物为无水硫铝酸钙和β-C ₂ S。快硬水泥可用来配制早强、高等级的混凝土及紧急抢修工程以及冬季施工和混凝土预制构件，但不能用于大体积混凝土工程及经常与腐蚀介质接触的混凝土工程。《快凝快硬硫铝酸盐水泥》（JC/T 2282—2014）规定，快硬硫酸铝盐水泥初凝时间不得早于25 min,终凝时间不得迟于3 h。

③抗硫酸盐水泥。按抗硫酸盐侵蚀程度，分为中抗硫酸盐硅酸盐水泥和高抗硫酸盐硅酸盐水泥两类。以适当成分的硅酸盐水泥熟料，加入适量石膏磨细制成的，具有抵抗中等浓度硫酸根离子侵蚀的水硬性胶凝材料，称为中抗硫酸盐硅酸盐水泥（简称中抗硫水泥），代号为P.MSR。以适当成分的硅酸盐水泥熟料，加入适量石膏磨细制成的、具有抵抗较高浓度硫酸根离子侵蚀的水硬性胶凝材料，称为高抗硫酸盐硅酸盐水泥（简称高抗硫水泥），代号P.HSR。

抗硫酸盐水泥适用于一般受硫酸盐侵蚀的海港、水利、地下、隧涵、道路和桥梁基础等工程设施。

④膨胀水泥。通用水泥在空气中硬化时会收缩，导致混凝土产生裂缝，使一系列性能变坏。膨胀水泥可克服通用水泥混凝土的这一缺点。膨胀水泥的种类有硅酸盐膨胀水泥、铝酸盐膨胀水泥，硫铝酸盐膨胀水泥和铁铝酸钙膨胀水泥。

膨胀水泥的膨胀是由于水泥石中形成了钙矾石。通过调整各组分比例，即可得到不同膨胀值的膨胀水泥。膨胀水泥主要用于配制收缩补偿混凝土、构件接缝及管道接头、混凝土结构的加固和修补、防渗堵漏工程、机器底座和地脚螺丝固定。

3.2.2 水泥的取样、验收和保管

水泥是工程结构最重要的胶凝材料，水泥质量对建筑工程的安全有十分重要的意义。因此，对进入施工现场的水泥必须进行验收，以检测水泥是否合格，确定水泥是否能够用于工程中。水泥的验收包括包装标志和数量的验收、检查出厂合格证和试验报告、复试、仲裁检验等四个方面。

1.通用水泥的取样

（1）水泥交货时的质量验收可抽取实物试样以其检验结果为依据，也可以水泥厂同编号水泥的试验报告为依据。采用何种方法验收由买卖双方商定，并在合同或协议中注明。

以水泥厂同编号水泥的试验报告为验收依据时，在发货前或交货时，买方在同编号水泥中抽取试样，双方共同签封后保存三个月；或委托卖方在同编号水泥中抽取试样，签封后保存三个月。在三个月内，买方对质量有疑问时，则买卖双方应将签封的试样送交有关监督检验机构进行仲裁检验。

以抽取实物试样的检验结果为验收依据时，买卖双方应在发货前或交货地共同取样和签封。取样方法按《水泥取样方法》（GB/T 12573—2008）进行，取样数量为20 kg,缩分为两等份：一份由卖方保存40 d,一份由买方按相应标准规定的项目和方法进行检验。在40 d以内，买方检验认为产品质量不符合相应标准要求，而卖方也有异议时，则双方应将卖方保存的另一份试样送交有关监督检验机构进行仲裁检验。

水泥出厂后三个月内，如购货单位对水泥质量提出疑问或施工过程中出现与水泥质量有关问题需要仲裁检验时，用水泥厂同一编号水泥的封存样进行。若用户对体积安定性、初凝时间有疑问要求现场取样仲裁时，生产厂应在接到用户要求后,7 d内会同用户共同取样，送水泥质量监督检验机构检验；生产厂在规定时间内不去现场，用户可单独取样送检，结果同等有效。仲裁检验由国家指定的省级以上水泥质量监督机构进行。

（2）复验按照《混凝土结构工程施工质量验收规范》（GB 50204—2015），以及工程质量管理的有关规定，用于承重结构的水泥，用于使用部位有强度等级要求的混凝土用水泥，或水泥出厂超过三个月（快硬硅酸盐水泥为超过一个月）和进口水泥，在使用前必须进行复验，并提供试验报告。水泥的抽样复验应符合见证取样送检的有关规定。

2.通用水泥的验收

（1）包装标志和数量的验收

①包装标志的验收。水泥的包装方法有散装和袋装两种。散装水泥一般采用散装水泥输送车运输至施工现场，采用气动输送至散装水泥贮仓中贮存。袋装水泥采用多层纸袋或多层塑料编织袋进行包装。在水泥包装袋上应清楚地标明产品名称、代号、净含量、强度等级、生产许可证编号、生产者名称和地址、出厂编号、执行标准号、包装时间等主要包装标志。包装袋两侧应印有水泥名称和强度等级。硅酸盐水泥和普通硅酸盐水泥的印刷采用红色，矿渣硅酸盐水泥的印刷采用绿色，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印刷采用黑色。散装水泥在供应时必须提交与袋装水泥标志相同内容的卡片。

②数量的验收。袋装水泥每袋净含量为50 kg,且不得少于标志质量的99%；随机抽取20袋总质量不得少于1 000 kg。其他包装形式由供需双方协商确定，但有关袋装质量要求，必须符合上述原则规定。

（2）质量的验收

水泥复验的项目，在水泥标准中作了规定，包括不溶物、氧化镁、三氧化硫、烧失量、细度、凝结时间、安定性、强度和碱含量等九个项目。水泥生产厂家在水泥出厂时已经提供了标准规定的有关技术要求的试验结果，通常复验项目只检测水泥的安定性、凝结时间和胶砂强度三个项目。

3.水泥的保管

水泥进入施工现场后，必须妥善保管，一方面不使水泥变质，使用后能够确保工程质量；另一方面可以减少水泥的浪费，降低工程造价。保管时需注意以下几个方面。

（1）水泥在运输与储存时不得受潮和混入杂物，不同品种和不同强度等级的水泥要分别存放，并应用标牌加以明确标示。

（2）储存水泥时防水防潮、防漏。做到上盖下垫水泥临时库房应设置在通风、干燥、屋面不渗漏、地面排水通畅的地方。堆垛不宜过高，一般不超过10袋，场地狭窄时最多不超过15袋，袋装水泥平放时，离地、离墙30 cm以上堆放。袋装水泥一般采用平放并叠放。堆垛过高，则上部水泥重力全部作用在下面的水泥上，容易使包装袋破裂而造成水泥浪费。

（3）贮存期不能过长，通用水泥贮存期不超过3个月。贮存期若超过3个月，水泥会受潮结块，水泥强度会大幅度降低。过期水泥应按规定进行取样复验，并按复验结果使用，但不允许用于重要工程和工程的重要部位。