建德市永义建设工程检测有限公司 浙江省杭州市建德市 311600
摘要：水泥拥有良好的胶凝性能，水泥浆不但能在空气中硬化，还能更好的在水中硬化，保持并发展其强度，是建筑工程项目常用的胶凝材料，在施工中与砂、石、水、外加剂等，按照不同比例混合配置，形成不同性能及强度等级的混凝土，广泛应用于桥梁、隧道、水库大坝，城市的高楼大厦等建设项目中。自从19世纪人类发明了水泥，让建筑业完成了一次质的跨跃，可以说没有水泥就没有现代建筑业。根据预测，21世纪乃至更长的时期，水泥都将是主要的胶凝材料，产量仍将持续增加，在建筑业占居重要地位。其性能直接影响到建筑物的稳定性、可靠性、耐久性。
关键词：混凝土；配合比；水化热；裂缝；矿物；性能
目前生产和使用的水泥的种类繁多，我国建筑中常用的是通用硅酸盐水泥。
一、水泥矿物组成及主要的水化反应
水泥中的四种主要矿物为；硅酸三钙（3CaO·SiO2）；硅酸二钙（2CaO·SiO2）；铝酸三钙（3CaO·Al2O3）；铁铝酸四钙（4CaO·Al2O3·Fe2O3）。
硅酸三钙（3CaO·SiO2）的水化反应速度快，水化热量大，生成的水化硅酸钙几乎不溶于水，而以胶体微粒析出，并逐渐凝聚成为凝胶，反应生成的氢氧化钙很快在溶液中达到饱和，呈六方板状晶体析出。硅酸三钙早期与后期的强度均高。
硅酸二钙（2CaO·SiO2）水化反应的产物与硅酸三钙相同，只是数量上有所不同，而它水化反应慢，水化放热小。由于水化反应速度慢，因此早期强度低，但后期强度增进率大，一年后可赶上甚至超过硅酸三钙的强度。对于冬期施工的混凝土含不易过高，却对大体积混凝土的早期温度控制非常有利。
铁铝酸四钙（4CaO•Al2O3•Fe2O3））水化反应快，水化放热中等，生成的水化产物为水化铝酸三钙立方晶体与水化铁酸一钙凝胶，强度较低，抗拆性能好。所以道路水泥要提高硅酸三钙和铁铝酸四钙，有利于提高早期强度，粘结力、耐动压，耐磨各增加增大应变能力，降低硅酸二钙和铝酸三钙可驻减少收缩。故道路水泥要以低铝、高铁配方为宜。
铝酸三钙（3CaO·Al2O3）的水化反应速度极快，其部分水化产物-水化铝酸三钙晶体在氢氧化钙的饱和溶液中能与氢氧化钙进一步反应，生成水化铝酸钙晶体，两者的强度均较低。因水化反应速度极快，水化热是其他矿物水化热的数倍。因此，铝酸三钙含量较大时水泥早强，水泥容易使混凝土早期的温度收缩，自收缩和干燥收缩而开裂。
目前，我国混凝土尤其是中等以上强度等级的混凝土普遍使用高效减水剂和其他外加剂，因铝酸三钙而水化速度加快，使减水剂的吸附量也最大，早强水泥铝酸三钙含量高，造成水泥与一般外加剂的适应性差，易造成混凝土开裂收缩而裂缝
水泥的水化实际上是复杂的化学反应，迄今为止，尚没有一种统一的理论来阐述水泥的凝结硬化过程，现有的理论还存在着许多问题，有待于进一步研究，上述的反应是几个典型的水化反应。
二、水泥技术性质对混凝土的影响：
1、安定性
安定性是指水泥浆体硬化后体积变化的均匀性。
若水泥硬化后体积变化不稳定、均匀，即安定性不良，会导致混凝土产生膨胀破坏，造成严重的工程质量事故。因此，规范明确规定：水泥安定性不合格作废品处理，不得用于任何工程中。
在水泥中，由于熟料煅烧不完全而存在游离CaO与MgO（f-CaO，f-MgO），由于是高温生成，水化活性小，在水泥硬化后水化，产生体积膨胀，生产水泥时加入过多的石膏，在水泥硬化后还继续与固态的水化铝酸钙反应生成水化硫铝酸钙，产生体积膨胀。这三种物质的膨胀均会导致水泥安定性不良，即使得水泥石产生弯曲、裂缝甚至粉碎性破坏。所以尽管随着生产规模和技术和不断进步，水泥的性能相对稳定。但进场严格执行标准规范，看到三天检测报告后再启用水泥，是监理人员应严格执行的铁律。
2、水泥的细度
水泥的细度是指水泥颗粒的粗细程度，水泥细度通常采用筛析法或比表积法测定。国家标准规定，硅酸盐水泥的比表面积不小于300m2/Kg。一般认为水泥颗粒小于40μｍ才具有较高的活性，大于100μｍ活性就很小了，但颗料过细的水泥对混凝的性能产生不良影响。 水泥颗粒越细，与水反应的表面积愈大，水化作用的发展就越迅速而充分，使凝结硬化加快，早期强度大。
按现行的标准规范，水泥按3天、28天抗压抗折强度划分强度分级，随着磨制水泥的技术越来越好，水泥颗粒有越磨越细的趋势，小于3微米的颗料太多，水泥的需水量就偏大，将使硬化水泥浆体因水分过多引起孔隙率增加而降低强度。因前期水泥很快就水化完成，导致前期温升过快，温度裂缝更难控制，特别不利于大体积混凝土，对后期的强度增长却没有帮助，水化快消耗混凝土内部的水份较快，引起混凝土的自干燥收缩，细颗料易水化充分，产生更多的易于干燥收缩的凝胶和其他水化物，粗颗粒的减少，减少了稳定体积的未水化颗粒，因而影响到混凝土的长期性能。现有的凝土结构，砖混的设计寿命是50年，而重要建设筑、水库大坝等的设计寿命更长。有学术研究表明，由于超细的水泥颗粒含量太多，5O年后，有些混凝土的强度只能达到设计强度的 4O％，这是值得我们警惕的一件事。
另外，随着比表面积增加，与使用相同高效减水剂的适应性差。坍落度损失快，为减少流动度损失需要增加更多掺量的高效减水剂。不仅增加施工费用，而且可导致混凝土中水泥用量的增加，而影响混凝土的耐久性，同时，水泥细度太细还会影响混凝土的抗冻性、抗裂性。所以，对水泥的选择，细度也是不能忽视的因素。
3、水泥含碱量对混凝土的影响
水泥中的碱含量是按Na2O+0.658k2O计算的质量百分比率来表示。水泥中的碱在混凝土浇筑后就会逐渐和集料中的活性物质如活性SiO2反应，生成膨胀性的碱硅酸盐凝胶，在反应产物的数量吸水膨胀和内应力足以使混凝土开裂的时候，工程便开始出现裂缝。这种裂缝和对工程的损害随着碱骨料反应的发展而发展，严重时会使工程崩溃。这种反应和水泥的碱含量、集料的活性物质含量及混凝土的使用环境有关。
结束语
影响混凝性能的因素很多，诸如科学的配合比，施工浇捣，养护等，任一环节的纰漏都会影响最终混凝土构件的强度、外观、耐久等性能。而水泥的选择至关重要。对水泥的水化过程不断的深入研究，清晰各种水泥不同的性能，合理利用材料性质，配制科学合理的配合比，是一位建筑从业人员需要不断探讨和精进的课题。
参考文献：
[1]钱晓倩.建筑工程材料［M］浙江大学出版社2009，5：2001-5000
[2]高琼英.建筑材料［M］武汉工业大学出版社1999，3：35001-45000