土木工程材料

水泥是一种粉状水硬性无机胶凝材料。加水搅拌后成浆体，能在空气中或水中硬化，并能把砂、石等材料牢固地胶结在一起。通用水泥常见代号：硅酸盐水泥P·I、P·II；普通硅酸盐水泥P·O；矿渣水泥P·S；火山灰水泥P·P；粉煤灰水泥P·F；复合水泥P·C。

硅酸盐水泥生产：以石灰石和黏土为主要原料，经破碎、配料、磨细制成生料，煅烧成熟料，再加适量石膏（有时加混合材）磨细而成。两磨一烧是经典概括。

生产方法分干法与湿法：干法热耗低、扬尘大；湿法成分易匀、热耗高。

硅酸盐水泥熟料主要矿物：硅酸三钙$\mathrm{C_3S}$（约37%～60%）、硅酸二钙$\mathrm{C_2S}$（约15%～37%）、铝酸三钙$\mathrm{C_3A}$（约7%～15%）、铁铝酸四钙$\mathrm{C_4AF}$（约10%～18%）。$\mathrm{C_3S}$水化快、强度高、水化热高；$\mathrm{C_2S}$水化慢、后期强度高、水化热低；$\mathrm{C_3A}$水化最快、强度发展快但后期不高、水化热很高；$\mathrm{C_4AF}$水化较快、强度较低、水化热较低。

硅酸盐水泥主要水化反应（示意）：

完全水化后主要产物大约为：水化硅酸钙凝胶约70%（强度最主要来源）、氢氧化钙晶体约20%、水化铝酸钙约3%、水化硫铝酸钙（钙矾石）约7%。

水泥中掺入石膏（一般2%～5%）主要作用是调节凝结硬化速度。若不掺石膏，水泥浆会很快凝结；掺入后石膏与铝酸三钙反应生成硫铝酸钙沉淀包围水泥颗粒，延缓凝结。石膏过多会引起强度下降或瞬凝、安定性不良。

影响水泥凝结硬化的主要因素包括：熟料矿物组成、水泥细度、拌和用水量、养护温度与湿度、养护龄期等。一般3～14天强度增长较快，28天后增长缓慢，但强度增长可延续很久。

硅酸盐水泥初凝时间不得早于45min，终凝时间不得迟于6.5h。初凝不宜过早以便施工操作，终凝不宜过迟以免拖延工期。

水泥体积安定性不良的主要原因：熟料中游离氧化钙、游离氧化镁过多，或石膏掺入过多。游离CaO、MgO过烧后水化很慢，在水泥已硬化后才熟化膨胀（体积膨胀可超过97%等），导致开裂；石膏过多则后期生成钙矾石，体积约增大1.5倍。安定性用雷氏法或试饼沸煮法检验。

水泥强度按胶砂强度试验方法测定抗压、抗折，作为评定强度等级依据。硅酸盐水泥强度等级有42.5、42.5R、52.5、52.5R、62.5、62.5R等，R表示早强型。

水泥水化热大部分在水化初期（约7天内）放出。冬季施工时水化热有利于凝结硬化；大体积混凝土工程则应选用水化热较低的水泥，防止内外温差过大引起裂缝。