土木工程材料

水泥是加水拌合后能硬结的粉状水硬性胶凝材料。土木工程中用量最大的是硅酸盐系水泥。水泥石可在潮湿与水中继续保持并发展强度。

按用途与性能可分为通用水泥、专用水泥与特性水泥；按混合材料掺量与品种形成系列牌号。选用应同时满足强度、耐久与施工性能。

水泥生产基本流程：原料破碎粉磨→生料均化→煅烧熟料→加石膏等粉磨成水泥。熟料质量与石膏掺量显著影响凝结与强度。

硅酸盐水泥熟料主要矿物：$C_3S$（硅酸三钙）、$C_2S$（硅酸二钙）、$C_3A$（铝酸三钙）、$C_4AF$（铁铝酸四钙）。游离$CaO$、$MgO$过高会危害安定性；碱过高可能引发碱骨料反应。

水化示意：$C_3S+H\rightarrow C\text{-}S\text{-}H+CH$，$C_2S$类似但更慢；$C_3A$水化最快。石膏存在时$C_3A$生成钙矾石（AFt）以抑制闪凝。主要强度贡献来自 C-S-H 凝胶。

凝结硬化：水化早期形成薄膜与短棒状钙矾石；中期 C-S-H、CH 迅速增多使浆体失去流动性（凝结）；后期产物填充毛细孔形成水泥石（硬化）。未水化内核可长期残留。

细度常用比表面积或筛余表示；标准稠度用水量约 24%～30%。硅酸盐水泥初凝≥45 min，终凝≤600 min。安定性不合格严禁用于工程。

体积安定性不良主因：过多游离$CaO$、$MgO$或石膏。雷氏法膨胀值≤$5.0\,\mathrm{mm}$为合格争议仲裁方法；$MgO\le 5\%$，$SO_3\le 3.5\%$。

强度按 GB/T 17671（ISO法）：水泥:标准砂=1:3，水灰比 0.5，试件$40\times 40\times 160\,\mathrm{mm}$，$(20\pm 1)^\circ\mathrm{C}$水中养护，测 3 d、28 d 抗折与抗压。硅酸盐水泥强度等级含 42.5/52.5/62.5 及对应 R（早强）型。

普通硅酸盐水泥在硅酸盐水泥熟料基础上允许掺入较多混合材料，强度等级通常不含 62.5 与 62.5R。水化热、抗蚀性等随混合材料变化，选用需对照工程环境。