2.1 水泥

水泥是水利水电工程混凝土结构的主要建筑材料。大体积混凝土常用的水泥有硅酸盐水泥、中热硅酸盐水泥、低热硅酸盐水泥、普通硅酸盐水泥、低热矿渣硅酸盐水泥、矿渣硅酸盐水泥、粉煤灰硅酸盐水泥、复合硅酸盐水泥等；抗冲磨防空蚀混凝土宜选用强度等级不小于42.5级的中热硅酸盐水泥、硅酸盐水泥及普通硅酸盐水泥；环境水对混凝土有侵蚀时，应根据侵蚀类型及程度采用高抗硫酸盐水泥、中抗硫酸盐水泥、硅酸盐水泥掺30%以上的Ⅰ、Ⅱ粉煤灰或磨细矿渣；厂房结构混凝土，可采用普通硅酸盐R型水泥。拱坝或基础约束区可在试验论证的基础上采用具有延迟性膨胀胶凝材料。

2.1.1 硅酸盐水泥熟料的化学成分及矿物组成

国家水泥标准规定的硅酸盐水泥的定义为：凡以适当成分的生料，烧至部分熔融，得到以硅酸钙为主要成分的硅酸盐水泥熟料，加入适当的石膏，磨细制成的水硬性胶凝材料，称为硅酸盐水泥。

2.1.1.1 硅酸盐水泥的主要化学成分^［2-1］

硅酸盐水泥熟料的化学成分主要有氧化钙（CaO）、氧化硅（SiO₂）、氧化铝（Al₂O₃）、氧化铁（Fe₂O₃）、氧化镁（MgO）等。它们在熟料中的含量范围大致如下：CaO为60%～67%，SiO₂为19%～25%，Al₂O₃为3%～7%，Fe₂O₃为2%～6%，MgO为1%～4%，SO₃为1%～3%，K₂O+Na₂O为0.5%～1.5%。

2.1.1.2 硅酸盐水泥的矿物组成^［2-2］

在高温下煅烧成的水泥熟料含有四种主要矿物，即硅酸三钙（3CaO·SiO₂），简称C₃S；硅酸二钙（2CaO·SiO₂），简称C₂S；铝酸三钙（3CaO·Al₂O₃），简称C₃A；铁铝酸四钙（4CaO·Al₂O₃·Fe₂O₃），简称C₄AF。这几种矿物成分的性质各不相同，它们在熟料中的相对含量改变时，水泥的技术性能也就随之改变，它们的一般含量及主要特征如下：

（1）C₃S——含量40%～55%，它是水泥中产生早期强度的矿物，C₃S含量越高，水泥28d以前的强度也越高。水化速度比C₂S快，28d可以水化70%左右，但比C₃A慢。这种矿物的水化热比C₃A低，较其他两种矿物高。

（2）C₂S——含量20%～30%，它是四种矿物成分中水化最慢的一种，28d水化只有11%左右，是水泥中产生后期强度的矿物。它对水泥强度发展的影响是：早期强度低，后期强度增长量显著提高，一年后强度还继续增长。它的抗蚀性好，水化热最小。

（3）C₃A——含量2.5%～15%，它的水化作用最快，发热量最高。强度发展虽很快但不高，体积收缩大，抗硫酸盐侵蚀性能差，因此有抗蚀性要求时C₃A+C₄AF含量不超过22%。

（4）C₄AF——含量10%～19%，它的水化速度较快，仅次于C₃A。水化热及强度均属中等。含量多时对提高抗拉强度有利，抗冲磨强度高，脆性系数小。

除上述几种主要成分外，水泥中尚有以下几种少量成分：

（1）MgO——含量多时会使水泥安定性不良，发生膨胀性破坏。

（2）SO₃——主要是煤中的硫及由掺入的石膏带来的。掺量合适时能调节水泥凝结时间，提高水泥性能，但过量时不仅会使水泥快硬，也能使水泥性能变差。因此，规定SO₃含量不得超过3.5%。

（3）游离CaO——为有害成分，含量超过2%时，可能使水泥安定性不良。

（4）碱分（K₂O，Na₂O）——含量多时会与活性骨料作用引起碱骨料反应，使体积膨胀，导致混凝土产生裂缝。

2.1.2 硅酸盐水泥的凝结和硬化机理^［2-1］

水泥加水拌合后，最初形成具有塑性的浆体，然后逐渐变稠并失去塑性，这一过程称为凝结。此后，强度逐渐增加而变成坚固的石状物体——水泥石，这一过程称为硬化。水泥凝结与硬化过程是一系列复杂的化学反应及物理化学反应过程。

2.1.2.1 凝结硬化的化学过程

水泥的凝结与硬化主要是水泥矿物的水化反应。水泥的水化反应比较复杂，一般认为水泥加水后，水泥矿物与水发生如下一些化学反应。

硅酸三钙与水作用反应较快，生成水化硅酸钙及氢氧化钙：

2（3CaO·SiO₂ ）+6H₂O—→3CaO·2SiO₂ ·3H₂O+3Ca（OH）₂

硅酸二钙与水作用反应最慢，生成水化硅酸钙及氢氧化钙：

2（2CaO·SiO₂ ）+4H₂O—→3CaO·2SiO₂ ·3H₂O+Ca（OH）₂

铝酸三钙与水作用反应极快，生成水化铝酸钙：

3CaO·Al₂O₃+6H₂O—→3CaO·Al₂O₃ ·6H₂O

在饱和石膏和Ca（OH）₂溶液中，铝酸三钙首先反应生成硫铝酸钙：

3CaO·Al₂O₃+3CaSO₄+31H₂O—→3CaO·Al₂O₃ ·3CaSO₄ ·31H₂O

铁铝酸四钙与水和氢氧化钙作用反应也较快，生成水化铝酸钙和水化铁酸钙：

4CaO·Al₂O₃ ·Fe₂O₃+2Ca（OH）₂+10H₂O—→3CaO·Al₂O₃ ·6H₂O+3CaO·Fe₂O₃ ·6H₂O

以上列出的反应式实际上是示意性的，并不是确切的化学反应式。因为矿物的水化反应生成物都是一些很复杂的体系。随着温度和熟料的矿物组成比例的变化，水化物的类型和结晶程度都会发生变化。比较确切的反应式为

反应式后面生成的水化物，表示组合不固定的水化物体系。

各种矿物的水化速度对水泥的水化速度有很大的影响，是决定性的因素。

C₃S最初反应较慢，但以后反应较快。

C₃A则与C₃S相反，开始时反应很快，以后反应较慢。

C₄AF开始的反应速度较快，但以后变慢。

C₂S的水化速度最慢，但在后期稳步增长。

2.1.2.2 凝结硬化的物理过程^［2-2］

硅酸盐水泥的水化过程可分为四个阶段：初始反应期、诱导期、凝结期和硬化期。

当硅酸盐水泥与水混合时，立即产生一个快速反应，生成过饱和溶液，然后反应急剧减慢，这是由于在水泥颗粒周围生成了硫铝酸钙微晶膜或胶状膜。接着就是慢反应阶段，称为诱导期。诱导期终了后，由于渗透压的作用，使水泥颗粒表面的薄膜包裹层破裂，水泥颗粒得以继续水化，进入凝结期和硬化期。

水泥在凝结硬化过程中，发生水化反应的同时又发生着一系列物理化学变化。水泥加水后，化学反应起初是在颗粒表面上进行的。C₃S水解生成的Ca（CH）₂溶于水中，使水变成饱和的石灰溶液，使其他生成物不能再溶解于水中。它们就以细小分散状态的固体微粒析出，这些微粒聚集形成凝胶。凝胶这种胶状物质有黏性，是水泥浆可塑性的来源，使水泥浆能够黏着在骨料上，并使拌合物产生和易性。随着化学反应的继续进行，水泥浆中的胶体颗粒逐渐增加，凝胶大量吸收周围的水分，而水泥颗粒的内核部分也从周围的凝胶包覆膜中吸收水分，继续进行水解和水化。随着水泥浆中的游离水分逐渐减少，凝胶体逐渐变稠，水泥浆也随之失去可塑性，开始凝结。

所形成的凝胶中有一部分能够再结晶，另一部分由于在水中的可溶性极小而长期保持胶体状态。氢氧化钙凝胶和水化铝酸钙凝胶是最先结晶的部分。它们的晶体和水化硅酸钙凝胶由于内部吸水而逐渐硬化。晶体逐渐成长，凝胶逐渐脱水硬化，未水化的水泥颗粒内核又继续水化，这些复杂交错的过程使水泥硬化能延续若干年之久。

水泥凝结硬化过程可以归纳为以下四个特点：

（1）水泥的水化反应是由颗粒表面逐渐深入到内层的复杂的物理化学过程，这种作用起初进行较快，以后逐渐变慢。

（2）硬化的水泥石是由晶体、胶体、未完全水化的水泥颗粒、游离水分及气孔等组成的不均质结构。

（3）水泥石的强度随龄期而发展，一般在28d内较快，以后变慢，因此应加强早期养护。

（4）温度越高，凝结硬化速度越快。

2.1.3 水泥矿物组成对水泥性能的影响

1.对强度的影响

硅酸盐水泥的强度受其熟料矿物组成影响较大。矿物组成不同的水泥，其水化强度的发展是不相同的。就水化物而言，C₃S具有较高的强度，特别是较高的早期强度。C₂S的早期强度较低，但后期强度较高。C₃A和C₄AF的强度均在早期发挥，后期强度几乎没有发展，但C₄AF的强度大于C₃A的强度，水泥熟料单矿物的水化物强度见表2.1-1^［2-1］。

2.对水化热的影响

水泥单矿物的水化热试验数值有较大的差别，但是其大体的规律是一致的。不同熟料矿物的水化热和放热速度大致遵循下列顺序：

C₃A＞C₃S＞C₄AF＞C₂S

硅酸盐水泥四种主要组成矿物的相对含量不同，其放热量和放热速度也不相同。C₃A与C₃S含量较多的水泥其放热量大，放热速度也快，对大体积混凝土防止开裂是不利的，见表2.1-2^［2-1］。

3.水泥熟料矿物的水化速度

水泥熟料矿物的结合水量和水化速度见表2.1-3^［2-1］。

4.对保水性的影响

水泥保水性不仅与水泥的原始分散度有关，而且与其矿物组成有关。不同C₃A含量的水泥保水性与水灰比关系见图2.1-1^［2-1］。从图可见，C₃A含量越大，则水泥保水性越好。

为获得密实度大和强度高的水泥石或混凝土，要求水泥浆体的流动性好，而需水量少；同时要求保水性好，泌水量少，而又具有比较密实的凝聚效果。但是流动性好与需水量少是矛盾的，保水性好与结构密实也是矛盾的。因此，需要采用一些工艺措施（如高频振动）或掺减水剂等方法来调整这些矛盾。

5.对收缩的影响

四种矿物对收缩的影响见表2.1-4^［2-1］，表中以C₃A的收缩率最大，它比其他三种熟料矿物的收缩率高3～5倍。C₃A、C₂S和C₄AF三种矿物的收缩率相差不大，因此水工建筑物混凝土应尽量降低C₃A含量。

6.对水泥脆性系数的影响^［2-2］

水泥胶砂抗压强度与抗折强度比值称为水泥的脆性系数（Δk），水泥的脆性系数大，表明水泥本身的抗裂性及抗磨性差。水泥熟料矿物成分的C₃A含量大，不仅水化热及收缩性大，且脆性系数也大，对抗裂极为不利；C₃S含量大，同样水化热高，脆性系数也大。因此，为了提高水泥的抗脆性能力，应尽量提高水泥熟料中C₂S与C₄AF含量，使水泥脆性系数降低。

表2.1-5列出了沙牌、普定与岩滩工程使用水泥与其对应的国标水泥的熟料矿物组成与水泥脆性系数。东风水泥中掺入了一定量的低碱性钢渣，从而使东风中热425号水泥的脆性系数最小，其次为白花中热425号水泥，硅酸盐水泥脆性系数最大。为了提高水泥的抗裂及抗磨性，道路硅酸盐水泥规范中，规定C₄AF含量大于16%，C₃A含量小于5%。C₃A含量大，抗磨差、干缩率大，水化热高及脆性大；C₃S含量大，虽可提高早期强度，但其水化热也大，脆性也大；C₂S含量高，水化热小，后期强度增长率大，水泥脆性小，对抗裂有利；C₄AF含量大，生成的水化产物密致性好，凝胶多，水泥中的纤维状、针棒状及禾束状水化产物多，对提高抗裂、抗磨性极为有利。

7.水泥品种对混凝土抗冲耐磨强度的影响^［2-2］

水泥的矿物组成成分对混凝土的物理力学性能起决定性作用，特别是抗冲耐磨混凝土更为重要。水泥熟料中的主要矿物成分（C₃S、C₂S、C₃A、C₄AF）的水化产物的结构形成一般分两类，一类为胶凝体，另一类为结晶体。属胶凝体的水化产物有C—S—H、C—F—H等，胶凝体比结晶体具有更大的韧性。C₃S和C₂S水化产生C—S—H胶凝体的同时也生成CH晶体，C₃S比C₂S产生的CH多，因此水泥中的C₃S含量越大，水泥的脆性也越大。C₄AF水化时不仅消耗一定的CH，同时还生成C—F—H凝胶，因此为了提高水泥的韧性，降低水泥的脆性，应尽量提高水泥中的C₄AF和C₂S含量，而降低C₃S和C₃A的含量。

采用中热水泥、矿渣水泥及普硅水泥配制抗冲磨混凝土进行对比试验，试验粗骨料为卵石二级配。第一批砂细度模数为2.6，砂率25%，外加剂为萘系0.7%；第二批细度模数为2.2，砂率23%，外加剂为丙烯酸SX 0.7%，其试验结果见表2.1-6。从表可以看出：

1）第一批矿渣水泥比中热水泥抗冲磨强度降低22%，第二批普硅水泥比用中热水泥抗冲磨强度降低19%。说明用中热水泥比用矿渣水泥及普硅水泥抗冲磨性能好。

2）从劈拉强度来看，胶材量相等，中热水泥劈拉强度达4.2MPa，而普硅水泥只有3.4MPa，抗拉强度降低19%，这对抗裂不利。

表2.1-6说明采用中热水泥其C₄AF、C₂S含量高，可提高混凝土抗冲磨强度及抗拉强度，对抗冲磨混凝土的抗裂及抗冲磨都有利。

综上所述，水泥的矿物成分是决定各种水泥性能的决定性因素，因此在使用水泥前应首先了解各厂生产的水泥熟料矿物成分，掺什么品种混合材及其掺量。根据不同工程建筑物的要求，提出不同水泥矿物成分的要求。为了提高水工混凝土的施工特性，最好采用高铁、高硅、低铝及低饱和比或中饱和比的水泥生料配方，才能生产出具有低热、低脆性、低收缩或无收缩、高抗裂、高抗渗、高抗蚀、高抗冲磨及高耐久性的多功能水泥。

2.1.4 水泥品种和基本组分

（1）通用硅酸盐水泥（GB 175—2007）

通用硅酸盐水泥是以硅酸盐水泥熟料和适量的石膏及规定的混合材料制成的水硬性胶凝材料。

通用硅酸盐水泥按混合材料的品种和掺量分为硅酸盐水泥、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等6种。各品种水泥的组分和代号见表2.1-7^［2-2］的规定。

（2）中热硅酸盐水泥、低热硅酸水泥及低热矿渣硅酸盐水泥（GB 200—2003）

①中热硅酸盐水泥：以适当成分（C₃S≤55%，C₃A≤6%与f-CaO≤1.0%）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（3d≤251kJ/kg，7d≤293kJ/kg）的水硬性胶凝材料，称为中热硅酸盐水泥（简称中热水泥），代号P.MH。

②低热硅酸盐水泥：以适当成分（C₃A≤6%，C₂S≥40%，f-CaO≤1.0%）的硅酸盐水泥熟料，适量石膏，磨细制成的具有低水化热的水硬性胶凝材料，称为低热硅酸盐水泥（简称低热水泥），代号P.LH。

③低热矿渣硅酸盐水泥：以适当成分（C₃A≤8%，f-CaO≤1.2%，MgO≤5%，压蒸合格允许放宽到6%）的硅酸盐水泥熟料，加入粒化高炉矿渣、适量石膏，磨细制成的具有低水化热的水硬性胶凝材料，称为低热矿渣硅酸盐水泥（简称低热矿渣水泥），代号P.SLH。低热矿渣水泥中粒化高炉矿渣掺量按质量百分比计为20%～60%，允许用不超过混合材总量50%的粒化电炉磷渣或粉煤灰代替部分粒化高炉矿渣。

（3）抗硫酸盐硅酸盐水泥（GB 748—2005）

①中抗硫酸盐硅酸盐水泥。以特定矿物组成（C₃S≤55%，C₃A≤5.0%）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，简称中抗硫酸盐水泥，代号P.MSR。

②高抗硫酸盐硅酸盐水泥。以特定矿物组成（C₃S≤50%，C₃A≤3%）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，简称高抗硫酸盐水泥，代号P.HSR。

（4）低热微膨胀水泥（GB 2938—1997）

凡以粒化高炉矿渣为主要组分，加入适量硅酸盐水泥熟料和石膏，磨细制成具有低热和微膨胀性能的水硬性胶凝材料，称为低热微膨胀性水泥，代号LHEC。

2.1.5 水泥的性能^［2-6］

（1）密度

硅酸盐水泥的密度一般在3.05～3.20g/cm³之间，火山灰质硅酸盐水泥和矿渣硅酸盐水泥的密度一般在2.70～2.90g/cm³之间，硅酸盐水泥的密度主要取决于矿物成分、熟料煅烧程度、存放时间等。水泥熟料矿物C₃S、C₂S、C₃A、C₄AF的密度分别为3.25g/cm³、3.28g/cm³、3.04g/cm³、3.77g/cm³，故熟料中C₄AF含量较多时，水泥的密度就大些。一般生烧的熟料其密度较正常煅烧者为小，而过烧的熟料密度较大。水泥在存放过程中，因f-CaO与空气中的水分及CO₂反应变为Ca（OH）₂和CaCO₃（其密度分别为2.23g/cm³、2.70g/cm³），因此存放过久的水泥，其密度稍有降低。

（2）细度

水泥的细度是表示水泥的磨细程度或水泥分散度的指标，是检验水泥品质的主要技术项目之一。测量细度的方法，一般有筛析法和透气法，筛析法又分为水筛法和干筛法，筛析法的细度是采用0.080mm方孔筛上的筛余量来表示的。透气法又称为比表面积法，它是根据常压空气穿透水泥层时，所受到的阻力大小计算而得的。它是以每千克水泥具有的表面积（m²）来表示。

水泥细度对其凝结硬化及强度会产生影响。水泥越细，其颗粒比表面积越大，与水接触的面积越多，水化作用越快，凝结硬化速度也快，强度发展越早。反之，水泥颗粒越粗，水化硬化速度越慢，强度发展也慢。但细度越细，不仅在磨细过中消耗较多能量，增加水泥成本，而且会增加水泥需水量，增大收缩性。

水泥颗粒组成，一般认为粒径小于40μm时才具有较高的活性，大于100μm时，活性就很小了，大颗粒的水泥几乎接近于惰性。当水泥颗粒粒径在7～200μm范围内时，颗粒粒径愈小，强度愈大，但水泥颗粒过细时，虽然早期强度增长比较快，但后期有下降的趋势。

（3）标准稠度用水量

由于水泥一些性质的测定受加水量多少影响较大，故在测定这些性质时，必须规定在一定稠度下进行，这个稠度称为标准稠度。水泥净浆达到标准稠度时，其所用的拌合水量，即为水泥标准稠度用水量。

标准稠度用水量，因水泥熟料矿物组成、混合材种类、水泥细度等因素不同而异。硅酸盐水泥标准稠度一般在24%～30%之间。

水泥标准稠度用水量对混凝土的性能有一定的影响。标准稠度用水量大的水泥，配制混凝土达到一定工作度时所需要的用水量就多，对混凝土的密度和强度会产生不利的影响。因此，在拌制混凝土时，尽可能选用标准稠度用水量较小的水泥。

（4）凝结时间

水泥加水经搅拌形成水泥浆体，由于水化反应逐渐生成的水化物，使之具有一定的结构强度，此时，水泥浆体系也由半流体状态转变为凝固体状态，亦即由塑性逐渐转变为完全失去塑性，这一过程称之为水泥的凝结。

水泥的凝结时间分为初凝时间和终凝时间。初凝时间是从水泥加水后拌合至水泥浆凝聚结构开始形成，塑性降低的过程所需的时间。终凝时间是指自水泥加水后拌合至水泥浆体转变为较紧密的固体状态后完全失去塑性所需的时间。

水泥的凝结时间，受水泥的矿物组成影响，其中C₃A的影响最大，为了调节水泥的凝结时间，在水泥粉磨过程中加入一定数量的石膏，使水泥的凝结时间控制在国家标准要求之内。

水泥的凝结时间在混凝土施工中具有重要意义，为了满足混凝土施工从拌合、运输、浇筑、振捣等工序操作过程所需的时间，初凝时间不宜过快；而在施工振捣完成之后，尽早完成凝结硬化并具有一定的强度，以利于下一步施工，终凝时间也不宜过长。水泥标准中对各种硅酸盐水泥的初凝时间、终凝时间都有明确规定。

（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。体积安定性是水泥的重要指标。如果水泥体积不安定，会导致建筑物出现开裂和剥落，严重影响建筑物的安全。

造成水泥安定性不良主要原因如下：

①游离氧化钙是经高温煅烧后没有与其他氧化物化合的过烧石灰。在初期游离氧化钙几乎不起水化作用，全部水化需时数月。这种游离石灰在水泥已硬化后缓慢水化，引起体积膨胀，破坏了体积安定性。其水化生成物的体积比原体积大两倍以上，致使水泥石内部产生扩张性应力，轻者降低水泥石或混凝土抗拉强度，重者产生裂缝，导致破坏。

②水泥中的氧化镁有部分是呈游离的方镁石晶体状态存在，水化速度比游离石灰更为缓慢，往往要在水泥硬化数年以后才表现出破坏性膨胀。要在短时间检验氧化镁的不安定性，不能用检测氧化钙的压蒸法，而必须在压力约14个气压的高压蒸汽中才能反映氧化镁的不安定性。一般只规定氧化镁最大含量，不做高压蒸煮试验。我国规定水泥熟料氧化镁含量不得超过5%。

③SO₃过多能在已硬化的水泥石中形成高硫型水化硫铝酸钙晶体，体积膨胀，破坏水泥石的结构。

（6）泌水性和保水性

水泥的泌水性是因水泥颗粒与水的密度差异而形成的离析现象，它的后果是使水泥与骨料及钢筋粘结力减弱，混凝土相邻两个浇筑层面结合力下降，还可能在混凝土中出现水囊，破坏混凝土的密实性。

水泥的保水性是水泥调水后，水能够均匀地分散在水泥浆体系中，一部分水供水泥水化，另一部分水则用来使水泥浆产生一定的流动性。

为了防止水泥的泌水，可在水泥中掺加一些分散物质，改善水泥颗粒与水的亲和力。比如掺加具有引气作用的外加剂，或掺加磨细的具有活性的矿物粉料等均可减少水泥的泌水性。

（7）强度及其等级

水泥的强度是评定水泥质量的最重要指标之一，同时也是用于混凝土配合比设计的主要数据。水泥强度是指水泥胶砂在某一指定龄期时，能达到的胶结能力。

影响水泥强度的主要因素有：

①水泥的化学成分和矿物组成。C₃S和C₂S是强度的主要贡献者，C₃A对早期强度发展作用较大，C₄AF有利于增加抗拉强度。

②混合材料品种与掺量。混合材料的活性大小与掺量都会影响水泥强度。由于矿渣的活性较高，它在水泥中掺量也较多，石灰石粉活性小，在水泥中掺量很小。

③水泥粉磨的细度。水泥细度细，强度就高。但水泥细度太细，会增加水泥需水量，增大干缩率等，反而影响水泥性能。

④养护温度和湿度。国家标准对水泥养护温度都作出了明确规定。水泥胶砂养护温度超过规定温度时，水泥的强度发展就快些，测得的强度就高。反之，水泥胶砂养护温度低于规定温度时，水泥的强度发展就慢些，测得的强度就低。

水泥强度等级是根据规定的方法和龄期的胶砂抗压强度和抗折强度来划分的，以在规定龄期时达到的抗压强度值确定水泥的强度等级。

（8）水化热

水泥在水化过程中所放出的热量，称为水泥的水化热，单位为kJ/kg。水泥的水化热大部分是在水泥水化初期放出的。

水泥水化热的大小及放热速度受许多因素影响，其中主要的是水泥熟料的矿物组成和细度。C₃A放热量和速率最大也最快，其次是C₃S、C₂S和C₄AF放热量较小。水泥细度对水化热的影响，主要反映在水化早期，细度细的水泥早期水化热高，反之，水化热低，但细度大小不会影响最终水化热。

另外，水泥拌合水量、混合材料及外加剂、水泥贮存时间等均会影响水泥的水化热。

水泥水化热对冬季施工而言，有利于水泥的正常凝结硬化，可不因环境温度过低而使水化太慢。如果结构体积大，热量不易散失，温度升高，与其表面的温差过大，就会产生较大的温度应力而导致裂缝。因此，对于水工大体积混凝土，水化热是一个相当重要的使用性能。

水工混凝土常用水泥主要性能及适用范围见表2.1-8^［2-2］。

2.1.6 水泥品质指标

水利水电工程常用水泥的品质指标见表2.1-9^［2-2］，不同水泥品种，各龄期水化热见表2.1-10^［2-2］。

各品种水泥的其他技术要求如下：

（1）硅酸盐水泥比表面积＞300m²/kg，P·Ⅰ的不溶物≤0.75%、P·Ⅱ的不溶物≤1.5%，P·Ⅰ烧失量≤3.0%、P·Ⅱ烧失量≤3.5%。

（2）中热硅酸盐水泥矿物成分指标为，C₃A≤6.0%、C₃S≤55.0%、f-CaO≤1.0%。低热矿渣硅酸盐水泥矿物成分指标为，C₃A≤8.0%、f-CaO≤1.2%。低热硅酸盐水泥C₂S≥40%、C₃A≤6%、f-CaO≤1.0、碱含量（K₂O+Na₂O）中热及低热水泥为≤0.6%、低热矿渣水泥为≤1.0%（有活性骨料时，才约定使用低碱水泥）。

（3）抗硫酸盐水泥烧失量≤3.0%、不溶物≤1.5%、比表面积≥280m²/kg、（K₂O+Na₂O）总量＜0.6%；中抗硫酸盐水泥14d线膨胀率≤0.06%、高抗硫酸盐水泥14d线膨胀率≤0.04%。

（4）低热微膨胀水泥，水泥净浆试体在水中养护至各龄期的线膨胀率应符合：1d不得小于0.05%、7d不得小于0.10%、28d不得大于0.6%。

2.1.7 大型工程对中热水泥品质的特殊要求

为了提高大体积混凝土的抗裂性，对大型水利水电工程混凝土用中热水泥的比表面积（细度）、C₃A含量、氧化镁含量、水化热、强度与温度等提出特殊要求。

（1）比表面积

水泥细度对水泥的水化速率影响很大，水泥熟料的颗粒细，水化快，水化放热亦随之加快，故过细的水泥会明显增加早期的水化热。为此，大体积混凝土工程中对中热硅酸盐水泥的细度即比表面积提出了特殊的要求。国内的工程实践经验及试验资料也表明，水泥的细度对混凝土的抗裂性有重要影响，为了获得抗裂性能好的混凝土，水泥应稍粗一些，中热水泥的比表面积一般应控制在280～320m²/kg^［2-4］。

（2）矿物组成

为了降低水泥的水化热，要求硅酸三钙（C₃S）的含量在50%左右，铝酸三钙（C₃A）含量小于6%，铁铝酸四钙（C₄AF）含量大于16%^［2-4］。由于硅酸三钙和铝酸三钙含量降低，水化较为平缓，对裂缝的愈合有利。

（3）MgO含量

为了使硬化混凝土产生自生体积膨胀变形，补偿混凝土在降温过程中的收缩，要求中热水泥其熟料中MgO含量不低于3.5%，一般应控制在3.5%～4.5%内。

（4）水化热

为了降低温度应力，满足温控要求，有的工程对水泥水化热提出比国家标准值低的特殊要求，如金安桥工程水泥水化热指标，3d为不大于230kJ/kg、7d为不大于281kJ/kg。

（5）强度

为了控制水泥28d抗压强度不超强过多，对水泥28d抗压强度进行限制，如金安桥工程28d水泥强度为47.5±2.5MPa。

（6）温度

水泥温度高，导致混凝土温度高，对温控不利，为此，对运到工地入罐水泥温度也进行控制，一般要求水泥入罐温度不超过60℃。

三峡、金安桥工程对中热水泥品质特殊要求列于表2.1-11^{［2-5］、［2-4］}。三峡工程中热水泥比表面积宜为250～300m²/kg、SO₃含量为1.4%～2.2%，入罐水泥温度不超过65℃。

三峡工程除对水泥品质提出特殊要求外，同时派驻厂监造对水泥生产进行监理。近年来，大型水利水电工程纷纷效仿三峡工程做法，比如拉西瓦、小湾、溪洛度、锦屏、金安桥等工程均对中热水泥品质提出了具体的特殊要求，并派驻厂监造监理，从源头上保证水泥的出厂质量。