佛山市顺德区建设工程质量安全监督检测中心
摘要：水泥是混凝土的主要成份，其物理性能对混凝土的性能起着很重要的作用。本文论述了水泥的物理性能对混凝土质量的影响，提出了拌制混凝土时，应选择良好的匀质性和稳定性、低的开裂敏感性、与外加剂有良好的相容性、有利于混凝土结构长期性能的发展，无损害混凝土结构耐久性的超量成分的水泥。
关键词：水泥强度凝结时间细度标准稠度用水量混凝土耐久性
混凝土是工业与民用建筑以及交通、水利等建设工程中用量最大的材料。它构成了土木建筑工程的主体或骨架，用于承受各种荷载并在发挥抗渗、隔热保温等功能的同时抵御气候环境的侵蚀，即必须具有足够的耐久寿命。因此，混凝土质量与建筑使用性能、安全性能、耐久性能和环境的适应性都有着极其重要的联系。
混凝土是由胶凝材料（水泥）、水和粗、细骨料按适当比例配合拌制成拌合物，经过一定时间硬化而成的人造石材。各种原材料在现场或搅拌站经过简单制作工序直接生产，然后再经过施工现场浇注、振捣成型、养护、修整等多工序的制作而最后完成的。因此原材料的选用和施工技术是决定混凝土工程质量的最重要的两大因素。组成混凝土的原材料有水泥、外加剂、矿物掺合料、砂石集料等，要保证有优质的混凝土，原材料的选择至关重要，优质的原材料是保证混凝土工程质量的基础和关键因素。而水泥净浆的质量对于混凝土的性能起决定性的作用。本人从事水泥物理性能检验工作十多年，对水泥的物理性能有一定的认识。在水泥的物理性能中，影响混凝土质量最主要的是强度、体积安定性、凝结时间、标准稠度用水量、细度、水化热、有害成份等。本文主要讨论这些因素与混凝土质量关系。
1、水泥强度与混凝土质量的关系
水泥的强度是评比水泥质量的重要指标和划分强度等级的依据。水泥在混凝土中起胶结砂、石的作用，它的强度的高低跟混凝土强度的高低有比较直接的关系。在配合比相同的条件下，水泥的强度越高，则混凝土的强度越高。根据JGJ55—2011《普通混凝土配合比设计规程》，对于C60以下的混凝土，混凝土强度与水泥强度符合下式：
B/W---混凝土的胶水比。
从上式可以看出，混凝土强度与水泥强度成正比，在水灰比相同的情况下，水泥强度高则混凝土强度高。
在没有高效减水剂的时候，由于施工的需要，混凝土的水灰比受到限制，必然大于水泥强度的水灰比，因此混凝土强度依赖于水泥强度，混凝土标称强度也必然不会超过水泥的标称强度。但现在时代变了，高效减水剂的使用打破了这一传统的常规，混凝土的水灰比可以减小到比水泥的水灰比低得很多。因此，提高混凝土的强度不单单靠提高水泥的强度，也可以通过调整配合比，掺加外加剂，完善施工工艺等技术来达到。
2、水泥安定性与混凝土质量的关系
GB175—2007规定：凡化学指标、凝结时间、安定性、强度中任一项不符合本标准规定时，均为不合格品。这些规定中除了初凝时间外，氧化镁和三氧化硫含量超过标准，安定性不良均会使混凝土出现裂缝甚至开裂破坏。水泥的安定性不良即是水泥硬化后产生不均匀的体积膨胀，就会使构件产生膨胀性裂缝，降低建筑物质量甚至造成严重事故。安定性不合格的水泥是严禁投入建筑工程使用的。因此水泥厂必须对水泥安定性严格控制，出厂前一定要进行性能检验，用户必须对安定性严格把关，否则后果不堪设想。
3、水泥凝结时间与混凝土质量关系
水泥凝结时间快，则混凝土凝结时间也快，在不掺外加剂的情况下，所用的水泥凝结时间短，则混凝土凝结也快。凝结快的水泥一般坍落度损失较快，减水剂用量较大，混凝土拌合物坍落度损失少或几乎不损失主要是水泥水化产物少或水泥水化产物吸附减水剂而不能相互搭接形成架凝结构的缘故。造成水泥凝结时间快的原因主要有C3A含量高，碱含量高，石膏掺入量不足、水泥细度很细，这些因素同样使混凝土拌合物的坍落度损失大，减水剂用量增大，因此混凝土的坍落度损失乃至减水剂用量都与水泥的凝结性能密切相关。相反凝结时间慢的水泥一般坍落度损失小，减水剂用量较少。
混凝土生产者一般都希望水泥凝结时间快些，这有利于混凝土早期强度的发展。但有时也希望混凝土的凝结时间长些，以便于混凝土的运输和施工，但总的说来，还是希望凝结时间短些。因为从混凝土生产者来说，将凝结时间短的水泥通过加入缓凝剂可达到缓凝的目的，而凝结时间长的水泥要将它的凝结时间缩短则比较困难。所以，水泥的凝结时间以合适为宜。
4、水泥标准稠度用水量与混凝土质量关系
混凝土的单方用水量除了与骨料及其级配有关外，与水泥标准稠度用水量关系很大。水泥标准稠度用水量直接影响混凝土单位用水量，从而影响它的强度，即水泥标准稠度用水量大则混凝土单方用水量大、混凝土强度下降。混凝土对水泥性能的要求是在保证一定和易性的前提下尽可能降低需水量，水泥标准稠度用水量反映了水泥达到某一流动性能的需水特性。在混凝土配制过程中，当保持混凝土工作性能不变时，会引起混凝土水灰（胶）比增大，强度下降，或对减水剂的需求量增大。有人认为，水泥标准稠度用水量每增加1%，混凝土用水量便增加6～8kg/m3，以每立方米混凝土水泥用量360kg计，水灰比将增加0.015～0.02，相当于C30～C40混凝土强度约下降1.2～2.0MPa。因此，标准稠度用水量小的水泥在配制混凝土时，对减少混凝土单方用水量有利，而影响水泥需水量的因素有熟料的矿物组成、烧成质量、水泥的颗粒分布、比表面积以及混合材料品种及掺量等。
5、水泥的细度(比表面积)与混凝土质量的关系
水泥的细度细、比表面积大，则混凝土中的水泥浆多，且都粘在骨料上，混凝土拌合物的粘聚性好，不易产生离析。水泥磨得越细，细颗粒越多，增加水泥的比表面积能提高水泥的水化速率，提高早期强度，对早期的水化热、混凝土的自收缩和干燥收缩有一定贡献，水化快的水泥颗粒水化热释放得早，因水化快消耗混凝土内部的水分较快，引起混凝土的自干燥收缩。细颗粒容易水化充分，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。但水泥太细也会带来水泥标准稠度用水量增大，凝结时间快，早期水化放热速率快，不利于大体积混凝土的施工和质量。
随水泥比表面积的增加，与相同高效减水剂的适应性差。为减少流动度损失需要增加更多掺量的高效减水剂，水泥流变性能对混凝土施工性能有重要影响。施工性能是硬化后混凝土质量的重要保证，而且可导致混凝土中水泥用量的增加，影响混凝土的耐久性，水泥细度还会影响混凝土的抗冻性、抗裂性。因此越细的水泥需水量越大，与外加剂相容性越差，水化热越大，开裂敏感性越大。
6、水泥水化热与混凝土质量的关系
水泥的水化热对混凝土特别是大体积混凝土影响很大。因为混凝土的热膨胀系数为10×10-6/℃，也就是说混凝土每升高1℃，则膨胀10万分之一。若混凝土的内外部温差相差30℃，则外部冷却而内部得不到冷却时所产生的温度应力相当于混凝土收缩率万分之三的应力。众所周知，硅酸盐水泥主要的组成矿物有四种，它们的水化性质不同，在水泥中所占比例不同时影响水泥整体的性质。C3A虽对早期强度贡献较大，但水化热是其他矿物水化热的数倍，所以C3A含量较大的早强水泥容易因早期的温度收缩、自收缩和干燥收缩而开裂，因此在混凝土的施工过程中都希望水泥的水化热低，以免混凝土内部温升过高。熟料矿物中C3A的水化热和水化放热速率最大，C3S和C4AF次之。C2S的水化热最低，放热速率亦最慢。固此，减少C3S含量，相应增加C2S含量或减少C3A含量相应增加C4AF含量，均能降低水泥水化热。此外熟料快速冷却，或降低水泥比表面积也有利于降低水化热或水化放热速率。掺入混合材特别是火山灰质混合材可明显降低水泥的水化热。
7、一些有害组份对混凝土性能的影响
水泥中的碱可使水泥标准稠度需水量增加，凝结加快，提高1天～3天强度而降低28天强度。它在混凝土中可使坍落度损失增大，而且有可能与碱活性骨料在潮湿的环境下发生碱骨料反应，引起混凝土变形、开裂，水泥中的氯离子能使钢筋混凝土中的钢筋锈蚀而使混凝土破坏。
混凝土的耐久性比其他指标更重要。水泥的品质对混凝土的耐久性有十分重要的影响。在混凝土经受的碳化与钢筋锈蚀、冻融破坏、碱-骨料反应、硫酸盐腐蚀和其他化学腐蚀中，水泥的矿物组成、碱（Na2O和K2O）含量、颗粒分布、混合材品种与掺量，以及它们所体现出来的水化特性和硬化体结构特性对混凝土的破坏有着重要的影响。
结论：
1、影响结构混凝土耐久性重要的因素是抗裂性，而影响混凝土抗裂性最主要的因素是水泥。水泥的发展趋势是增加C3S、C3A，细度趋于细，强度尤其是早期强度不断提高，但凡是能提高混凝土早期强度的因素，都会影响混凝土后期强度的增长，混凝土早期高强度的需求促使了水泥向高C3S和高C3A、高比表面积发展，再加上混凝土的低水灰比、高水泥用量、超细矿物掺和料的使用，以及水泥出厂温度普遍过高，造成在约束状态下的混凝土因温度收缩、自收缩、干燥收缩和较高的早期弹性模量而产生较大的内部应力，早期的低徐变无法缓解这种应力，而产生早期裂缝；内部不可见的微裂缝在混凝土长期使用过程的干燥环境中继续发展，是混凝土提早劣化的主要原因。因此，除非工程有特别特殊需要，应尽可能避免使用早强水泥。在混凝土中减少水泥用量，代之以抗裂性较好的矿物掺和料。高含碱量的水泥会生成抗裂性能差的凝胶，加重混凝土后期的干燥收缩，所以不论骨料是否有活性，都应当限制对水泥和混凝土中的含碱量。
参考文献：
[1]文梓芳，钱春香，杨长辉《混凝土工程与技术》武汉理工大学出版社
[2]陈建奎《混凝土外加剂的原理与应用》中国计划出版社
[3]冷发光，张仁瑜《混凝土标准规范及工程应用》中国建材工业出版社
[4]廉慧珍，韩素芳《当代混凝土对水泥需要什么？》《水泥》2006年第9期
[5]《通用硅酸盐水泥》GB175-2007，中华人民共和国国家标准
[6]《普通混凝土配合比设计规程》JGJ55-2011中华人民共和国行业标准