摘要：水泥是重要的建筑材料之一，水泥的物理性能对混凝土的使用质量具用重要的影响。本文就水泥的强度、凝结时间、安定性、需水性、保水性与泌水性几个方面的物理性能及其与混凝土的使用质量关系进行分析。
关键词：水泥物理；检验；混凝土
一、水泥物理性能及其与混凝土
1 水泥强度
水泥强度是水泥胶砂浆硬化试体所能承受外力破坏的能力。用MPa（兆帕）表示，它是反应水泥质量的最重要的物理力学性能之一。影响水泥强度的因素很多，大体上可分为以下几个方面：水泥本身的性质，水灰比的影响及试体成型方法的影响，养护条件、操作和时间的影响。
水泥的性质主要由熟料的矿物成分组成及三率值（熟料饱和比、硅率、铝率）、混合材料的品种、质量及掺加量、石膏质量、掺量、粉磨细度等决定，所以不同品种和不同生产方式所生产的水泥，其性能是不同的。水泥只有在加水拌和后才能产生胶凝性，加水量多少（即水灰比）对水泥强度的高低有直接影响，加水量多强度降低。试体的成型方法包括灰砂比、搅拌，捣实等，这些因素也直接影响到水泥强度值的高低。水泥胶结材料在水化凝结硬化的过程中，周围环境的温度、湿度条件对其影响很大。在一定范围内，温度越高，水泥强度增长越快，温度越低，增长越慢。潮湿的环境对水泥凝结硬化有利，干燥的环境对水泥凝结硬化不利，特别是对水泥的早期强度影响更大。由于影响水泥强度的因素很多，故在检验水泥强度时必须严格执行国家标准规定的试验条件，才能使水泥强度的检验结果具有可比性。
混凝土的强度主要取决于水泥石强度及其与骨料之间的粘结强度。在混凝土所用材料、配合比相同的条件下，所用的水泥强度越高，制成的混凝土强度也越高。
2 凝结时间
水泥的凝结时间分为初凝时间和终凝时间。初凝时间为水泥加水拌和起，至水泥浆开始失去塑性所需的时间；终凝时间从水泥加水拌和起，至水泥浆完全失去塑性并开始产生强度所需的时间。水泥凝结时间在施工中具有重要意义，为使混凝土和砂浆有充分的时间进行搅拌、运输、浇捣和砌筑，水泥初凝时间不能过短；当施工完毕后又希望混凝土能尽快硬化，具有强度以缩短脱模时间，加快施工进度，又要求水泥有不能太长的凝结时间，以利于混凝土施工。
3 体积安定性
体积安定性是指水泥在硬化过程中，体积变化是否均匀的性能，简称安定性。水泥安定性不良会导致混凝土构件变形甚至坍塌，造成质量事故。引起安定性不良的主要原因是熟料中游离氧化钙或游离氧化镁过多或石膏掺量过多。安定性不合格的水泥不得用于工程，应废弃。
4 水泥的需水性
在拌制砂浆或混凝土时，所加入的水能起到两种作用：一是保证水泥水化和水解反应所需要的水，二是保证砂浆或混凝土在搅拌和施工时有足够的流动度，使水泥在浇灌时可以在模板内分布均匀、填充密实。为满足混凝土施工所需流动度加入的水量一般都要超过水泥的水化和水解反应所需水量的2—3倍。除水泥水化必须的水以外所剩余的水分最终都会蒸发散失，因而会形成很多微小的空隙，不仅降低了砂浆或混凝土强度，而且蒸发时发生的收缩，易使混凝土或砂浆产生裂缝，从而大大降低构筑物的耐久性。因此达到一定流动度所需的水量，就称为水泥的需水性。水泥的需水性是水泥的重要性能之一。其直接影响到混凝土配合比设计与使用性能。
影响水泥需水性的因素很多。从熟料矿物组成来说，铝酸三钙需水量最大，硅酸二钙需水量最小，适当调整熟料中铝酸三钙和硅酸二钙的含量在一定程度上可以调整水泥的需水性。水泥中混合材料的品种、掺量也很大程度上影响着水泥的需水性。例如掺页岩或烧粘土的水泥，其需水量就较大，但矿渣对需水性的影响不大。熟料生烧和粉磨细度也能使水泥需水量增加。
5 水泥的保水性和泌水性
在施工中配制混凝土时，常发现不同品种的水泥拌水后呈现不同的现象。有的水泥凝结时会将拌合水保留起来，有的水泥在凝结过程中会析出一部分拌合水，这种析出的水往往会覆盖在试体或构筑物的表面上，或从模板底部溢出来，水泥的这种保留水分的性能就称作保水性，水泥析出水分的性能称为泌水性或析水性。保水性和泌水性是指一件事的两个相反现象。
泌水性对混凝土的施工质量是有害的。因为从混凝土中泌出的水常会停留在浇灌层表面，这样就会使这一层混凝土和下一次浇灌混凝土之间产生一层含水较高的间层，这将妨碍混凝土层间的结合，因而破坏了混凝土的均质性。同时，这种分层现象还会在混凝土内部发生，这时析出来的水分就聚集在粗集料和钢筋的下表面，结果不仅将使混凝土钢筋的握裹力大为减弱，而且还会因为这些水分的蒸发遗留下许多微小的空隙，从而降低了构件的强度和抗水性
二、水泥胶砂强度检查要点
（1）确保水泥样本送检材料、基础样本、检验仪器能够在20±2℃的温控条件下进行有关试验常规性检测工作。（2）称量数值要可靠，可准许称量值误差出现，但必须控制在误差值控制范畴内。基本试验用水可以用饮用水、蒸馏水。前者饮用水则是一般性检测试验，后者蒸馏水多用于仲裁试验；胶砂试验用料必须是国家ISO标准砂，严格杜绝散砂用于试验，否则必定影响其检验成果。（3）对于粉煤灰硅酸盐水泥、复合硅酸盐水泥等掺有火山灰质水泥原料的硅酸盐水泥，首要检测流程则是胶砂流动度。在其检测程序执行时，需要调整基本水灰比，目的是确保胶砂强度的水量足够，故而要控制胶砂流动速不能低于180mm时的用水量；在刮平的水平横向切割处理时应力道均匀并保持匀速，以使得其与试块胶砂强度保持一致，以防止其试块尺寸不标准而出现高、低不均的现象；控制抹面次数，以当其水分从试块中渗透时，可有效避免沁水和脱皮。（4）试模的涂油操作要均匀且要控制涂油用量，否则会在试块面层出现许多孔隙。这主要是由于水泥胶砂成型时需要振动成型，当其表面存在过多小油珠时，就不能有效和水泥浆进行融合，从而一旦脱模以后油珠破裂后就会在其面层形成小孔隙。此外，涂油含量太少也应值得注意，应适量涂抹，否则脱模困难时如若强制脱模则会引起其试块表层受损。（5）养护时期的养护箱条件应可靠与可行。标准养护箱一般需要确保其配套的加湿器水量充分，以达到湿润试块的目的；同样，由于试块的特殊物理特性，伸缩现象明显，故而温度一定要控制在其水泥水化热条件的正常允值范畴内，以有效控制水化热反应状态。
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2.标准稠度用水量检测要点
（1）试验之初应预先润湿叶片与锅底，同时为保障连续试验的检测结果准确性，应按实验规范要求严格控制水用量及锅底、叶片的温度条件。如若在同样的水用量条件下发现两次试验结果有显著差别，基本原因是第一次进行试验时未能将锅底的残留水清理、擦净，从而造成第二次试验用水量增多，故而试验数据出现较大差别。（2）待搅拌程序结束后，要及时取用适量的净浆一次成型的将其装置在玻璃底板上的试模中；当浆物处在试模上端处时，要采用宽度为25mm的直边刀具并掌握好力度对浆物进行拍浆，以有效排除浆物的内部空隙，然后需要在试模面层的1/3处掌握好力度锯除多余净浆，之后需要沿着试块顶部进行抹顶，以使其面层平整光滑。同样，以上操作流程可结合GB/T1346―2011规范要求进行严格操作，进而才能有效控制其粘度水用量检测的精准性。（3）整个操作流程时间应能控制在90s内完成，需求操作熟练，目的是控制其试模塑性增强，从而有效控制试杆下沉。
三、高性能混凝土的性能
1、高强度
高强度就是指混凝土所应该具有的满足结构要求的强度值，通常情况下，并不是强度越高就代表混凝土的质量就越好。很多专家的观点都认为高性能混凝土不一定是高强度的，但是高强度的混凝土一定是高性能混凝土。因此，高强度除了代表混凝土的强度等级外，还在一定程度上反映了混凝土的强度质量。而混凝土的强度质量就是不仅仅强调混凝土的强度等级，还应该达到强度具有较小的分散性，同时混凝土的韧性也非常好，后期强度增长要稳定等等，只利用超强度等级来满足混凝土强度的设计等级的做法是极为不合理而且不科学的。总体来说，要重视混凝土强度的质量。提高混凝土的强度等级，有利于节约原材料的使用量、同时提高结构的耐久性、还可以降低结构的自重等。如果混凝土的强度等级由C30 提高到C60，对受压构件而言可以节约混凝土30%～40%，对受弯构件而言也可节约混凝土15%～20%。
2、高耐久性
对于混凝土的耐久性的分析可以从人为劣化和自然老化两个方面来进行。人为劣化具体是指混凝土结构在使用过程中，由于生活、生产和管理等方面的一些客观原因，可能会因为长久的冲刷和磨损而导致混凝土的使用功能降低的情况；可能因为不断撞击而产生损伤或裂缝而导致混凝土的结构强度的降低；可能因为油、碱、酸的等化学物质的腐蚀作用破坏了混凝土的内在结构；可能因为渗透和温度等的自然作用使混凝土遭受了一些直接的损伤。自然老化具体是指混凝土在土壤、大气以及水中，随着时间的推移而发生的性能方面的变化，例如日晒雨淋、干湿较替、气温变化、冻融循环等自然现象的作用，使混凝土产生剥落、裂缝、疏松等各种现象，从而使得混凝土的结构安全度严重降低；同时二氧化碳的侵入也将导致混凝土发生碳化现象，这便会造成混凝土对钢筋的防锈保护方面的作用严重降低。
要对上述耐久性的问题进行解决，就需要从多个方面同时着手，例如可以提高混凝土的密实度和它的抗渗性能，或者延缓混凝土老化和劣化的进程；在混凝土中掺加一些防老化和劣化的材料，从而提高其抗老化和劣化的能力；同时还可以多做一些维护保养工作，增长混凝土的使用寿命。另外，如果在施工的过程中出现用料不当，或者操作不慎的情况等也会对混凝土的耐久性产生不良影响，例如施工中使用活性碱骨料，由于水泥和外加剂的含碱量非常高高，会导致骨料产生碱骨料反应，严重破坏混凝土的内部结构；施工质量没有得到保证，混凝土强度远远达不到所规定的要求，甚至有些发生了裂缝等，致使钢筋出现锈蚀现象，对整个结构的安全构成了威胁。综上所述，在施工过程中进行材料的选用时要十分谨慎，在达到规范所规定要求的基础上，严格按照配合比、运输、搅拌、养护、支模等各个步骤进行，进而确保混凝土的耐久性符合要求。
3、高体积稳定性
混凝土的体积是否稳定，对整个结构的受力性能都会产生直接的影响。一般情况下，应该尽量提高混凝土的体积稳定性，从而保证整个结构的受力性能良好。通常而言，混凝土的体积稳定性可以分成三类，第一类是由于承受了荷载的作用致使混凝土发生了体积变形，例如徐变变形和弹性变形等；第二类是混凝土在自身的凝结过程中发生了体积变形，统称为收缩变形；第三类是混凝土受到温度的影响例如高温或者低温等而发生了体积的变形，统称为温度变形。
如果混凝土发生了不均匀收缩的现象，就会在其结构内部产生一定的内应力，这便容易导致大大小小的裂缝出现，裂缝会使混凝土强度和耐久性都无法达到规定要求。混凝土发生收缩现象是由很多原因造成的，主要原因如下：第一，对于刚成型的混凝土，由于固体颗粒会不断往下沉淀，混凝土表面会有水分浸出，这必然导致了其体积的缩小。第二，水泥与水发生水化的化学变化时，会出现体积缩小的现象。第三，对于凝固后的混凝土，其结构内部的水分会不断蒸发，进而导致了体积缩小的现象。通过对以上造成混凝土收缩原因的归纳总结，可以看出在以后的施工过程中，为尽量避免严重发生收缩现象，应该从降低用水量和水泥浆用量等方面开始进行解决。还应该通过采用弹性模量高的集料来提高提高混凝土的弹性模量，防止其在受到力的作用后发生过大的弹性变形。
混凝土和普通结构的材料相同，在外界温度发生变化时，会因为材料的热胀冷缩而出现膨胀或收缩的现象，进而出现了体积变形，在这种情况下，如果混凝土承受了荷载作用就会因为结构内部内应力的产生而导致被破坏的后果。另外，在发生水化反应时，由于混凝土各个部分的温差很大，也会有内应力进而出现裂缝现象。
混凝土形成过程中本身具有很多不得不关注的特性，所以在混凝土的设计和施工中，必须要进行全面考虑，综合分析各种因素的可能会造成的影响，进而避免一些不良后果的产生。
4、高工艺性
保证混凝土质量的重要指标就是其工艺性能。只有具有了较好的工艺性能，混凝土才有可能满足高强度、高耐久性和高体积稳定性等方面的要求。混凝土的工艺性能包含很多方面并且需要生产过程中的很多项指标来进行描述，目前，在国际上还没有形成一个统一的关于混凝土高工艺性的标准。
结束语
不同品种的水泥适用范围也不尽相同，如硅酸盐水泥和普通硅酸盐水泥水泥强度等级较高，主要用于高强度混凝土、钢筋混凝土和预应力混凝土工程。因其水化过程放出大量的热，故不宜用于大体积混凝土构筑物。使用时应注意了解不同品种水泥的主要特性和适用范围。
参考文献：
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[3]杨勇宏.水泥细度检验误差产生的原因探讨 广东建材 2006.5
论文作者:汤惕峰
论文发表刊物:《基层建设》2018年第23期
论文发表时间:2018/9/10
标签：混凝土论文; 水泥论文; 强度论文; 水性论文; 体积论文; 水化论文; 现象论文; 《基层建设》2018年第23期论文;