一、水泥简介

水泥：粉状水硬性无机胶凝材料。加水搅拌后成浆体，能在空气中硬化或者在水中硬化，并能把砂、石等材料牢固地胶结在一起。

早期石灰与火山灰的混合物与现代的石灰火山灰水泥很相似，用它胶结碎石制成的混凝土，硬化后不但强度较高，而且还能抵抗淡水或含盐水的侵蚀。长期以来，它作为一种重要的胶凝材料，广泛应用于土木建筑、水利、国防等工程。

旧时水泥又称“洋灰”。

船用水泥是最基本的传统甲板基层敷料，水泥用作甲板基层敷料的优点是价廉、耐用、抗磨性强、耐水湿、化学性能稳定、易于活洗和消蠹，但缺点是密度大、热阻较小、振动下易松碎及龟裂。

水泥主要用在厨房、配餐间、厕浴室、盥洗室、洗衣房、烘衣间等处所，甲板基层敷料作为铺砌陶瓷地砖的粘固底层。船用水泥多为含不超过5%三铝酸钙和5%～15%活性二氧化硅添加料的防酸水泥，为了防水可另加憎水性添加料，标号在300号～500号间，水泥敷层厚度大于35mm时，水泥与砂的配比为1：3,厚度小于35mm时，水泥与砂的配比为1：2。一般敷层要在甲板上先焊装金届马脚。在敷设水泥前应仔细活除甲板表面的氧化皮、锈层。

二、分类

水泥按用途及性能分为：

（1）通用水泥：一般土木建筑工程通常采用的水泥。通用水泥主要是指：GB175—2007规定的六大类水泥，即硅酸盐水泥、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。

（2）特种水泥：具有特殊性能或用途的水泥，如G级油井水泥、快硬硅酸盐水泥、道路硅酸盐水泥、铝酸盐水泥、硫铝酸盐水泥等等。

水泥按其主要水硬性物质名称分为：

（1）硅酸盐水泥，即国外通称的波特兰水泥（Portland cement）；

（2）铝酸盐水泥；

（3）硫铝酸盐水泥；

（4）铁铝酸盐水泥；

（5）氟铝酸盐水泥；

（6）磷酸盐水泥；

（7）以火山灰或潜在水硬性材料及其他活性材料为主要组分的水泥。

水泥按主要技术特性分为：

（1）快硬性（水硬性）：分为快硬和特快硬两类；

（2）水化热：分为中热和低热两类；

（3）抗硫酸盐性：分中抗硫酸盐腐蚀和高抗硫酸盐腐蚀两类；

（4）膨胀性：分为膨胀和自应力两类；

（5）耐高温性：铝酸盐水泥的耐高温性以水泥中氧化铝含量分级。

水泥命名的原则：

水泥的命名按不同类别分别以水泥的主要水硬性矿物、混合材料、用途和主要特性进行，并力求简明准确，名称过长时，允许有简称。

通用水泥以水泥的主要水硬性矿物名称冠以混合材料名称或其他适当名称命名。

专用水泥以其专门用途命名，并可冠以不同型号。

特性水泥以水泥的主要水硬性矿物名称冠以水泥的主要特性命名，并可冠以不同型号或混合材料名称。

以火山灰性或潜在水硬性材料以及其他活性材料为主要组分的水泥是以主要组成成分的名称冠以活性材料的名称进行命名，也可再冠以特性名称，如石膏矿渣水泥、石灰火山灰水泥等。

水泥类型的定义

（1）水泥：加水拌和成塑性浆体，能胶结砂、石等材料既能在空气中硬化又能在水中硬化的粉末状水硬性胶凝材料。

（2）硅酸盐水泥：由硅酸盐水泥熟料、0%～5%石灰石或粒化高炉矿渣、适量石膏磨细制成的水硬性胶凝材料，称为硅酸盐水泥，分P.I和P.II，即国外通称的波特兰水泥。

（3）普通硅酸盐水泥：由硅酸盐水泥熟料、6%～20%混合材料，适量石膏磨细制成的水硬性胶凝材料，称为普通硅酸盐水泥（简称普通水泥），代号：P.O。

（4）矿渣硅酸盐水泥：由硅酸盐水泥熟料、20%～70%粒化高炉矿渣和适量石膏磨细制成的水硬性胶凝材料，称为矿渣硅酸盐水泥，代号：P.S。

（5）火山灰质硅酸盐水泥：由硅酸盐水泥熟料、20%～40%火山灰质混合材料和适量石膏磨细制成的水硬性胶凝材料，称为火山灰质硅酸盐水泥，代号：P.P。

（6）粉煤灰硅酸盐水泥：由硅酸盐水泥熟料、20%～40%粉煤灰和适量石膏磨细制成的水硬性胶凝材料，称为粉煤灰硅酸盐水泥，代号：P.F。

（7）复合硅酸盐水泥：由硅酸盐水泥熟料、20%～50%两种或两种以上规定的混合材料和适量石膏磨细制成的水硬性胶凝材料，称为复合硅酸盐水泥（简称复合水泥），代号P.C。

（8）中热硅酸盐水泥：以适当成分的硅酸盐水泥熟料、加入适量石膏磨细制成的具有中等水化热的水硬性胶凝材料。

（9）低热矿渣硅酸盐水泥：以适当成分的硅酸盐水泥熟料、加入适量石膏磨细制成的具有低水化热的水硬性胶凝材料。

（10）快硬硅酸盐水泥：由硅酸盐水泥熟料加入适量石膏，磨细制成早强度高的以3天抗压强度表示标号的水泥。

（11）抗硫酸盐硅酸盐水泥：由硅酸盐水泥熟料，加入适量石膏磨细制成的抗硫酸盐腐蚀性能良好的水泥。

（12）白色硅酸盐水泥：由氧化铁含量少的硅酸盐水泥熟料加入适量石膏，磨细制成的白色水泥。

（13）道路硅酸盐水泥：由道路硅酸盐水泥熟料，0%～10%活性混合材料和适量石膏磨细制成的水硬性胶凝材料，称为道路硅酸盐水泥，（简称道路水泥）。

（14）砌筑水泥：由活性混合材料，加入适量硅酸盐水泥熟料和石膏，磨细制成主要用于砌筑砂浆的低标号水泥。

（15）油井水泥：由适当矿物组成的硅酸盐水泥熟料、适量石膏和混合材料等磨细制成的适用于一定井温条件下油、气井固井工程用的水泥。

（16）石膏矿渣水泥：以粒化高炉矿渣为主要组分材料，加入适量石膏、硅酸盐水泥熟料或石灰磨细制成的水泥。

 

三、生产工艺

硅酸盐类水泥的生产工艺在水泥生产中具有代表性，是以石灰石和粘土为主要原料，经破碎、配料、磨细制成生料，然后喂入水泥窑中煅烧成熟料，再将熟料加适量石膏（有时还掺加混合材料或外加剂）磨细而成。

水泥生产随生料制备方法不同，可分为干法（包括半干法）与湿法（包括半湿法）两种。

①干法生产。将原料同时烘干并粉磨，或先烘干经粉磨成生料粉后喂入干法窑内煅烧成熟料的方法。但也有将生料粉加入适量水制成生料球，送入立波尔窑内煅烧成熟料的方法，称之为半干法，仍属干法生产之一种。

新型干法水泥

新型干法水泥生产线指采用窑外分解新工艺生产的水泥。其生产以悬浮预热器和窑外分解技术为核心，采用新型原料、燃料均化和节能粉磨技术及装备，全线采用计算机集散控制，实现水泥生产过程自动化和高效、优质、低耗、环保。

新型干法水泥生产技术是20世纪50年代发展起来，日本德国等发达国家，以悬浮预热和预分解为核心的新型干法水泥熟料生产设备率占95%，中国第一套悬浮预热和预分解窑1976年投产。该技术优点：传热迅速，热效率高，单位容积较湿法水泥产量大，热耗低。

②湿法生产。将原料加水粉磨成生料浆后，喂入湿法窑煅烧成熟料的方法。也有将湿法制备的生料浆脱水后，制成生料块入窑煅烧成熟料的方法，称为半湿法，仍属湿法生产之一种。

干法生产的主要优点是热耗低（如带有预热器的干法窑熟料热耗为3140～3768焦/千克），缺点是生料成分不易均匀，车间扬尘大，电耗较高。湿法生产具有操作简单，生料成分容易控制，产品质量好，料浆输送方便，车间扬尘少等优点，缺点是热耗高（熟料热耗通常为5234～6490焦/千克）。

水泥的生产，一般可分生料制备、熟料煅烧和水泥制成等三个工序，整个生产过程可概括为“两磨一烧”。

生料粉磨

分干法和湿法两种。干法一般采用闭路操作系统，即原料经磨机磨细后，进入选粉机分选，粗粉回流入磨再行粉磨的操作，并且多数采用物料在磨机内同时烘干并粉磨的工艺，所用设备有管磨、中卸磨及辊式磨等。湿法通常采用管磨、棒球磨等一次通过磨机不再回流的开路系统，但也有采用带分级机或弧形筛的闭路系统的。

熟料煅烧

煅烧熟料的设备主要有立窑和回转窑两类，立窑适用于生产规模较小的工厂，大、中型厂宜采用回转窑。

①立窑：

窑筒体立置不转动的称为立窑。分普通立窑和机械化立窑。普通立窑是人工加料和人工卸料或机械加料，人工卸料；机械立窑是机械加料和机械卸料。机械立窑是连续操作的，它的产、质量及劳动生产率都比普通立窑高。国外大多数立窑已被回转窑所取代，但在当前中国水泥工业中，立窑仍占有重要地位。根据建材技术政策要求，小型水泥厂应用机械化立窑，逐步取代普通立窑。

②回转窑：

窑筒体卧置（略带斜度，约为3%），并能作回转运动的称为回转窑。分煅烧生料粉的干法窑和煅烧料浆（含水量通常为35%左右）的湿法窑。

a.干法窑

干法窑又可分为中空式窑、余热锅炉窑、悬浮预热器窑和悬浮分解炉窑。20世纪70年代前后，发展了一种可大幅提高回转窑产量的煅烧工艺——窑外分解技术。其特点是采用了预分解窑，它以悬浮预热器窑为基础，在预热器与窑之间增设了分解炉。在分解炉中加入占总燃料用量50%～60%的燃料，使燃料燃烧过程与生料的预热和碳酸盐分解过程，从窑内传热效率较低的地带移到分解炉中进行，生料在悬浮状态或沸腾状态下与热气流进行热交换，从而提高传热效率，使生料在入窑前的碳酸钙分解率达80%以上，达到减轻窑的热负荷，延长窑衬使用寿命和窑的运转周期，在保持窑的发热能力的情况下，大幅度提高产量的目的。

b.湿法窑

用于湿法生产中的水泥窑称湿法窑，湿法生产是将生料制成含水为32%～40%的料浆。由于制备成具有流动性的泥浆，所以各原料之间混合好，生料成分均匀，使烧成的熟料质量高，这是湿法生产的主要优点。

湿法窑可分为湿法长窑和带料浆蒸发机的湿法短窑，长窑使用广泛，短窑已很少采用。为了降低湿法长窑热耗，窑内装设有各种型式的热交换器，如链条、料浆过滤预热器、金属或陶瓷热交换器。

水泥粉磨

水泥熟料的细磨通常采用圈流粉磨工艺（即闭路操作系统）。为了防止生产中的粉尘飞扬，水泥厂均装有收尘设备。电收尘器、袋式收尘器和旋风收尘器等是水泥厂常用的收尘设备。

由于在原料预均化、生料粉的均化输送和收尘等方面采用了新技术和新设备，尤其是窑外分解技术的出现，一种干法生产新工艺随之产生。采用这种新工艺使干法生产的熟料质量不亚于湿法生产，电耗也有所降低，已成为各国水泥工业发展的趋势。

四、化学成分与化学反应

化学成分

硅酸盐水泥的主要化学成分：氧化钙CaO，二氧化硅SiO2，三氧化二铁Fe2O3，三氧化二铝Al2O3。

硅酸盐水泥的主要矿物：硅酸三钙（3CaO·SiO2，简式C3S），硅酸二钙（2CaO·SiO2，简式C2S），铝酸三钙（3CaO·Al2O3，简式C3A），铁铝酸四钙（4CaO·Al2O3·Fe2O3，简式C4AF）。

化学反应

水泥的凝结和硬化：

（1）3CaO·SiO2+H2O→CaO·SiO2·YH2O（凝胶）+Ca（OH）2；

（2）2CaO·SiO2+H2O→CaO·SiO2·YH2O（凝胶）+Ca（OH）2；

（3）3CaO·Al2O3+6H2O→3CaO·Al2O3·6H2O（水化铝酸钙，不稳定）；

3CaO·Al2O3+3CaSO4·2 H2O+26H2O→3CaO·Al2O3·3CaSO4·32H2O（钙矾石，三硫型水化铝酸钙）；

3CaO·Al2O3·3CaSO4·32H2O+2〔3CaO·Al2O3〕+4 H2O→3〔3CaO·Al2O3·CaSO4·12H2O〕（单硫型水化铝酸钙）；

（4）4CaO·Al2O3·Fe2O3+7H2O→3CaO·Al2O3·6H2O+CaO·Fe2O3·H2O。

水泥速凝是指水泥的一种不正常的早期固化或过早变硬现象。高温使得石膏中结晶水脱水，变成浆状体，从而失去调节凝结时间的能力。假凝现象与很多因素有关，一般认为主要是由于水泥粉磨时磨内温度较高，使二水石膏脱水成半水石膏的缘故。当水泥拌水后，半水石膏迅速与水反应为二水石膏，形成针状结晶网状结构，从而引起浆体固化。另外，某些含碱较高的水泥，硫酸钾与二水石膏生成钾石膏迅速长大，也会造成假凝。假凝与快凝不同，前者放热量甚微，且经剧烈搅拌后浆体可恢复塑性，并达到正常凝结，对强度无不利影响。

五、注意事项

（1）忌受潮结硬

受潮结硬的水泥会降低甚至丧失原有强度，所以规范规定，出厂超过3个月的水泥应复查试验，按试验结果使用。对已受潮成团或结硬的水泥，须过筛后使用，筛出的团块搓细或碾细后一般用于次要工程的砌筑砂浆或抹灰砂浆。对一触或一捏即粉的水泥团块，可适当降低强度等级使用。

（2）忌曝晒速干

混凝土或抹灰如操作后便遭曝晒，随着水分的迅速蒸发，其强度会有所降低，甚至完全丧失。因此，施工前必须严格清扫并充分湿润基层；施工后应严加覆盖，并按规范规定浇水养护。

（3）忌负温受冻

混凝土或砂浆拌成后，如果受冻，其水泥不能进行水化，兼之水分结冰膨胀，则混凝土或砂浆就会遭到由表及里逐渐加深的粉酥破坏，因此应严格遵照《建筑工程冬期施工规程》（JGJ104—97）进行施工。

（4）忌高温酷热

凝固后的砂浆层或混凝土构件，如经常处于高温酷热条件下，会有强度损失，这是由于高温条件下，水泥石中的氢氧化钙会分解；另外，某些骨料在高温条件下也会分解或体积膨胀。

对于长期处于较高温度的场合，可以使用耐火砖对普通砂浆或混凝土进行隔离防护。遇到更高的温度，应采用特制的耐热混凝土浇筑，也可在混凝土中掺入一定数量的磨细耐热材料。

（5）忌基层脏软

水泥能与坚硬、洁净的基层牢固地粘结或握裹在一起，但其粘结握裹强度与基层面部的光洁程度有关。在光滑的基层上施工，必须预先凿毛砸麻刷净，方能使水泥与基层牢固粘结。

基层上的尘垢、油腻、酸碱等物质，都会起隔离作用，必须认真清除洗净，之后先刷一道素水泥浆，再抹砂浆或浇筑混凝土。

水泥在凝固过程中要产生收缩，且在干湿、冷热变化过程中，它与松散、软弱基层的体积变化极不适应，必然发生空鼓或出现裂缝，从而难以牢固粘结。因此，木材、炉渣垫层和灰土垫层等都不能与砂浆或混凝土牢固粘结。

（6）忌骨料不纯

作为混凝土或水泥砂浆骨料的砂石，如果有尘土、粘土或其他有机杂质，都会影响水泥与砂、石之间的粘结握裹强度，因而最终会降低抗压强度。所以，如果杂质含量超过标准规定，必须经过清洗后方可使用。

（7）忌水多灰稠

人们常常忽视用水量对混凝土强度的影响，施工中为便于浇捣，有时不认真执行配合比，而把混凝土拌得很稀。由于水化所需要的水分仅为水泥重量的20%左右，多余的水分蒸发后便会在混凝土中留下很多孔隙，这些孔隙会使混凝土强度降低。因此在保障浇筑密实的前提下，应最大限度地减少拌合用水。

许多人认为抹灰所用的水泥，其用量越多抹灰层就越坚固。其实，水泥用量越多，砂浆越稠，抹灰层体积的收缩量就越大，从而产生的裂缝就越多。一般情况下，抹灰时应先用1：（3—5）的粗砂浆抹找平层，再用1：（1.5—2.5）的水泥砂浆抹很薄的面层，切忌使用过多的水泥。

（8）忌受酸腐蚀

酸性物质与水泥中的氢氧化钙会发生中和反应，生成物体积松散、膨胀，遇水后极易水解粉化。致使混凝土或抹灰层逐渐被腐蚀解体，所以水泥忌受酸腐蚀。

在接触酸性物质的场合或容器中，应使用耐酸砂浆和耐酸混凝土。矿渣水泥、火山灰水泥和粉煤灰水泥均有较好耐酸性能，应优先选用这三种水泥配制耐酸砂浆和混凝土。严格要求耐酸腐蚀的工程不允许使用普通水泥。

六、水泥主要技术指标

（1）比重与容重：标准水泥比重为3.1，容重通常采用1300公斤/立方米。

（2）细度：指水泥颗粒的粗细程度。颗粒越细，硬化得越快，早期强度也越高。

（3）凝结时间：水泥加水搅拌到开始凝结所需的时间称初凝时间。从加水搅拌到凝结完成所需的时间称终凝时间。硅酸盐水泥、普通硅酸盐水泥初凝时间不早于45分钟，终凝时间不迟于6.5小时；火山灰水泥、粉煤灰水泥、复合硅酸盐水泥终凝时间不迟于10小时。实际上初凝时间在1～3小时，而终凝为4～6小时。水泥凝结时间的测定由专门凝结时间测定仪进行。

（4）强度：水泥强度应符合国家标准。

（5）体积安定性：指水泥在硬化过程中体积变化的均匀性能。水泥中含杂质较多，会产生不均匀变形。

（6）水化热：水泥与水作用会产生放热反应，在水泥硬化过程中，不断放出的热量称为水化热。

（7）标准稠度：指水泥净浆对标准试杆的沉入具有一定阻力时的稠度。

（8）水泥凝结时间

水泥和水后将成为具有可塑性的半流体，当经过一段时间后，水泥浆逐渐失去可塑性，并保持原来的形状，这种现象叫作凝结（分为初凝及终凝）。随后即进入了硬化期，水泥的强度逐渐增加。

施工中要求水泥的凝结时间有一定的范围。如果凝结过快，混凝土很快会失去流动性，从而影响振捣；相反，如果凝结过慢，就会影响施工速度。因此，标准规定水泥的初凝时间和终凝时间应在一定范围之内。

凝结时间的测定是采用标准稠度的水泥净浆，在一定的温度和湿度条件下进行。由加水时算起，至试针沉入净浆中距底板0.5～1.0mm时为止，所需时间为初凝时间，此时净浆开始失去可塑性；至试针沉入净浆中不超过1.0mm时为止，所需时间为终凝时间，此时净浆完全失去可塑性而开始进入硬化期。

七、水泥安定性

水泥在硬化过程中，如果不产生不均匀的体积变形，没有产生裂缝、弯曲等现象，则称为体积安定性合格；如果水泥硬化后体积产生了不均匀变化，造成有害的膨胀，将使建筑物开裂，甚至崩溃，则称为安定性不合格。此种水泥不能在工程中使用。

如果水泥中含有过多的游离氧化钙或氧化镁，特别是颗粒较粗，而且在工厂的存放时间又较短时，就会产生安定性不合格的现象。因为这种过火（1000℃以上）的氧化钙与氧化镁没有完全经过充分熟化，本身水化很慢，在水泥凝结以后即在有水泥石约束的条件下才开始水化，产生体积膨胀后，就会形成开裂现象。此外，如果水泥中三氧化硫含量过多时，会生成硫铝酸钙，体积膨胀，也将造成安定性不良。

检验水泥安定性，按GB/T 750-1992进行。检验过程是采用标准稠度的水泥净浆进行，将其制成一定形状的（直径70～80mm，中心厚约10mm，边缘渐薄）试饼，放入沸煮箱内沸煮4h，如煮后的试饼经肉眼观察未发现裂纹，用直尺检查也无弯曲现象时，则称为安定性合格；反之，则为不合格。

安定性的检验方法除了上述试饼法之外，还有雷氏夹法和测长法等。后两种方法虽然具有定量的数值界限，但方法复杂，复演性也差;而试饼法则具有设备简单、操作方便、反应敏感，而且观察直观、复演性好等一系列优点，所以至今仍列为国家标准方法。

沸煮法只能裣查出游离氧化钙的破坏作用。由于过火的氧化镁比过火的氧化钙水化速度更慢，因此用沸煮法不能发现由氧化镁所引起的不安定性，只有通过高温、高压的压蒸试验，才能判断这种现象。而三氧化硫所引起的不安定性，只有采用冷饼法、水浸法才能进行检验，即将试饼放在20℃±3℃的水中养护28d后，检查是否有不安定现象。因为当温度超过60～70℃时，将不能形成产生体积膨胀的硫铝酸钙。

由于国家标准中已对氧化镁及三氧化硫含量作了限量规定，故压蒸法及水浸法两项检验一般可以不做。

八、水泥质量鉴别

第一种：“望”泥知优劣

首先，从外观上看包装质量。看是否采用了防潮性能好不易破损的复膜编织袋，看标识是否清楚、齐全。通常，正规厂家出产的水泥应该标有以下内容：注册商标、产地、生产许可证编号、执行标准、包装日期、袋装净重、出厂编号、水泥品种等。而劣质水泥则往往对此语焉不详。其次，仔细观察水泥的颜色。一般来讲，水泥的正常颜色应呈灰白色，颜色过深或有变化有可能是其它杂质过多。

第二种：“闻”泥析品质

这里的“闻”不是闻气味，毕竟闻水泥对消费者是不安全的，这里的“闻”是“听”，听商家介绍关于水泥的配料，从而来推断水泥的品质。国内一些小水泥厂为了进行低价销售，违反水泥标准规定，过多地使用水泥混合材料，没有严格按照国家标准进行原料配比，其产品性能可想而知。而正规厂家在水泥的原料选择上则十分严谨，生产出的水泥具有凝结时间适中、粘结强度高、耐久性好的特点。

第三种：“问”泥的来源

主要是询问水泥的生产厂家和生产工艺，看其“出身”是否正规，生产工艺是否先进。当前，非法建材装修市场上的水泥产品以小立窑工艺生产的居多，不但产品质量十分不稳定，也是环保的大敌；而一些专业大厂采用新型干法旋窑生产，采用先进的计算机技术控制管理，能够确保水泥产品质量稳定。

第四种：“切”泥知寿命

这步主要用手指来给水泥“号脉”，辨别其出厂时间的长短。水泥也有保质期，一般而言，超过出厂日期30天的水泥强度将有所下降。储存三个月后的水泥其强度下降10%～20%，一年后降低25%～40%。能正常使用的水泥应无受潮结块现象，优质水泥用手指捻水泥粉末，感到有颗粒细腻的感觉。包装劣质的水泥，开口检查会有受潮和结块现象；劣质水泥用手指捻水泥粉末，有粗糙感，说明该水泥细度较粗、不正常，使用的时候强度低，黏性很差。