【文章摘选】高性能混凝土应用技术指南-结构设计计算及验算

一、水泥

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。高性能混凝土宜采用通用硅酸盐水泥。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和粉煤灰硅酸盐水泥。

1 技术要求

（1）通用硅酸盐水泥的组分

通用硅酸盐水泥的组分应符合表5.1-1的要求。

（2）化学指标

通用硅酸盐水泥化学指标应符合表5.1-2规定

表5.1-2 通用硅酸盐水泥的化学指标要求

（3）碱含量

水泥中碱含量按Na2O+0.658K2O计算值表示。若使用活性骨料，用户要求提供低碱水泥时，水泥中的碱含量应不大于0.60%或由买卖双方协商确定。

（4）凝结时间

硅酸盐水泥初凝不小于45min，终凝不大于390min；

普通硅酸盐水泥、矿渣硅酸盐水泥、火山灰质硅酸盐水泥和粉煤灰硅酸盐水泥初凝不小于45min，终凝不大于600min。

（5）安定性

沸煮法合格。

（6）强度

不同品种不同强度等级的通用硅酸盐水泥，其不同各龄期的强度应符合表5.1-3的规定。

表5.1-3 通用硅酸盐水泥强度要求 单位为兆帕

（7）细度

硅酸盐水泥和普通硅酸盐水泥的比表面积不宜大于350m2/kg；矿渣硅酸盐水泥、火山灰质硅酸盐水泥和粉煤灰硅酸盐水泥以筛余表示，80μm方孔筛筛余不大于10%或45μm方孔筛筛余不大于30%。

其他有关方面要求应符合现行国家标准《通用硅酸盐水泥》GB175的规定。

2 水泥及其性能试验方法标准

(1)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和粉煤灰硅酸盐水泥按《通用硅酸盐水泥》GB 175规定执行；

(2)中、低热硅酸盐水泥或低热矿渣硅酸盐水泥按《中热硅酸盐水泥低热硅酸盐水泥低热矿渣硅酸盐水泥》GB 200规定执行；

(3) 组分按《水泥组分的定量测定》GB/T12960规定执行；

(4)不溶物、烧失量、氧化镁、三氧化硫和碱含量按《水泥化学分析方法》GB/T176规定执行；

(5) 压蒸安定性按《水泥压蒸安定性试验方法》GB/T750规定执行；

(6) 氯离子含量按《水泥原料中氯离子的化学分析方法》JC/T420规定执行；

(7)标准稠度用水量、凝结时间和安定性按《水泥标准稠度用水量、凝结时间、安定性检验方法》GB/T 1346规定执行；

(8)强度按《水泥胶砂强度检验方法（ISO法）》GB/T17671规定执行；

(9)比表面积按《水泥比表面积测定方法(勃氏法)》GB/T8074规定执行；

(10)80μm和45μm筛余按《水泥细度检验方法（筛析法）》GB/T1345规定执行。

3 应用要点

(1) 宜采用强度等级不低于42.5级的通用硅酸盐水泥；

(2)同一强度等级和品种的水泥，应尽量采用较高胶砂强度的水泥，42.5级水泥的28d 胶砂强度不宜低于48MPa；

(3)当地矿物掺合料充足时，尽量采用硅酸盐水泥或普通硅酸盐水泥，当地缺乏矿物掺合料时，可以采用其他通用硅酸盐水泥；

(4)水泥品种与强度等级的选用应根据设计、施工要求以及工程所处环境确定。对于一般建筑结构及预制构件的普通混凝土，宜采用通用硅酸盐水泥；高强混凝土和有抗冻要求的混凝土宜采用硅酸盐水泥或普通硅酸盐水泥；有预防混凝土碱-骨料反应要求的混凝土工程宜采用碱含量低于0.6%的水泥；大体积混凝土宜采用中、低热硅酸盐水泥或低热矿渣硅酸盐水泥，也可使用硅酸盐水泥或普通硅酸盐水泥同时复合使用大掺量的矿物掺合料；有抗硫酸盐侵蚀要求的混凝土，宜采用矿渣硅酸盐水泥、粉煤灰硅酸盐水泥或火山灰质硅酸盐水泥，也可使用硅酸盐水泥或普通硅酸盐水泥同时复合使用优质的矿物掺合料；

(5) 应尽量使用均匀性和稳定性较好的水泥。

【讲解说明】

水泥的种类很多，按照矿物可分为硅酸盐水泥、铝酸盐水泥、硫铝酸盐水泥、铁铝酸盐水泥、氟铝酸盐水泥等。按照性能和用途分为一般用途水泥和特殊用途水泥。目前水泥品种约有100多种。为了便于命名和分类，从水泥本身的特点和使用角度出发，我国标准按水泥的用途和性能分为三类，即通用水泥、特性水泥和专用水泥。

1通用水泥——用于一般土木建筑工程的水泥。这类水泥实际上是硅酸盐水泥及其派生的品种。它用量大，使用面积广，目前品种有硅酸盐水泥、普通硅酸盐水泥、矿渣硅酸盐水泥、粉煤灰硅酸盐水泥、火山灰质硅酸盐水泥、复合硅酸盐水泥、磷渣硅酸盐水泥、石灰石硅酸盐水泥硫铝酸钙改性硅酸盐水泥、镁渣硅酸盐水泥。其中普通硅酸盐水泥、矿渣硅酸盐水泥和复合硅酸盐水泥是我国水泥市场的主导产品。

2 特性水泥——某种性能比较突出的水泥。这类水泥主要是为满足不同的工程要求。主要品种有用于补偿收缩混凝土工程的膨胀水泥，用于大坝混凝土工程和要求水化热低的结构工程的中热硅酸盐水泥、低热硅酸盐水泥、低热矿渣硅酸盐水泥，用于要求早期强度较高的快硬硅酸盐水泥和硫铝酸盐水泥，用于高温条件的铝酸盐水泥，用于水泥混凝土路面工程的道路硅酸盐水泥，用于装饰工程的白色硅酸盐水泥等。

3专用水泥——专门用途的水泥。这类水泥用途单一，如专用于加固油、气井工程的油井水泥，用于砌筑和抹灰的砌筑水泥等。

高性能混凝土使用的一般就是现行国家标准《通用硅酸盐水泥》GB175规定的水泥品种。

在水泥在技术要求方面，本《指南》指标与现行国家标准《通用硅酸盐水泥》GB175比较，可见下述的3点说明。

1未列入早强水泥（即后缀“R”的水泥）。原因是早强水泥一般C3A或C2S含量高，或者粉磨细度大，用这种水泥制备的混凝土体积稳定性差，容易收缩开裂，影响结构耐久性。

2 高性能混凝土中几乎不使用强度等级32.5MPa的水泥。因此，未列入这一强度等级的水泥。

关于水泥品种问题，主要涉及水泥中的混合材料。强调当地有合格的矿物掺合料时，鼓励采用硅酸盐水泥或普通硅酸盐水泥，严格控制水泥中混合材掺量。优质的水泥是制备高性能混凝土的基础，与发达国家相比，我国P·Ⅰ或P·Ⅱ硅酸盐水泥用量很少，大多数水泥企业的产品纲领以P·O42.5MPa水泥为主，混凝土生产企业仅从水泥单价考虑，没有执着地要求水泥企业提供P·Ⅰ型硅酸盐水泥，水泥企业也乐得提供利润相对较高的P·O水泥。混凝土生产企业使用P·O水泥，在计算活性掺合料掺量时，通常不考虑所用的水泥中已经掺加了混合材料，在混凝土中就会出现超掺问题。现行国家标准《通用硅酸盐水泥》GB175-2007规定了必须明示水泥中混合材料的品种和掺量，生产者在正常情况下应按现行国家标准《水泥组分的定量测定》GB/T12960或准确度更高的方法，至少每月对水泥组分进行校核。但实际情况是，一些水泥厂采用分别粉磨混合材和熟料的技术，大幅度提高水泥中混合材的掺加量。采用分别粉磨技术和掺加含有早强激发组分的助磨剂后，在所谓的“P·O42.5MPa”水泥中，混合材料的掺加量一般可达40%~50%。在这种水泥中再掺加50%的掺合料，其水泥熟料仅有22.5%~27.5%，就性质而言，该胶凝材料体系已经趋向石膏矿渣水泥，其水化产物的PH值低于硅酸盐水泥，不仅会给钢筋混凝土结构带来潜在的锈蚀风险，而且混凝土后期强度增长幅度很少。在现行国家标准《通用硅酸盐水泥》GB175-2007中，水泥组分不是强制性条文，仅由生产者自行检验，缺乏监督和管理，且大多数的混凝土生产商对该条文和检验方法不熟悉，不能有效维护自身的合法权益。建议混凝土生产企业严格控制水泥的组分，作为进场检验项目检测。在有粉煤灰、矿渣粉等矿物掺合料的地区，胶凝材料最好的组配是水泥厂提供P·Ⅰ或P·Ⅱ硅酸盐水泥，混凝土生产企业外掺粉煤灰、矿渣粉等矿物掺合料。这样不仅易于保证混凝土质量，而且减少社会物流成本，节能减排。

当地没有合格的矿物掺合料时，应尽量采用矿渣硅酸盐水泥、粉煤灰硅酸盐水泥或火山灰质硅酸盐水泥。原因是制备高性能混凝土，需要使用一定量的矿物掺合料，在没有合格矿物掺合料的地区，使用矿渣硅酸盐水泥、粉煤灰硅酸盐水泥或火山灰质硅酸盐水泥是合理选择。

3 关于水泥细度问题，主要规定硅酸盐水泥和普通硅酸盐水泥的比表面积不应大于350m2/kg。现行国家标准《通用硅酸盐水泥》GB175-2007中，对于硅酸盐水泥和普通硅酸盐水泥规定的细度是比表面积不小于300m2/kg，但该指标是选择性指标，也就是说，与碱含量指标一样，可以由买卖双方协商。该标准没有对水泥细度的上限做规定。目前工程中遇到的问题是水泥普遍偏细，以P·O42.5MPa水泥为例，比表面积约为380~430 m2/kg，水泥的放热速率快，后期强度增进率小，导致混凝土收缩开裂现象普遍，后期强度不增长，甚至倒缩，高性能混凝土不适合用这种细水泥。国内外研究表明，水泥中含有适量的中粗颗粒，不仅放热慢、收缩小，而且有利于保障混凝土后期强度增长，对混凝土工程耐久性具有重要作用。

关于耐硫酸盐侵蚀问题。研究表明，粉煤灰硅酸盐水泥、矿渣硅酸盐水泥、火山灰质硅酸盐水泥的耐硫酸盐侵蚀性能优于普通硅酸盐水泥和硅酸盐水泥；在普通硅酸盐水泥或硅酸盐水泥中掺加适量的活性矿物掺合料能够大幅度提高其耐硫酸盐侵蚀性能。

就一般场合而言，本指南鼓励使用较粗的P·Ⅰ或P·Ⅱ硅酸盐水泥，外掺优质矿物掺合料的胶凝材料配制高性能混凝土。

本文摘自：高性能混凝土应用技术指南

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