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摘要：本文对水泥的物理力学性能以及其在混凝土中的作用和对混凝土的影响作了简要的介绍，同时对这些基本性能的测定方法的要点作了简单的阐述。
关键词：细度；安定性；凝结时间；强度
Abstract: In this paper, a brief introduction of the mechanical properties of cement, its roles in concrete and the influence to concrete is presented, and the key points for measuring these basic properties are expounded.
Key words: fineness; stability; setting time; strength
中图分类号：TQ172.73 文献标识码：A 文章编号：2095-2104（2012）
1 前言
水泥是我国重要的建筑材料，经过多年的发展，我国水泥工业发展取得了很大成绩，产量已多年位居世界第一，保障了国民经济发展的需要，因此水泥各种性能的好坏不仅直接影响建筑物的质量，也影响整个国民经济持续、稳定、健康发展。
2 水泥的性能
2.1 物理性能
2.1.1 细度
细度是指水泥颗粒的粗细程度，对水泥的性质有很大影响。颗粒愈细，水泥水化反应愈快而且较完全，强度会上升较快而且较高，但若一味的为了提高水泥的强度而将水泥磨得很细将会带来很多负面影响。
以前的一些水泥專家也坚持认为水泥应磨得细一点以免浪费水泥熟料潜在的活性从而浪费能源。认为水泥磨得细一点，早期强度就高一点。然而水泥工业的服务对象是混凝土行业，水泥是混凝土的主要胶凝材料，水泥的强度也不是评价水泥质量优劣的唯一标准，在市场经济的条件下，必须考虑用户的需求。水泥工作者不能将注意力集中于细度而忽略了水泥的其他性能，事实上如果水泥细度小于1%，级配又差，就会对混凝土性能产生较明显的影响，混凝土的结构内应力增大，开裂现象增多，混凝土的耐久性会降低，与外加剂的适应性差等等。
随着科技的发展，水泥的生产工艺得到了很大的提高，煅烧和碾磨都很充分，水泥的细度足以满足要求，但是水泥的颗粒级配的控制方面还存在着一定的问题，在新的水泥标准上已经把水泥细度作为选择性指标，水泥细度已经不作为水泥合格与否的判据。
2.1.2 检测方法
水泥细度的测定方法主要有筛余、比表面积等。
筛余
这是水泥生产最常用的方法。1977年开始采用水筛法，1990年后又增加了负压筛析法。目前随着水泥工艺的发展，用80μm方孔筛控制水泥细度已经不太合适了，因此在新的水泥标准上增加了45μm方孔筛筛余，用45μm方孔筛控制水泥细度。
比表面积
我国水泥比表面积的测定方法都采用透气法。目前主要采用勃氏透气仪。透气法测比表面积时都是测定一定量的空气透过一定孔隙率水泥层所需的时间，然后通过计算求得比表面积值。
比表面积所代表的细度含义比筛余进了一大步，它与水泥性能的相关性比筛余更具普遍性。
2.1.3 标准稠度用水量
水泥要达到一定的稠度，不同的水泥所需的水量不同，水泥用水量的高低不仅对混凝土性能影响很大而且直接影响水泥另外两个重要的指标，安定性和凝结时间的检测结果，故通过试验获得水泥标准稠度用水量。不仅能了解水泥的部分性能而且为进行凝结时间和安定性试验作好准备。
水泥标准稠度用水量主要包括填充在水泥颗粒间隙的水，颗粒表面吸附的水，和矿物水化结合的水，水泥颗粒间隙的水与水泥颗粒形状及其级配有关，水泥颗粒表面吸附的水与细度有关，水化用水与矿物组成有关，故水泥的标准稠度用水量不仅决定于细度和水泥熟料矿物成分，同时水泥的颗粒级配对它也产生不可忽视的影响。
目前，水泥生产企业为了迎合施工单位对水泥强度的需要，一味的降低水泥的细度而又不考虑水泥的颗粒级配及颗粒形状，同时乱掺混合材，使水泥的标准稠度用水量越来越大。
混凝土的力学性能取决于其结构的致密程度及水化产物的黏结力。结构的致密程度主要由混凝土的水灰比（水胶比）决定，这样为了达到配制要求势必会引起需水量大，和与外加剂相容性的问题。
2.1.4 检测方法
水泥净浆标准稠度用水量等效采用ISO 9597：1989的试杆法，但同时考虑中国的国情，在标准中增加试锥法，水泥净浆对试杆或试锥的沉入具有一定的阻力，通过试验不同含水量的水泥净浆的穿透性，确定水泥标准稠度用水量，GB/T 1346-2001将ISO 9597：1989中规定的试杆法作为标准法，而将GB/T 1346-1989标准中规定的水泥净浆标准稠度测定方法（试锥法）作为代用法。代用法测定水泥净浆标准稠度用水量分为调整水量法和不变水量法。调整水量法是以试杆或试锥下沉规定深度时的净浆为标准稠度净浆；不变水量法以拌合用水142.5mL的净浆测得试锥下沉深度s值计算出标准稠度的用水量p%=33.4-0.185s（当s＜13mm时，应该用调整水量法。
两种方法的区别与联系：试锥的截面积相对较大，随着下沉深度的不同，净浆对其产生的阻力增大，对用水量的多少不很敏感；而试杆法中试杆的截面积固定且较小，净浆对其产生的阻力一定，对用水量的多少较为敏感。所以相对来说试杆法比较合理。
两种方法有争议时以试杆法为准。
2.1.5 凝结时间
水泥和水混合后即成为具有可塑性的半流体，由于其本身的物理化学变化，水泥浆会渐渐失去可塑性而保持已有的形状。这种现象就叫做凝结，从水泥加水拌和到水泥开始失去塑性叫初凝。初凝时不具有强度。终凝是指从水泥加为拌和到水泥浆完全失去塑性。它表示胶体慢慢变密并失去其可塑性，产生了强度，并能抵抗一定的外力。
水泥的凝结时间与水泥的细度，颗粒级配，矿物组成有关，同时水化环境对水泥的凝结时间影响也很大，水泥粉磨细度越细，水泥水化速度会越快，凝结时间就会越短，水泥颗粒分布集中，凝结时间会增长，矿物的水化活性好，水泥的凝结时间会越短，温度愈高，水化速度愈快，温度过低，水泥的活性会降低，水化速度会大大减慢。
水泥的凝结时间对混凝土的使用影响很大，如果初凝时间过短，水泥凝结过快，混凝土很快失去流动性而无法在完成混凝土各工序之前浇筑，但终凝时间过短水泥不能及时凝结硬化又会影响下一道工序的施工，拖延工期。因此水泥凝结时间的控制主要是为了便于工程施工的顺利进行，是水泥质量的主要控制指标。
2.1.6 检测方法
水泥凝结时间与加水量有直接关系，测定水泥的凝结时间 ，一定要以标准稠度的水泥净浆，在规定的条件下用标准稠度仪测定。
标准（GB/T1346-2001）规定了凝结时间的测定方法，在旧的标准9GB1346-1989）中因为经常有水泥浆不易刮平，表面泌水等现象，测定终凝时间不易准确，新的标准中翻转园模，用底部来测定终凝时间并改用安装环形附件的专用试针，底部平整且不会出现泌水等现象，易于准确测定终凝时间，使得终凝时间的测定更为直观和准确。
2.1.7 安定性
水泥在硬化时，体积变化均匀即安定性，水泥凝固后经过一定时间如发生膨胀开裂的现象即为体积不安定，引起水泥体积不安定性的原因有很多，主要有以下三种：熟料中所含的游离氧化钙过多、熟料中所含的游离氧化镁过多或掺入的石膏即三氧化硫过多。熟料中所含的游离氧化钙或氧化镁都是过烧的，熟化很慢，当水泥已硬化成型后它在其中继续熟化，引起不均匀的体积变化，出现龟裂，崩溃、水泥石开裂等现象。当石膏掺量过多即游离的三氧化硫过量时，在水泥已经硬化后，它还会继续与固态的水化铝酸钙反应生成高硫型水化硫铝酸钙，体积膨胀，也会引起水泥石开裂。
安定性不合格的水泥一旦用于工程，会使混凝土构件产生膨胀性裂缝，降低工程质量，甚至引起严重事故，对工程质量影响巨大。安定性不合格的水泥绝对不能使用，如发现应及时采取措施，采取措施后经过试验检测合格方可使用。
2.1.8 检测方法
安定性不合格主要由游离的氧化钙，氧化镁、三氧化硫引起的，但因为生产过程中严格控制氧化镁、三氧化硫的含量，限制了他们对安定性的影响，因此水泥安定性不合格主要由游离的氧化钙含量过多造成的。安定性的测定方法（雷氏法）（试饼法）就是测定由游离的氧化钙过量所造成的安定性不合格。
安定性的测定方法（雷氏法0等效采用（ISO9597：1989）《水泥试验方法一凝结时间和安定性的测定》并与ISO 9597：1989一致，标准中列为标准法，同时在标准中增加了安定性检验方法（试饼法）作为代用法。
雷氏法是观测由二个试针的相对位移所指示的水泥标准稠度净浆体积膨胀的程度来检验水泥的体积安定性。试饼法是通过观察水泥净浆试饼沸煮后的外形变化来检验水泥的体积安定性。两者有争议时以雷氏法为准。
由游离的氧化钙含量较大造成安定性不合格的水泥，存放一段时间后，游离的氧化钙在空气中与水蒸气起反应生成Ca(OH)2逐渐消解，最后转为合格，因此在新的标准GB175-2007中取消了水泥废品判定，安定性不合格仲裁试验应在取样之日起10d内完成。
2.2 力学性能
2.2.1 胶砂强度
水泥胶砂强度是水泥的一项重要指标，通常认为水泥强度即为水泥胶结能力的大小，水泥强度不仅与水泥本身的矿物成分，细度有关，还与水泥试件的制作养护条件，及龄期有关。
水泥强度的高低直接影响混凝土强度，混凝土的强度是由骨料、水泥和水反应形成的水化产物，及活性掺合料的二次水化产物而逐步发展而成的。它包括水泥石强度，骨料强度，以及水泥石与骨料结合的界面强度。其中水泥石的强度是主要的结构强度。
预知水泥强度等级可有效控制混凝土质量。随着科技的发展，水泥的生产工艺得到了很大的提高，煅烧和碾磨都很充分，如果不超标掺加混合材料，普通水泥的胶砂强度必定会超过32.5，因此在新的标准GB175-2007中取消了P.O32.5的水泥。
2.2.2检测方法
我国水泥胶砂强度试验方法标准经历了从硬练到软练，从GB到ISO的变化，目前水泥胶砂强度试验方法等同采用ISO679：1989国际标准方法，这种变化对控制水泥的质量有了很大的改进。同时使我国水泥指标更具有国际通行性。
3 结束语
通过分析总结，我们不难得出这种改变的实质其实是试验條件和试验方法的改变。也就是改变了试验中的各种规定，成型采用ISO标准砂由原来的单一颗粒变成了一定级配的颗粒，原来的胶砂组成，拌合、成型设备、试验条件都发生了根本的变化。ISO法更能反映水泥的真实性，对检验设备，环境条件要求更加严格。使检验数据更具有真实性，科学性、重复性。
振实台和标准砂可以由振动台和指定的标准砂代用，当代用结果有异议时以基准方法为准。
关键词：细度；安定性；凝结时间；强度
Abstract: In this paper, a brief introduction of the mechanical properties of cement, its roles in concrete and the influence to concrete is presented, and the key points for measuring these basic properties are expounded.
Key words: fineness; stability; setting time; strength
中图分类号：TQ172.73 文献标识码：A 文章编号：2095-2104（2012）
1 前言
水泥是我国重要的建筑材料，经过多年的发展，我国水泥工业发展取得了很大成绩，产量已多年位居世界第一，保障了国民经济发展的需要，因此水泥各种性能的好坏不仅直接影响建筑物的质量，也影响整个国民经济持续、稳定、健康发展。
2 水泥的性能
2.1 物理性能
2.1.1 细度
细度是指水泥颗粒的粗细程度，对水泥的性质有很大影响。颗粒愈细，水泥水化反应愈快而且较完全，强度会上升较快而且较高，但若一味的为了提高水泥的强度而将水泥磨得很细将会带来很多负面影响。
以前的一些水泥專家也坚持认为水泥应磨得细一点以免浪费水泥熟料潜在的活性从而浪费能源。认为水泥磨得细一点，早期强度就高一点。然而水泥工业的服务对象是混凝土行业，水泥是混凝土的主要胶凝材料，水泥的强度也不是评价水泥质量优劣的唯一标准，在市场经济的条件下，必须考虑用户的需求。水泥工作者不能将注意力集中于细度而忽略了水泥的其他性能，事实上如果水泥细度小于1%，级配又差，就会对混凝土性能产生较明显的影响，混凝土的结构内应力增大，开裂现象增多，混凝土的耐久性会降低，与外加剂的适应性差等等。
随着科技的发展，水泥的生产工艺得到了很大的提高，煅烧和碾磨都很充分，水泥的细度足以满足要求，但是水泥的颗粒级配的控制方面还存在着一定的问题，在新的水泥标准上已经把水泥细度作为选择性指标，水泥细度已经不作为水泥合格与否的判据。
2.1.2 检测方法
水泥细度的测定方法主要有筛余、比表面积等。
筛余
这是水泥生产最常用的方法。1977年开始采用水筛法，1990年后又增加了负压筛析法。目前随着水泥工艺的发展，用80μm方孔筛控制水泥细度已经不太合适了，因此在新的水泥标准上增加了45μm方孔筛筛余，用45μm方孔筛控制水泥细度。
比表面积
我国水泥比表面积的测定方法都采用透气法。目前主要采用勃氏透气仪。透气法测比表面积时都是测定一定量的空气透过一定孔隙率水泥层所需的时间，然后通过计算求得比表面积值。
比表面积所代表的细度含义比筛余进了一大步，它与水泥性能的相关性比筛余更具普遍性。
2.1.3 标准稠度用水量
水泥要达到一定的稠度，不同的水泥所需的水量不同，水泥用水量的高低不仅对混凝土性能影响很大而且直接影响水泥另外两个重要的指标，安定性和凝结时间的检测结果，故通过试验获得水泥标准稠度用水量。不仅能了解水泥的部分性能而且为进行凝结时间和安定性试验作好准备。
水泥标准稠度用水量主要包括填充在水泥颗粒间隙的水，颗粒表面吸附的水，和矿物水化结合的水，水泥颗粒间隙的水与水泥颗粒形状及其级配有关，水泥颗粒表面吸附的水与细度有关，水化用水与矿物组成有关，故水泥的标准稠度用水量不仅决定于细度和水泥熟料矿物成分，同时水泥的颗粒级配对它也产生不可忽视的影响。
目前，水泥生产企业为了迎合施工单位对水泥强度的需要，一味的降低水泥的细度而又不考虑水泥的颗粒级配及颗粒形状，同时乱掺混合材，使水泥的标准稠度用水量越来越大。
混凝土的力学性能取决于其结构的致密程度及水化产物的黏结力。结构的致密程度主要由混凝土的水灰比（水胶比）决定，这样为了达到配制要求势必会引起需水量大，和与外加剂相容性的问题。
2.1.4 检测方法
水泥净浆标准稠度用水量等效采用ISO 9597：1989的试杆法，但同时考虑中国的国情，在标准中增加试锥法，水泥净浆对试杆或试锥的沉入具有一定的阻力，通过试验不同含水量的水泥净浆的穿透性，确定水泥标准稠度用水量，GB/T 1346-2001将ISO 9597：1989中规定的试杆法作为标准法，而将GB/T 1346-1989标准中规定的水泥净浆标准稠度测定方法（试锥法）作为代用法。代用法测定水泥净浆标准稠度用水量分为调整水量法和不变水量法。调整水量法是以试杆或试锥下沉规定深度时的净浆为标准稠度净浆；不变水量法以拌合用水142.5mL的净浆测得试锥下沉深度s值计算出标准稠度的用水量p%=33.4-0.185s（当s＜13mm时，应该用调整水量法。
两种方法的区别与联系：试锥的截面积相对较大，随着下沉深度的不同，净浆对其产生的阻力增大，对用水量的多少不很敏感；而试杆法中试杆的截面积固定且较小，净浆对其产生的阻力一定，对用水量的多少较为敏感。所以相对来说试杆法比较合理。
两种方法有争议时以试杆法为准。
2.1.5 凝结时间
水泥和水混合后即成为具有可塑性的半流体，由于其本身的物理化学变化，水泥浆会渐渐失去可塑性而保持已有的形状。这种现象就叫做凝结，从水泥加水拌和到水泥开始失去塑性叫初凝。初凝时不具有强度。终凝是指从水泥加为拌和到水泥浆完全失去塑性。它表示胶体慢慢变密并失去其可塑性，产生了强度，并能抵抗一定的外力。
水泥的凝结时间与水泥的细度，颗粒级配，矿物组成有关，同时水化环境对水泥的凝结时间影响也很大，水泥粉磨细度越细，水泥水化速度会越快，凝结时间就会越短，水泥颗粒分布集中，凝结时间会增长，矿物的水化活性好，水泥的凝结时间会越短，温度愈高，水化速度愈快，温度过低，水泥的活性会降低，水化速度会大大减慢。
水泥的凝结时间对混凝土的使用影响很大，如果初凝时间过短，水泥凝结过快，混凝土很快失去流动性而无法在完成混凝土各工序之前浇筑，但终凝时间过短水泥不能及时凝结硬化又会影响下一道工序的施工，拖延工期。因此水泥凝结时间的控制主要是为了便于工程施工的顺利进行，是水泥质量的主要控制指标。
2.1.6 检测方法
水泥凝结时间与加水量有直接关系，测定水泥的凝结时间 ，一定要以标准稠度的水泥净浆，在规定的条件下用标准稠度仪测定。
标准（GB/T1346-2001）规定了凝结时间的测定方法，在旧的标准9GB1346-1989）中因为经常有水泥浆不易刮平，表面泌水等现象，测定终凝时间不易准确，新的标准中翻转园模，用底部来测定终凝时间并改用安装环形附件的专用试针，底部平整且不会出现泌水等现象，易于准确测定终凝时间，使得终凝时间的测定更为直观和准确。
2.1.7 安定性
水泥在硬化时，体积变化均匀即安定性，水泥凝固后经过一定时间如发生膨胀开裂的现象即为体积不安定，引起水泥体积不安定性的原因有很多，主要有以下三种：熟料中所含的游离氧化钙过多、熟料中所含的游离氧化镁过多或掺入的石膏即三氧化硫过多。熟料中所含的游离氧化钙或氧化镁都是过烧的，熟化很慢，当水泥已硬化成型后它在其中继续熟化，引起不均匀的体积变化，出现龟裂，崩溃、水泥石开裂等现象。当石膏掺量过多即游离的三氧化硫过量时，在水泥已经硬化后，它还会继续与固态的水化铝酸钙反应生成高硫型水化硫铝酸钙，体积膨胀，也会引起水泥石开裂。
安定性不合格的水泥一旦用于工程，会使混凝土构件产生膨胀性裂缝，降低工程质量，甚至引起严重事故，对工程质量影响巨大。安定性不合格的水泥绝对不能使用，如发现应及时采取措施，采取措施后经过试验检测合格方可使用。
2.1.8 检测方法
安定性不合格主要由游离的氧化钙，氧化镁、三氧化硫引起的，但因为生产过程中严格控制氧化镁、三氧化硫的含量，限制了他们对安定性的影响，因此水泥安定性不合格主要由游离的氧化钙含量过多造成的。安定性的测定方法（雷氏法）（试饼法）就是测定由游离的氧化钙过量所造成的安定性不合格。
安定性的测定方法（雷氏法0等效采用（ISO9597：1989）《水泥试验方法一凝结时间和安定性的测定》并与ISO 9597：1989一致，标准中列为标准法，同时在标准中增加了安定性检验方法（试饼法）作为代用法。
雷氏法是观测由二个试针的相对位移所指示的水泥标准稠度净浆体积膨胀的程度来检验水泥的体积安定性。试饼法是通过观察水泥净浆试饼沸煮后的外形变化来检验水泥的体积安定性。两者有争议时以雷氏法为准。
由游离的氧化钙含量较大造成安定性不合格的水泥，存放一段时间后，游离的氧化钙在空气中与水蒸气起反应生成Ca(OH)2逐渐消解，最后转为合格，因此在新的标准GB175-2007中取消了水泥废品判定，安定性不合格仲裁试验应在取样之日起10d内完成。
2.2 力学性能
2.2.1 胶砂强度
水泥胶砂强度是水泥的一项重要指标，通常认为水泥强度即为水泥胶结能力的大小，水泥强度不仅与水泥本身的矿物成分，细度有关，还与水泥试件的制作养护条件，及龄期有关。
水泥强度的高低直接影响混凝土强度，混凝土的强度是由骨料、水泥和水反应形成的水化产物，及活性掺合料的二次水化产物而逐步发展而成的。它包括水泥石强度，骨料强度，以及水泥石与骨料结合的界面强度。其中水泥石的强度是主要的结构强度。
预知水泥强度等级可有效控制混凝土质量。随着科技的发展，水泥的生产工艺得到了很大的提高，煅烧和碾磨都很充分，如果不超标掺加混合材料，普通水泥的胶砂强度必定会超过32.5，因此在新的标准GB175-2007中取消了P.O32.5的水泥。
2.2.2检测方法
我国水泥胶砂强度试验方法标准经历了从硬练到软练，从GB到ISO的变化，目前水泥胶砂强度试验方法等同采用ISO679：1989国际标准方法，这种变化对控制水泥的质量有了很大的改进。同时使我国水泥指标更具有国际通行性。
3 结束语
通过分析总结，我们不难得出这种改变的实质其实是试验條件和试验方法的改变。也就是改变了试验中的各种规定，成型采用ISO标准砂由原来的单一颗粒变成了一定级配的颗粒，原来的胶砂组成，拌合、成型设备、试验条件都发生了根本的变化。ISO法更能反映水泥的真实性，对检验设备，环境条件要求更加严格。使检验数据更具有真实性，科学性、重复性。
振实台和标准砂可以由振动台和指定的标准砂代用，当代用结果有异议时以基准方法为准。