2.水泥的礦物組成
眾所周知，硅酸鹽水泥主要的組成礦物有四種，它們的水化性質(zhì)不同，在水泥中所占比例不同時(shí)影響對(duì)水泥整體的性質(zhì)。表2為水泥中四種主要礦物的水化熱，表3為四種主要礦物的收縮率。
C3A的水化熱是其他礦物水化熱的數(shù)倍，尤其是在早期。C3S的水化熱雖然比C3A小很多，但在3d時(shí)卻幾乎是C2S水化熱的5倍，因其含量在熟料中約占一半，故影響也很大。C3A的收縮率是C2S收縮率的3倍，幾乎是C4AF的5倍。因此C3A含量較大的早強(qiáng)水泥易因早期的溫度收縮、自收縮和干燥收縮而開(kāi)裂。
水泥熟料四種主要礦物的水化熱齡期 礦物發(fā)熱量（J/g）
C3S C2S C3A C4AF
3d 244±34 50±21 890±118 290±113
7d 223±46 42±29 1562±164 496±155
28d 378±29 105±17 1382±164 496±92
3個(gè)月 437±21 176±13 1306±71 412±67
1年 491±29 227±17 1172±97 378±92
6.5年 491±29 223±21 1378±105 466±101
水泥熟料四種主要礦物的收縮率
①礦物 收縮率；
C3A 0.00234±0.000100
C3S 0.00079±0.000036
C2S 0.00077±0.000036
C4AF 0.00049±0.000114
②準(zhǔn)稠度用水量；
③以GB175-77的確號(hào)和525號(hào)水泥為例，按統(tǒng)計(jì)計(jì)算；
④表內(nèi)未列出成型方法、試模形狀和尺寸等重要的變化。
3.水泥細(xì)度的影響
3.1.水泥細(xì)度對(duì)水泥與高效減水劑相容性的影響目前我國(guó)混凝土尤其是中等以上強(qiáng)度等級(jí)的混凝土普遍使用高效減水劑和其他外加劑。當(dāng)高效減水劑產(chǎn)品一定時(shí)，水泥的成分（主要是含堿量、C3A及其相應(yīng)的SO3含量）和細(xì)度是影響水泥和高效減水劑相容性的主要因素。水泥細(xì)度的變化加劇了水泥與高效減水劑的相容性問(wèn)題。近兩年高效減水劑用戶和廠家的糾紛時(shí)有發(fā)生，為此天津雍陽(yáng)外加劑廠丘漢用不同細(xì)度的天津P.O525號(hào)水泥和拉法基P.O525號(hào)水泥分別摻入不同量的UNF-5AS，進(jìn)行相容性試驗(yàn)。采用水灰比為0.29的凈漿，分別在攪拌后5min和60min量測(cè)其流動(dòng)度。
高效減水劑與不同細(xì)度水泥的相容性試驗(yàn)結(jié)果細(xì)度（cm2/g） 3014 3486 3982 4445 5.54飽和點(diǎn)/% 0.8 1.2 1.2 1.6 2流動(dòng)度無(wú)損失時(shí)的摻量/% 1.6 2.2 1.8 ＞2.4 找不到隨水泥比表面積增加，與相同高效減水劑的相容性變差，飽和點(diǎn)提高，為減小流動(dòng)度損失需要增加更大摻量的高效減水劑。這樣不僅增加了施工費(fèi)用，而且可導(dǎo)致混凝土中水泥用量的增加，影響混凝土的耐久性。
3.2.水泥細(xì)度對(duì)強(qiáng)度的影響在目前我國(guó)大多數(shù)水泥粉磨條件下，水泥磨得越細(xì)，其中的細(xì)顆粒越多。增加水泥的比表面積能提高水泥的水化速率，提高早期強(qiáng)度，但粒徑在1μm以下的顆粒水化很快，幾乎對(duì)后期強(qiáng)度沒(méi)有任何貢獻(xiàn)，倒是對(duì)早期的水化熱、混凝土的自收縮和干燥收縮有貢獻(xiàn)——水化快的水泥顆粒水化熱釋放得早；因水化快消耗混凝土內(nèi)部的水分較快，引起混凝土的自干燥收縮；細(xì)顆粒容易水化充分，產(chǎn)生更多的易于干燥收縮的凝膠和其他水化物。粗顆粒的減少，減少了穩(wěn)定體積的未水化顆粒，因而影響到混凝土的長(zhǎng)期性能。在美國(guó)1937年按特快硬水泥生產(chǎn)的水泥I與現(xiàn)今水泥的平均水平的組成和細(xì)度相當(dāng)，當(dāng)時(shí)采用這種快硬水泥的混凝土10年后強(qiáng)度倒縮了；而1923年使用粗水泥的混凝土，直到50年后強(qiáng)度還在增長(zhǎng)。水泥細(xì)度還會(huì)影響混凝土的抗凍性。細(xì)水泥的易裂性可能與其低抗拉強(qiáng)度有關(guān)。
4.水泥中含堿量和開(kāi)裂的關(guān)系
GB175-1999出于對(duì)預(yù)防堿骨料反應(yīng)的考慮對(duì)水泥中含堿量進(jìn)行限制。Burrows在美國(guó)佛羅里達(dá)的肯山壩對(duì)104種混凝土的面板進(jìn)行了53年的調(diào)查研究，發(fā)現(xiàn)開(kāi)裂嚴(yán)重的劣化了的混凝土中，有的水泥含堿量高，但所用骨料并沒(méi)有堿活性；還有的使用高堿水泥同時(shí)所用骨料也有活性，但是檢測(cè)的結(jié)果卻沒(méi)有堿骨料反應(yīng)的產(chǎn)物，而混凝土卻開(kāi)裂而劣化了；低堿、雖高堿但低C3A和低C3S的水泥則完好。這表明堿能促進(jìn)水泥的收縮開(kāi)裂。用粗磨、低堿水泥時(shí)，引氣混凝土可經(jīng)受住550次凍融循環(huán)，但用細(xì)磨、高堿水泥則經(jīng)受不住100次循環(huán)。
美國(guó)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)局對(duì)199種水泥進(jìn)行了18年以上的調(diào)研，大量的發(fā)現(xiàn)是堿和細(xì)度、C3A和C4AF的因素一起極大地影響水泥的抗裂性。即使有相同水化率（強(qiáng)度）和相同的自由收縮，顯然低堿水泥有內(nèi)在的抵抗開(kāi)裂的能力。當(dāng)含堿量低于0.6%Na2O當(dāng)量時(shí)，水泥的抗裂性明顯增加，當(dāng)進(jìn)一步降低到趨向于0時(shí)，這種能力會(huì)進(jìn)一步改善，盡管這一點(diǎn)是做不到的。
由于堿骨料反應(yīng)必須在混凝土中具有足夠的含堿量、足夠數(shù)量的活性骨料和足夠的水分供應(yīng)三個(gè)條件同時(shí)存在的情況下才會(huì)發(fā)生，并不要求任何情況下都限制水泥的含堿量，但是，促進(jìn)混凝土收縮裂縫的生成和發(fā)展以致造成混凝土結(jié)構(gòu)物的劣化，卻是高含堿量對(duì)混凝土更大的威脅。所以無(wú)論是否使用活性骨料，必須將水泥中的含堿量減少到最小。
5.討論和建議
（1）眾所周知，凡是能提高混凝土早期強(qiáng)度的因素，都會(huì)影響混凝土后期強(qiáng)度的增長(zhǎng)，所以目前在配制混凝土?xí)r都有較大的強(qiáng)度富余，以期補(bǔ)償這種后期強(qiáng)度的損失，這無(wú)疑會(huì)造成很大的浪費(fèi)?，F(xiàn)在看來(lái)，問(wèn)題遠(yuǎn)比此更嚴(yán)重，早期的高強(qiáng)度所帶來(lái)的后患是混凝土結(jié)構(gòu)物提早劣化。因此，除非工程有特殊需要，應(yīng)盡量避免使用早強(qiáng)水泥。
（2）混凝土早期高強(qiáng)度的需求促使了水泥向高C3S和高C3A、高比表面積發(fā)展，再加上低水灰比、高水泥用量、超細(xì)礦物摻合料的使用，造成在約束狀態(tài)下的混凝土因溫度收縮、自收縮、干燥收縮和較高的早期彈性模量而產(chǎn)生較大的內(nèi)部應(yīng)力，早期的低徐變無(wú)法緩解這種應(yīng)力而產(chǎn)生早期裂縫；內(nèi)部不可見(jiàn)的微裂縫在混凝土長(zhǎng)期使用過(guò)程干燥環(huán)境中繼續(xù)發(fā)展，是混凝土提早劣化的主要原因。
（3）高含堿量的水泥會(huì)生成抗裂性能差的凝膠，加重混凝土后期的干燥收縮，所以不論骨料是否有活性，都應(yīng)當(dāng)限制水泥和混凝土中的含堿量。
（4）建議對(duì)水泥和混凝土質(zhì)量增加抗裂性的要求（國(guó)內(nèi)外都已有對(duì)抗裂性評(píng)價(jià)方法的研究和使用）。
（5）建議對(duì)基礎(chǔ)、高層建筑底（低）層柱等部位結(jié)構(gòu)物的混凝土盡量延長(zhǎng)驗(yàn)收期（如56d或90d），以盡量避免過(guò)高的早期強(qiáng)度。
（6）建議對(duì)不同強(qiáng)度等級(jí)和不同結(jié)構(gòu)部位的混凝土分別建立不同的養(yǎng)護(hù)制度，以避免產(chǎn)生過(guò)多的體積不穩(wěn)定的水化物。
（7）從耐久性出發(fā)，建議在混凝土中減少水泥用量，代之以抗裂性較好的礦物摻合料（如粉煤灰）。粉煤灰中的粗顆?？稍诨炷林衅鸱€(wěn)定體積的作用，故不必追求細(xì)度。碳會(huì)降低粉煤灰的抗裂性，故對(duì)粉煤灰重點(diǎn)應(yīng)控制燒失量。
眾所周知，硅酸鹽水泥主要的組成礦物有四種，它們的水化性質(zhì)不同，在水泥中所占比例不同時(shí)影響對(duì)水泥整體的性質(zhì)。表2為水泥中四種主要礦物的水化熱，表3為四種主要礦物的收縮率。
C3A的水化熱是其他礦物水化熱的數(shù)倍，尤其是在早期。C3S的水化熱雖然比C3A小很多，但在3d時(shí)卻幾乎是C2S水化熱的5倍，因其含量在熟料中約占一半，故影響也很大。C3A的收縮率是C2S收縮率的3倍，幾乎是C4AF的5倍。因此C3A含量較大的早強(qiáng)水泥易因早期的溫度收縮、自收縮和干燥收縮而開(kāi)裂。
水泥熟料四種主要礦物的水化熱齡期 礦物發(fā)熱量（J/g）
C3S C2S C3A C4AF
3d 244±34 50±21 890±118 290±113
7d 223±46 42±29 1562±164 496±155
28d 378±29 105±17 1382±164 496±92
3個(gè)月 437±21 176±13 1306±71 412±67
1年 491±29 227±17 1172±97 378±92
6.5年 491±29 223±21 1378±105 466±101
水泥熟料四種主要礦物的收縮率
①礦物 收縮率；
C3A 0.00234±0.000100
C3S 0.00079±0.000036
C2S 0.00077±0.000036
C4AF 0.00049±0.000114
②準(zhǔn)稠度用水量；
③以GB175-77的確號(hào)和525號(hào)水泥為例，按統(tǒng)計(jì)計(jì)算；
④表內(nèi)未列出成型方法、試模形狀和尺寸等重要的變化。
3.水泥細(xì)度的影響
3.1.水泥細(xì)度對(duì)水泥與高效減水劑相容性的影響目前我國(guó)混凝土尤其是中等以上強(qiáng)度等級(jí)的混凝土普遍使用高效減水劑和其他外加劑。當(dāng)高效減水劑產(chǎn)品一定時(shí)，水泥的成分（主要是含堿量、C3A及其相應(yīng)的SO3含量）和細(xì)度是影響水泥和高效減水劑相容性的主要因素。水泥細(xì)度的變化加劇了水泥與高效減水劑的相容性問(wèn)題。近兩年高效減水劑用戶和廠家的糾紛時(shí)有發(fā)生，為此天津雍陽(yáng)外加劑廠丘漢用不同細(xì)度的天津P.O525號(hào)水泥和拉法基P.O525號(hào)水泥分別摻入不同量的UNF-5AS，進(jìn)行相容性試驗(yàn)。采用水灰比為0.29的凈漿，分別在攪拌后5min和60min量測(cè)其流動(dòng)度。
高效減水劑與不同細(xì)度水泥的相容性試驗(yàn)結(jié)果細(xì)度（cm2/g） 3014 3486 3982 4445 5.54飽和點(diǎn)/% 0.8 1.2 1.2 1.6 2流動(dòng)度無(wú)損失時(shí)的摻量/% 1.6 2.2 1.8 ＞2.4 找不到隨水泥比表面積增加，與相同高效減水劑的相容性變差，飽和點(diǎn)提高，為減小流動(dòng)度損失需要增加更大摻量的高效減水劑。這樣不僅增加了施工費(fèi)用，而且可導(dǎo)致混凝土中水泥用量的增加，影響混凝土的耐久性。
3.2.水泥細(xì)度對(duì)強(qiáng)度的影響在目前我國(guó)大多數(shù)水泥粉磨條件下，水泥磨得越細(xì)，其中的細(xì)顆粒越多。增加水泥的比表面積能提高水泥的水化速率，提高早期強(qiáng)度，但粒徑在1μm以下的顆粒水化很快，幾乎對(duì)后期強(qiáng)度沒(méi)有任何貢獻(xiàn)，倒是對(duì)早期的水化熱、混凝土的自收縮和干燥收縮有貢獻(xiàn)——水化快的水泥顆粒水化熱釋放得早；因水化快消耗混凝土內(nèi)部的水分較快，引起混凝土的自干燥收縮；細(xì)顆粒容易水化充分，產(chǎn)生更多的易于干燥收縮的凝膠和其他水化物。粗顆粒的減少，減少了穩(wěn)定體積的未水化顆粒，因而影響到混凝土的長(zhǎng)期性能。在美國(guó)1937年按特快硬水泥生產(chǎn)的水泥I與現(xiàn)今水泥的平均水平的組成和細(xì)度相當(dāng)，當(dāng)時(shí)采用這種快硬水泥的混凝土10年后強(qiáng)度倒縮了；而1923年使用粗水泥的混凝土，直到50年后強(qiáng)度還在增長(zhǎng)。水泥細(xì)度還會(huì)影響混凝土的抗凍性。細(xì)水泥的易裂性可能與其低抗拉強(qiáng)度有關(guān)。
4.水泥中含堿量和開(kāi)裂的關(guān)系
GB175-1999出于對(duì)預(yù)防堿骨料反應(yīng)的考慮對(duì)水泥中含堿量進(jìn)行限制。Burrows在美國(guó)佛羅里達(dá)的肯山壩對(duì)104種混凝土的面板進(jìn)行了53年的調(diào)查研究，發(fā)現(xiàn)開(kāi)裂嚴(yán)重的劣化了的混凝土中，有的水泥含堿量高，但所用骨料并沒(méi)有堿活性；還有的使用高堿水泥同時(shí)所用骨料也有活性，但是檢測(cè)的結(jié)果卻沒(méi)有堿骨料反應(yīng)的產(chǎn)物，而混凝土卻開(kāi)裂而劣化了；低堿、雖高堿但低C3A和低C3S的水泥則完好。這表明堿能促進(jìn)水泥的收縮開(kāi)裂。用粗磨、低堿水泥時(shí)，引氣混凝土可經(jīng)受住550次凍融循環(huán)，但用細(xì)磨、高堿水泥則經(jīng)受不住100次循環(huán)。
美國(guó)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)局對(duì)199種水泥進(jìn)行了18年以上的調(diào)研，大量的發(fā)現(xiàn)是堿和細(xì)度、C3A和C4AF的因素一起極大地影響水泥的抗裂性。即使有相同水化率（強(qiáng)度）和相同的自由收縮，顯然低堿水泥有內(nèi)在的抵抗開(kāi)裂的能力。當(dāng)含堿量低于0.6%Na2O當(dāng)量時(shí)，水泥的抗裂性明顯增加，當(dāng)進(jìn)一步降低到趨向于0時(shí)，這種能力會(huì)進(jìn)一步改善，盡管這一點(diǎn)是做不到的。
由于堿骨料反應(yīng)必須在混凝土中具有足夠的含堿量、足夠數(shù)量的活性骨料和足夠的水分供應(yīng)三個(gè)條件同時(shí)存在的情況下才會(huì)發(fā)生，并不要求任何情況下都限制水泥的含堿量，但是，促進(jìn)混凝土收縮裂縫的生成和發(fā)展以致造成混凝土結(jié)構(gòu)物的劣化，卻是高含堿量對(duì)混凝土更大的威脅。所以無(wú)論是否使用活性骨料，必須將水泥中的含堿量減少到最小。
5.討論和建議
（1）眾所周知，凡是能提高混凝土早期強(qiáng)度的因素，都會(huì)影響混凝土后期強(qiáng)度的增長(zhǎng)，所以目前在配制混凝土?xí)r都有較大的強(qiáng)度富余，以期補(bǔ)償這種后期強(qiáng)度的損失，這無(wú)疑會(huì)造成很大的浪費(fèi)?，F(xiàn)在看來(lái)，問(wèn)題遠(yuǎn)比此更嚴(yán)重，早期的高強(qiáng)度所帶來(lái)的后患是混凝土結(jié)構(gòu)物提早劣化。因此，除非工程有特殊需要，應(yīng)盡量避免使用早強(qiáng)水泥。
（2）混凝土早期高強(qiáng)度的需求促使了水泥向高C3S和高C3A、高比表面積發(fā)展，再加上低水灰比、高水泥用量、超細(xì)礦物摻合料的使用，造成在約束狀態(tài)下的混凝土因溫度收縮、自收縮、干燥收縮和較高的早期彈性模量而產(chǎn)生較大的內(nèi)部應(yīng)力，早期的低徐變無(wú)法緩解這種應(yīng)力而產(chǎn)生早期裂縫；內(nèi)部不可見(jiàn)的微裂縫在混凝土長(zhǎng)期使用過(guò)程干燥環(huán)境中繼續(xù)發(fā)展，是混凝土提早劣化的主要原因。
（3）高含堿量的水泥會(huì)生成抗裂性能差的凝膠，加重混凝土后期的干燥收縮，所以不論骨料是否有活性，都應(yīng)當(dāng)限制水泥和混凝土中的含堿量。
（4）建議對(duì)水泥和混凝土質(zhì)量增加抗裂性的要求（國(guó)內(nèi)外都已有對(duì)抗裂性評(píng)價(jià)方法的研究和使用）。
（5）建議對(duì)基礎(chǔ)、高層建筑底（低）層柱等部位結(jié)構(gòu)物的混凝土盡量延長(zhǎng)驗(yàn)收期（如56d或90d），以盡量避免過(guò)高的早期強(qiáng)度。
（6）建議對(duì)不同強(qiáng)度等級(jí)和不同結(jié)構(gòu)部位的混凝土分別建立不同的養(yǎng)護(hù)制度，以避免產(chǎn)生過(guò)多的體積不穩(wěn)定的水化物。
（7）從耐久性出發(fā)，建議在混凝土中減少水泥用量，代之以抗裂性較好的礦物摻合料（如粉煤灰）。粉煤灰中的粗顆?？稍诨炷林衅鸱€(wěn)定體積的作用，故不必追求細(xì)度。碳會(huì)降低粉煤灰的抗裂性，故對(duì)粉煤灰重點(diǎn)應(yīng)控制燒失量。