在土木工程中，除了通用水泥外，还需使用一些特性水泥和专用水泥。本次将介绍铝酸盐水泥、硫铝酸盐水泥、快硬硅酸盐水泥、白色和彩色硅酸盐水泥、膨胀水泥和道路水泥等。

白色和彩色硅酸盐水泥

以适当成分的生料烧至部分熔融，得到以硅酸钙为主要成分、氧化铁含量很小的白色硅酸盐水泥熟料，加入适量石膏和标准规定的混合材料，共同磨细制成的水硬性胶凝材料称为白色硅酸盐水泥，简称白水泥，代号P·W。

白色硅酸盐水泥是采用含极少量着色物质(氧化铁、氧化锰、氧化钛、氧化铬等)的原料，如纯净的高岭土、纯石英砂、纯石灰石或白垩等，在较高温度(1500~1600℃)烧成熟料。白色硅酸盐水泥熟料矿物成分主要还是硅酸盐。在熟料磨细时可加入0~30%的石灰石、白云质石灰石或石英砂等天然矿物。

白色硅酸盐水泥 Portland white cement

白色硅酸盐水泥的性质与普通硅酸盐水泥相同，按照国家标准《白色硅酸盐水泥》(GB/T 2015-2017)规定，白色硅酸盐水泥分32.5、42.5和52.5三个强度等级。白色硅酸盐水泥的白度分为1级和2级，代号为P·W-1(白度不小于89)和P·W-2(白度不小于87)。白水泥的初凝时间不得早于45min，终凝不得迟于10h。对细度、沸煮安定性和三氧化硫含量的要求与普通硅酸盐水泥相同。熟料中氧化镁的含量不得超过5.0%，如果水泥经压蒸安定性试验合格，则熟料中氧化镁的含量允许放宽到6.0%。

白色硅酸盐水泥的强度等级

白色硅酸盐水泥熟料、石膏和耐碱矿物颜料共同磨细，可制成彩色硅酸盐水泥。耐碱矿物颜料应对水泥不起有害作用，常用的有：氧化铁(红、黄、褐、黑色)、氧化锰(褐、黑色)、氧化铬(绿色)、赭石(赭色)、群青(蓝色)以及普鲁士红等，但制造红色、黑色或棕色水泥时，可在普通硅酸盐水泥中加入耐碱矿物颜料，而不一定用白色硅酸盐水泥。

彩色硅酸盐水泥 Portland color cement

白色和彩色硅酸盐水泥，主要用于建筑物内外的表面装饰工程上，如地画楼面、楼梯、墙、柱及台阶等。可做成水泥拉毛、彩色砂浆、水磨石、水刷石、斩假石等饰面，也可用于雕塑及装饰部件或制品。使用白色或彩色硅酸盐水泥时，应以彩色大理石、石灰石、白云石等彩色石子或石屑和石英砂作粗细骨料制作方法可以在工地现场浇制，也可在工厂预制。

彩色硅酸盐水泥的强度等级

彩色硅酸盐水泥制品

快硬水泥

铝酸盐水泥

铝酸盐水泥是以钙质和铝质材料为主要原料，按适当比例配制成生料，煅烧至完全或部分熔融，并经冷却所得以铝酸钙为主要矿物组成的产物。由铝酸盐水泥熟料磨细制成的水硬性胶凝材料称为铝酸盐水泥，代号CA。铝酸盐水泥是一种快硬、高强、耐腐蚀、耐热的水泥。铝酸盐水泥又称髙铝水泥。

铝酸盐水泥

铝酸盐水泥的主要矿物成分为铝酸一钙(CaO·Al2O3简写CA)及其他的铝酸盐，如CaO·2Al2O3(简写CA2)、2CaO·Al2O3·SiO2(简写C2AS)、12CaO·7Al2O3(简写C12A7)等，有时还含有很少量2CaO·SiO2等。

铝酸盐水泥的水化和硬化，主要就是铝酸一钙的水化及其水化物的结晶情况。一般认为其水化反应随温度的不同而水化产物不相同。

当温度小于20℃时，其反应：

CaO·Al2O3+10H2O→CaO·Al2O3·10H2O

当温度在20~30℃时，其反应：

2(CaO·Al2O3)+11H2O→2CaO·Al2O3·8H2O+Al2O3·3H2O

当温度大于30℃时，其反应：

3(CaO·Al2O3)+12H2O—3CaO·Al2O3·6H2O+2(Al2O3·3H2O)

在一般条件下,CAH10和C2AH8同时形成，一起共存，其相对比例则随温度的提高而减少。但在较高温度(30℃以上)下，水化产物主要为C3AH6。

水化物CAH10或C2AH8都具有细长的针状和板状结构，能互相结成坚固的结晶连生体，形成晶体骨架。析出的氢氧化铝凝胶难溶于水，填充于晶体骨架的空隙中，形成较密实的水泥石结构。同时水化5~7d后，水化铝酸盐结晶连生体的大小很少改变，故铝酸盐水泥初期强度增长很快，而以后强度增长不显著。

图(a)中可以看到绒毛状的CAH10，图(b)中可以看到针状的CAH10，图(c)中呈板状的CAH10和呈片状的C2AH8，图(d)中的呈棒状的AH3，图(e) 呈片状的CAH10，图(f)中呈团状的C3AH6

铝酸盐水泥常为黄褐色，也有呈灰色的。铝酸盐水泥的密度和堆积密度与普通硅酸盐水泥相近。按国家标准《铝酸盐水泥》(GB/T 201-2015)，铝酸盐水泥根据Al2O3含量百分数分为CA50、CA60、CA70和CA80四类(根据强度，CA50分为CA50-Ⅰ、CA50-Ⅱ、CA50-Ⅲ、CA50-Ⅳ，根据主要矿物组成，CA60分为以铝酸一钙为主的CA60-Ⅰ和铝酸二钙为主的CA60-Ⅱ)。铝酸盐水泥物理性能的要求为比表面积不小于300m2/kg或0.045mm筛余不大于20%。

铝酸盐水泥的化学组成指标

铝酸盐水泥的凝结时间

铝酸盐水泥的抗压及抗折强度

铝酸盐水泥具有快凝、早强、高强、低收缩、耐热性好和耐硫酸盐腐蚀性强等特点，可用于工期紧急的工程、抢修工程、冬季施工的工程，以及配制耐热混凝土及耐硫酸盐混凝土。但髙铝水泥的水化热大、耐碱性差、长期强度会降低使用时应予以注意。

快硬硫铝酸盐水泥

以适当成分的生料，经煅烧所得以无水硫铝酸钙和硅酸二钙为主要矿物成分的熟料和少量石灰石，适量石膏磨细制成的早期强度高的水硬性胶凝材料，称为快硬硫铝酸盐水泥，代号R·SAC。快硬硫铝酸盐水泥的主要成分为无水硫铝酸钙(3(CaO·Al2O3) CaSO4)和β型硅酸二钙(β-C2S)。

快硬硫铝酸盐水泥

无水硫铝酸钙水化很快，早期形成大量的钙矾石和氢氧化铝凝胶，使快硬硫铝酸盐水泥获得较高的早期强度。β-C2S是低温(1250~1350℃)烧成的，活性较高，水化较快，能较早地生成C-S-H凝胶，填充于钙矾石的晶体骨架中，使硬化体有致密的结构，促进强度进一步提高，并保证后期强度的增长。

快硬硫铝酸盐水泥水化产物BSE照片。AH3为氢氧化铝凝胶；AFt为钙矾石；AFm为单硫型水化硫铝酸钙。

根据国家标准《硫铝酸盐水泥》(GB 20472-2006)，快硬硫铝酸盐水泥以3d抗压强度划分为42.5、52.5、62.5和72.5四个强度等级。各龄期强度均不得低于下表的数值。硫铝酸盐水泥中不允许出现游离氧化钙。比表面积不得低于380m2/kg；初凝不早于25min，终凝不迟于3h。

快硬硫铝酸盐水泥强度等级

快硬硫铝酸盐水泥具有快凝、早强、不收缩的特点，宜用于配制早强、抗渗和抗硫酸盐侵蚀等混凝土，负温施工(冬季施工)、浆锚、喷锚支护、抢修、堵漏、水泥制品及一般建筑工程。但由于这种水泥碱度较低，使用时应注意钢筋的锈蚀问题。此外，钙矾石在150℃以上会脱水，强度大幅度下降，故耐热性较差。

快硬硫铝酸盐水泥在隧道工程中的应用。

膨胀水泥及自应力水泥

膨胀水泥及自应力水泥与前面的水泥的不同之处在于，是在硬化过程中不但不收缩，而有不同程度的膨胀。

膨胀水泥及自应力水泥有两种配制途径

以硅酸盐水泥为主配制的，凝结较慢，俗称硅酸盐型。硅酸盐型膨胀水泥及自应力水泥，是由硅酸盐水泥、高铝水泥和石膏按一定比例共同磨细或分别粉磨再经混匀而成。

以高铝水泥为主配制的，凝结较快，俗称铝酸盐型。铝酸盐型的，是以高铝水泥熟料和二水石膏磨细而成的。

硅酸盐型膨胀水泥及自应力水泥的膨胀作用是基于硬化初期，高铝水泥中的铝酸盐和石膏遇水化合，生成钙矾石。所生成的钙矾石，起初填充水泥石内部孔隙，强度有所增长。随着水泥不断水化，钙矾石数量增多，晶体长大，就会产生膨胀，削弱和破坏了水泥石结构，强度下降。

由此可知，膨胀是削弱、破坏水化产物粒子间的联系，而强度则需强化它们之间的内部联系。因此，一般习惯称高铝水泥为膨胀组分，而硅酸盐水泥则为强度组分。但实际上硅酸盐水泥中的C3A或C3S等都参与了形成钙矾石的反应，同时钙矾石对强度发展也有相当影响，所以它们的作用并不能截然分开，而是相辅相成的。

如膨胀水泥中膨胀组分含量较多，膨胀值较大，在膨胀过程中又受到限制时(如受到钢筋的限制)，则水泥石本身就会受到压应力。该压力是依靠水泥本身的水化而产生的，所以称为自应力，并以自应力值(MPa)表示所产生压应力的大小。自应力值大于2MPa的称为自应力水泥。

自应力硫铝酸盐水泥的自应力值

铝酸盐型膨胀水泥及自应力水泥的膨胀作用，同样是基于硬化初期，生成钙矾石，体积膨胀之故。而水泥强度的增长，则是由于高铝水泥本身水化增长强度之故。同样膨胀和增强两个作用，也是相辅相成的。

膨胀水泥适用于补偿收缩混凝土，用作防渗混凝土；填灌混凝土结构或构件的接缝及管道接头，结构的加固与修补，浇注机器底座及固结地脚螺丝等。自应力水泥适用于制造自应力钢筋混凝土压力管及配件。

道路硅酸盐水泥

凡由道路硅酸盐水泥熟料，0~10%标准规定的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，代号P·R。

道路硅酸盐水泥 Road portland cement

根据《道路硅酸盐水泥》(GB/T 13693-2017)中规定，以28d抗折强度为指标，道路硅酸盐水泥分为7.5和8.5两个等级。

道路硅酸盐水泥熟料是以硅酸钙为主要成分和较多量的铁铝酸钙的硅酸盐水泥熟料。其中，游离氧化钙含量应不大于1.0%，C3A含量应不大于5.0%，C4AF含量应不低于15.0%。道路水泥的技术要求，按国家标准GB/T 13693-2017的规定细度：比表面积为300m2/kg~450m2/kg。凝结时间：初凝不得早于1.5h，终凝不得迟于12h；体积安定性：雷氏夹检验必须合格；水泥中SO3含量不得超过3.5%；MgO含量不得超过5.0%（蒸压试验合格，可以增大到6.0%）。

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土木工程中使用的水泥的物理化学性质以及力学性能。

土木工程中使用的水泥物理化学指标及参数（点击放大）

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