杨栋 夏京亮 周永祥 王伟 关青峰

中国路桥工程有限责任公司 中国建筑科学研究院有限公司建筑安全与环境国家重点试验室

摘 要：

随着人们生活水平的提高，对于建筑物除了基本功能的需求以外，外观的多样性要求越来越高，因此白色硅酸盐水泥在工程中的应用日趋广泛。文章从白色硅酸盐水泥与普通硅酸盐水泥的区别、白色硅酸盐水泥的生产以及在建筑工程、路面工程、透水混凝土、桥梁工程等方面的应用进行了调研，并总结白色硅酸盐水泥工程应用存在的问题，以期推动白色硅酸盐水泥在工程中的应用。

关键词：

白色硅酸盐水泥;工程应用;白色混凝土;彩色混凝土;

白色硅酸盐水泥是指由白色硅酸盐水泥熟料，加入适量的石膏和混合材料磨细制成的水硬性胶凝材料。其中，白色硅酸盐水泥熟料和石膏含量在70%～100%，白云质石灰岩、石英岩、大理岩等白色天然矿物含量在0～30%。白水泥熟料是采用适当化学成分的原材料烧结到部分熔融状态，获得硅酸钙为主要化学成分，氧化铁含量较少的熟料，其中氧化镁的含量不宜超过总量的5%。白水泥依照抗压强度可以分为32.5级、42.5级和52.5级，按照粉体白度的不同可以分为1级和2级，代号为P·W-1和P·W-2。

白色硅酸盐水泥的最为典型特点就是具有较高的白度，通常可以用作各类建筑物装饰装修材料，比如粉刷墙体、白色地面、雕塑造型、白混凝土水磨石制品等，白色硅酸盐水泥还经常被用来生产白色或者彩色的混凝土制品。白色硅酸盐水泥是生产规模和产量最大的装饰装修水泥种类，是装饰水泥中的核心产品。

为促进国内白色硅酸盐水泥行业的有序发展，提高白色硅酸盐水泥的质量，有关部门制定了相关的国家标准，作为白色硅酸盐水泥质量控制的规范。1980年，制订了第一个白色硅酸盐水泥的国家标准《白色硅酸盐水泥》GB/T 2015-80，对国内白色硅酸盐水泥行业的规范发展起到了很重要的作用，此后随着技术水平的发展，对白色硅酸盐水泥的国家标准持续的进行修订和完善，分别在1991年、2005年和2017年进行了国家标准的修订工作，对国内的白色硅酸盐水泥质量提升以及与国际标准接轨起到了重要的促进作用。

1 白色硅酸盐水泥与普通硅酸盐水泥的对比

白水泥与普通硅酸盐水泥主要差异是水泥中的氧化铁含量的不同，白水泥中氧化铁含量非常少，而普通硅酸盐水泥熟料氧化铁含量较高，其硬化后的颜色，主要是由Fe2O3引起的，随着Fe2O3含量的变化，水泥熟料的颜色就不同。当Fe2O3含量在3%～5%时，熟料颜色呈暗灰色(最常用的硅酸盐水泥颜色);当Fe2O3含量在0.45%～0.7%时，熟料颜色为淡绿色;而当Fe2O3含量降至0.35%～0.4%时，熟料颜色为白色(略带淡绿色)。

两种水泥的技术指标对比情况见表1，其中三氧化硫含量、氧化镁含量、氯离子含量、抗压强度、抗折强度和凝结时间，两种水泥的标准规定都是为一样的;白色硅酸盐水泥规定了白度要求、水溶性六价铬含量，普通硅酸盐水泥比白色硅酸盐水泥多规定了不溶物含量、游离氧化钙含量和烧失量;白色硅酸盐水泥的细度是采用45μm方孔筛余规定，为筛余不得不大于30%，而普通硅酸盐水泥的细度是采用比表面积规定的，要求比表面积不小于300m2/kg。

表1 P-O42.5与P-W42.5对比 下载原图

2 白色硅酸盐水泥的生产

白色硅酸盐水泥为达到国家标准要求，主要生产质量控制技术措施有:

(1)有害成分的控制，白水泥生产除了控制常见的碱、氯、硫等有害成分之外，着色物质也是白水泥中的有害成分。白水泥中的着色物质主要是指具有染色作用的物质，主要包括Fe2O3和过渡金属氧化物，染色物质会很大程度的影响白水泥熟料的白度，而染色物质之中影响最大的是Fe2O3，在实际生产中白水泥熟料中的Fe2O3含量一般控制在0.2%～0.5%。

(2)率值的控制，在白色硅酸盐水泥生产中，为提高水泥的白度，水泥配料率值呈现典型的“三高”特点，即高饱和比、高硅率、高铝率。常见的小型中空干法窑饱和比一般在0.88-0.97，硅率一般在3.5～5.0，铝率一般不作控制指标(Fe203含量低导致铝率高，波动范围也大);国外正在推广的白水泥预分解窖工艺，控制率值相比小型干法中空窑高，硅率达到了5以上。

目前国内主要的白色硅酸盐水泥生产企业有:江西银杉白水泥公司、焦作市赛白雪白水泥有限公司、苏州光华水泥厂有限公司、阿尔博波特兰水泥有限公司、拉法基瑞安水泥公司、新疆天山水泥股份有限公司、河北乾宝特种水泥有限公司、东源辉科建材发展有限公司、葛洲坝石门特种水泥有限公司等。

3 白色硅酸盐水泥在建筑工程的应用

白水泥在建筑工程中应用主要为配制和生产彩色混凝土，彩色混凝土建筑是以建筑外表面不做装饰直接为视觉景观，通过利用特殊的彩色混凝土材料、模板体系、浇筑工艺、脱模措施、养护技术、混凝土成品保护措施等工艺技术，使得彩色混凝土达到特殊的整体建筑美学外观效果，同时达到结构混凝土的各项性能要求，是综合彩色混凝土技术和清水混凝土技术的集成技术。

彩色混凝土在建筑工程中首次设计使用是北京的某使馆工程，2004年上半年开工，2005年首期工程竣工结束。第一期工程由3个单体建筑物构成，建筑面积达到3万m2。其建筑外檐和部分内檐工程采用了彩色混凝土施工，彩色混凝土总方量约为4万m3。该建筑外观设计形式多样，彩色混凝土采用的颜色主要为米黄色，图案和造型主要有清水镜面效果、木纹装饰效果及条纹装饰效果等几种不同的形式。

混凝土设计标号为C30，生产过程中抗压强度控制在38MPa以上，含气量要求为3%～5%，泵送施工，进入泵机的混凝土坍落度不小于180mm，混凝土浇筑施工时坍落度不小于150mm，混凝土搅拌时间不得低于10min，严格控制混凝土总碱含量，防止发生碱骨料反应危害。试验室和工程现场进行了多次试验，选定混凝土水胶比0.41，胶凝材料350kg/m3，矿粉和粉煤灰各掺为5%复合，砂率为41%。该工程白色硅酸盐水泥的技术参数控制主要包括:三氧化硫含量!3.5%，氧化镁含量!4.5%,0.08mm方孔筛筛余量!10%，初凝时间"45min，终凝时间!12h，白度一级(不得小于<84%)，安定性合格，碱含量!0.6%。

科特迪瓦亚穆苏克罗和平圣母大教堂大殿采用白水泥混凝土，图1为施工过程照片及30年后外观效果如下图，施工采用的是科特迪瓦当地水泥生产的白色硅酸盐水泥，该水泥水化较快，凝结时间短;使用30年后，白色硅酸盐水泥混凝土表面略泛黄，有小黑点，不过整体装饰效果较好。

4 白色硅酸盐水泥在路面工程的应用

白水泥在道路工程中的应用主要是单独使用或者与普通硅酸盐水泥复合使用配制彩色混凝土路面，国外将白色硅酸盐水泥混凝土做成混凝土制品用于美化人居环境或者功能化使用，如市内道路、小区停车场道路、旅游观光区道路、安全或导行标志设施等，也可用作隧道内部路面、桥面铺装、机场路面、港口码头路面等交通设施建设，设计可以采用多种色彩拼成图案用，达到美化城市和环境的目的，随着城市化进程的发展，白色硅酸盐水泥生产彩色混凝土在道路工程中发展前景广阔。

深圳宝安国际机场综合服务区库区场地就是采用彩色混凝土路面砖来铺设地面。该路面砖颜色丰富多彩，可以配制出色彩斑斓的图案。而且抗压强度高;抗滑性能、抗渗性能好;经济效益高、施工难道小、维护成本低。还有最重要的是不污染环境，利于环保。

辽宁省盘锦市体育中心场馆内的道路采用彩色水泥混凝土路面，施工总面积达到十万m2以上。彩色混凝土路面比较重要的一项功能指标就是抗滑性能，与大理石等天然材料铺设的路面相比，彩色水泥混凝土路面不仅能增加摩擦系数，又能保证路面的平整度。即使雨雪天气，路面也能够具有较好的抗滑性能。除了这些优点，彩色混凝土还具有良好的热导效应，当雨后阳光照射在路面后，彩色水泥混凝土会吸收大量的热量，很大程度上降低路面温度。

5 白色硅酸盐水泥在透水混凝土的应用

透水混凝土是一种符合低影响开发LID(Low Impact Development)理念的绿色铺装材料，具有透气透水、吸声降噪、净化水体和调节径流等优点。目前，在国家大力推广的海绵城市建设中得到了大量推广和应用，其中彩色透水混凝土由于可以美化景观，满足各种设计要求，得到迅速发展。实际工程经验表明，生产浅色系彩色透水混凝土必须采用白色硅酸盐水泥进行颜色的调整，并且采用白色硅酸盐水泥能够减少颜料的使用量，降低材料成本，也是这个原因使得白色硅酸盐水泥在彩色透水混凝土中得到大量应用。

中国建筑第二工程局有限公司采用广西名燕特种水泥有限公司生产的名燕牌白色硅酸盐水泥P·W 42.5，密度3200 kg/m3，进行了透水混凝土配制试验，设计了不同水胶比(0.28、0.30、0.32、0.34)，不同减水剂掺量(0.50%、1.0%、1.5%、2.0%)，不同设计孔隙率(15.0%、17.5%、20.0%、22.5%、25%)，结果表明:白色硅酸盐水泥透水混凝土的强度与透水系数之间存在反比例关系，混凝土强度提高则透水系数减小，由于透水系数技术指标要求比较容易满足，因此白水泥透水混凝土配合比优化试验研究的重点和难点在于如何提升抗压强度。随着混凝土水胶比的增大，白水泥透水混凝土透水系数逐渐减小，抗压强度呈现先增大后减小的趋势，水胶比0.32时混凝土抗压强度达到最大，并且透水系数能够满足规范的要求，因此实际工程中推荐的水胶比为0.32。随着减水剂用量的不断增加，白水泥透水混凝土透水系数下降，而抗压强度提高，白水泥透水混凝土的最佳减水剂用量在胶凝材料用量的1.5%～2.0%之间，混凝土用水量对白水泥透水混凝土的影响规律与减水剂一致;随着混凝土孔隙率的增加，白水泥透水混凝土试块的透水系数变大，而抗压强度降低，本项目推荐设计孔隙率为15%。

肖厝南路位于厦门市翔安新城，该新城是海绵城市试点区域。肖厝南路是交通和生活功能一体化的综合性城市主干路。该道路在非机动车道上铺筑彩色透水混凝土，并结合其他技术措施，达到小雨迅速减排雨水不积水，而雨较大时能够蓄水滞留，能够实现径流雨水源头减排的目的，既能够综合利用雨水资源又不增加径流量冲击，同时契合了“尊重自然、顺应自然、保护自然”的海绵城市建设理念，取得了良好的社会经济效益。

6 白色硅酸盐水泥在桥梁工程的应用

池州长江大桥，主塔采用白色“皮肤”混凝土，混凝土分两层施工，外层30cm采用白色纤维高性能混凝土，内层采用普通混凝土。该桥跨江主桥桥跨为(3×48+96+828+280+100) m=1448m，为等高塔不对称混合梁双塔斜拉桥，北岸辅助跨采用混凝土梁(147m)，其余为钢箱梁(总长1301m)。桥主塔设计为花瓶型钢筋混凝土结构。

根据桥梁主塔混凝土结构力学性能、耐久性能、美观和成本的综合考虑，白色“皮肤”混凝土应满足的技术指标如下:

(1)水胶比≤0.35;砂率综合考虑混凝土抗裂及泵送要求选取为39%～42%，混凝土工作性能差异不大时，砂率宜取小值，以减小混凝土的收缩;

(2)初始坍落度大于200mm，扩展度大于500mm，坍落度2小时经时变化量≤20mm，初凝时间≤12h;含气量≤3%，压力泌水率≤30m L;

(3) 28d抗压强度≥60MPa,28d电通≤1000C,RCM氯离子扩散系数≤5.0×1012m2/s。

通过试验，选定的混凝土配合比见表1。配合搅拌后的梯度功能混凝土具备良好的工作性能及浇筑后成品的美观性能。

表1 白色混凝土配合比 下载原图

7 结语

白色硅酸盐水泥目前主要用于建筑装饰材料，如粉刷、雕塑、地面、水磨石制品等，在结构工程混凝土的研究和应用相对较少，主要存在问题如下:

(1)成本较高，以42.5级水泥为例，目前国内42.5普通硅酸盐水泥(P·O42.5)价格在400元/t左右，而42.5级白色硅酸盐水泥(P·W42.5)价格往往在800元/t以上，如配制C30混凝土，水泥用量在300kg/m3左右，每方混凝土成本增加大约为120元，极大的制约了白色硅酸盐水泥的工程应用。

(2)凝结时间问题，虽然白色硅酸盐水泥与普通硅酸盐水泥在标准中对凝结时间要求一致，但是由于白水泥矿物成分的不同，其凝结时间往往比普通硅酸盐水泥要长，在用于配制混凝土时，需要通过混凝土配合比技术和外加剂技术结合来调整控制。

(3)强度问题，白色硅酸盐水泥在抗压强度通常低于普通硅酸盐水泥，如果采用白水泥生产结构工程混凝土，应在配合比参数上开展系统试验研究，包括胶凝材料用量、矿物掺合料选择、水胶比、砂率等。

(4)收缩和徐变问题，由于白色硅酸盐水泥配制混凝土用于结构工程经验较少，缺乏数据支撑，在混凝土收缩和徐变问题上应特别注意，防止因混凝土收缩过大造成结构开裂。

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