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古罗马建筑遗址
在1824年英国约瑟夫·阿斯普丁发明了水泥之后并申请了专利，水泥才被大批量的开始使用，目前仅我国每年水泥的产量就近二十亿吨，需求量十分巨大。水泥可以说是对人类最大贡献的发明之一。那么为什么水泥一加水就会神奇地变硬呢？我们先来了解这个问题。
水泥制造以及硬化原理
水泥制造
常见的水泥一般都是硅酸盐水泥，制造这类水泥的原料主要是石灰石、黏土和细砂，石灰石主要是提供碳酸钙，而黏土和细砂可以提供水泥中所需的硅。为了节省时间和运输成本，水泥厂一般会直接建在露天开采的石灰石矿场旁。
石灰石会使用爆破技术进行开采，开采出来的都是巨大的石块，因此还需要使用破碎机进行破碎，破碎后的石灰水将会按一定的比例和黏土砂石等物质混合，并一同磨细，进行煅烧，内部温度可高达1500℃。煅烧过程是水泥形成的关键，通过煅烧，这些混合原料会发生一系列化学反应，形成一类加水即可硬化的胶凝材料。
在煅烧过程中，石灰石中的碳酸钙会发生分解，生成氧化钙，氧化钙与氧化硅之间又会继续反应，生成硅酸钙，硅酸钙分为硅酸二钙和硅酸三钙，这两种物质是水泥能够硬化的核心成分。反应之后的产物会再次磨细，颗粒越细，在之后加入水时，水化反应将会越充分，那么凝结之后的强度就会越高。
硬化原理
煅烧之后的产物我们就称为水泥熟料，水泥熟料在加入水后，其中的硅酸钙就会与水发生反应生成水化硅酸钙和氢氧化钙，这两种物质的生成就是水泥加水能够硬化过程中强度形成的原因。
水化硅酸钙和氢氧化钙会依靠氢键和分子之间的作用力紧密结合在一起，并且这些产物在生成过程中会不断的生长，形成的长链结构会相互交织在一起，我们可以将它们想像从颗粒中延伸出来的无数条细针，这些细针相互穿插，相互交织，于是形成了很高强度的固化材料，这就是水泥为什么加水后搅拌就能够硬化的原因。那么硬化后形成的混凝土寿命真的只有传说中的五十年吗？
混凝土的寿命真的只有五十年？
实际上不考虑外界环境而单独的去讨论水泥的寿命有多长是没有意义的，固化的水泥能使用多久与它实际所处的环境息息相关，就好像铁在潮湿的地方容易生锈很快就被腐蚀掉，而在干燥的空气中则能长时间不被氧化，在这种环境下，铁的寿命可能是潮湿环境下的几十倍。
两千多年前的水泥建筑现在依旧保留着
水泥虽然在1824年才正式诞生，但人类使用这种具有水活性的物质已经有了几千年的历史，公元前一百多年前的古罗马已经开始使用火山灰加水作为建筑粘接剂，只是那个时候人们并不知道这些东西到底是什么成分，又是怎么形成的。以我们现在的角度来看，很容易就能明白为什么火山灰具有这种性质，这是因为火山灰同样的经过了高温煅烧过程，让矿物发生分解和化合反应，产生了加水便能够固化的硅酸钙、铝酸钙等物质，这些硅铝酸盐加水后发生水化反应于是能够凝结。这些固化产物与我们现在所使用的水泥实际成分类似，只是那个时候并没有将它科学化、系统化的进行研究，也就没有水泥的批量化生产和大规模的使用，但这些建筑我们现在可以作为一种参考，例如古罗马的万神庙至今已经过去了两千多年还保存完好。
正常情况下，混凝土的寿命远大于设计年限
不过目前国家按照不同使用标准对混凝土使用年限做了一定的规定，普通建筑物的设计使用年限为五十年，而特别重要的建筑设计年限为一百年。但这并不表示过了这个时候，水泥就不具有强度了，这只是一个最低设计标准，追踪混凝土的使用年限一般会远大于这个时间。
混凝土寿命的长短关键是看是否被腐蚀，这其中就有很多因素会影响水泥的寿命，例如由温度变化、外界酸碱性变化、盐溶液的腐蚀等等。
常见的比如盐溶液中的氯离子会严重影响混凝土的性能，由于氯离子会与混凝土中的氢氧根离子发生交换，从而使混凝土结构发生溶解而坍塌，因此浸泡在海水中的建筑很容易被腐蚀掉，一般这些地方需要使用特种水泥材料或者使用一些防护措施来减少腐蚀从而增加使用寿命。
而我们居家的环境显然没有这么恶劣，正常的雨水冲刷或温度变化对它们的影响并不会太大。例如美国上世纪的高层建筑——帝国大厦，竣工于1931年4月11日，曾是世界上最高的建筑物，至今已经过去了近九十年，现在依旧是纽约的标志性建筑之一，现在来看，帝国大厦依旧是那么的坚挺。
所以说，混凝土在正常环境下使用五十年完全不在话下，除非遇上极端的情况，比如天灾（洪灾、地震等剧烈破坏性因素），因此我们完全不必担心五十年后质量是否会严重下降，房子还能不能住等问题，现在的钢筋混凝土结构强度足够大，寿命能够轻松超过百年，百年以后的事，可就不用我们过多操心了。
拌制水泥浆、砂浆、混凝土时所用的水和水泥的重量之比。水灰比影响混凝土的流变性能、水泥浆凝聚结构以及其硬化后的密实度，因而在组成材料给定的情况下，水灰比是决定混凝土强度、耐久性和其他一系列物理力学性能的主要参数。对某种水泥就有一个最适宜的比值，过大或过小都会使强度等性能受到影响。 [1]
水灰比按同品种水泥固定。硅酸盐水泥、普通硅酸盐水泥、矿渣水泥为0.44；
火山灰水泥、粉煤灰水泥为0.46。
混凝土的水灰比和塌落度过是建筑工程在施工中经常要碰到的问题，对于两者的相互关系，大部分民工乃至部分施工技术人员和部分监理人员，不是很清楚。
以为水灰比大就是塌落度大，塌落度大就是水灰比大，认为两者是一码事，其实不然。
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这两者之间有本质的区分，但两者之间又有相互牵连的关系。要说明这个问题，得从混凝土的配合比设计说起，现以重量比为例，配合比的计算顺序如下：
1、计算水灰比，计算公式如下：Rh=0.46Rc(C/W-0.52)式中：Rh为混凝土的试配强度，Rc为水泥强度，C/W为灰水比，即水灰比W/C的倒数，其中C代表水泥，W代表水
从式中可以看出，混凝土强度同水泥强度成正比，同灰水比成正比，即同水灰比成反比，（水灰比为灰水比的倒数，1÷灰水比即为水灰比，1÷水灰比即为灰水比），因此灰水比越大则水灰比越小，混凝土强度越大则水灰比越小。
由此可见，在确定水灰比大小的计算中，水灰比只与混凝土强度和水泥强度两个因素有关，与塌落度的大小是没有关系的。
故水灰比是根据混凝土配比强度和水泥强度计算所得，是既定的，是不能任意改变的。
2、确定塌落度，塌落度是根据混凝土浇灌部位、构件体积、钢筋密集等情况确定的，如基础工程塌落度可小一点，一般为10-30mm，柱梁工程一般为30-50mm，构件细小或者配筋密集，混凝土较难浇灌，则塌落度应适当大一点，一般可在50-90mm。
3、确定用水量，每立方混凝土的用水量是根据塌落度的大小决定的，此外，与石子粒径的大小和黄砂的粗细略有关系。
粒径偏细的石子和细砂用水量略偏大，以中砂为例，石子最大粒径40mm，塌落度30-50mm，每立方混凝土的用水量为180kg。关于用水量可在相关表中查得。
4、计算水泥用量，水泥用量根据每立方混凝土用水量和水灰比计算：即用水量Χ灰水比或者用水量÷水灰比，例如水灰比为0.5，用水量为180kg，则水泥用量为180÷0.5=360kg。
5、确定每立方混凝土的容重，一般混凝土每立方容重约2400kg，强度高的略重，强度低的略轻，但偏差不是很大。
6、计算砂石总用量，砂石总用量为砼容重—用水量—水泥用量，以上述为例，砂石总用量为砼容重2400—水180—水泥360=1860kg。
7、确定砂率并计算砂、石用量、砂率一般为35%，水灰比小的砂率略小，水灰比大的砂率略大，可根据试配混凝土的和易性调整砂率，以上述为例，中砂用量为1860Χ35%=651kg，石子用量为1860—651=1209kg。水、砂、石子用量分别除水泥用量，即成为以水泥为1的配合比，水泥1：水0.5:中砂1.81：石子3.36。
综合上所述，水灰比是混凝土中水与水泥的比例，是计算所得，水灰比的大小只与混凝土试配强度和水泥强度有关，与塌落度的大小没有关系。水灰比是保证混凝土强度的先决条件，这个比例在施工中自始至终不得改变。
而塌落度则是混凝土的干稀程度，即适宜混凝土施工的工作度，这就是我开头所讲水灰比与塌落度有本质的区分。
塌落度大并非水灰比一定大，例如商品砼，塌落度很大，一般都在120mm及以上，可它的水灰比不大，只是用水量大而按水灰比增大了水泥的用量，故商品砼的水泥用量比一般自拌砼要大。
因此水灰比和塌落度都是在配合比中规定了的，是不能任意改变的。如果任意增大塌落度，则水灰比相应增大，这就是塌落度和水灰比的牵连关系。
所以我们平时经常讲到要控制塌落度保证水灰比，道理就在此。因此，在混凝土捣拌时要经常做塌落度试验。
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有时在混凝土浇灌中，确实会碰到特殊情况，如局部构件特别细小、配筋特别密集、浇灌有困难，这时可适当增大塌落度，但必须按水灰比相应增加水泥用量，例如水灰比为0.5，用水量比原配比每一拌增加了5公斤水，则5÷0.5=10，就是说每拌应增加10公斤水泥，这样就仍然保持原来的水灰比。
在施工现场，工人们往往为了工作上省力，而任意增大用水量，则增大了水灰比，用他们自己的话讲，我们只多加了一点水，水泥按配比没有少放，对混凝土强度不会有影响。
当真对强度没有影响吗？非也，这就是我们经常讲的要控制塌落度的原因，而且原因很简单，因为混凝土随着硬化过程，水分逐渐蒸发，在混凝土内部形成空隙，水分越多，空隙当然越多，从而降低了混凝土的密实度，则降低了混凝土的强度。
若为操作省力，增大塌落度，必须影响混凝土强度，此时只能按水灰比增加水泥用量，才能保证规定的水灰比，从而保证强度，但这无疑造成了水泥的浪费。因此，控制塌落度，不造成水泥的浪费，也有其一定的经济意义。
