對(duì)硅酸鹽水泥質(zhì)量問(wèn)題的探討

1、對(duì)硅酸鹽水泥質(zhì)量問(wèn)題的探討作者： 單位：2009-8-2關(guān)鍵字:質(zhì)量問(wèn)題-探討摘要:硅酸鹽水泥國(guó)外稱(chēng)波特蘭水泥 （以下簡(jiǎn)稱(chēng)水泥）已有170多年的歷史，在世界各地都是主 要建筑材料，預(yù)計(jì)到21世紀(jì)仍將有較大發(fā)展。近 20年來(lái)，水泥在性能和品種方面都有很大 進(jìn)展,我國(guó)也十分重視水泥質(zhì)量問(wèn)題。1對(duì)水泥質(zhì)量認(rèn)識(shí)的轉(zhuǎn)變從水泥生產(chǎn)廠的角度來(lái)看水泥是工廠的最終產(chǎn)品，但從使用者角度來(lái)看水泥還不能直接拿來(lái)為用戶(hù)所用，必須與其他材料配成混凝土才能應(yīng)用，所以水泥僅是半成品。隨著人們對(duì)這 一問(wèn)題認(rèn)識(shí)的加深，把水泥的生產(chǎn)鏈延續(xù)到混凝土或者說(shuō)延續(xù)到建筑構(gòu)件或構(gòu)筑物，在水泥質(zhì)量控制和發(fā)展方面發(fā)生了一系列變化。例如無(wú)論從節(jié)能

2、角度還是從環(huán)保角度都要求混凝土的使用壽命越長(zhǎng)越好，即混凝土的耐久性應(yīng)比其他質(zhì)量指標(biāo)更為重要。到目前人們還都是把 抗壓強(qiáng)度作為衡量混凝土質(zhì)量的主要指標(biāo)，同樣也是作為衡量水泥質(zhì)量的重要指標(biāo)。然而在一些情況下強(qiáng)度高的混凝土并不一定耐久，從許多混凝土的損壞實(shí)例中得出 ，造成混凝土破壞的主要原因一般都不是機(jī)械應(yīng)力的作用，而是各種化學(xué)侵蝕、凍融作用和其自身的內(nèi)部化學(xué)反應(yīng)，如堿骨料反應(yīng)。于是便提出了什么樣的混凝土耐久，用什么指標(biāo)來(lái)衡量混凝土的耐久性，需要什么樣的水泥來(lái)配制耐久性高的混凝土，對(duì)水泥質(zhì)量應(yīng)提出什么相應(yīng)地要求等等，這些問(wèn)題日益受到水泥科技工作者的重視，作了大量試驗(yàn)研究工作，取得許多成果，不久的將來(lái)

3、會(huì)得出明確的結(jié)論。 就目前而言，許多國(guó)家已經(jīng)認(rèn)識(shí)到現(xiàn)行的水泥質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)僅是材料標(biāo)準(zhǔn)，或者說(shuō)生產(chǎn)標(biāo)準(zhǔn)，主要是反映材料的特性、準(zhǔn)確的定義和指標(biāo)的檢驗(yàn)，以便于生產(chǎn)和質(zhì)量控制，對(duì)材料的使用功能涉及的不多或者說(shuō)包括不夠齊全，而用戶(hù)最關(guān)心的是材料的使用功能 ，即這種水泥對(duì)他所要配制的混凝土及其所用的施工工藝是否適用，混凝土的耐久性能否得到保證。所以?xún)H用標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的強(qiáng)度、安定性、細(xì)度等材料指標(biāo)來(lái)判斷水泥質(zhì)量就有些不足，還需要增加一些反映使用功能的指標(biāo) ，如和易性、砂漿的僵硬性、收縮和徐變、抗凍性、抗碳化 性、抗化學(xué)侵蝕性、抗氯化物滲透性等等，還應(yīng)包括水泥質(zhì)量的均勻性和穩(wěn)定性。這些特性一般還都沒(méi)有形成標(biāo)準(zhǔn)，但有些

4、國(guó)家如歐盟成員國(guó)已十分重視這些特性，并規(guī)定只有在這類(lèi)功能特性方面已獲得有關(guān)建筑技術(shù)監(jiān)督部門(mén)認(rèn)可的水泥才準(zhǔn)許上市。老的水泥品種要經(jīng)過(guò)使用驗(yàn)證，新開(kāi)發(fā)的水泥品種都要作這方面的性能檢測(cè)，其中最重要的是混凝土耐久性，要用快速檢驗(yàn)法檢驗(yàn)證明是否合乎要求。歐盟正在研究制定一個(gè)對(duì)所有品種水泥都適用的按功能特 性分級(jí)的分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)，它除強(qiáng)度外還考慮了混凝土耐久性 ，只是由于各國(guó)間的意見(jiàn)沒(méi)有統(tǒng)一，至今還沒(méi)有正式提出來(lái)，但從近幾年水泥生產(chǎn)工藝的改進(jìn)、水泥質(zhì)量的提高、水泥標(biāo)準(zhǔn)有關(guān)條 款的修改等方面已能明顯看出對(duì)水泥功能特性的重視。2混凝土的發(fā)展及對(duì)水泥質(zhì)量的要求2.1高效能混凝土的發(fā)展進(jìn)入90年代以來(lái)，混凝土工藝有很大

5、發(fā)展，一般混凝土的標(biāo)準(zhǔn)28d抗壓強(qiáng)度首先是提高 到6085MPa以上，近來(lái)又提高到105MPa 以上,實(shí)際應(yīng)用的已達(dá) 140150MPa,試驗(yàn)研 究的已超過(guò)240MPa,所以最初人們稱(chēng)之為高強(qiáng)混凝土。后來(lái)發(fā)現(xiàn)高強(qiáng)混凝土還具有許多其 他方面的優(yōu)良性能，如耐磨性高，吸水率低,抗氣體和液體的滲透性好，抗凍性和抗化學(xué)侵蝕性 強(qiáng)等等,這些都涉及到混凝土的使用功能，單用一個(gè)高強(qiáng)度還反映不出它的全部?jī)?yōu)點(diǎn)，所以又改稱(chēng)為高效能混凝土 ，并把砂漿流動(dòng)性能特別大的不需要機(jī)械振搗也能密實(shí)的所謂自密實(shí)混 凝土也列入高效能混凝土之列。到目前高效能混凝土所產(chǎn)生的效果主要有以下幾方面：(1) 減少占地面積。以混凝土支柱橫斷面

6、面積為例，由C45號(hào)提高到C85號(hào)，占地面積可減少36%,由C60提高到C120可減少67%。(2) 節(jié)省鋼筋用量。若混凝土柱的橫斷面積保持不變，混凝土標(biāo)號(hào)由C45提高到C85可減少配筋69% 。(3) 耐磨性高。挪威用 C85混凝土修筑高速公路，與普通混凝土比較耐磨性有了成倍地提高。荷蘭用高效能混凝土修筑大壩的過(guò)水道也取得了良好的效果。公路維修時(shí)C135的使用壽命是C55的4倍。硬化快。C105混凝土 1d強(qiáng)度相當(dāng)于C35混凝土的28d強(qiáng)度,16h強(qiáng)度超過(guò)20MPa, 施工當(dāng)天便可拆模板，可大大縮短施工周期。(5) 抗?jié)B透和抗化學(xué)侵蝕能力強(qiáng)。高效能混凝土密實(shí)性好，抗侵蝕性氣體和液體滲透的能

7、力強(qiáng)，可用于海洋建筑物、混凝土防滲地面、橋梁等室外建筑的抗蝕保護(hù)層。(6) 干燥快。在房屋建筑中現(xiàn)澆混凝土放出的濕氣量可減少90%以上,房屋會(huì)很快干燥。(7) 砂漿塑性大。由于砂漿流動(dòng)性好，可用于高密度配筋的和小斷面的構(gòu)件澆注，甚至不需機(jī)械振搗也能保證混凝土有足夠的密實(shí)性。(8) 需要高強(qiáng)的特殊用途。例如制做混凝土螺旋樁，這種樁不需要夯打可旋擰進(jìn)地基中。制作可用頂進(jìn)法鋪設(shè)的高強(qiáng)混凝土管，最長(zhǎng)可頂入土壤中 200m遠(yuǎn)。高效能混凝土還有其他許多優(yōu)點(diǎn)，如構(gòu)件重量輕、耐久性高，今天要求混凝土的使用壽命 要達(dá)到100年或更長(zhǎng)，降低了水泥消費(fèi)量，有利于節(jié)能和保護(hù)環(huán)境，在許多情況都可用普通水 泥替代特種水泥

8、等等。所以高效能混凝土是今后的發(fā)展方向，國(guó)外有人預(yù)測(cè)到下一世紀(jì)混凝土的抗壓強(qiáng)度可達(dá) 100MPa,達(dá)到建筑鋼材的性能水平。22高效能的產(chǎn)生及對(duì)水泥質(zhì)量的要求目前提高混凝土效能主要是采取降低水灰比、摻加硅粉等超細(xì)粉料和使用性能及數(shù)量合適的水泥。降低水灰比和摻加超細(xì)粉可使混凝土密實(shí)，摻加硅粉能改善水泥基體與集料結(jié)合面的結(jié)合強(qiáng)度、減少 Ca(OH)2和鈣磯石含量，提高混凝土的抗蝕性。2.2.1 合理的顆粒組成水泥的凝結(jié)硬化是個(gè)復(fù)雜的過(guò)程，既有化學(xué)作用也有物理作用，其中水泥磨細(xì)度和顆粒 組成對(duì)充分發(fā)揮水泥的化學(xué)潛能十分重要。一般細(xì)度的水泥加水后到 28d齡期還會(huì)有25%以上的部分沒(méi)有水化，在普通水泥混

9、凝土中可能有20%至40%的水泥沒(méi)有參與混凝土的強(qiáng)度增進(jìn)過(guò)程。太粗的顆粒不能完全水化，過(guò)細(xì)的顆粒有可能結(jié)團(tuán)、增大了孔隙率，影響強(qiáng)度。熟料細(xì)粉過(guò)多會(huì)增大需水量，顆粒分布過(guò)窄也會(huì)由于間隙過(guò)大而增大需水量，進(jìn)而影響混凝土的密實(shí)性和耐久性?，F(xiàn)在比較公認(rèn)的是對(duì)強(qiáng)度增進(jìn)率起主要作用的是332 m的顆粒，其間各粒級(jí)的分布是連續(xù)的，總的含量不能低于65%，1624 m的顆粒部分對(duì)強(qiáng)度增進(jìn)率 的作用大，含量越多越好，小于3m的顆粒量不要超過(guò) 10%，大于65m的顆?；钚院苄?， 最好沒(méi)有。小顆粒對(duì)早期強(qiáng)度有利，有人提出25卩m，也有人主張小于8m的細(xì)顆粒也要有一定的含量。但是由于熟料細(xì)粉過(guò)多會(huì)增大需水量，或使砂漿

10、僵硬，又可用磨細(xì)的混合材代替部分熟料細(xì)粉填充在熟料顆粒之間，這些細(xì)粉能降低需水量，減少熟料顆粒間的摩擦力，提高砂漿和易性，水化時(shí)能起晶核作用，吸收部分Ca(OH)2,提高混凝土的密實(shí)性和抗蝕能力，提高水泥顆粒之間結(jié)合力，提高混凝土強(qiáng)度。因此,在許多情況下都需要加入一些細(xì)磨的混合 材，調(diào)整水泥的顆粒組成和彌補(bǔ)熟料在性能方面的某些不足。2.2.2 和易性與需水量對(duì)水泥性能要求在保證一定和易性的前提下盡可能降低需水量。影響需水量的因素有化學(xué)作用也有物理作用，加入的水首先要填充顆粒間的空隙，這部分水量約占水泥重量的22M.%(M.表示重量，以下同)以上。水還要將所有顆粒打濕，在表面形成平均 0.22

11、ym厚的 水膜，需要約28M.%的水量。水要能滿(mǎn)足 C3A和CaSO 4水化初期化學(xué)結(jié)合水所需的水量，甚至包括少量C3S水化所需的水量，還要減小顆粒間的摩擦，使顆粒間容易相互移動(dòng)以便提 高和易性。要想降低需水量就要從這幾方面著手，例如增加低活性的細(xì)粉減小顆粒間的空隙體積、降低比表面積減少形成水膜的水量，控制C3A活性減少化學(xué)結(jié)合水的需要量。熟料細(xì)粉不能太多，因?yàn)槟ゼ?xì)后C3A露在表面的量增加也相當(dāng)于提高C3A的活性，所以磨細(xì)度和需水量以及其他組分量都要綜合考慮。2.2.3 硫酸鈣的最佳化因?yàn)樗嗄Y(jié)硬化特性是提高混凝土效能的重要因素，所以對(duì)調(diào)節(jié)凝結(jié)過(guò)程的石膏也不應(yīng)輕視,石膏加得合適即與 C3 A

12、活性相適應(yīng)才能起到緩凝作用，否則過(guò)多和過(guò)少都會(huì)降低緩凝作用。國(guó)外一般是用一半無(wú)水石膏一半二水石膏搭配，這樣凝結(jié)時(shí)間最長(zhǎng)、強(qiáng)度最高。石膏的搭配即硫酸鈣的活性主要取決于C3A的含量和活性，另外還與水泥粉磨系統(tǒng)有關(guān)，如磨內(nèi)溫度過(guò)高會(huì)使二水石膏過(guò)多地脫水成半水石膏，如再往磨內(nèi)噴水更會(huì)增大磨內(nèi)的水氣量，能使C3A部分水化并在表面形成水化物外殼 ，阻止了內(nèi)部C3A的繼續(xù)水化，降低了 C3A的早 期活性,而石膏又因脫水過(guò)多提高了活性 ，兩者不匹配也影響凝結(jié)特性。磨內(nèi)溫度過(guò)低又會(huì)造成石膏脫水不夠也影響凝結(jié)性能。另外它還與磨細(xì)度、堿含量等因素有關(guān)，所以硫酸鈣的最佳化也不容忽視,搭配好能提高強(qiáng)度 5%10%。22

13、4 早期強(qiáng)度與強(qiáng)度增進(jìn)率用戶(hù)都希望要早期強(qiáng)度高的水泥，所以水泥生產(chǎn)廠都在提高早期強(qiáng)度和強(qiáng)度增進(jìn)率以滿(mǎn) 足用戶(hù)的需要，這方面僅從水泥質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)上看還不能完全反映出真實(shí)情況，如表1、2所示。2.2.5 混合材的作用和要求今天人們對(duì)混合材的看法有所轉(zhuǎn)變，摻混合材的水泥量逐年增加，歐洲水泥標(biāo)準(zhǔn)已把它們與熟料等同起來(lái)，含量在6M.%以上的都稱(chēng)為主要組分，5M.%以下的稱(chēng)為次要組分(石膏 不包括在內(nèi))，這是因?yàn)檫@些材料都有各自的作用。例如，1992年M.Schmidt曾就水泥的功能特性對(duì)波特蘭水泥(PZ)、石灰石波特蘭水泥(PKZ)、粉煤灰冶金水泥(FAHZ)和高爐水泥 (HOZ)作了對(duì)比試驗(yàn)，結(jié)果得出：(

14、1) 部分PKZ和FAHZ混凝土的需水量和泌水性明顯低于PZ混凝土 ,尤其低標(biāo)號(hào)PZ因磨得較粗更不如前兩種水泥。(2) 水泥標(biāo)準(zhǔn)強(qiáng)度相同時(shí)混凝土28d齡期的強(qiáng)度一般沒(méi)有什么差別，由于這些水泥的需水量低,所以混凝土強(qiáng)度有可能高于PZ混凝土。(3) 有關(guān)耐久性的指標(biāo)如抗碳化性、滲水深度、抗凍性等方面,PKZ和FAHZ與PZ和HOZ之間也沒(méi)有實(shí)質(zhì)性的差別。(4) 抗凍一融鹽性和抗?jié)B性方面結(jié)果與 (3)相似。(5) 抗硫酸鹽性和抗氯化物滲透性方面，有些試驗(yàn)結(jié)果是 PKZ和FAHZ都高于PZ。從以上結(jié)果可以看出，多組分水泥的性能并不比波特蘭水泥差，所以無(wú)論從建筑技術(shù)還是經(jīng)濟(jì)與環(huán)保觀點(diǎn)來(lái)看，都要求今后應(yīng)大

15、力發(fā)展帶非熟料組分的高級(jí)水泥，這種水泥的通用性強(qiáng)，具有較好的基本功能，價(jià)格/功能比值低,更受用戶(hù)歡迎。然而這并不等于什么材料都可以加到 水泥中，相反對(duì)這些材料的質(zhì)量要求和摻量限定更加嚴(yán)格。例如,首先要求這些材料不僅有穩(wěn)定的質(zhì)量還要有合適的顆粒組成，因熟料含量相對(duì)減少所帶來(lái)的損失要由顆粒組成的最佳化 加以彌補(bǔ)。對(duì)摻量范圍應(yīng)嚴(yán)格劃分和限定，以便于混凝土的質(zhì)量控制。2.2.6 對(duì)水泥均勻性與穩(wěn)定性的要求現(xiàn)在一般工業(yè)發(fā)達(dá)國(guó)家的水泥有一半以上用于輸送混凝土,20%30%用于混凝土制品工廠，也就是說(shuō)有80%90%的水泥是通過(guò)自動(dòng)控制的連續(xù)式機(jī)械化生產(chǎn)線配制成混凝 土的。一方面是大規(guī)模地生產(chǎn)，另一方面是對(duì)混

16、凝土的質(zhì)量要求越來(lái)越高 ，這就要求水泥不僅要有與使用目的相適應(yīng)的質(zhì)量 ，還要使這個(gè)質(zhì)量均勻和穩(wěn)定，尤其在使用功能方面如需水量、 凝結(jié)硬化特性也要均勻和穩(wěn)定，否則會(huì)給混凝土配制工作帶來(lái)很多麻煩，并將影響混凝土含水量的穩(wěn)定，影響和易性和混凝土質(zhì)量。為了保證水泥的均勻性，德國(guó)水泥標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定各種水泥組分應(yīng)混合粉磨，標(biāo)準(zhǔn)也允許對(duì)某些組分分開(kāi)粉磨然后再混合，但要保證分開(kāi)粉磨水泥要有與共同混合粉磨水泥相同的均勻性。還規(guī)定質(zhì)量合格的水泥必須經(jīng)過(guò)一個(gè)有足夠容量的水泥倉(cāng)貯存后再出廠，不準(zhǔn)許在粉磨或混合后不經(jīng)中間倉(cāng)就直接出廠，對(duì)中間倉(cāng)的容量有個(gè)不成文的規(guī)定，應(yīng)在500t以上。5771001803090012095 5

17、790368228596330825771001803090012386 5761373997357606965771001803090013594 5780775799025155125771001803090012387 5771649826018180515771001803090012138 5721311921589183265771001803090012359 5790368223610760535771001803090012356 5761352861437917425771001803090012355 57508786970469327917088100343355274 10122994432583337917088100343355275 10186673293883200817088100343356107 10158115250150052217088100343356108 10100018005987173217088100343354295 10107419414268701717088100343