優(yōu)質(zhì)水泥的評價

　　1 對水泥品質(zhì)的認識水泥膠砂強度的高低一直以來是評價水泥質(zhì)量的重要標準， 實施 IsＯ 方法后， 水泥的檢測性能與國際接軌，但與其在現(xiàn)代混凝土中的作用相差還較遠。水泥膠砂強度高是水泥實物質(zhì)量一方面的體現(xiàn)， 卻不是混凝土質(zhì)量的唯一保證。水泥生產(chǎn)技術(shù)人員普遍認為水泥的富余強度越高， 產(chǎn)品質(zhì)量越好， 產(chǎn)品質(zhì)量的改善往往只體現(xiàn)在膠砂強度的提高方面； 施工單位則普遍認為水泥的早期強度越高， 混凝土強度發(fā)展得越快， 其質(zhì)量越有保證。而且水泥早期強度越高， 施工速度可以加快， 成本可大幅度下降。在市場競爭日益激烈的情況下，   水泥生產(chǎn)企業(yè)為了迎合施工單位的需要， 對水泥膠砂強度的追求已遠超出國標的要求，  早強與高強被視為優(yōu)質(zhì)水泥的唯一準則。這種對優(yōu)質(zhì)水泥的片面認識已經(jīng)形成強大的力量，  引導(dǎo)著水泥生產(chǎn)企業(yè)及技術(shù)人員不斷為之而努力。然而正是這種認識給水泥生產(chǎn)與混凝土工程帶來了一系列的問題。水泥生產(chǎn)更加依賴于優(yōu)質(zhì)的石灰石資源（caＯ含 量＞51%）， 熟料燒成熱耗增加， 水泥比表面積提高， 粉磨能耗增大， 生產(chǎn)成本上升。早強水泥在配制混凝土?xí)r，雖然混凝土的強度等級在不斷提高， 但結(jié)構(gòu)內(nèi)應(yīng)力增大， 開裂現(xiàn)象增多， 混凝土工程耐久壽命遭到置疑［1］。針對目前水泥生產(chǎn)與使用的技術(shù)人員的認識及混凝土工程所面對的問題， 本文提出了從現(xiàn)代混凝土生產(chǎn)技術(shù)及性能（如高工作性能、高耐久性能、高體積穩(wěn)定性、低生產(chǎn)成本及其它特殊性能）要求出發(fā)評價水泥品質(zhì)優(yōu)劣，并提出了生產(chǎn)優(yōu)質(zhì)水泥的技術(shù)措施。為此將分兩篇文章（《優(yōu)質(zhì)水泥的評價》《、優(yōu)質(zhì)水泥的生產(chǎn)技術(shù)》）來論述。

　　2 優(yōu)質(zhì)水泥的評價方法

　　水泥產(chǎn)品的國家標準要求是其基本性能與品質(zhì)的保證， 不是優(yōu)質(zhì)水泥的標準。作為混凝土的主要膠凝材料，水泥品質(zhì)的優(yōu)劣應(yīng)從其配制現(xiàn)代混凝土的性能要求來衡量。不考慮混凝土綜合性能的要求， 一味盲目迎合施工速度對水泥高早強的需要，往往是造成混凝土溫升大、結(jié)構(gòu)應(yīng)力增大、早期開裂增多、耐久性較差的主要原因之一，也會造成水泥生產(chǎn)成本增大，資源浪費等問題。下面從現(xiàn)代混凝土生產(chǎn)技術(shù)及混凝土 5 項主要性能來評價對水泥品質(zhì)的要求。

　　2．1 混凝土的工作性能

　　預(yù)拌混凝土對拌和物的施工性能要求比較嚴格。它關(guān)系到混凝土材料的可施工性及均勻性。若混凝土拌和物施工性能較差，出現(xiàn)振搗不密實， 或骨料與砂漿分離較嚴重， 混凝土的結(jié)構(gòu)缺陷增多， 混凝土結(jié)構(gòu)將無法達到其設(shè)計的其它性能要求， 導(dǎo)致建筑物存在質(zhì)量隱患。故拌和物的施工性能是混凝土其它各項性能的基礎(chǔ)。它是指在設(shè)定 w/c 及一定外加劑摻量條件下， 所達到的塌落度及其經(jīng)時損失、擴展度和可泵性等各項性能的總稱。影響這一性能的因素很多， 如配制技術(shù)，外加劑、砂、石、摻合料等材料， 但水泥也是重要的因素之一。與水泥的關(guān)系主要體現(xiàn)在水泥與外加劑的相容性及其保水性。

　　2．1．1 水泥與外加劑相容性

　　水泥與外加劑的相容性是從水泥凈漿流變性能角度評價兩者對混凝土拌和物工作性能作用效果的一項指標。它用 maRsh筒［2］或凈漿流動度［3］方法所檢測到的飽和點摻量、飽和點 maRsh 時間（ 飽和點流動度）及 maRsh 時間（流動度） 經(jīng)時損失三者來進行綜合評價。相容性較好， 即飽和點摻量小， 飽和點對應(yīng)的流動性能好，流動性經(jīng)時損失小。相容性好的水泥在配制混凝土?xí)r可以用較少的外加劑或較少的水泥來達到較好的流動性能和較小的流動性經(jīng)時損失； 可用較低的成本獲得優(yōu)質(zhì)的混凝土［4］， 并且可顯著改善混凝土早期開裂現(xiàn)象。經(jīng)較大量的調(diào)查試驗研究， 作者認為對于 42．5等級的水泥， 若在0.35水灰比條件下， 用普通中濃萘系的減水劑， 飽和點摻量小于 1.4%， 飽和點maRsh時間小于12s，且 1h maRsh 時間損失較小時，水泥與外加劑的相容性較好。 相容性問題是伴隨現(xiàn)代混凝土技術(shù)而出現(xiàn)的。水泥產(chǎn)品標準中對此項性能沒有明確的規(guī)定，水泥生產(chǎn)企業(yè)不了解相容性的概念、意義及沒有相應(yīng)的檢測手段，更不了解控制和改善水泥與外加劑相容性的技術(shù)措施。目前，水泥與外加劑相容性差及不穩(wěn)定的現(xiàn)象十分普遍，造成混凝土拌和物施工性能大幅度波動。若混凝土生產(chǎn)中用調(diào)整砂石含水率的方法來調(diào)整混凝土的施工性能，就會造成混凝土強度的較大波動。

　　2．1．2 水泥的保水性

　　水泥的保水性反映了水泥漿中水泥顆粒與水分離的難易程度。它與水泥的顆粒分布及比表面積有著緊密的關(guān)系。保水性較好的水泥， 在配制混凝土?xí)r有利于減少內(nèi)部的泌水腔和表面的泌水層， 改善混凝土的界面結(jié)構(gòu)與表面硬度， 可提高混凝土的勻質(zhì)性、強度及耐久性能［5］。由此可見， 從混凝土拌和物的工作性能要求出發(fā)， 水泥具有良好及穩(wěn)定的外加劑相容性及保水性是配制優(yōu)質(zhì)混凝土必須具備的條件，  這是評價優(yōu)質(zhì)水泥的重要指標之一。

　　2．2 混凝土的力學(xué)性能

　　混凝土的力學(xué)性能取決于其結(jié)構(gòu)的致密程度及水化產(chǎn)物的黏結(jié)力。結(jié)構(gòu)的致密程度主要由混凝土的水灰比（水膠比）決定，水化產(chǎn)物的黏結(jié)力實際是通過膠凝材料的膠凝性（膠砂強度）來體現(xiàn)。過去大部分混凝土由于沒有摻用外加劑，為達到工作性能的水灰比較大， 混凝土的強度往往依賴于水泥膠砂強度的提高。隨著混凝土技術(shù)的發(fā)展，外加劑與礦物摻合料的廣泛應(yīng)用， 配制同強度等級混凝土的水灰比較以前大幅度下降， 混凝土結(jié)構(gòu)更加致密。因此，提高混凝土的力學(xué)性能已不僅限于依賴提高水泥的膠砂強度來實現(xiàn)， 通過減少單方用水量來提高混凝土各項性能的空間往往更大。水泥生產(chǎn)的技術(shù)人員多數(shù)只考慮從提高水泥膠砂強度來提高水泥的質(zhì)量， 而忽視了或尚未認識到水泥對混凝土用水量的影響。若提高水泥膠砂強度是通過增加早強礦物、增加水泥比表面積來達到的， 則會引起需水量大及與外加劑相容性差的問題，這樣既增加了水泥的生產(chǎn)成本， 又不利于配制良好力學(xué)性能的混凝土， 造成資源浪費。

　　目前， 市場對水泥早期強度（3d） 的要求， 實際是施工單位的要求， 其目的是加快施工周期， 提高模板使用率，降低施工成本。這對水泥性能是一種誤導(dǎo)。水泥的早期強度越高， 水化熱早期集中釋放， 導(dǎo)致混凝土內(nèi)部溫升快且高，冷卻后殘余的溫度應(yīng)力較高， 混凝土的抗裂性能下降［6］。相反， 作者認為水泥的后期（28d）及遠齡期（90d 或180d）強度十分重要。這是因為混凝土是多相復(fù)合材料， 不可避免存在結(jié)構(gòu)缺陷，而且它通常處于日曬雨淋、干濕交替、凍融循環(huán)，甚至更加惡劣的環(huán)境條件下， 在漫長的使用過程中強度損失或受到損害或破壞是不可避免的。要保持混凝土材料的耐久性，強度的補充與自愈合能力非常重要， 其遠齡期的強度增長不可忽視。由此可見， 水泥的 3d 強度是施工的要求， 水泥的 28d強度是混凝土設(shè)計強度的需要， 而遠齡期強度指標則是混凝土耐久性（強度補充及自愈合）的需要。合理或較低的早期強度、較高的后期及遠齡期強度是優(yōu)質(zhì)水泥重要的性能指標之一。

　　隨著水泥混凝土道路、大跨度結(jié)構(gòu)工程的增多，對混凝土抗折強度也提出了較高的要求， 在混凝土抗壓強度等級相同的情況下，若水泥的抗折強度較高，則混凝土的抗折強度也較高。高等級的道路混凝土要求優(yōu)質(zhì)水泥 28d 抗折強度最好達到 9．0mpa以上。

　　2．3 混凝土耐久性能 

　　混凝土耐久性能主要包括混凝土的抗?jié)B性、抗凍性與抗腐蝕性。提高混凝土耐久性對延長建筑工程的使用壽命，減少建筑物維修加固甚至重建費用均有重大的意義。提高混凝土材料的耐久壽命也是實現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展的重要途徑之一。目前提高耐久性的主要渠道有： 

　　1） 提高混凝土的致密性； 

　　2） 改善水泥水化產(chǎn)物的組成； 

　　3）提高混凝土的遠齡期強度。提高耐久性的責(zé)任部分落在混凝土配制技術(shù)上， 但水泥性能是其中一個重要影響因素。若水泥的標準稠度用水量低， 與外加劑的相容性好， 保水性好，則有利于提高混凝土結(jié)構(gòu)的致密性； 水泥熟料中 fcaＯ、c3a 含量低， 硅酸鹽礦物含量多。

　　通常其水化產(chǎn)物具有更強的抗腐蝕能力；水泥中 c2s 含量較高， 顆粒分散，則有利于提高水泥的遠齡期強度。這些均有利于提高混凝土的耐久性能。本文建議， 優(yōu)質(zhì)水泥的熟料中 fcaO 含量小于1%，C3A含量小于 6%， c2s 含量大于 20%。

　　2．4 混凝土體積穩(wěn)定性能

　　工程建設(shè)中， 混凝土結(jié)構(gòu)開裂現(xiàn)象十分普遍， 是混凝土損壞的主要原因之一?；炷灵_裂與設(shè)計、施工、混凝土配制技術(shù)以及混凝土配制材料密切相關(guān)?；炷烈蛩喟捕ㄐ圆缓细穸a(chǎn)生膨脹開裂的現(xiàn)象已較少見， 大多數(shù)是由混凝土的自生收縮、干燥收縮、冷縮及碳化收縮而產(chǎn)生。在配制混凝土?xí)r可采用各種技術(shù)來減少混凝土的收縮開裂。要減少混凝土的開裂，優(yōu)化水泥的性能是不可忽視的工作。

　　2．4．1 自生收縮與水泥的關(guān)系

　　混凝土的自生收縮往往出現(xiàn)在水灰比 （ 水膠比）較低的情況（ 通常小于 0．45）， 在較早齡期產(chǎn)生，它與水泥的早期水化速度有關(guān)。一般水泥的早期水化速度越快（c3a 含量越多， 比表面積越大， 細顆粒越多，C3A水化加速期來得越早等）， 早期水化熱越大， 混凝土的凝結(jié)時間越短， 自生收縮來得也越早、越快，易導(dǎo)致混凝土開裂。由此可見， 早強水泥和混凝土拌和物的澆注溫度較高時， 水泥早期水化速度加快， 易產(chǎn)生較大的自生收縮。

　　因此，要減少混凝土的自生收縮， 就水泥而言， 要降低水泥早期水化速度， 盡量降低出廠水泥的溫度（＜75℃）。

　　2．4．2 干燥收縮與水泥的關(guān)系

　　混凝土的干燥收縮與其毛細孔尺寸、數(shù)量、連通情況密切相關(guān)，即與混凝土的配制技術(shù)和施工養(yǎng)護關(guān)系較大。但也與水泥水化產(chǎn)物的種類及致密程度有關(guān)， 通常 c3a 的水化產(chǎn)物干燥收縮較大；水化產(chǎn)物堆積越致密， 干燥收縮越小。

　　2．4．3 冷縮與水泥的關(guān)系

　　水泥水化時的放熱使大體積混凝土內(nèi)外產(chǎn)生較大的溫差， 在冷卻過程中混凝土結(jié)構(gòu)會產(chǎn)生巨大的溫度應(yīng)力，甚至導(dǎo)致混凝土開裂。一般混凝土內(nèi)部溫升可達 50～60℃， 中心部位最高溫度可達80～100℃。雖然在施工過程中可不惜代價地采用加冰等方法降低拌和物的入模溫度，鋪設(shè)冷卻水管以及加強外保溫等措施減少溫度應(yīng)力及防止開裂， 但水泥水化熱的大小仍直接影響混凝土的絕熱溫升及溫度應(yīng)力。對于C50的混凝土， 在水泥用量為 350～380kg/m3 的條件下， 若水泥 3d 水化熱相差30kj/kg，混凝土的絕熱溫升可相差 5～7℃。因此較低的水化熱也是優(yōu)質(zhì)水泥的重要指標之一。目前， 廣東省市場上 p·II42．5R水泥水化熱的情況如表 1 所示。而 42．5 等級的低熱硅酸鹽水泥國標要求 3d 水化熱小于 230kj/kg， 7d水化熱小于260kj/kg。表 1 中的較好水平與之相比， 3d、7d 水化熱相差 30～40kj/kg以上；一般水平的相差 60～80kj/kg 以上

　　因此， 在保證混凝土的施工及力學(xué)性能的前提下，應(yīng)大力提倡使用中低熱的水泥品種， 這對混凝土壽命及社會節(jié)能、可持續(xù)發(fā)展均十分重要。

表 1 廣東省部分 p·II 42．5R 水泥水化熱的情況 kj/kg 

　　2．5 特殊混凝土工程的性能

　　2．5．1 高等級水泥路面混凝土對水泥性能的要求高等級水泥混凝土道路設(shè)計耐久壽命為 30～50年，而實際上我國現(xiàn)有很多水泥混凝土路面在通車5～10 年后， 就出現(xiàn)嚴重的斷裂和破損， 不適合繼續(xù)行車，造成資源能源及建設(shè)費用浪費很大。這里有路基、施工和超載等的原因，也有水泥混凝土材料自身的原因。很多路面在投入使用前就已出現(xiàn)裂縫或表面“起粉”等耐磨性極差的現(xiàn)象。要建造優(yōu)質(zhì)的混凝土路面，就水泥方面應(yīng)考慮： 具有高抗折強度 （28d 達到9．0mpa 以上）、高耐磨性 （≤3．6kg/m2，力爭≤3．0kg/m2）、致密的漿體及混凝土結(jié)構(gòu)（ 顆粒分布好， 需水量低， 外加劑相容性好）、低水化熱。

　　2．5．2 管樁混凝土對水泥性能的要求由于管樁要求較高蒸壓強度（c80 以上） 和高抗沖擊性， 混凝土水膠比在0.25～0.26 左右， 故對水泥品質(zhì)的要求特別高。它要求水泥具有優(yōu)良的外加劑相容性，高硅酸鹽礦物含量（c2s+C3A＞75%； 摻細磨砂后，可降低對硅酸鹽礦物總量的要求）； 為保證漿體的致密性，要求水泥顆粒分布及比表面積合理； 為加快脫模時間， 一般要求水泥膠砂的早后期強度高， 一般是早強型的 p·II42．5水泥。

　　3 結(jié)束語

　　綜上所述， 從現(xiàn)代混凝土的綜合性能出發(fā)， 本文認為優(yōu)質(zhì)水泥應(yīng)具有下列性能： ①顆粒分布及比表面積合理 （45μm 篩余10%～16%， 80μm 篩余為 1%～2%， 比表面積 360～380m2/kg）， 標準稠度用水量低（＜25%），配制混凝土?xí)r需水量較?。?nbsp;②良好及穩(wěn)定的外加劑相容性（ 飽和點＜1．4%）； ③水泥合理或較低的早期膠砂強度，較高的后期（28d）和遠齡期（90d 或180d）膠砂強度； ④抗沖擊、耐磨性好； ⑤低收縮性； ⑥低水化熱 （3d水化熱小于 270kj/kg， 7d 水化熱小于315kj/kg）。為此， 本文建議水泥熟料中 c3a 含量小于6%，C2S含量大于 20%， fcaＯ 含量小于 1%。這樣的水泥能滿足混凝土的不同用途要求，使混凝土具有優(yōu)良的工作性能、力學(xué)性能、耐久性能、體積穩(wěn)定性及最低的混凝土生產(chǎn)成本。