實施水泥新標(biāo)準(zhǔn)對混凝土性能的影響及改善途徑

關(guān)鍵詞：水泥新標(biāo)準(zhǔn)；混凝土性能；改善途徑

1 水泥新標(biāo)準(zhǔn)對水泥強(qiáng)度和細(xì)度的新要求

1. 1 對水泥強(qiáng)度的要求

    為與ISO國際水泥標(biāo)準(zhǔn)逐步接軌，我國2001年4月1日起實施了六大通用水泥的新標(biāo)準(zhǔn)( GB/17671-1999) 。它與舊標(biāo)準(zhǔn)的主要差別有兩點(diǎn)：一是強(qiáng)度檢驗條件發(fā)生了變化，如灰砂比由舊標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的1∶2.5 改為1∶3，水灰比由0.44和0.46等改為0.50 ，標(biāo)準(zhǔn)砂和試件尺寸等指標(biāo)也有所不同，其結(jié)果出現(xiàn)了水泥檢測強(qiáng)度的普遍降低；二是強(qiáng)度檢驗齡期發(fā)生了改變，新標(biāo)準(zhǔn)只規(guī)定檢驗水泥的3d和28d強(qiáng)度，相對于舊標(biāo)準(zhǔn)的7d而言，提高了對水泥早期強(qiáng)度的要求。

1. 2 對水泥細(xì)度的要求

    據(jù)中國建材科學(xué)研究院提供的資料稱：我國通過認(rèn)證的水泥中，只有20%達(dá)到ISO國際標(biāo)準(zhǔn)42. 5級的水平。與國際上ISO強(qiáng)度高的水泥實物相比，我國水泥實物ISO強(qiáng)度偏低的主要原因是水泥比表面積較小及顆粒級配不夠合理，細(xì)顆粒含量普遍較少，致使水泥的膠結(jié)強(qiáng)度不能迅速、充分地發(fā)揮出來。據(jù)統(tǒng)計，新標(biāo)準(zhǔn)實施之前我國0.08mm方孔篩篩余量5.1% ～ 8.0%的水泥實物占96%以上。而國外水泥篩余量小于1.0%的占57% ，1.0% ～ 2.0%的占33% ，2.0%～2.4%的占10% ，由此可見，水泥細(xì)度控制的差距之大。因此，提高水泥粉磨細(xì)度是縮小我國水泥與國際上ISO 強(qiáng)度較高的水泥質(zhì)量差距的一項主要技術(shù)措施。

2 水泥新標(biāo)準(zhǔn)對混凝土性能的影響與分析

    由于執(zhí)行水泥新標(biāo)準(zhǔn)后，我國絕大多數(shù)水泥廠提高了水泥的粉磨細(xì)度，與國外水平接近了一步，但對混凝土的性能不可避免地帶來了一定程度的影響。首先，由于水泥比表面積的提高，使拌和混凝土所需的用水量增加，混凝土的和易性下降，不利于施工操作；同時，使混凝土的干燥收縮趨于增大，表面裂縫相對增多，導(dǎo)致混凝土生產(chǎn)質(zhì)量的下降。這些現(xiàn)象的出現(xiàn)，固然與水泥粉磨細(xì)度的提高有直接的關(guān)系，但更重要的原因是由于混凝土的生產(chǎn)和施工中，外加劑的應(yīng)用技術(shù)不夠完善，新品種外加劑的研究和推廣工作不足所致。特別是水泥與外加劑不相適應(yīng)的問題較突出。

    從國外較發(fā)達(dá)國家的情況來看，水泥細(xì)度控制比國內(nèi)目前的產(chǎn)品水平還要細(xì)，但混凝土仍能保持良好的性能和生產(chǎn)質(zhì)量。其根本原因在于國外混凝土外加劑的應(yīng)用技術(shù)比較完善。如：日本外加劑與水泥的匹配十分密切，現(xiàn)在已基本上不存在外加劑與水泥不相適應(yīng)的情況。另外，很多國家生產(chǎn)的水泥品種比較單一，多以不摻混合材的硅酸鹽水泥為主要產(chǎn)品，然后在工地或混凝土攪拌站加入混合材，并針對混合材種類和摻量配合適當(dāng)?shù)幕炷镣饧觿?，這樣制備的混凝土技術(shù)性能自然比較容易控制，生產(chǎn)質(zhì)量也相對穩(wěn)定。而國內(nèi)對混凝土外加劑與水泥的適應(yīng)性研究和普及應(yīng)用工作還很有限。加之我國的水泥生產(chǎn)廠家眾多，水泥品種較雜，混合材資源種類繁多且摻量不一，給外加劑的應(yīng)用及研究增加了困難。因此，按新標(biāo)準(zhǔn)生產(chǎn)的水泥產(chǎn)品，使混凝土生產(chǎn)技術(shù)性能和施工質(zhì)量方面存在的一些問題變得更加突出。如果混凝土的生產(chǎn)和施工能夠有針對性地采用合適的外加劑應(yīng)用技術(shù)以及各種相應(yīng)措施，混凝土性能和質(zhì)量，非但不會出現(xiàn)因水泥新標(biāo)準(zhǔn)實施后水泥細(xì)度提高而變差的問題，反而能使水泥中的細(xì)顆粒更好地填充于粗顆粒和集料的間隙中，在一定程度上會提高混凝土的技術(shù)性能和生產(chǎn)質(zhì)量水平。

3 改善途徑與技術(shù)分析

    面臨水泥新標(biāo)準(zhǔn)實施后出現(xiàn)的一些問題，混凝土的生產(chǎn)和施工以及水泥的生產(chǎn)亟需從以下兩個方面采取相應(yīng)的措施。

    首先，要從觀念上明確混凝土的組分中水泥和外加劑兩者缺一不可，且要互相匹配。水泥在混凝土的生產(chǎn)中，本身并不是一個能單獨(dú)使用的組分，而只是一種半成品原料，必須與外加劑配合使用，才能滿足混凝土的性能要求。因此，必須加大力度開展新品種外加劑的研究和推廣工作，特別要加強(qiáng)減水型外加劑與水泥適應(yīng)性問題的研究。

    從水泥的角度進(jìn)行分析，減水劑對水泥的適應(yīng)性有直接關(guān)系的主要因素是水泥的礦物組成、混合材種類和摻量及水泥的粉磨細(xì)度等等。搞清這些因素對混凝土減水劑作用效果的影響，有利于在混凝土的生產(chǎn)中有針對性地選擇和研制適宜的減水劑種類，并確定其最佳摻量。為此，筆者對這些因素的影響規(guī)律進(jìn)行如下的分析和探討。

3. 1 礦物組成對減水劑作用效果的影響

    在水泥的礦物組成當(dāng)中，C3A 的水化反應(yīng)速度最快，在水泥中的石膏作用下迅速生成CASH，水化產(chǎn)物為較粗大的晶體顆粒。它的含量較多會使混凝土中水泥漿體的流動性變差，對減水劑的減水效果具有不利的影響；C2S 的水化反應(yīng)速度最慢，水化產(chǎn)物主要為顆粒細(xì)小的CSH凝膠，它的含量越多越有利于增加混凝土的流動性，在減水劑的作用下減水效果更加顯著； C₃S的水化速度介于C₃A 和C₂S之間，水化產(chǎn)物為CSH 凝膠和Ca(OH)₂晶體，所以其漿體的流動性也介于C₃A 和C₂S 之間； C₄AF 的水化速度與C₃S 相近，水化產(chǎn)物為CFH凝膠和CAH晶體同時存在，其中CAH 又可與石膏生成硬化迅速的CASH晶體，因而對減水劑的不利影響次于C₃A，但大于C₃S。

3. 2 混合材種類和摻量對減水劑作用的影響

    為了便于合理利用我國豐富的混合材資源，根據(jù)混合材的酸堿性和活性可以將水泥廠常用的各種混合材分為三大類。第一類為酸性及中性活性混合材，如：沸石、火山灰、粉煤灰、沸騰爐渣、煤矸石等。第二類為堿性活性混合材，如：礦渣、增鈣液態(tài)渣等等。第三類為堿性及中性惰性混合材，如：石灰石、硅灰石尾礦、水泥庫清理出的結(jié)石塊等等。這三類混合材對水泥和混凝土技術(shù)性能的影響各有其特殊的規(guī)律。

    由于水泥混合材的酸堿性和活性決定了混合材的親水性和吸水性，而其親水性和吸水性又直接影響到水泥混凝土拌和物的需水性和流動性。一般情況下，混合材的酸性越強(qiáng)，親水性也就越大，活性越高，吸附水分子的能力也越強(qiáng)。因而用摻有這類混合材(即第一類混合材) 的水泥制備的混凝土，其拌和物的需水性大，流動性差，對減水劑的作用效果影響也大。反之，混合材的堿性越強(qiáng)，活性越低，其親水性和吸水性越小，用這類混合材制備的水泥混凝土流動性相對較好，與減水劑共同作用效果更佳。如：礦渣水泥漿體的流動性優(yōu)于火山灰水泥，其主要原因之一是礦渣的堿性強(qiáng)，親水性弱，而火山灰的酸性強(qiáng)，親水性大。當(dāng)然其構(gòu)造的致密程度不同，而導(dǎo)致吸水性的差別也是一個重要因素，但是這一因素的影響在本質(zhì)上可以歸結(jié)為水泥細(xì)度(即比表面積) 的影響范疇之內(nèi)。而石灰石水泥漿體的流動性優(yōu)于礦渣水泥，主要是由于石灰石的活性低于礦渣的活性。

    混合材的顆粒形態(tài)對混凝土的流動性也有一定影響。如：粉煤灰中含有一定數(shù)量的玻璃微珠，其表面較光滑，在一定程度上也可以改善混凝土的流動性。對于未摻混合材的硅酸鹽水泥和混合材摻量較少的普通水泥，其混凝土的流動性以及與減水劑的作用效果一般都優(yōu)于摻混合材的水泥品種。

3. 3 水泥細(xì)度對減水劑作用的影響

    在水泥品種及混合材摻量相同的情況下，水泥粉磨細(xì)度細(xì)，比表面積大，用其制備的混凝土需水性無疑會高。若要保證混凝土具有良好的流動性，對減水劑減水作用的要求自然更高一些。除此之外，水泥顆粒級配的影響也相當(dāng)重要。良好的顆粒級配可以降低混凝土的孔隙率，從而使減水劑的作用效果更加顯著。

    另外，要從水泥和混凝土的生產(chǎn)上進(jìn)行必要的配合。根據(jù)上述水泥與外加劑的適應(yīng)性的分析，我們應(yīng)根據(jù)不同的水泥品種確定不同的減水劑種類和摻量。即使是相同的水泥品種，由于不同的生產(chǎn)廠家采用的混合材種類和數(shù)量以及控制的水泥粉磨細(xì)度等指標(biāo)不一致，也會對減水劑的作用效果造成不同影響。因此，建議水泥生產(chǎn)企業(yè)即使生產(chǎn)同一品種水泥，也應(yīng)在水泥出廠的產(chǎn)品標(biāo)志上注明所摻混合材的種類和數(shù)量，并在水泥細(xì)度的控制上盡量保持其需水性的一致性。

    以便于在混凝土的生產(chǎn)中，有針對性地確定減水劑的種類和摻量。同樣，為減少混凝土施工的麻煩，穩(wěn)定混凝土的生產(chǎn)質(zhì)量，應(yīng)大力推廣商品混凝土的生產(chǎn)。最好將水泥廠和混凝土攪拌站的生產(chǎn)聯(lián)合起來，統(tǒng)一經(jīng)營，統(tǒng)一管理。這樣，能夠在生產(chǎn)混凝土的同時，根據(jù)水泥廠生產(chǎn)實際情況、當(dāng)?shù)刭Y源情況以及用戶的實際需要，合理地選擇混合材的種類和數(shù)量；并有針對性地確定適宜的外加劑品種及其最佳摻量和控制適當(dāng)?shù)乃喾勰ゼ?xì)度等，確保水泥與外加劑的性能互相匹配，從而保證混凝土性能的穩(wěn)定性、質(zhì)量的均勻性與經(jīng)濟(jì)的合理性。