出廠水泥質(zhì)量穩(wěn)定性要求

　　0  引言
　　混凝土是一種非勻質(zhì)的復(fù)雜多相復(fù)合材料，提高混凝土的勻質(zhì)性可以提高混凝土強(qiáng)度，改善其孔結(jié)構(gòu)、界面結(jié)構(gòu)，從而提高混凝土的耐久性。美國(guó)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)與技術(shù)研究院(NIST)和美國(guó)混凝土學(xué)會(huì)(ACI)聯(lián)合主辦的第一次國(guó)際高性能混凝土(HPC)會(huì)議提出的HPC定義中，突出強(qiáng)調(diào)了HPC的勻質(zhì)性特征；同時(shí)強(qiáng)調(diào)使用傳統(tǒng)的組分是不可能獲得的。其主要原因即是傳統(tǒng)材料的質(zhì)量穩(wěn)定性不能滿足HPC的勻質(zhì)性要求。高質(zhì)量穩(wěn)定性的水泥是生產(chǎn)優(yōu)質(zhì)混凝土的重要條件。目前還很少系統(tǒng)地提出有關(guān)水泥質(zhì)量穩(wěn)定性的要求。

　　1  水泥質(zhì)量穩(wěn)定性定義與內(nèi)涵

　　水泥的質(zhì)量穩(wěn)定性通常以某項(xiàng)質(zhì)量指標(biāo)在一定時(shí)期內(nèi)的標(biāo)準(zhǔn)偏差(變異系數(shù))表示。水泥行業(yè)現(xiàn)有標(biāo)準(zhǔn)和法規(guī)對(duì)水泥質(zhì)量穩(wěn)定性的定義、要求僅限于28d抗壓強(qiáng)度，目前水泥廠對(duì)水泥質(zhì)量穩(wěn)定性的檢驗(yàn)與控制也僅限于此。對(duì)于28d抗壓強(qiáng)度的穩(wěn)定性，JC/T578-1995《評(píng)定水泥強(qiáng)度勻質(zhì)性試驗(yàn)方法》規(guī)定了2個(gè)指標(biāo)：①勻質(zhì)性(Uniformity)：某一時(shí)期單一品種水泥28d強(qiáng)度變化的穩(wěn)定程度。②均勻性(Homogeniety)：某一時(shí)期單一編號(hào)水泥10個(gè)分割樣28d強(qiáng)度的均勻程度。GB/Tl2573-2008《水泥取樣方法》和JC/T578-1995規(guī)定了勻質(zhì)性、均勻性的取樣、檢驗(yàn)和計(jì)算方法。根據(jù)勻質(zhì)性和均勻性的定義、取樣方法可知，勻質(zhì)性是指一個(gè)較長(zhǎng)時(shí)期(至少一個(gè)月)內(nèi)28d抗壓強(qiáng)度的穩(wěn)定性。均勻性是指一個(gè)較短時(shí)期(約幾個(gè)小時(shí)，最多幾十個(gè)小時(shí))內(nèi)同一個(gè)出廠編號(hào)的水泥各部分之間28d抗壓強(qiáng)度的穩(wěn)定性。兩者的主要區(qū)別在于限定穩(wěn)定性的時(shí)間尺度不同。

　　目前水泥行業(yè)有關(guān)水泥質(zhì)量穩(wěn)定性的規(guī)定，僅限定了28d抗壓強(qiáng)度的勻質(zhì)性和均勻性，反映了混凝土和水泥行業(yè)過(guò)去以強(qiáng)度為核心的觀念。事實(shí)上幾乎所有影響混凝土性能的水泥性能都應(yīng)該具有穩(wěn)定性的要求，而這些性能中多數(shù)與28d抗壓強(qiáng)度的相關(guān)性是不確定的。換言之，即使能夠保證水泥28d抗壓強(qiáng)度的穩(wěn)定性，并不一定能夠保證其它質(zhì)量指標(biāo)的穩(wěn)定性。從保證混凝土性能的角度考慮，水泥穩(wěn)定性應(yīng)該包含所有與混凝土性能相關(guān)的重要質(zhì)量指標(biāo)。相應(yīng)的勻質(zhì)性和均勻性的定義應(yīng)該改為：①勻質(zhì)性：某一時(shí)期單一品種水泥某項(xiàng)質(zhì)量指標(biāo)變化的穩(wěn)定程度。②均勻性：某一時(shí)期單一編號(hào)水泥若干分割樣某項(xiàng)質(zhì)量指標(biāo)的均勻程度。將JC/T578-1995規(guī)定的10個(gè)樣品改為若干樣品的原因在于，均勻性試驗(yàn)是通過(guò)對(duì)出廠水泥抽樣檢驗(yàn)估計(jì)出廠水泥的方差，抽取l0個(gè)樣品明顯抽樣量不足。

　　2 水泥質(zhì)量穩(wěn)定性要求的內(nèi)容
　　2.1混凝土性能與水泥的質(zhì)量穩(wěn)定性關(guān)系
　　混凝土的以下要求需要水泥的質(zhì)量穩(wěn)定性予以保證：①混凝土生產(chǎn)過(guò)程的穩(wěn)定性；②混凝土的勻質(zhì)性；③混凝土要求的特殊性能?；炷辽a(chǎn)過(guò)程穩(wěn)定性是指混凝土連續(xù)生產(chǎn)的一定時(shí)期內(nèi)的質(zhì)量穩(wěn)定性，水泥的質(zhì)量穩(wěn)定性是混凝土質(zhì)量穩(wěn)定性的重要保證?；炷恋膭蛸|(zhì)性可以劃分為宏觀、細(xì)觀和微觀3個(gè)層次，其中混凝土的宏觀勻質(zhì)性與水泥的質(zhì)量穩(wěn)定性相關(guān)，混凝土不泌水、不離析是宏觀勻質(zhì)性的主要內(nèi)容。某些時(shí)候混凝土有一些特殊性能的要求，也會(huì)對(duì)水泥的質(zhì)量穩(wěn)定性提出要求。例如，對(duì)于清水飾面混凝土，水泥顏色的穩(wěn)定性就是一個(gè)十分重要的指標(biāo)，其重要程度甚至超過(guò)強(qiáng)度。為了滿足混凝土生產(chǎn)穩(wěn)定性和勻質(zhì)性的要求，所有與混凝土性能有關(guān)的水泥性能均應(yīng)該具有穩(wěn)定性的要求。

　　2.2 混凝土攪拌站對(duì)水泥質(zhì)量穩(wěn)定性要求的內(nèi)容
　　混凝土攪拌站是許多水泥廠典型的和主要的顧客，也是對(duì)水泥質(zhì)量穩(wěn)定性要求較高的顧客。筆者在十余年從事水泥廠質(zhì)量管理和技術(shù)服務(wù)工作過(guò)程中，曾經(jīng)就水泥質(zhì)量穩(wěn)定性與混凝土攪拌站技術(shù)人員有過(guò)廣泛和深入的交流。據(jù)此提出通用水泥質(zhì)量穩(wěn)定性的基本要求。這些要求是針對(duì)混凝土攪拌站生產(chǎn)常用強(qiáng)度等級(jí)、無(wú)特殊要求的混凝土。

　　2.2.1 28d抗壓強(qiáng)度
　　28d抗壓強(qiáng)度一直是水泥質(zhì)量穩(wěn)定性的唯一指標(biāo)，已得到水泥生產(chǎn)和使用雙方的廣泛認(rèn)可。目前以標(biāo)準(zhǔn)偏差或變異系數(shù)限定的28d抗壓強(qiáng)度沒(méi)有考慮檢驗(yàn)誤差的影響，而檢驗(yàn)誤差的影響是不容忽視的。

　　2.2.2  水泥與減水劑相容性
　　水泥與減水劑相容性的較大變化，將直接影響混凝土坍落度的大小。相容性突然變差，混凝土坍落度會(huì)明顯減小，影響混凝土的施工性能，如果是泵送混凝土則可能導(dǎo)致無(wú)法泵送；相容性突然變好，混凝土坍落度會(huì)明顯增大，可能出現(xiàn)泌水、離析。

　　JC/T1083-2008《水泥與減水劑相容性試驗(yàn)方法》規(guī)定以凈漿流動(dòng)性(包括凈漿流動(dòng)度和Marsh筒時(shí)間)定量表征水泥與減水劑相容性，并規(guī)定了檢驗(yàn)方法。水泥的凈漿流動(dòng)性既反映出水泥與減水劑相容性，也反映了水泥自身在減水劑存在條件下的流變性能。

　　2.2.3 保水性
　　水泥的保水性是指凈漿或砂漿抵抗水從固-液懸浮體系中逐步分離的能力。水泥的保水性與混凝土的保水性相關(guān)?；炷恋拿谒ū砻婷谒蛢?nèi)部泌水。表面泌水會(huì)提高混凝土表面的水膠比，導(dǎo)致混凝土表面強(qiáng)度降低。在連續(xù)澆筑的混凝土中，表面泌水還會(huì)降低混凝土分次澆筑界面的強(qiáng)度。水由內(nèi)部遷移到表面的泌水通道，形成硬化混凝土中較大的空隙，降低了混凝土的密實(shí)度，成為外部侵蝕介質(zhì)侵入的通道，降低混凝土的耐久性。內(nèi)部泌水是指在混凝土粗集料的周圍特別是下部形成水的富集區(qū)，導(dǎo)致混凝土界面過(guò)渡區(qū)的各種不利影響加劇，形成結(jié)構(gòu)缺陷。

　　2.2.4 新鮮度
　　新鮮度是與水泥粉磨后的儲(chǔ)存時(shí)間相關(guān)聯(lián)的一項(xiàng)指標(biāo)。水泥粉磨后，隨著儲(chǔ)存時(shí)間延長(zhǎng)，與減水劑相容性逐漸變好。有人認(rèn)為其原因是隨著儲(chǔ)存時(shí)間延長(zhǎng)，水泥中一些活性較高的組分如C₃A、f-CaO，將吸收部分水分發(fā)生預(yù)水化。水分主要來(lái)自石膏的結(jié)晶水，還包括少量空氣中的水分。筆者推測(cè)，新鮮度不同的水泥具有不同的性能，可能還有另外一個(gè)原因，即熟料顆粒表面靜電荷的作用。多數(shù)減水劑屬于表面活性劑，減水作用與熟料顆粒表面的靜電荷有關(guān)。水泥粉磨過(guò)程使熟料顆粒內(nèi)部的價(jià)鍵斷裂，主要是Si-O共價(jià)鍵和Ca-O離子鍵被打斷。這些鍵的斷裂，使熟料顆粒表面產(chǎn)生靜電荷。隨著儲(chǔ)存時(shí)間延長(zhǎng)，靜電荷逐漸減少。

　　新鮮度是一個(gè)難以定量表征的概念。粗略地可用水泥粉磨后的儲(chǔ)存時(shí)間描述。應(yīng)該指出，不同水泥與減水劑相容性隨著儲(chǔ)存時(shí)間延長(zhǎng)而改善的程度是不同的。與減水劑相容性差的水泥，隨儲(chǔ)存時(shí)間延長(zhǎng)，相容性的改善更加明顯。

　　2.2.5 夏季出廠水泥溫度
　　夏季出廠水泥溫度過(guò)高，將導(dǎo)致混凝土入模溫度過(guò)高(例如超過(guò)35℃)，劣化混凝土的工作性，增加混凝土的坍落度損失，加速混凝土放熱，提高混凝土內(nèi)部溫升速率和溫度峰值，加大熱應(yīng)力，增加開裂風(fēng)險(xiǎn)。

　　3 取樣方法和檢驗(yàn)誤差的影響
　　3.1 取樣方法
　　不同的取樣方法會(huì)得到不同的穩(wěn)定性檢驗(yàn)結(jié)果，主要取決于是合并樣品還是瞬時(shí)樣品。例如JC/T578-1995和GB/T 12573-2008規(guī)定的檢驗(yàn)出廠水泥勻質(zhì)性的取樣方法為，在一個(gè)出廠水泥編號(hào)內(nèi)連續(xù)取樣，或在20個(gè)取樣點(diǎn)隨機(jī)取樣后合并。這樣得到的勻質(zhì)性是一段時(shí)間出廠水泥合并樣品的波動(dòng)程度。有些水泥廠規(guī)定，對(duì)出廠水泥按一定的時(shí)間間隔，例如24h取瞬時(shí)樣品，用于評(píng)價(jià)勻質(zhì)性。后者的標(biāo)準(zhǔn)偏差將大于前者。

　　3．2  檢驗(yàn)誤差對(duì)于出廠水泥28d抗壓強(qiáng)度，《水泥企業(yè)質(zhì)量管理規(guī)程》規(guī)定勻質(zhì)性變異系數(shù)不大于4.1%，均勻性變異系數(shù)不大于3.0%。使用變異系數(shù)的意義在于，對(duì)28d抗壓強(qiáng)度較高的水泥允許更高的標(biāo)準(zhǔn)偏差。以用戶的實(shí)際使用要求而言，多數(shù)情況下強(qiáng)度等級(jí)較高的水泥，多用于制作強(qiáng)度等級(jí)較高的混凝土，用于重要的結(jié)構(gòu)工程，對(duì)穩(wěn)定性的要求更高。因此，從用戶的使用要求角度，沒(méi)有必要使用變異系數(shù)，宜直接使用標(biāo)準(zhǔn)偏差表征水泥28d抗壓強(qiáng)度的穩(wěn)定性。

　　《水泥企業(yè)質(zhì)量管理規(guī)程》沒(méi)有說(shuō)明計(jì)算兩個(gè)變異系數(shù)是否需要校正檢驗(yàn)誤差。水泥廠在實(shí)際操作中均沒(méi)有考慮檢驗(yàn)誤差的影響。事實(shí)上檢驗(yàn)誤差的影響是不容忽略的。

　　將出廠水泥某質(zhì)量指標(biāo)的檢驗(yàn)數(shù)據(jù)的標(biāo)準(zhǔn)偏差稱為表觀標(biāo)準(zhǔn)偏差S表觀，是由水泥自身真實(shí)波動(dòng)的標(biāo)準(zhǔn)偏差S真實(shí)與檢驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)偏差S檢驗(yàn)二者合成的結(jié)果。其關(guān)系可用下式表示：

　　確定了檢驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)偏差S檢驗(yàn)，即可由上式求得水泥自身真實(shí)波動(dòng)的標(biāo)準(zhǔn)偏差S真實(shí)。其中S檢驗(yàn)的確定方法，可以采用在相同試驗(yàn)條件下對(duì)同一個(gè)水泥樣品連續(xù)檢驗(yàn)至少15次，計(jì)算檢驗(yàn)結(jié)果的標(biāo)準(zhǔn)偏差，也可以按照J(rèn)C/T578-1995中方法確定。

　　GB/T17671-1999《水泥膠砂強(qiáng)度檢驗(yàn)方法(ISO法)》規(guī)定，同一個(gè)試驗(yàn)室在試驗(yàn)條件基本相同的條件下，對(duì)同一個(gè)水泥樣品多次試驗(yàn)的變異系數(shù)應(yīng)在1%～3%。參照這一誤差范圍，以出廠水泥的28d抗壓強(qiáng)度勻質(zhì)性說(shuō)明檢驗(yàn)誤差的影響程度。根據(jù)多數(shù)水泥廠的實(shí)際情況，設(shè)28d抗壓強(qiáng)度的檢驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)偏差的波動(dòng)范圍約0～2MPa(實(shí)際波動(dòng)范圍約0.5～2MPa，為了圖示清楚，波動(dòng)范圍下限延至0MPa)。勻質(zhì)性的真實(shí)波動(dòng)范圍約0.5～2MPa。在上述數(shù)值范圍內(nèi)，按式(1)計(jì)算檢驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)偏差對(duì)表觀標(biāo)準(zhǔn)偏差的影響，見圖1。

圖1  不同真實(shí)波動(dòng)標(biāo)準(zhǔn)偏差情況下檢驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)偏差
對(duì)表觀標(biāo)準(zhǔn)偏差的影響

　　從圖l可以看出，在工廠的實(shí)際數(shù)值波動(dòng)范圍內(nèi)，28d抗壓強(qiáng)度檢驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)偏差的影響程度甚至可以超過(guò)水泥自身的真實(shí)波動(dòng)。至少對(duì)于28d抗壓強(qiáng)度，檢驗(yàn)誤差是不能忽視的。圖l還顯示，真實(shí)波動(dòng)標(biāo)準(zhǔn)偏差越大，檢驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)偏差的影響程度越小。

　　對(duì)于可用標(biāo)準(zhǔn)偏差定量表征的穩(wěn)定性指標(biāo)，均存在與28d抗壓強(qiáng)度類似的檢驗(yàn)誤差的影響。由于不同試驗(yàn)室的檢驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)偏差可能存在很大差別，為了更加清晰、準(zhǔn)確地表示質(zhì)量指標(biāo)的波動(dòng)，對(duì)于可以準(zhǔn)確定量且檢驗(yàn)誤差不能忽視的穩(wěn)定性指標(biāo)：28d抗壓強(qiáng)度、水泥與減水劑相容性宜按式(1)修正檢驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)偏差的影響。

　　4 穩(wěn)定性的現(xiàn)狀
　　對(duì)生產(chǎn)規(guī)模1000t／d至2×5000t／d的12個(gè)新型干法水泥廠的出廠水泥質(zhì)量穩(wěn)定性進(jìn)行了調(diào)查。表1列出了3個(gè)水泥廠28d抗壓強(qiáng)度的調(diào)查結(jié)果，代表了所調(diào)查12個(gè)新型干法水泥廠質(zhì)量穩(wěn)定性較好、中等和較差的水平。

　　6 結(jié)束語(yǔ)
　　混凝土技術(shù)的發(fā)展對(duì)水泥質(zhì)量提出了一系列新的要求，其中就包括水泥的質(zhì)量穩(wěn)定性。僅僅關(guān)注單一的28d抗壓強(qiáng)度的穩(wěn)定性，已經(jīng)難以滿足現(xiàn)代混凝土的要求。為了更好地滿足混凝土性能的需要，有必要對(duì)水泥質(zhì)量穩(wěn)定性要求的內(nèi)容進(jìn)行補(bǔ)充。