朱會霞

水泥是建筑工業(yè)三大基本材料之一,使用廣,用量大,素有“建筑工業(yè)的糧食”之稱。近年來,水泥在宇航、信息及其他新興工業(yè)中的需求也越來越大。因此,水泥工業(yè)在整個國民經(jīng)濟(jì)中起著十分重要的作用。在目前甚至未來相當(dāng)長的時期內(nèi),水泥仍是人類社會的主要建筑材料。為了保證建筑工程的質(zhì)量,控制硅酸鹽水泥的品質(zhì)指標(biāo)最為關(guān)鍵。

硅酸鹽水泥的品質(zhì)指標(biāo),是衡量水泥品質(zhì)及保證水泥質(zhì)量的重要依據(jù)。水泥質(zhì)量可以通過化學(xué)指標(biāo)和物理指標(biāo)加以控制和評定。

水泥的化學(xué)指標(biāo)主要是控制水泥中有害物質(zhì)的化學(xué)成分不超過一定限量,若超過了最大允許限量,即意味著對水泥性能和質(zhì)量可能產(chǎn)生有害的或潛在有害的影響。

水泥的物理指標(biāo)主要是保證水泥具有一定的物理力學(xué)性能,滿足水泥使用要求,保證工程質(zhì)量。

硅酸鹽水泥技術(shù)指標(biāo)主要有不溶物、燒失量、細(xì)度、凝結(jié)時間、安定性、MgO含量、SO3含量、堿含量及強(qiáng)度指標(biāo)。

1 硅酸鹽水泥的化學(xué)和物理指標(biāo)及評定方法

硅酸鹽水泥的化學(xué)和物理指標(biāo)及評定方法見表1。

表1 硅酸鹽水泥的化學(xué)和物理指標(biāo)

1)不溶物。不溶物是指水泥經(jīng)酸和堿處理,不能被溶解的殘留物。其主要成分是結(jié)晶SiO2,其次是R2O3(指Al2O3,Fe2O3),它屬于水泥中的非活性組分之一。

2)燒失量。水泥燒失量是指水泥在950℃～1 000℃高溫下煅燒失去的質(zhì)量百分?jǐn)?shù)。水泥中不溶物和燒失量指標(biāo)主要是為了控制水泥制造過程中熟料煅燒質(zhì)量以及限制某些組分材料的摻量。

3)細(xì)度。細(xì)度即水泥的粗細(xì)程度,通常以比表面積或篩余量表示。水泥需有足夠的細(xì)度,使用中才能具有良好的和易性、不泌水等施工性能,并具有一定的早期強(qiáng)度,從而滿足施工進(jìn)度要求。水泥顆粒過粗既不利于水泥活性的發(fā)揮,又影響其保水成漿的性能。從水泥生產(chǎn)來說,水泥的粉磨細(xì)度直接影響水泥的能耗、質(zhì)量、產(chǎn)量和成本,故實(shí)際生產(chǎn)中必須權(quán)衡利弊作出適當(dāng)?shù)目刂啤?/p>

水泥細(xì)度的調(diào)節(jié)通過粉磨工藝過程的控制來實(shí)現(xiàn)。

4)凝結(jié)時間。水泥凝結(jié)時間是水泥從和水開始反應(yīng)到失去流動性,即從可塑狀態(tài)發(fā)展到固體狀態(tài)所需要的時間,分初凝時間和終凝時間兩種。初凝時間是指水泥加水拌和起到標(biāo)準(zhǔn)稠度凈漿開始失去塑性的時間。終凝時間是指水泥加水拌和起到標(biāo)準(zhǔn)稠度凈漿完全失去塑性的時間。為保證水泥使用時砂漿或混凝土有充分時間進(jìn)行攪拌、運(yùn)輸和砌筑,必須要求水泥有一定的初凝時間;當(dāng)施工完畢又希望混凝土能較快硬化、較快脫模,因此,又要求水泥有不太長的終凝時間。凝結(jié)時間的調(diào)節(jié)可以通過加入適量的石膏來實(shí)現(xiàn),并使其達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)的要求。

5)安定性。水泥硬化后體積變化的均勻性稱為水泥體積安定性,簡稱安定性。安定性是水泥質(zhì)量指標(biāo)中最重要的指標(biāo)之一,它直接反映水泥質(zhì)量的好壞。如果水泥中某些成分的化學(xué)反應(yīng)發(fā)生在水泥水化過程中甚至硬化后,致使劇烈而不均勻的體積變化(體積膨脹)足以使建筑物強(qiáng)度明顯降低甚至潰裂,這種現(xiàn)象便是水泥安定性不良。引起水泥安定性不良的原因主要有三種:熟料中游離氧化鈣、方鎂石含量過高及水泥中石膏摻加量過多。因此,確保水泥安定性合格的有效途徑就是控制熟料中游離氧化鈣、方鎂石含量及水泥中石膏摻加量在一個適當(dāng)?shù)姆秶鷥?nèi)。當(dāng)水泥中游離氧化鈣含量達(dá)到一定程度時,將造成水泥混凝土體積膨脹而使結(jié)構(gòu)破壞。因此水泥標(biāo)準(zhǔn)對安定性有嚴(yán)格要求,一般均采用雷氏或試餅法、沸煮法檢驗(yàn),而不規(guī)定游離氧化鈣含量指標(biāo)。

6)MgO含量。水泥中氧化鎂含量過高時,由于其緩慢的水化和體積膨脹效應(yīng)可使水泥硬化體結(jié)構(gòu)破壞。但總結(jié)國內(nèi)水泥生產(chǎn)使用實(shí)踐,并經(jīng)大量科研和調(diào)查證明,水泥中MgO含量不大于5.0%時對水泥混凝土工程質(zhì)量有保證,故標(biāo)準(zhǔn)中規(guī)定水泥中MgO含量過高和方鎂石晶體顆粒過大,將造成后期膨脹的潛在危害性,且游離MgO比游離CaO更難水化,沸煮法不能鑒定。因此,必須采用壓蒸安定性試驗(yàn)進(jìn)行檢驗(yàn)。

7)SO3含量。水泥中的三氧化硫主要是生產(chǎn)水泥時為了調(diào)節(jié)凝結(jié)時間加石膏而帶入的,此外,水泥中摻入窯灰,采用石膏礦化劑,使用高硫燃煤會把SO3帶入硅酸鹽水泥熟料中。通過對不同SO3含量的各種水泥的物理性能試驗(yàn)表明,硅酸鹽水泥中SO3含量超過3.5%后,強(qiáng)度下降,膨脹率上升,硬化后水泥的體積膨脹,甚至結(jié)構(gòu)破壞,因此,規(guī)定水泥中三氧化硫含量不得超過3.5%。

8)堿含量。標(biāo)準(zhǔn)中規(guī)定水泥中堿含量按鈉堿含量(Na2O+0.658K2O)計算值來表示。水泥混凝土中的堿骨料反應(yīng)與混凝土中拌合物的總堿量、骨料的活性程度及混凝土的使用環(huán)境有關(guān)。為防止堿骨料反應(yīng),不同的混凝土配比和不同使用環(huán)境對水泥中堿含量的要求也不一樣,因此,標(biāo)準(zhǔn)中堿含量應(yīng)不大于0.60%,在用戶對堿含量不作要求時,可以協(xié)商制訂指標(biāo)。

2 強(qiáng)度與強(qiáng)度等級

1)水泥強(qiáng)度。水泥強(qiáng)度是水泥試體凈漿在單位面積上所能承受的外力。它是水泥技術(shù)要求中最關(guān)鍵的主要性能指標(biāo),又是設(shè)計混凝土配合比的重要依據(jù)。由于水泥在拌水后硬化過程中強(qiáng)度是逐漸增大的,通常以各齡期的抗壓強(qiáng)度、抗折強(qiáng)度或水泥標(biāo)號來表示水泥的強(qiáng)度增長速率。一般稱3 d或7 d以前的強(qiáng)度為早期強(qiáng)度,28 d及其后的強(qiáng)度稱為后期強(qiáng)度,也有將3個月以后的強(qiáng)度稱為后期強(qiáng)度。由于水泥到28 d時強(qiáng)度大部分發(fā)揮出來,以后強(qiáng)度增大相當(dāng)緩慢,所以通常用28 d的強(qiáng)度作為水泥質(zhì)量的分級來劃分硅酸鹽水泥的強(qiáng)度等級。

2)強(qiáng)度等級與水泥標(biāo)號。強(qiáng)度等級是按規(guī)定齡期的抗壓強(qiáng)度和抗折強(qiáng)度來劃分的,各強(qiáng)度等級水泥的各齡期強(qiáng)度值不得低于表2中的數(shù)值。硅酸鹽水泥的強(qiáng)度等級分42.5,42.5R,52.5,52.5R,62.5,62.5R共六個,其中R型屬早強(qiáng)型水泥,它具有比普通水泥3 d強(qiáng)度高的特點(diǎn),而28 d的強(qiáng)度指標(biāo)完全相同。

表2 硅酸鹽水泥的強(qiáng)度指標(biāo)(依據(jù)GB 175-2007)

強(qiáng)度等級的另一種稱謂就是人們習(xí)慣稱之的水泥標(biāo)號。水泥標(biāo)號俗稱商品標(biāo)號,是按水泥強(qiáng)度高低分等級的一種稱呼。它的意思是指除28 d抗壓強(qiáng)度達(dá)到相應(yīng)指標(biāo)外,各齡期的抗壓強(qiáng)度、抗折強(qiáng)度均要求達(dá)到規(guī)定的指標(biāo)。水泥標(biāo)號僅是等級劃分,沒有單位。硅酸鹽水泥分425,425R,525,525R,625,625R六個標(biāo)號。

凡符合某一標(biāo)號的水泥必須同時滿足表內(nèi)所規(guī)定的各齡期抗壓強(qiáng)度、抗折強(qiáng)度的相應(yīng)指標(biāo)。若其中任一齡期抗壓或抗折強(qiáng)度指標(biāo)達(dá)不到所要求標(biāo)號的規(guī)定,則以其中最低的某一個強(qiáng)度指標(biāo)計算水泥的強(qiáng)度等級。

水泥的質(zhì)量控制主要是品質(zhì)指標(biāo)的控制,它是水泥生產(chǎn)的最后一道工藝環(huán)節(jié),是確保出廠水泥符合國家標(biāo)準(zhǔn)要求的最后一關(guān),也是最重要的一關(guān)。

[1]孫曉華.低水灰比下硅酸鹽水泥的水化性能和微觀結(jié)構(gòu)[J].山西建筑,2007,33(2):178-179.