吳 海 燕

(山西建工建筑工程檢測(cè)有限公司，山西 太原 030006)

?

有關(guān)水泥的幾點(diǎn)思考

吳 海 燕

(山西建工建筑工程檢測(cè)有限公司，山西 太原 030006)

介紹了水泥的化學(xué)成分，分析了水泥的各種性能指標(biāo)要求，探討了水泥參數(shù)檢測(cè)及強(qiáng)度計(jì)算的方法，指出水泥是混凝土的重要組成成分，水泥的品質(zhì)與強(qiáng)度等級(jí)會(huì)影響混凝土的各種性能。

水泥，抗壓強(qiáng)度，混凝土，技術(shù)性能

0 引言

水泥是目前土木工程建設(shè)中最重要的材料之一，它在各種工業(yè)與民用建筑、道路與橋梁、水利與水電、海洋與港口、礦山及國(guó)防等工程中廣泛應(yīng)用。為了滿足土木建設(shè)發(fā)展的需要，水泥的品種也越來(lái)越多。水泥在建筑工程中的重要性是不言而喻的，水泥材料的好壞會(huì)直接影響到混凝土的質(zhì)量，進(jìn)而對(duì)主體結(jié)構(gòu)產(chǎn)生一定的影響，所以有必要對(duì)水泥材料各方面的性能進(jìn)行深入的了解和研究。以便更有利地指導(dǎo)工程實(shí)踐，對(duì)其中可能產(chǎn)生的破壞因素進(jìn)行預(yù)防?，F(xiàn)在就有關(guān)水泥談?wù)勛约旱目捶ā?/p>

1 水泥的化學(xué)構(gòu)成決定了水泥產(chǎn)品的性能

水泥的品種有成千上百個(gè)，但主要應(yīng)用于工程中的是硅酸鹽系的六大水泥品種。硅酸鹽系水泥是指以硅酸鹽水泥熟料、過(guò)量石膏和混合材料共同磨細(xì)所制得的各種水泥。水泥作為一種水硬性的膠凝材料，在混凝土中起著一定的作用，對(duì)混凝土的強(qiáng)度有一定的貢獻(xiàn)，且能夠把砂子、石子等松散的材料凝結(jié)成整體，成為堅(jiān)硬的固體，使之能承受一定的外部荷載，作為建筑物目前主要的結(jié)構(gòu)類型——混凝土結(jié)構(gòu)。在大多數(shù)的結(jié)構(gòu)中占據(jù)著很大的地位。對(duì)混凝土結(jié)構(gòu)的了解，首先應(yīng)該從組成它的最基本的材料入手，了解其各部分的性能。水泥熟料中的成分有CaO，SiO2，Al2O3，F(xiàn)e3O4，硅酸鹽水泥熟料中的C3S，C2S，C3A，C4AF所含的比例不同會(huì)影響水泥的性能。C3S的水化速度快，早期強(qiáng)度高，對(duì)水泥的早期強(qiáng)度貢獻(xiàn)很大；C2S的水化速度慢，水化熱最小，對(duì)水泥的早期強(qiáng)度提高不明顯，但對(duì)后期強(qiáng)度的增長(zhǎng)有很大的貢獻(xiàn)；C3A水化速率極快，水化熱也集中，對(duì)水泥的凝結(jié)和早期強(qiáng)度影響很大；C4AF的水化速率也快，但是對(duì)水泥的抗壓強(qiáng)度提高不大，對(duì)水泥的抗折強(qiáng)度影響較大。水泥是由這幾種不同礦物按照不同的比例構(gòu)成，且它們的性質(zhì)有很大的差別。當(dāng)它們的相對(duì)含量改變時(shí)，水泥的技術(shù)性能也隨之改變。有時(shí)在檢測(cè)水泥的強(qiáng)度時(shí)，會(huì)發(fā)現(xiàn)水泥的3 d強(qiáng)度較高，但是水泥的28 d強(qiáng)度達(dá)不到要求，這就有可能是水泥的各種成分比例不太合適，致使水泥的某些指標(biāo)不合格。水泥熟料中的C3S及C3A能使水泥具有快硬高強(qiáng)的性能，若要是大體積混凝土要求水泥的發(fā)熱量較低，可以提高C2S及C4AF的含量；適量的石膏能夠調(diào)節(jié)水泥的凝結(jié)時(shí)間，但是石膏過(guò)量時(shí)，會(huì)使水泥在硬化過(guò)程中產(chǎn)生體積不均勻而破壞結(jié)構(gòu)；過(guò)量石膏會(huì)引起水泥的安定性不良，從而使體積產(chǎn)生膨脹?；旌喜牧蟿t是為了改善水泥的性能，調(diào)節(jié)水泥的強(qiáng)度而摻加的礦物材料。目前摻入的混合材料粉煤灰居多。在土木工程中，常用的水泥有普通硅酸鹽水泥和礦渣硅酸鹽水泥，兩者由于化學(xué)成分不同，則表現(xiàn)出不同的性能，普通硅酸鹽水泥早期強(qiáng)度高，但礦渣硅酸鹽水泥則后期強(qiáng)度增長(zhǎng)較快。普通硅酸鹽水泥主要用于要求早期強(qiáng)度高的工程，比如大跨度、高強(qiáng)度、預(yù)應(yīng)力結(jié)構(gòu)等，但不能用于大體積混凝土工程，而礦渣硅酸鹽水泥主要用于地下工程，比如海洋工程等也可用于大體積混凝土工程。根據(jù)不同的工程特點(diǎn)可以選取適合工程需要的水泥。

2 水泥的各種技術(shù)性能

水泥是水硬性膠凝材料的總稱。水泥能夠廣泛地應(yīng)用于工程中，這與水泥的技術(shù)性能是分不開的。它的主要技術(shù)性能有細(xì)度、凝結(jié)時(shí)間、體積安定性、強(qiáng)度以及水化熱。水泥的細(xì)度是影響水泥性能的主要因素，水泥越細(xì)與水接觸的面積就越大，水化反應(yīng)越快，生成的水化產(chǎn)物越多，早期強(qiáng)度就越高，但水泥過(guò)細(xì)使得成本增加，因此對(duì)水泥的細(xì)度做了要求。凡是水泥細(xì)度不合格的應(yīng)規(guī)定為不合格品；水泥凝結(jié)時(shí)間是評(píng)定水泥產(chǎn)品質(zhì)量的一個(gè)重要指標(biāo)。水泥的凝結(jié)時(shí)間分為初凝時(shí)間和終凝時(shí)間。水泥的凝結(jié)時(shí)間對(duì)工程施工有重要意義，初凝時(shí)間不宜過(guò)早，是為了保證水泥漿在較長(zhǎng)的時(shí)間內(nèi)保持流動(dòng)性，以滿足施工所需的操作時(shí)間，水泥的終凝時(shí)間也不宜過(guò)遲，是為了使水泥混凝土或砂漿等在成型完畢后，能盡快完成凝結(jié)硬化產(chǎn)生結(jié)構(gòu)強(qiáng)度，以便于下一道工序的及早施工，以免影響工程的施工進(jìn)度。凡初凝時(shí)間不合格者視為廢品，任何工程不得使用，終凝時(shí)間不合格者視為不合格品，使用條件受到限制；水泥的安定性也是檢測(cè)水泥材料是否合格的重要指標(biāo)，造成水泥體積安定性不良的主要原因是熟料礦物中含有過(guò)多的游離氧化鈣或游離氧化鎂，這種材料的存在會(huì)在水泥凝結(jié)硬化后發(fā)生水化反應(yīng)，從而產(chǎn)生體積膨脹導(dǎo)致水泥石結(jié)構(gòu)遭到破壞。所以規(guī)范要求體積安定性不合格的水泥必須作廢品處理，任何工程中不得使用。水泥的強(qiáng)度是評(píng)定其質(zhì)量的重要指標(biāo)。水泥中所含的活性物質(zhì)(主要是硫酸鈣和少量石膏)在遇到水后進(jìn)行水化，使顆粒解體，重新化合后產(chǎn)生新的粘結(jié)物，使水泥具有了一定的強(qiáng)度，這也是混凝土強(qiáng)度產(chǎn)生的重要原因。水泥的強(qiáng)度依據(jù)GB/T 17671—1999水泥膠砂強(qiáng)度檢驗(yàn)方法(ISO法)進(jìn)行試驗(yàn)，并判定其抗壓強(qiáng)度和抗折強(qiáng)度是否合格。

3 水泥參數(shù)的檢測(cè)要求

水泥是最基本、最重要的原材料，也是實(shí)驗(yàn)室材料檢測(cè)中比較重要的項(xiàng)目。水泥檢測(cè)參數(shù)的準(zhǔn)確與否直接影響到施工現(xiàn)場(chǎng)水泥的使用，所以應(yīng)提高水泥的檢測(cè)水平，為施工提供可靠的技術(shù)參數(shù)。為此新的國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)GB 175—2007通用硅酸鹽水泥對(duì)水泥的強(qiáng)檢項(xiàng)目做了一些規(guī)定，包括凝結(jié)時(shí)間、安定性、強(qiáng)度和細(xì)度。1)水泥的檢測(cè)首要環(huán)節(jié)是取樣。對(duì)于袋裝水泥，以同一廠家生產(chǎn)的同期出廠的同強(qiáng)度等級(jí)、標(biāo)號(hào)的水泥以一次進(jìn)場(chǎng)，同一出廠編號(hào)為一取樣單位，取樣應(yīng)具有代表性，可以從20個(gè)以上不同袋中取等量樣品的水泥，經(jīng)混拌均勻后稱取質(zhì)量不少于12 kg；對(duì)于散裝水泥，應(yīng)隨機(jī)從不少于3個(gè)罐車中取等量水泥經(jīng)混拌均勻后稱取質(zhì)量不少于12 kg。2)在檢測(cè)水泥時(shí)，溫濕度是保證試驗(yàn)準(zhǔn)確的重要條件。水泥成型室的溫度應(yīng)控制在20 ℃±2 ℃，相對(duì)濕度不低于50%；標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)箱的溫度控制在20 ℃±1 ℃，相對(duì)濕度不低于90%。溫度濕度都會(huì)對(duì)試驗(yàn)結(jié)果產(chǎn)生影響，所以應(yīng)嚴(yán)格控制溫濕度。3)在檢測(cè)中還有一個(gè)很重要的因素就是儀器的計(jì)量校準(zhǔn)。儀器的準(zhǔn)確與否直接影響到檢測(cè)數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確問(wèn)題。所以有必要對(duì)涉及到的天平、水泥凈漿攪拌機(jī)、水泥膠砂攪拌機(jī)、振實(shí)臺(tái)、水泥抗折機(jī)、壓力試驗(yàn)機(jī)、沸煮箱、負(fù)壓篩等主要儀器進(jìn)行檢定和校準(zhǔn)；對(duì)膠砂試模、抗壓夾具、標(biāo)準(zhǔn)稠度和凝結(jié)時(shí)間等測(cè)定儀器進(jìn)行認(rèn)真的自校和校準(zhǔn)。儀器也是水泥檢測(cè)中應(yīng)該特別注意的地方，這就好比是用一個(gè)不準(zhǔn)確的尺子去測(cè)量物體的長(zhǎng)短，沒(méi)有任何的意義。4)標(biāo)準(zhǔn)上對(duì)水泥的初凝時(shí)間和終凝時(shí)間都做了規(guī)定，要求硅酸鹽水泥的初凝時(shí)間不小于45 min，終凝時(shí)間不大于390 min；而之前提到的五大水泥初凝時(shí)間不小于45 min，終凝時(shí)間不小于600 min。水泥標(biāo)準(zhǔn)稠度用水量直接影響凝結(jié)時(shí)間的測(cè)定。水泥標(biāo)準(zhǔn)稠度用水量雖然不作為水泥的指標(biāo)進(jìn)行判定，但是它會(huì)直接影響到水泥使用過(guò)程中的需水量，進(jìn)而影響用該水泥拌制的混凝土的性能。如果水泥的標(biāo)準(zhǔn)稠度用水量過(guò)大，為了保證混凝土施工的和易性，就會(huì)加大水的用量，這樣就會(huì)降低混凝土的強(qiáng)度，增加混凝土的干縮裂紋，從而降低了整個(gè)建筑物的耐久性。而水泥標(biāo)準(zhǔn)稠度用水量的多少還是由組成水泥的各種成分的多少來(lái)決定的。安定性的檢測(cè)會(huì)用到雷氏法和試餅法，當(dāng)對(duì)檢測(cè)結(jié)果存在疑義時(shí)，應(yīng)采用雷氏法。水泥的強(qiáng)度檢測(cè)的試體是由按質(zhì)量計(jì)的一份水泥、三份中國(guó)ISO標(biāo)準(zhǔn)砂，用0.5的水灰比拌制而成。通過(guò)標(biāo)準(zhǔn)的養(yǎng)護(hù)測(cè)定3 d和28 d的強(qiáng)度。細(xì)度的試驗(yàn)原理則是采用45 μm方孔篩和80 μm方孔篩對(duì)水泥式樣進(jìn)行篩析試驗(yàn)，用篩上的篩余物的質(zhì)量百分?jǐn)?shù)來(lái)表示水泥試樣的細(xì)度。并且為了保證試驗(yàn)結(jié)果的準(zhǔn)確性，每使用100次后，試驗(yàn)篩應(yīng)該進(jìn)行重新標(biāo)定。

4 水泥強(qiáng)度的計(jì)算

對(duì)于(40×40×160)mm的試件來(lái)說(shuō)，相應(yīng)的橫截面積為(40×

40)mm2，其截面抵抗矩(W)就是截面對(duì)其形心軸慣性矩與截面上最遠(yuǎn)點(diǎn)至形心軸距離的比值。截面慣性矩(計(jì)算簡(jiǎn)圖見圖2)則是指截面各微元面積與各微元至某一指定軸線距離二次方乘積的積分，即：

。

對(duì)于水泥抗折強(qiáng)度和抗壓強(qiáng)度的計(jì)算結(jié)果應(yīng)該做一判定。抗折強(qiáng)度以一組三個(gè)棱柱體抗折結(jié)果的平均值作為試驗(yàn)結(jié)果。當(dāng)三個(gè)強(qiáng)度值中有超出平均值±10%時(shí)，應(yīng)剔除后再取平均值作為抗折強(qiáng)度的結(jié)果?？箟簭?qiáng)度應(yīng)以6個(gè)抗壓強(qiáng)度測(cè)定值的算術(shù)平均值作為試驗(yàn)結(jié)果，如果6個(gè)測(cè)定值中有一個(gè)超出平均值的±10%時(shí)，應(yīng)剔除后再取平均值，如果剩余的5個(gè)再有超過(guò)平均值的±10%時(shí)，則此組試驗(yàn)作廢。

5 水泥在混凝土中的重要應(yīng)用

水泥是混凝土中的重要組成成分，混凝土是由水、水泥、砂和石子按適當(dāng)比例配置而成的。水泥的品種以及所選用的強(qiáng)度等級(jí)會(huì)影響混凝土的各種性能?？梢赃@樣講，水泥的強(qiáng)度越高所配置的相應(yīng)混凝土的強(qiáng)度等級(jí)越高。但是若選用的水泥強(qiáng)度過(guò)高，則所配置的混凝土施工操作性能不良所以應(yīng)根據(jù)需要配置的混凝土合理選用水泥。通常所說(shuō)的混凝土是呈堿性的。其實(shí)是由于水泥中含有Ca(OH)2的緣故。在混凝土回彈檢測(cè)做碳化時(shí)，用酚酞指示劑變色時(shí)，說(shuō)明Ca(OH)2存在，未被碳化，若未變色說(shuō)明其堿性已不存在。說(shuō)明水泥的某些性能已間接地影響到混凝土的性能?？梢娝嘣谕聊竟こ讨械闹匾饔茫灾挥谐浞至私馑嗟母鞣矫娴男阅?，才能更好地指導(dǎo)工程實(shí)踐。

Consideration on the cement

Wu Haiyan

(ShanxiConstructionIndustryBuildingEngineeringDetectionCo.,Ltd,Taiyuan030006,China)

The paper introduces chemical composition of cement, analyzes cement performance index demands, explores cement parameters detection and strength calculation methods, and finally points out that: cement is the important composition of concrete, therefore, cement quality and strength degree will influence concrete performance.

cement, compressive strength, concrete, technical performance

1009-6825(2016)31-0121-02

2016-08-26

吳海燕(1982- )，女，工程師

TU525

A