实施水泥新标准对混凝土性能的影响及改善途径

关键词：水泥新标准；混凝土性能；改善途径

1 水泥新标准对水泥强度和细度的新要求

1. 1 对水泥强度的要求

    为与ISO国际水泥标准逐步接轨，我国2001年4月1日起实施了六大通用水泥的新标准( GB/17671-1999) 。它与旧标准的主要差别有两点：一是强度检验条件发生了变化，如灰砂比由旧标准规定的1∶2.5 改为1∶3，水灰比由0.44和0.46等改为0.50 ，标准砂和试件尺寸等指标也有所不同，其结果出现了水泥检测强度的普遍降低；二是强度检验龄期发生了改变，新标准只规定检验水泥的3d和28d强度，相对于旧标准的7d而言，提高了对水泥早期强度的要求。

1. 2 对水泥细度的要求

    据中国建材科学研究院提供的资料称：我国通过认证的水泥中，只有20%达到ISO国际标准42. 5级的水平。与国际上ISO强度高的水泥实物相比，我国水泥实物ISO强度偏低的主要原因是水泥比表面积较小及颗粒级配不够合理，细颗粒含量普遍较少，致使水泥的胶结强度不能迅速、充分地发挥出来。据统计，新标准实施之前我国0.08mm方孔筛筛余量5.1% ～ 8.0%的水泥实物占96%以上。而国外水泥筛余量小于1.0%的占57% ，1.0% ～ 2.0%的占33% ，2.0%～2.4%的占10% ，由此可见，水泥细度控制的差距之大。因此，提高水泥粉磨细度是缩小我国水泥与国际上ISO 强度较高的水泥质量差距的一项主要技术措施。

2 水泥新标准对混凝土性能的影响与分析

    由于执行水泥新标准后，我国绝大多数水泥厂提高了水泥的粉磨细度，与国外水平接近了一步，但对混凝土的性能不可避免地带来了一定程度的影响。首先，由于水泥比表面积的提高，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；同时，使混凝土的干燥收缩趋于增大，表面裂缝相对增多，导致混凝土生产质量的下降。这些现象的出现，固然与水泥粉磨细度的提高有直接的关系，但更重要的原因是由于混凝土的生产和施工中，外加剂的应用技术不够完善，新品种外加剂的研究和推广工作不足所致。特别是水泥与外加剂不相适应的问题较突出。

    从国外较发达国家的情况来看，水泥细度控制比国内目前的产品水平还要细，但混凝土仍能保持良好的性能和生产质量。其根本原因在于国外混凝土外加剂的应用技术比较完善。如：日本外加剂与水泥的匹配十分密切，现在已基本上不存在外加剂与水泥不相适应的情况。另外，很多国家生产的水泥品种比较单一，多以不掺混合材的硅酸盐水泥为主要产品，然后在工地或混凝土搅拌站加入混合材，并针对混合材种类和掺量配合适当的混凝土外加剂，这样制备的混凝土技术性能自然比较容易控制，生产质量也相对稳定。而国内对混凝土外加剂与水泥的适应性研究和普及应用工作还很有限。加之我国的水泥生产厂家众多，水泥品种较杂，混合材资源种类繁多且掺量不一，给外加剂的应用及研究增加了困难。因此，按新标准生产的水泥产品，使混凝土生产技术性能和施工质量方面存在的一些问题变得更加突出。如果混凝土的生产和施工能够有针对性地采用合适的外加剂应用技术以及各种相应措施，混凝土性能和质量，非但不会出现因水泥新标准实施后水泥细度提高而变差的问题，反而能使水泥中的细颗粒更好地填充于粗颗粒和集料的间隙中，在一定程度上会提高混凝土的技术性能和生产质量水平。

3 改善途径与技术分析

    面临水泥新标准实施后出现的一些问题，混凝土的生产和施工以及水泥的生产亟需从以下两个方面采取相应的措施。

    首先，要从观念上明确混凝土的组分中水泥和外加剂两者缺一不可，且要互相匹配。水泥在混凝土的生产中，本身并不是一个能单独使用的组分，而只是一种半成品原料，必须与外加剂配合使用，才能满足混凝土的性能要求。因此，必须加大力度开展新品种外加剂的研究和推广工作，特别要加强减水型外加剂与水泥适应性问题的研究。

    从水泥的角度进行分析，减水剂对水泥的适应性有直接关系的主要因素是水泥的矿物组成、混合材种类和掺量及水泥的粉磨细度等等。搞清这些因素对混凝土减水剂作用效果的影响，有利于在混凝土的生产中有针对性地选择和研制适宜的减水剂种类，并确定其最佳掺量。为此，笔者对这些因素的影响规律进行如下的分析和探讨。

3. 1 矿物组成对减水剂作用效果的影响

    在水泥的矿物组成当中，C3A 的水化反应速度最快，在水泥中的石膏作用下迅速生成CASH，水化产物为较粗大的晶体颗粒。它的含量较多会使混凝土中水泥浆体的流动性变差，对减水剂的减水效果具有不利的影响；C2S 的水化反应速度最慢，水化产物主要为颗粒细小的CSH凝胶，它的含量越多越有利于增加混凝土的流动性，在减水剂的作用下减水效果更加显著； C₃S的水化速度介于C₃A 和C₂S之间，水化产物为CSH 凝胶和Ca(OH)₂晶体，所以其浆体的流动性也介于C₃A 和C₂S 之间； C₄AF 的水化速度与C₃S 相近，水化产物为CFH凝胶和CAH晶体同时存在，其中CAH 又可与石膏生成硬化迅速的CASH晶体，因而对减水剂的不利影响次于C₃A，但大于C₃S。

3. 2 混合材种类和掺量对减水剂作用的影响

    为了便于合理利用我国丰富的混合材资源，根据混合材的酸碱性和活性可以将水泥厂常用的各种混合材分为三大类。第一类为酸性及中性活性混合材，如：沸石、火山灰、粉煤灰、沸腾炉渣、煤矸石等。第二类为碱性活性混合材，如：矿渣、增钙液态渣等等。第三类为碱性及中性惰性混合材，如：石灰石、硅灰石尾矿、水泥库清理出的结石块等等。这三类混合材对水泥和混凝土技术性能的影响各有其特殊的规律。

    由于水泥混合材的酸碱性和活性决定了混合材的亲水性和吸水性，而其亲水性和吸水性又直接影响到水泥混凝土拌和物的需水性和流动性。一般情况下，混合材的酸性越强，亲水性也就越大，活性越高，吸附水分子的能力也越强。因而用掺有这类混合材(即第一类混合材) 的水泥制备的混凝土，其拌和物的需水性大，流动性差，对减水剂的作用效果影响也大。反之，混合材的碱性越强，活性越低，其亲水性和吸水性越小，用这类混合材制备的水泥混凝土流动性相对较好，与减水剂共同作用效果更佳。如：矿渣水泥浆体的流动性优于火山灰水泥，其主要原因之一是矿渣的碱性强，亲水性弱，而火山灰的酸性强，亲水性大。当然其构造的致密程度不同，而导致吸水性的差别也是一个重要因素，但是这一因素的影响在本质上可以归结为水泥细度(即比表面积) 的影响范畴之内。而石灰石水泥浆体的流动性优于矿渣水泥，主要是由于石灰石的活性低于矿渣的活性。

    混合材的颗粒形态对混凝土的流动性也有一定影响。如：粉煤灰中含有一定数量的玻璃微珠，其表面较光滑，在一定程度上也可以改善混凝土的流动性。对于未掺混合材的硅酸盐水泥和混合材掺量较少的普通水泥，其混凝土的流动性以及与减水剂的作用效果一般都优于掺混合材的水泥品种。

3. 3 水泥细度对减水剂作用的影响

    在水泥品种及混合材掺量相同的情况下，水泥粉磨细度细，比表面积大，用其制备的混凝土需水性无疑会高。若要保证混凝土具有良好的流动性，对减水剂减水作用的要求自然更高一些。除此之外，水泥颗粒级配的影响也相当重要。良好的颗粒级配可以降低混凝土的孔隙率，从而使减水剂的作用效果更加显著。

    另外，要从水泥和混凝土的生产上进行必要的配合。根据上述水泥与外加剂的适应性的分析，我们应根据不同的水泥品种确定不同的减水剂种类和掺量。即使是相同的水泥品种，由于不同的生产厂家采用的混合材种类和数量以及控制的水泥粉磨细度等指标不一致，也会对减水剂的作用效果造成不同影响。因此，建议水泥生产企业即使生产同一品种水泥，也应在水泥出厂的产品标志上注明所掺混合材的种类和数量，并在水泥细度的控制上尽量保持其需水性的一致性。

    以便于在混凝土的生产中，有针对性地确定减水剂的种类和掺量。同样，为减少混凝土施工的麻烦，稳定混凝土的生产质量，应大力推广商品混凝土的生产。最好将水泥厂和混凝土搅拌站的生产联合起来，统一经营，统一管理。这样，能够在生产混凝土的同时，根据水泥厂生产实际情况、当地资源情况以及用户的实际需要，合理地选择混合材的种类和数量；并有针对性地确定适宜的外加剂品种及其最佳掺量和控制适当的水泥粉磨细度等，确保水泥与外加剂的性能互相匹配，从而保证混凝土性能的稳定性、质量的均匀性与经济的合理性。