混凝土质与水泥品质的关系

水泥品质和现代混凝土质量的关系思想方法和观念的转变比技术更重要产品如何面对市场的竞争水泥和混凝土供求矛盾的出现是相互误导的结果盲目追求强度的误区创新才有发展什么是混凝土?现代混凝土技术和特点水泥现状对混凝土质量的影响水泥生产发展的问题──矿物掺和料由谁掺好？如何面对市场？赢得市场的有效路线──品牌效应，优质优价产品质量（?）：提供产品匀质性和无害性的保证；售后服务：了解用户的实际需要；提供有效的使用说明和咨询服务；有效地利用自己的混凝土实验室，负责产品的售后服务，对水泥的使用进行指导，提供使用指南或说明正确认识和执行产品标准：严格执行国标是控制产品匀质性和无害性的保证，但国标规定的只是最低要求，高质量产品需要有更高的技术含量树立正确的合同意识合同的目的不仅是保证交钱、交货，而首先是甲乙双方相互信任和支持的法律行为，是双方沟通和交流的过程明确双方的责、权、利甲方（用户）：对乙方提出要求和配合的承诺乙方（供货、服务方）：对甲方提供服务内容和保证质量的承诺以及对甲方配合的要求契约双方共同遵照的相应规范和特殊技术措施任何合同以外的变更都要经过洽商，并记录，作为合同的补充内容水泥工程结构研究混凝土甲方管理监理结构设计提高比表面积,增加C3A、C3S流变性能下降收缩增加水化热增大抗化学腐蚀性下降后期强度增长小骨料级配变差针片状颗粒增多混凝土流变性能下降混凝土耐久性下降当前行业隔离现状的实例混凝土是什么？混凝土是用最简单的工艺制作的最复杂的体系工艺必须简单──否则不能成为最大宗的土木工程材料：原材料来源广泛制作工艺简单──混合、搅拌、成型比其他结构材料（钢材、木材）耐久体系必然复杂：原材料不能提炼，成分波动微结构形成的环境和时间的依赖性——对温度、湿度的敏感性；水化不断进行造成动态的微结构。因此造成性能的不确定性性能随微结构的发展而发展,而微结构具有不同层次(宏观层次、亚微观层次、微观层次)的多相(固相、液相、气相)，非均值性(依配合比不同而离散)微结构的不确知性——水泥水化形成复杂的凝胶，在目前技术水平下难以测定；因此：混凝土属于混沌体系（非线性体系），具有“蝴蝶效应”──事物发展的结果对初始条件具有极为敏感的依赖性.初始条件极小的偏差将会引起结果的巨大差异。越是简单的工艺，越有管理和控制的难度；工业化、集约化是社会生产发展的趋势，促使了现代混凝土的发展。现代混凝土技术是时代的产物现代混凝土特点及其产生的原因生产建设的需要推动材料和技术的发展科学技术的发展提供条件混凝土结构发展史上的里程碑相邻学科的发展人类对自然界认识过程的曲折会使产品和用户相关行业相互误导；不断学习，才能与时俱进混凝土结构发展史上的里程碑1850年法国人取得钢筋混凝土专利，1928年法国的E.Freyssinet发明预应力锚具是混凝土结构技术的两次飞跃就混凝土材料来说，1918年美国的D.Abrams提出著名的水灰比定则，使混凝土的配置有了依据；1962年和1963年日本和联邦德国分别合成出萘磺酸盐系和三聚氰胺系的高效减水剂，改变了混凝土传统配制技术。这堪称混凝土材料技术的两个里程碑什么是现代混凝土？工业化生产──预拌混凝土是现代混凝土的特征：减小了强度对水泥的依赖性流变性能更加突出保证结构耐久性的要求日益增强现代混凝土的特点现代混凝土是以高效减水剂大规模使用和矿物掺和料的使用为特征，与时代特点有关。实用混凝土强度范围很宽，从C20(极少量C15)到C80混凝土和水泥强度之间不再有线性关系，32.5的水泥可以配制C60的混凝土，却配不出C20混凝土严酷环境的工程增加，使耐久性要求日益突现以预拌混凝土、泵送为主流。拌和料的流变性能成为重要问题在水泥水化热增大、强度提高的同时结构尺度增大，改变了大体积混凝土的概念劳动力素质、管理水平与质量要求的矛盾现代混凝土技术和性能特点原材料：高强度的水泥──细度细、水化热大、含碱量大、抗裂性差、维持长期性能的能力差高活性的掺和料──自收缩和水化热大多种多样的外加剂配合比：较低的水胶比较大的水泥用量(浆骨比较大）性能：强度水平提高，流动性大生产：预拌，泵送水泥什么品质对混凝土最重要？应当改变强度第一，甚至强度第一的传统观念；第一重要的是匀质性和性能和体积的稳定性混凝土结构的耐久性比强度更重要，而与混凝土结构耐久性关系最密切的就是水泥，只保证高强度的水泥并不一定利于混凝土结构耐久性现代混凝土需要开裂敏感性低的水泥现代混凝土对水泥的要求具有低的开裂敏感性、良好的匀质性、有利于混凝土结构长期性能的发展，无损害混凝土结构耐久性的成分尽可能低的需水量最重要的是产品的匀质性，因此希望控制指标的上下限水泥强度和混凝土强度的关系——什么是水泥和混凝土的强度任何水泥基材料的强度主要取决于水灰比按现有标准的水泥强度检验水灰比：0.5当前用量最大的混凝土水灰比：＜0.5不仅相同强度的水泥能配出不同强度的混凝土，而且不同强度的水泥能配出相同强度的混凝土不必盲目追求水泥的高强，32.5的水泥能配制出C60混凝土在相同水灰比下，混凝土强度和水泥强度仍然有关，高强度水泥可用于象C80、C100这样的高强的混凝土，但是用量很少；但是高强混凝土不一定耐久；高强混凝土需求量很少；高强水泥稳定性差；目前配制C80、C100的混凝土并不困难，难的却是是配不出合格的C20混凝土矿物掺和料对混凝土强度的贡献随水灰比的减小而增大的幅度大于水泥对强度的贡献随水灰比减小而增大的幅度外加剂与掺和料使用技术发展改变了对水泥强度和混凝土强度的关系的认识粉煤灰体积比为1∶1的不同水胶比浆体中粉煤灰和水泥在不同龄期时对强度的贡献0510152025300.81.21.62体积水灰比抗压强度（MPa)7天粉煤灰7天水泥28天粉煤灰28天水泥0102030400.81.21.62体积水胶比抗压强度（MPa）90天粉煤灰90天水泥365天水泥365天粉煤灰强度—粉煤灰掺量—水胶比关系不同厂家生产的相同品种、相同强度硅酸盐水泥在混凝土中的不同表现7天开裂14天开裂两个大厂的52.5硅酸盐水泥，w/c＝0.3成型温度18℃；24h后拆模并在室外负温下放置混凝土高强的利和弊——利：在相同荷载作用下，减小构件断面、减少用钢量，适用于高耸、大跨、重载等结构增加构件刚度弊：高强不一定耐久:强度越高，抗拉与抗压强度比越小，构件延性比小；水灰比低，收缩大；水泥用量大，温升大；早期弹性模量大，徐变小，收缩应力大；因此早期开裂倾向大；由于稳定的要求，结构物对强度的需要是有限的强度和开裂的关系混凝土抗拉强度和抗压强度比值随抗压强度的提高而下降0.050.060.070.080.090.10.11010203040506070抗压强度（MPa)直接抗拉强度/抗压强度当前混凝土早期开裂的根本原因及其后果拉应变增加水灰比(水胶比)降低水泥强度提高混合材料活性提高(用水量)浆骨比增加水化温升提高,温度收缩应变增加自收缩增加早期弹性模量提高，徐变减小拉应力增加约束早期开裂倾向增加大气环境作用耐久性下降早期强度大幅度提高的要求超过抗拉强度什么是好的水泥？Lemish和Elwell1996年在对依阿华州劣化的公路路面钻芯取样的一项研究中,也发现10～14年强度倒缩而得出结论：混凝土性能良好和强度增长慢有关。采用快硬水泥的混凝土10年后强度倒缩；1937年按特快硬水泥生产的水泥与现今水泥的平均水平很相似。水泥的现状对混凝土质量影响几十年来水泥工业的发展方向主要是降低能耗和提高强度，但如今却在增加粉磨的能耗Bolomy公式：R28＝ARc(w/c-B)，造成误导1920年代，欧美国家水泥中C3S约为35%，如今达50～70%；水泥细度从220m2/kg到现今的340～600m2/kg我国1970年代水泥(GB175-63)最高标号是硬练强度500＃，相当于GB175-77的425＃、现行标准32.5的强度等级检测的水灰比增大，对3天强度的规定未变，实际提高了早期强度，而高早期强度并不是普适必要的；单纯追求强度，使水泥厂采取使用助磨剂磨细、掺用“增强剂”等，增加了开裂敏感性和不利于混凝土长期性能稳定性和耐久性的成分；有的厂家缺乏诚信第一的市场经济观念，造成混凝土配合比设计的困难；购销双方缺少合同观念水泥现状对现代混凝土的不适应问题片面追求强度而使比表面积太大、早期强度太高而长期增长率低甚至倒缩、实际强度浮动幅度太大；太细的水泥降低与外加剂的相容性、增加混凝土需水量，不利于混凝土长期性能的发展不控制含碱量、氯离子含量，不检测开裂敏感性、无法提供在现代混凝土中与外加剂的相容性水泥出厂温度太高，造成混凝土浇筑温度过高，温度应力增大，早期开裂问题普遍水泥影响混凝土结构质量的主要因素水化热及其释放速率──矿物组成和细度、水泥温度需水量──细度、含碱量开裂敏感性──矿物组成、细度、水泥温度、含碱量水泥与外加剂的相容性──矿物组成、细度、石膏形态和含量、含碱量性能稳定性和耐久性──细度、含碱量、氯离子含量产品匀质性──生产控制和原材料剂产品均化水泥主要矿物水化热发展040080012001600050100150200250300350400龄期（天）发热量（J/g）C3SC2SC3AC4AF3324熟料矿物的收缩率矿物收缩率C3AC2SC3SC4AF0.00234±0.0001000.00079±0.0000360.00077±0.0000360.00049±0.000114碱和C4AF对收缩的影响水泥含碱量和C3A对收缩的影响水泥与减水剂的相容性问题▼C3A含量和SO3的匹配一般水泥中石膏的优化条件：W/C=0.5,现代混凝土使用高效减水剂,W/C＜0.40，SO3不足；混凝土中掺入矿物掺和料，SO3被稀释。▼细度和颗粒级配最佳组成:5～30μm＞90%,＜10μm＜10%；只考虑细度的结果：水泥越细，细颗粒越多，需水量越大，混凝土坍落度损失越大。▼熟料中SO3与含碱量的匹配不同水泥试样流变性能的测定：No比表面积(m2/kg)流动时间（秒）熟料硫酸盐化程度SD搅拌5分钟搅拌60分钟45678937737238338637135353535450535063636177991397169103716866OKONaSOSD22385.0292.101020304050607080905060708090100110SD流动时间减少（秒）SD与水泥流变性能关系的验证实例琉璃河水泥，熟料中SO3=1.2%Na2O=0.4%K2O=1.5%计算SD=混凝土W/C=0.305，掺入高效减水剂1.5%，坍落度初始为200mm，半小时后为160mm，1小时后为7.5mm，损失达60%%675.185.04.0292.12.1C3A含量不同的水泥配制高强混凝土的实例水水泥泥熟熟料料中中CC33AA含含量量((%%))水水泥泥强强度度((MMPPaa))WW//CC坍坍落落度度((mmmm))混混凝凝土土2288天天抗抗压压强强度度((MMppaa))柳柳州州5522555.6259.80.24821092.1冀冀东东552255RR8.9056.20.3319173.1▼其他，如石膏的形态、C3A的形态o不同形态的石膏溶解速率和溶解度不同：石膏形态溶解度（g/L）生石膏2.08α-半水石膏6.20β-半水石膏8.15可溶性硬石膏6.30天然硬石膏2.70生石膏和硬石膏溶解速率对比00.40.81.21.622.4110010000浸水振荡时间（分钟）溶出量（以CaSO4计g/L）二水石膏无水石膏石膏对坍落度损失的影响o不同结晶度的C3A溶解速率不同德国的R.Rance关于不同形态石膏对水泥流变性能的影响实验(G-二水石膏，A-无水石膏，H-半水石膏)：有改善随时间而好差掺超塑化剂浆体的流变性差好好无超塑化剂的浆体流变性G+H(过量)H+G(过量)G+A石膏形态321水泥编号C3A、R2O、SO3的关系C3A（%）R2O（%）SO3（%）＞6＜6＞10＞100.5＞1.00