当代混凝土对水泥质量的要求

当代混凝土对水泥质量的要求目录第一节当代混凝土的特点第二节水泥品质现状对混凝土质量的影响第三节外加剂与水泥适应性的影响因素第四节外加剂与水泥适应性的改善措施◆工厂化的集中生产区别于传统上分散在工地现场拌制和吊斗浇筑的塑性混凝土，当代混凝土首先在工艺上是在工厂集中预拌，输送至现场泵送浇筑，因此需要很好的施工性能，目前的商品混凝土的坍落度普遍较大；◆使用混凝土的强度范围很宽，从C15到C80均有◆混凝土和水泥强度之间不再有线性关系◆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◆以高效减水剂的大规模使用为特征◆不依靠水泥的品种而用外加剂进行改性已越来越普遍，例如对需水性、凝结时间、强度发展、变形性质、含气量等。特别是高效减水剂改变了水泥本身的流变性能◆较低的水胶比由于矿物掺和料对混凝土强度的贡献显著依赖于水胶比，当混凝土水胶比在0.5及其以上时，掺和料的作用不能得以发挥。因此除了不考虑耐久性的结构，常用的C30、C40混凝土水胶比一般都低于0.5；较低水胶比和较大坍落度造成混凝土较大的水泥（胶凝材料）用量。◆掺用矿物掺和料为了降低高强度水泥及其较大用量造成的混凝土内部较高温升，也由于可持续发展战略的需要，矿物掺和料已逐渐成为现代混凝土必需的组分，而且有加大掺量的趋势──尤其是用于混凝土结构耐久性的设计，矿物掺和料是必需的组分，而且掺量要大于20%同样符合国家水泥标准技术要求的水泥在配制混凝土时性能差异很大。1、水泥细度的影响水泥流变性能对混凝土施工性能有重要影响，而施工性能是硬化后混凝土质量的重要保证。粗细颗粒恰当级配的水泥，可得到良好的流变性能。水泥中3～30μm的颗粒起强度增长的主要作用，＞60μm的颗粒则对强度不起作用，但起稳定体积的作用。因此3～30μm的颗粒应当约占90%；＜10μm的颗粒起早期强度的作用，且需水量大，而其中＜3μm的颗粒，只起早强作用，因此流变性能好的水泥10μm的颗粒应当＜10%。我国多数水泥的生产则基本上只关心细度，很少注重水泥颗粒的级配。认为水泥磨得细水化快而且充分，提高水泥强度最简单的技术就是增加比表面积。近年来用80μm筛析法检测水泥细度时，大多筛余量都小于3%，甚至没有筛余，水泥比表面积已高达400m2/kg。越细的水泥需水量越大，与外加剂相容性越差；混凝土坍落度损失越大；水化热越大，开裂敏感性越大，用萘系高效减水剂UNF-5与不同细度的水泥进行与外加剂相容性试验。用相同水灰比的净浆改变外加剂掺量，分别于搅拌后5分钟和60分钟检测流动度，试验外加剂对不同细度水泥的饱和点、1小时后的流动度损失以及使流动度不损失的掺量点。0501001502002500.40.81.21.622.4净浆流动度（mm）高效减水剂掺量（%）S=3014cm2/g5min60minS=3982cm2/g0501001502002503000.40.81.21.622.4高效减水剂掺量（%）净浆流动度（mm）5min60minS=4445cm2/g0501001502002503000.40.81.21.622.4高效减水剂掺量（%）净浆流动度（mm）5min60minS=5054cm2/g0501001502002503000.40.81.21.622.4高效减水剂掺量（%）净浆流动度（mm）5min60min该实验表明，水泥比表面积增大，外加剂与水泥的相容性随之下降。0100200300400500170220270320370420470520水泥细度(m2/kg)重量损失25%时的冻融循环次数用收缩开裂环检测水泥的开裂敏感性,从成型到开裂经过的时间越短，抗裂性越差◆随着水泥生产工艺的不断进步，标准及检验方法的不断修定，水泥的强度不断提高。而我国现行水泥标准规定检测水泥强度的水灰比增大后，对水泥标称强度的规定却仍与修订前水灰比较低时的一样，因而近30年我国水泥28天强度提高了约20MPa，相对于28天强度早期强度提高的幅度更大。◆不断提高水泥强度的技术路线主要是增加C3S和C3A、提高比表面积。其结果是水泥中高强和早强组分越来越多，比表面积由于没有上限而越来越大，水化热越来越大，抗裂性、抗腐蚀性越来越差。混凝土强度的后期增长率下降甚至倒缩，作为混凝土的主要组分，严重影响了混凝土结构抵抗环境作用的耐久性能。◆含碱量不仅当混凝土骨料有活性时影响混凝土碱-骨料反应，而且即使骨料没有碱活性，含碱量过大时还影响水泥的抗裂性，给混凝土结构耐久性增加了隐患◆开裂敏感性不同厂家生产的相同强度等级、相同品种水泥在开裂敏感性上可能有很大差别，水泥厂出厂前不做抗裂性检验，增加了混凝土抗裂性能的不可知性和控制裂缝的难度；◆水泥的出厂温度出厂的水泥温度普遍过高，运至搅拌站入仓后又散热困难，造成水泥上料时温度仍很高，混凝土浇筑温度居高不下，增加了混凝土因温度应力而早期开裂的倾向。还要采取措施降低因此而造成的混凝土的浇筑温度，◆水泥助磨剂目前大多企业都在使用助磨剂，由于助磨剂组成的多元化和工作机理的复杂性，建议在评价助磨剂助磨效果的同时增加混凝土试验项目。（有的助磨剂与外加剂成分相同；有的助磨剂为现行水泥标准无法检测的“增强剂”或“激发剂”，水泥生产者和使用者都不知道掺入后对混凝土会产生什么后果。）三、外加剂与水泥适应性的影响因素目前，混凝土外加剂已成为混凝土的第五组分，外加剂品种日益增多，性能不断提高，被认为是继预应力混凝土技术之后的又一次技术大突破。关于混凝土外加剂，除了自身必须具有良好的性能外，在使用过程中，还存在着一个普遍的、非常重要的问题就是与水泥的适应性问题，如：混凝土坍落度经时损失快就是外加剂与水泥不适应的典型例子。外加剂与水泥的适应性不好，不但会降低外加剂的有效作用，增加外加剂的掺量从而增加混凝土成本，而且还可能使混凝土无法施工或引发工程事故。三、外加剂与水泥适应性的影响因素所谓适应性是指在混凝土制备时,外加剂按照推荐掺量掺入到水泥—水系统中,能够产生应有效果,则是适应的；相反,不能够产生应有效果,则是不适应的。(不包含使用不满足相关国家标准的外加剂、水泥所引起的问题)出现的常见的适应性不良问题外加剂在合适掺量的情况下初始流动性差塌落度达不到要求塌落度经时损失过快无法满足施工要求泌水严重出现扒底、堵泵表面泛霜现象急凝、假凝不正常凝结现象外加剂与水泥适应性的影响因素1.水泥方面3.环境条件2.外加剂方面一.水泥熟料矿物成分水泥熟料的矿物成分C3S,C2S,C3A,C4AF对外加剂的吸附能力是不一样的，经研究发现其中C3A对减水剂的吸附量远高于其它矿物成分,依次是C3AC4AFC3SC2S,其原因主要取决于水泥水化速度及水化产物的比表面积。由于C3A水化速度快,它对减水剂的吸附量也最大,因此,从适应性上讲,水泥熟料矿物中C3A的含量应量尽低一些,而C3S含量高一些较为有利。二.石膏的种类和掺量当水泥粉磨温度过高,所掺加二水石膏会部分脱水较变为半水石膏,这就容易导致水泥净浆发生快凝而影响与减水剂的适应性。石膏掺量过少,当水泥中SO3含量较低时,使用减水剂时会产生坍落度损失很大,甚至急凝现象。三.混合材料的种类不同种类混合材料对减水剂的吸附产生不同影响,矿渣对萘系减水剂的吸附量小于煤矸石,因此一般情况下掺矿渣的水泥对减水剂的适应性优于掺煤矸石的水泥。掺火山灰的水泥与减水剂的适应性较差,主要表现流动性差,经过损失也大。而掺不同品种粉煤灰时水泥与减水剂的适应性差异较大。使用优质粉煤灰(含碳量≤5%)时塑化效果好,而使用粗粉煤灰,含碳量5%的粉煤灰时塑化效果差。四.碱含量随着水泥碱含量的增大,高效减水剂对水泥的塑化效果变差。还会导致砼凝结时间缩短和坍落度损失变大,并存在有碱———骨料反应的潜在危险。应尽量使用碱含量≤0.6%的低碱水泥。五.f-CaO立窑由于其烧成温度低等工艺条件所限,熟料中f-CaO量较高,烧成质量不稳定,总体上其与减水剂的适应性不如旋窑。水泥的体积安定性是水泥在凝结硬化过程中，体积变化的均匀性。各种水泥在凝结硬化过程中几乎都产生不同程度的体积变化，水泥石的轻微变化一般不影响混凝土的质量。但是，水泥含过量的游离氧化钙、氧化镁或硫酸盐时，水化速度较慢，水泥结硬后仍在继续水化，则引起已结硬的水泥石内部产生张应力，轻着可降低强度，重着可导致开裂或崩溃。六.水泥细度及颗粒组成水泥中粗细颗粒级配恰当,则可得到良好的流变性能。水泥中3～30μm的颗粒主要起强度增长作用,而大于60μm的颗粒则对强度不起作用,因此3～30μm以下的颗粒只起早强作用。但颗粒小于10μm的需水量大,因此流动性能好的水泥10μm以下的颗粒应当少于10%。在我国目前的多数生产条件下,水泥颗粒越细,细颗粒越多,需水量越大。需水量增大,必将加剧混凝土的坍落度损失。七.其他因素的影响1、新出厂水泥的影响，新近水泥温度高、比较干燥，水化反应快。2、水泥助磨剂的影响，助磨剂的某些化学成分是否会与混凝土外加剂的某些化学成分是否相容。3、骨料的影响，含泥量、泥块含量以及颗粒级配。外加剂方面的影响因素外加剂对适应性的影响,首先是高效减水剂的品质与性能,化学成分、分子量、交联度、磺化程度和平衡离子等。目前商用高效减水剂主要是萘系减水剂和三聚氰胺减水剂。前者用量最大,其中萘系减水剂中硫酸钠含量是影响其性能的一个重要指标,硫酸钠含量高减水效果差,坍落度损失相应增大。环境条件的影响因素在考虑水泥与外加剂的适应性时离不开一定的环境条件，最主要的有温度、时间、湿度等。气温越高，水泥水化速度越快，混凝土塌落度损失就越快。因此，夏天施工的混凝土尤其要控制塌落度的损失。天气干燥，水分容易蒸发，也促使塌落度损失。搅拌及运输过程中气泡外溢也会引起塌落度损失。1)新型高性能减水剂的开发应用。其特点是:碱含量低,掺量低,减水率高,增强效果好,不泌水不离析,坍落度损失小。2)不同外加剂的复合使用。高效减水剂与缓凝剂复合或与缓凝减水剂复合,能有效抑制水化,减少坍落度损失;减水剂与引气剂复合,引入大量微小气泡流动性增加,粘聚性提高;减水剂与减水剂复合,产生协同效应和超叠加效应,有效改善了与水泥的适应性;适当的多组分复合能更有效的改善水泥与减水剂的适应性。水泥适应性的改善措施3)采用后掺法能有效改善水泥与减水剂的适应性。4)出现“欠硫化”现象,要适当的增硫。5)从源头入手,在粉磨水泥时加入保坍剂或保坍助磨剂来改善水泥与减水剂的适应性,从而实现“双向”适应。6)适当的调整配合比。