關于水泥性能對混凝土性能影響的研究

摘要：水泥性能的好壞，對混凝土的質量和性能有較大影響。本文就水泥對混凝土性能影響進行研究，并提出混凝土施工時對水泥的一些基本要求。

一、引言

水泥性能的好壞，對混凝土的質量和性能有較大影響。但水泥性能與混凝土性能之間的關系又十分複雜,目前兩者之間或者難以确定定量關系,或者雖有一定程度的定量關系,但這種定量關系受許多因素的制約。本文就水泥對混凝土性能影響進行研究，并提出混凝土施工時對水泥的一些基本要求。

水泥粉狀

二、混凝土性能與水泥性能的關系

1、水泥礦物組成的影響

衆所周知，矽酸鹽水泥主要的組成礦物有C3S、C2S、C3A、C4AF四種，C3S凝結硬化快，水化時放熱較高，但能給水泥提高較高的早期強度；C2S凝結硬化慢，水化熱低，能保證水泥的後期強度；C4AF的各項指标都屬中等；C3A凝結硬化速度最快，水化熱是其他礦物水化熱的數倍。因此C3A含量較大的早強水泥極容易因早期的溫度收縮、自收縮和幹燥收縮而開裂，耐蝕性也最差。

唐山産水泥

6、水泥與外加劑适應性對混凝土的影響

混凝土的性能不僅取決于各組成材料的性能，更取決于材料之間的适應性及其配合比。外加劑作為混凝土的一個組分，所占比重很小，但對水泥的性能卻是影響很大，能夠明顯提高混凝土的坍落度、調節凝結時間，從而改善混凝土施工性能或節約成本。水泥同外加劑适應性不好，在實際工程中主要表現在以下幾個方面:一是混凝土拌和物初始流動度很差，明顯達不到設計要求，減水率低于用基準水泥的檢測值；二是混凝土初始流動度較好，但經時損失較大；三是所配制的高流動性混凝土有明顯嚴重的泌水離析，甚至出現“扒底”的現象；四是出現不正常凝結現象，如有急凝、假凝現象發生。究其原因，主要有幾點：一、外加劑自身的因素，外加劑的品種不同、結構官能團的不同、聚合度不同、複配組分不同均會影響與水泥的适應性；二、水泥礦物組成對外加劑的影響，水泥礦物組成對外加劑的影響因素大小依次為C3A＞C4AF＞C3S＞C2S。C3A水化反應快，需水量大，吸附外加劑量大，外加劑作用損失大，因而C3A含量高的水泥一般與外加劑的适應性差。三、水泥熟料中添加調凝石膏品種的影響，調凝石膏對外加劑的影響因素大小依次為硬石膏（工業無水石膏）＞半水石膏＞二水石膏，而水泥廠家為了節約成本往往使用硬石膏，摻硬石膏的水泥需水量大，吸附外加劑量大，外加劑作用損失就大了。四、水泥細度和顆粒級配，水泥廠家通過提高水泥細度來提高水泥強度，但水泥過細，需水量大，同樣會吸附大量的外加劑從而使外加劑作用損失掉。硬石膏對木鈣類影響更加顯著，甚至會出現急凝（假凝）現象。水泥顆粒級配不好，水泥淨漿泌水率大的水泥與外加劑的适應也較差。五、水泥的堿含量，堿含量過高或者過低的水泥與某些外加劑産生反應時，會引起水泥中的石膏溶解度變化，使水泥礦物成分C3A水化速度加快，需水量增大，工作度損失也變快。這時加入可溶性Na2SO4,能提高其與外加劑的适應性。

在實際生産中，混凝土坍落度經時損失大的問題，主要出現在氣溫較高時段，一般通過采取對骨料澆水降溫的辦法，減少坍落度的損失。或者适當調整外加劑配方可以緩解或克服，比如複合少量的保坍成份等。但外加劑對水泥初始塑化效果差的問題靠簡單的調整外加劑配方很難解決，混凝土生産廠家應根據情況，以實驗為基礎，分析查找原因，通過試驗選取出相适宜的原材料，并對原材料廠家提出具體的質量指标，要求質量穩定，研配出合适的配合比以提高混凝土初始塑化效果。

三、混凝土對水泥的基本要求

1、質量穩定性

混凝土的以下要求需要水泥的質量穩定性予以保證：

（1）混凝土生産過程的穩定性；

（2）混凝土的勻質性；

（3）混凝土要求的特殊性能。

混凝土生産過程穩定性是指混凝土連續生産的一定時期内的質量穩定性，水泥的質量穩定性是混凝土質量穩定性的重要保證。混凝土的勻質性可以劃分為宏觀、細觀和微觀3個層次，其中混凝土的宏觀勻質性與水泥的質量穩定性相關，混凝土不泌水、不離析是宏觀勻質性的主要内容。某些時候混凝土有一些特殊性能的要求，也會對水泥的質量穩定性提出要求。例如，對于清水飾面混凝土，水泥顔色的穩定性就是一個十分重要的指标，其重要程度甚至超過強度。為了滿足混凝土生産穩定性和勻質性的要求，所有與混凝土性能有關的水泥性能均應該具有穩定性的要求。

2、與高效減水劑具有良好的相容性

水泥與減水劑相容性的較大變化，将直接影響混凝土坍落度的大小。水泥與高效減水劑的相容性不好時，不僅會影響高效減水劑的減水率，更重要的是會造成混凝土嚴重的坍落度損失，影響混凝土的施工性能，如果是泵送混凝土則可能導緻無法泵送；相容性突然變好，混凝土坍落度會明顯增大，可能出現泌水、離析。因此混凝土施工時要求水泥與高效減水劑要具有良好的相容性，特别是在低水膠比的高性能混凝土中，相容性問題就更加突出。從外加劑與水泥産生不相适應問題的因素中可以發現：需水量大的水泥更容易出現與外加劑不相适應的問題，所以使用中應選擇需水量小、強度又較高的水泥更加重要。

3、合理的早期、後期和長期強度

水泥強度主要來自于早期強度（C3S）及後期強度（C2S），而且這些影響貫穿于混凝土中。用C3S含量較高的水泥來制作混凝土，其強度增長較快，但在後期可能以較低的強度而告終。而無論通過改變成分、養護條件或者利用外加劑而比較緩慢地水化，都可使水泥産生較高的最終強度。因此選用水泥時，應考慮合理的早期、後期和長期強度。

4、較低的水化熱

水泥的水化熱簡單的說就是水泥水化過程中放出的熱量。水化熱與水泥礦物成分、細度、摻入的外加劑品種、數量、水泥品種及混合材料摻入量有關。水泥的水化熱主要在早期釋放，後期逐漸減少。

對于大型基礎、水壩、橋墩等大體積混凝土工程，由于水化熱積聚在内部不易發散，使内部溫度上升到50-60度以上，内外溫度差引起的應力使混凝土可能産生裂縫，因此水化熱對大體積混凝土工程是不利的。

5、較小的體積收縮

自身收縮是指混凝土中的水泥與水發生水化反應，水化反應産物的體積小于參加反應的水泥漿體系的體積，而造成混凝土體積收縮。混凝土的自身收縮在混凝土内部各向同性地發生，與外界溫濕度不相幹。由混凝土的自身收縮引發的裂縫，叫自身收縮裂縫。水泥是混凝土的一個重要組成成分，水泥的物理化學性質将直接影響到混凝土的收縮性。礦渣水泥、快硬水泥、低熱水泥所拌制的水泥收縮性較高；普通水泥、火山灰水泥、礬土水泥所拌制的混凝土收縮性較低。細度越細的水泥拌制的混凝土收縮量越大；水泥用量大的混凝土收縮量大；高标号水泥所拌制的混凝土收縮量大。因此，混凝土施工時，要根據其收縮性要求來選用水泥。

6、适宜的堿含量

水泥中的堿主要由生産水泥的原料粘土和燃料煤引入。水泥中的堿一部分以硫酸鹽(K2SO4，Na2SO4，3K2SO4•Na2SO4，2CaS04•K2SO4)及碳酸鹽(K2CO3，Na2CO3)的形式存在，一部分則固溶在熟料礦物中，如KC23S12，NC23•S12，KC8A3，NC8A3。當水泥加水後，硫酸鹽及碳酸鹽形式的堿很快溶入水中，固溶在熟料中的堿則随着礦物水化的進行而慢慢地溶入水中，同時溶入水中的堿又有部分被水化産物所吸收。高含堿量的水泥會生成抗裂性能差的凝膠，加重混凝土後期的幹燥收縮，所以不論骨料是否有活性，都應當限制對水泥和混凝土中的含堿量。

四、滿足混凝土性能的水泥應具有的質量标準

混凝土所用水泥應具有較高的強度、良好的流變性能以及與高效減水劑良好的相容性。因此，選擇水泥時，應重點按照其強度等級、水化熱、需水量、堿含量等指标進行評定，為确保其流動性，所用水泥的流變性能更為重要，一般要求選用中熱矽酸鹽水泥，并宜選擇活性較高的，這樣其标準稠度用水量較低，能使混凝土在較低水灰比例下具有良好的工作性，并可以降低水泥的水化熱，提高混凝土的體積穩定性，減少溫度裂縫的産生機會。

五、結束語

由此可見，水泥需水性、細度、凝結時間、同外加劑的适應性對混凝土的成本、性能産生較大影響。在混凝土施工時就應十分注意所用水泥的各項性能指标,混凝土施工應選擇需水性小、細度控制合理、凝結時間穩定正常、同外加劑适應良好的水泥作原料，以保證混凝土質量的穩定性與持久性。

水泥工藝流程圖

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