1、现代水泥与混凝土,一、关于混凝土强度波动问题,混凝土的强度同时受水泥强度及水灰比两种因素的影响，水泥强度波动一般由于熟料矿物组成、烧成制度或水泥颗粒级配、混合材掺量等因素变化引起的，而这些因素变化同时会引起水泥需水性的变化。水泥强度波动和需水性变化往往是同时存在的，两者对混凝土强度的影响常常是相互交织、叠加在一起的。,水泥需水性对混凝土强度的影响甚至超过了水泥强度对它的影响，因此我们必须重视水泥的需水性。,有两种极端情况,水泥强度最高时需水性最小，或水泥强度最低时需水性最大，这两种因素的影响相加，使混凝土强度出现最大值和最小值，两者之差即为混凝土强度极差； 水泥强度最高时需水性最大，或水泥强度
2、最低时需水性最小，这两种因素相互抵消，混凝土的强度波动不大。,水泥强度波动和需水性变化叠加后引起C40混凝土强度的极差,二、凝结时间差异大,实验表明水泥初凝时间相差1h左右，终凝时间相差1.5h左右，在配制混凝土后不掺缓凝剂时初、终凝时间之差分别为2.5h和3.5h左右，而当掺加了缓凝剂后，初、终凝时间之差均已超过了5h和6.5h，即配制成混凝土后水泥凝结时间的波动被“放大”了近5倍。预拌混凝土的初凝时间一般在410h，终凝时间一般在1015h。 若由于水泥凝结时间波动过大使混凝土凝结时间超过了工地可接受的范围，必然会导致工地的不满和投诉。,三、水泥的三高问题,“高细度、高C3S含量、高强度等
3、级”所谓的“三高”水泥对混凝土产生裂缝的不利影响应该说越来越大了。 例如机场跑道工程，在20世纪50-70年代修建的许多军事和民用机场，路面混凝土至今保持完好，而20世纪80年代后修建的混凝土路面三五年内出现破坏的有很多。,陕西省有一条渭惠水渠，是20世纪30年代我国著名水利专家李仪址主持修建的，至今80多年过去了，那些桥涵跌水设施大部分保持完好，而20世纪80年代后修建的一些水利设施，出现严重破坏的很多。,我国也有研究:曾用过一些高强度等级的所谓“好水泥”做的房屋散水，经一个冬天，出现掉皮裂缝问题，而用低强度等级的所谓“差水泥”做的散水，却一直保持完好。 美国从20世纪30年代开始，把水泥中
4、的C3S含量由30%提高到50%，把细度由允许大于75um的颗粒含量为22%，改为基本为零。70年后的今天，经调查发现，1930年前修建的桥梁有67%保持完好，而1930年后修建的桥梁只有27%保持完好。,R型水泥除了可以使混凝土早强、早拆模外，对混凝土的其他性能不会有明显好处。相反，由于它3d强度高，水化热和收缩集中，可能会对混凝土裂缝的产生带来不利的影响。所以，如果工程中对混凝土早强没有特别的要求，就最好不要使用它； 比表面积在400m2/kg以上的高强度等级水泥，由于其颗粒比较细，凝结较快，水化热集中，对混凝土的体积稳定性有不利影响，更使混凝土产生裂缝的可能性增加，所以使用时应慎重考虑；
5、,C3A含量大的水泥，与混凝土外加剂的适应性变差，容易使混凝土出现假凝和塑性裂缝， 所以说，低强度等级水泥绝对不是劣质水泥，用它照样可以配出性能很好的高标号混凝土或其他品种的混凝土,对水泥研究和发展的方向提出建议：,水泥颗粒应该和混凝土中的细颗粒级配连续起来，以利混凝土的密实性； 水泥自身颗粒应有合理的级配，以利自身的密实性； 有适当的早期强度、较低的水化热和抗收缩性，以利混凝土的耐久性。,四、不同生产工艺的水泥对干缩的影响,立窑水泥的干缩率最大，湿法回转窑水泥其次，最小为新型干法窑水泥。这与熟料的矿物组成和水泥的颗粒分布有关。通常比表面积越大，干缩率越大。新型干法窑水泥的比表面积最小，约为3
6、70-380m2/kg，湿法窑水泥比表面积为380-400m2/kg，立法窑水泥的比表面积为390-410m2/kg，其次熟料的矿物组成不同，一般熟料中C3A和f-CaO含量越高，干缩越大，C2S含量越高，干缩越小，立窑水泥熟料熔剂矿物含量多， f-CaO含量较高，干缩普遍较大。,五、混合材品种对水泥使用性能的影响,采用造气渣作主要混合材时，尽管水泥的物理性能均达到国家标准，但是由于水泥的标准稠度用水量过大，而且终凝时间与初凝时间间隔太短，使混凝土表层干缩性增大，导致混凝土表层开裂； 采用黑色石灰石作主要混合材时，尽管水泥的物理性能指标也能达到国家标准，但是，由于水泥的终凝时间与初凝时间间隔太
7、长，而且强度增进率低，使混凝土表层不断凝结，或凝结后强度不足，导致混凝土路面起砂；,石灰石作混合材能促进硅酸盐矿物的水化，自身需水量小，且易磨性好，有利于改善水泥的颗粒分布，降低水泥的标准稠度用水量，改善水泥的外加剂相容性，是优质水泥首选的混合材。 采用低烧失量粉煤灰、沸腾炉渣和矿渣作主要混合材时，水泥需水量适中，凝结时间适宜，水泥具有良好的使用性能。,六、减少水泥水化热的措施,高温煅烧快速冷却是减少水泥熟料C3A含量的有效途径； 除C3A实际含量外， C3A晶型对其活性有显著影响，从而影响其水化热和水化放热速率，相对于立方晶型，斜方晶型的C3A活性特别高，因此其水化速率及水化热增加，水泥凝结
8、时间大为缩短；因此熟料煅烧时一定要注意硫酸盐饱和度变化对矿物晶型的影响。,碱使水泥水化加速，早期水化热增加，增大早期的温度应力； 水泥越细，水化越快，放热速率越大，早期水化热越集中，产生的温度应力越大，越容易产生早期开裂； 增加混合材掺量虽然可以降低水泥的水化热速度和水化热，但水泥以及所配混凝土的早期强度也随之降低，从而拆模时间和施工进度的变化应该被逐渐接受；,对水泥进行冷却也可使水泥使用时的水化热降低； 水泥的均匀性影响混凝土中的水泥用量，从而影响混凝土的温升。,七、优质水泥的评价与生产要点,优质水泥的性能要求：标准稠度用水量低；良好及稳定的外加剂相容性；合理或较低的早期强度，较高的后期和远
9、龄期强度；抗冲击、耐磨性好；低收缩性；低水化热。 优质水泥的生产要点：1、熟料率值的设定与调整 优质水泥的矿物组成：低C3A，较高的C2S、C4AF，适中的C3S含量。这种熟料率设定为高硅酸率、中饱和系数、低铝率等，即KH=0.89-0.91，n=2.5-2.8，p=0.9-1.2,2、优质熟料的烧成应控制好如下的工艺参数：实现薄料快烧；调整火焰形状，加强煤风混合能力；在确保安全的前提下，粉煤细度宜控制细些，确保热力集中及煤灰沉降的均匀性；减少一次风量，提高二、三次风温，控制合适的烧成带长度；,尽量消除窑内冷却带，增大冷却机前端用风量，加快高温熟料的冷却温度；熟料升重控制指标宜根据矿物发育情况
10、及熟料的各项性能来设定；,3、水泥颗粒分布对性能影响研究表明：一是相同比表面积的同品种水泥，颗粒分布越窄，其堆积空隙率越大，标准稠度用水量越大，凝结时间越长，1d胶砂强度越底，且随比表面积增大，1d胶砂强度增幅不大。二是相同比表面积的同品种水泥，颗粒分布越窄，其Marsh曲线的饱和点越大，对应的Marsh时间越长，即外加剂相容性越差。水泥颗粒分布较宽时，外加剂相容性较好，随比表面积增大饱和点增大，但对应的Marsh时间变化不大。,优化水泥的颗粒组成是生产优质水泥必不可少的步骤，实现水泥颗粒分布优化的技术措施有：,粉磨工艺流程的选择及改进。优质水泥追求的是3-5m以下的颗粒含量较小、颗粒分布较宽
11、、堆积密度较大的颗粒组成。经多家企业生产实践及颗粒的检验结果证明，管理较好、粉磨效率较高的高细磨粉磨出的水泥颗粒组成满足上述要求。 比表面积与筛余的控制。由配制混凝土的综合性能情况来看，42.5强度等级的水泥比表面积控制在360-380m2/kg,80m筛余控制在1%-2%，45m筛余宜为10%-16%。,4、在温度较高的季节，应控制出厂水泥温度（65），生产优质水泥的企业应设增水泥冷却设备，在夏季或使用单位有要求时（如高速公路），控制出厂水泥温度。,八、提高水泥与外加剂相容性的主要措施,合理选择熟料的矿物组成； 适当提高水泥中SO3含量和使用天然石膏； 尽量降低水泥的比表面积； 提高熟料烧成温度和烧成速度； 提高熟料高温阶段（14501200）的冷却速度； 尽量降低水泥中的碱含量；,掺加粒度分布适当的混合材，使混合材与水泥颗粒组成最紧密堆积； 控制适当的水泥粉磨时的温度； 避免掺入具有较大内比表面积的混合材，避免使用烧失量过高的粉煤灰； 延长水泥的储存时间，降低水泥的新鲜度； 降低水泥出厂时的温度。,胶凝材料发展方向,高性能水泥基材料设计的出发点就是形成低钙硅比的水化硅酸钙凝胶为主的胶凝材料体系 水泥体系的概念和内涵发生重大变化,
