淺談水工建筑中水泥安定性對混凝土質量的影響與檢測

許林英

廣東省潮州市水利工程質量監督站，廣東潮州 521000

0 引言

我國水泥相關國家標準中已作出明確規定，對于安定性不合格的水泥產品視為廢品處理，嚴禁在工程中使用。但在部分水工建筑的實際施工過程中，由于施工工期進度要求非常緊張，再加上施工現場有相當一部分技術人員的質量意識淡薄，對使用的水泥安定性檢查沒有給予應有的重視，未經取樣復驗的水泥進入施工現場，便直接用于工程的混凝土結構的施工，這種現象比較普遍。應充分認識到水泥安定性不合格時會對混凝土性能產生嚴重的影響，現場使用過程中應嚴格管理。對己使用了安定性不合格水泥的混凝土結構，應積極采取有效的辦法進行檢測評估。

1 水泥安定性不合格原因分析

1.1 水泥安定性概述

通常情況下，除膨脹性水泥在凝結硬化的反應變化過程中水泥體積會有一定程度的膨脹外，大多數水泥產品在凝結硬化的反應變化過程中體積都會有不同程度的收縮，但水泥產品這些膨脹或收縮的體積上的變化都是在凝結硬化過程結束之前完成的。在水泥產品中，如果某些化學成分的化學反應變化在凝結硬化的過程結束前不能結束，而且在水泥凝結硬化反應結束后還在進行，并且伴有體積上的明顯變化，這種情況下，便使得己經結束凝結硬化反應的水泥石內部產生對混凝土有不利影響的內部應力。當該應力較大并足以使水泥石的強度明顯下降，甚至引起相關水泥制品發生開裂或破壞時，則該水泥產品的安定性視為不合格。

1.2 引起水泥安定性不合格主要因素

一般情況下，水泥產品安定性的不合格主要是由于產品熟料中游離氧化鈣（f-CaO）、氧游離化鎂（f-MgO）或摻入石膏(SO3)的含量過多等原因引起的，其中水泥產品中最常見，對相應水泥制品質量的影響最嚴重的物質成分是f-CaO。過燒狀態的f-CaO，在水泥發生凝結硬化的反應變化時其自身水化速度很慢，在水泥凝結硬化的反應結束后還會繼續與水生成相應的六方板狀Ca(OH)2晶體，發生反應的整個過程中f-CaO的體積將近增大一倍，體積增大的結果是引起水泥制品內部產生具有破壞作用的膨脹應力，對水泥制品的質量十分不利。其次是f-MgO，其自身水化速度比f-CaO更慢，反應變化過程中生成的Mg(OH)2晶體使其體積增大將近150%。再次是水泥產品中SO3的含量過高，多余的SO3成分在水泥凝結硬化的反應結束后繼續與水和C3A發生反應生成鈣礬石，體積膨脹變化引起水泥制品產生較大的內部應力而使水泥產品的安定性受到影響。

1.3 水泥安定性檢驗方法

根據水泥產品生產和使用相關規范中的規定，水泥產品的體積安定性可用沸煮法進行檢驗，該方法又可分為雷氏法和試餅法兩種，兩種方法應用有爭議時采用雷氏法進行。通過沸煮，水泥產品中Ca0成分的熟化反應能得到充分加速，所以該方法也只能檢查出水泥產品中f-CaO導致的水泥產品體積不安定性。水泥產品中的f-Mg0成分，只有在高壓蒸氣環境條件下其熟化反應速度才會加快，SO3對水泥制品質量的影響需要更長的時間才能發現，這兩者都很難快速檢查出其引起的體積安定性不合格。

2 安定性不合格對水泥制品質量的影響

工程中如使用了安定性不合格的水泥，在凝結硬化反應結束后其體積還會增大膨脹從而引起水泥石的開裂，最終有可能導致混凝土結構遭受破壞。安定性不合格的水泥產品，在其體積膨脹增大不是太多的情況下，不會引起混凝土結構局部產生體積膨脹導致結構內部產生強大的內力從而引起強度倒縮。相關研究表明，立窯水泥的雷氏夾膨脹值如果能控制在15mm的范圍內，其相應的水泥制品的質量就不會受到明顯的影響和破壞，但如果是回轉窯水泥，其雷氏夾膨脹值超過10mm時，其混凝土制品的強度將出現明顯的倒縮。

3 水泥安定性不合格對混凝土質量影響的檢測

當前，行業內應用較多，技術相對較成熟、并己被國家相關標準采用的是“f-CaO對混凝土質量影響的檢測”方法，此法適用于判定f-CaO對混凝土結構質量是否有不利的影響。f-CaO對混凝土質量影響的檢測，可大致分為現場檢查，芯樣試件檢測和薄片沸煮檢測等環節。

1）現場檢查：可通過對混凝土結構的外觀狀態進行檢查，包括對結構表面有無開裂裂縫，有無疏松、崩潰等嚴重缺陷或破壞的癥狀，初步確定f-CaO對混凝土結構質量影響的區域范圍和程度。

2）在初步檢查出的f-CaO對混凝土結構質量有影響的區域范圍內，鉆取相應直徑為80～100mm的混凝土芯樣，在同一區域鉆取的混凝土芯樣的數量至少有兩個，一次至少應鉆取3組相應的混凝土芯樣。

3）在每個混凝土芯樣上，選擇無外觀缺陷的地方截取1個厚度約10mm的薄片試件，同時將剩余的芯樣部分做成高度和直徑相等的芯樣試件，芯樣試件的制作加工過程應符合混凝土鉆芯法檢測的的相關規定和要求。

4）薄片沸煮檢測和芯樣試件檢測

（1）薄片沸煮檢測：將步驟3）過程中制出的薄片試件放入沸煮箱內進行沸煮，沸煮的方式和操作過程應符合相應的沸煮制度的規定，對沸煮處理過的混凝土薄片試件再次進行外觀檢查和評估，判斷其中的f-CaO對混凝土的質量是否有影響。

（2）芯樣試件檢測：將同一區域范圍內鉆取的兩個混凝土芯樣試件中的一個，放入沸煮箱內進行沸煮，沸煮的方式和操作過程應符合相應的沸煮制度的規定，對沸煮處理過的混凝土芯樣試件再進行外觀檢查和評估。根據芯樣試件抗壓強度測試試驗相應的規定和要求，將沸煮過的混凝土芯樣試件晾置3d后，與同一區域內未沸煮的另一個混凝土芯樣試件進行相應的抗壓強度對比測試試驗。按相應的計算公式推算出取出的各組混凝土芯樣試件強度變化的百分率，并推算全部混凝土芯樣試件抗壓強度測出的變化百分率的平均值。

5）當出現下列3種情況中的一種時，則可判定為水泥產品中的f-CaO成分對混凝土的質量有影響。

（1）有多于兩個（包括兩個）混凝土沸煮試件(薄片試件或芯樣試件的任何一種)出現開裂裂縫、疏松、崩潰等嚴重缺陷或破壞現象；

（2）混凝土芯樣試件測出的強度變化百分率的平均值超過30%；

（3）只有一個混凝土薄片試件出現開裂裂縫、疏松、崩潰等嚴重缺陷或破壞現象，同時還有一個混凝土芯樣試件的強度變化百分率超過了30%。

4 結論

通過檢測水工建筑混凝土結構本身或混凝土試件進行試驗來判斷其是否受破壞的方法，來進行水泥安定性不合格對混凝土質量影響的檢測，無論檢測方法多么先進，都是被動的。在水利工程施工管理中，加強對進場原材料的復查管理，尤其是水泥這種對混凝土結構施工質量起著決定性作用的材料，使用前必須按規范嚴格進行復查試驗，只有檢驗合格后才能使用于工程中，進行主動管理在水利工程的施工管理中具有重要的意義。

[1]水泥標準稠度用水量、凝結時間、安定性檢驗方法GB/T1346-2001[S].

[2]鉆芯法檢測混凝土強度技術規程CECS-03[S].