淺談硅酸鹽水泥的品質指標控制

朱會霞

水泥是建筑工業三大基本材料之一,使用廣,用量大,素有“建筑工業的糧食”之稱。近年來,水泥在宇航、信息及其他新興工業中的需求也越來越大。因此,水泥工業在整個國民經濟中起著十分重要的作用。在目前甚至未來相當長的時期內,水泥仍是人類社會的主要建筑材料。為了保證建筑工程的質量,控制硅酸鹽水泥的品質指標最為關鍵。

硅酸鹽水泥的品質指標,是衡量水泥品質及保證水泥質量的重要依據。水泥質量可以通過化學指標和物理指標加以控制和評定。

水泥的化學指標主要是控制水泥中有害物質的化學成分不超過一定限量,若超過了最大允許限量,即意味著對水泥性能和質量可能產生有害的或潛在有害的影響。

水泥的物理指標主要是保證水泥具有一定的物理力學性能,滿足水泥使用要求,保證工程質量。

硅酸鹽水泥技術指標主要有不溶物、燒失量、細度、凝結時間、安定性、MgO含量、SO3含量、堿含量及強度指標。

1 硅酸鹽水泥的化學和物理指標及評定方法

硅酸鹽水泥的化學和物理指標及評定方法見表1。

表1 硅酸鹽水泥的化學和物理指標

1)不溶物。不溶物是指水泥經酸和堿處理,不能被溶解的殘留物。其主要成分是結晶SiO2,其次是R2O3(指Al2O3,Fe2O3),它屬于水泥中的非活性組分之一。

2)燒失量。水泥燒失量是指水泥在950℃～1 000℃高溫下煅燒失去的質量百分數。水泥中不溶物和燒失量指標主要是為了控制水泥制造過程中熟料煅燒質量以及限制某些組分材料的摻量。

3)細度。細度即水泥的粗細程度,通常以比表面積或篩余量表示。水泥需有足夠的細度,使用中才能具有良好的和易性、不泌水等施工性能,并具有一定的早期強度,從而滿足施工進度要求。水泥顆粒過粗既不利于水泥活性的發揮,又影響其保水成漿的性能。從水泥生產來說,水泥的粉磨細度直接影響水泥的能耗、質量、產量和成本,故實際生產中必須權衡利弊作出適當的控制。

水泥細度的調節通過粉磨工藝過程的控制來實現。

4)凝結時間。水泥凝結時間是水泥從和水開始反應到失去流動性,即從可塑狀態發展到固體狀態所需要的時間,分初凝時間和終凝時間兩種。初凝時間是指水泥加水拌和起到標準稠度凈漿開始失去塑性的時間。終凝時間是指水泥加水拌和起到標準稠度凈漿完全失去塑性的時間。為保證水泥使用時砂漿或混凝土有充分時間進行攪拌、運輸和砌筑,必須要求水泥有一定的初凝時間;當施工完畢又希望混凝土能較快硬化、較快脫模,因此,又要求水泥有不太長的終凝時間。凝結時間的調節可以通過加入適量的石膏來實現,并使其達到標準的要求。

5)安定性。水泥硬化后體積變化的均勻性稱為水泥體積安定性,簡稱安定性。安定性是水泥質量指標中最重要的指標之一,它直接反映水泥質量的好壞。如果水泥中某些成分的化學反應發生在水泥水化過程中甚至硬化后,致使劇烈而不均勻的體積變化(體積膨脹)足以使建筑物強度明顯降低甚至潰裂,這種現象便是水泥安定性不良。引起水泥安定性不良的原因主要有三種:熟料中游離氧化鈣、方鎂石含量過高及水泥中石膏摻加量過多。因此,確保水泥安定性合格的有效途徑就是控制熟料中游離氧化鈣、方鎂石含量及水泥中石膏摻加量在一個適當的范圍內。當水泥中游離氧化鈣含量達到一定程度時,將造成水泥混凝土體積膨脹而使結構破壞。因此水泥標準對安定性有嚴格要求,一般均采用雷氏或試餅法、沸煮法檢驗,而不規定游離氧化鈣含量指標。

6)MgO含量。水泥中氧化鎂含量過高時,由于其緩慢的水化和體積膨脹效應可使水泥硬化體結構破壞。但總結國內水泥生產使用實踐,并經大量科研和調查證明,水泥中MgO含量不大于5.0%時對水泥混凝土工程質量有保證,故標準中規定水泥中MgO含量過高和方鎂石晶體顆粒過大,將造成后期膨脹的潛在危害性,且游離MgO比游離CaO更難水化,沸煮法不能鑒定。因此,必須采用壓蒸安定性試驗進行檢驗。

7)SO3含量。水泥中的三氧化硫主要是生產水泥時為了調節凝結時間加石膏而帶入的,此外,水泥中摻入窯灰,采用石膏礦化劑,使用高硫燃煤會把SO3帶入硅酸鹽水泥熟料中。通過對不同SO3含量的各種水泥的物理性能試驗表明,硅酸鹽水泥中SO3含量超過3.5%后,強度下降,膨脹率上升,硬化后水泥的體積膨脹,甚至結構破壞,因此,規定水泥中三氧化硫含量不得超過3.5%。

8)堿含量。標準中規定水泥中堿含量按鈉堿含量(Na2O+0.658K2O)計算值來表示。水泥混凝土中的堿骨料反應與混凝土中拌合物的總堿量、骨料的活性程度及混凝土的使用環境有關。為防止堿骨料反應,不同的混凝土配比和不同使用環境對水泥中堿含量的要求也不一樣,因此,標準中堿含量應不大于0.60%,在用戶對堿含量不作要求時,可以協商制訂指標。

2 強度與強度等級

1)水泥強度。水泥強度是水泥試體凈漿在單位面積上所能承受的外力。它是水泥技術要求中最關鍵的主要性能指標,又是設計混凝土配合比的重要依據。由于水泥在拌水后硬化過程中強度是逐漸增大的,通常以各齡期的抗壓強度、抗折強度或水泥標號來表示水泥的強度增長速率。一般稱3 d或7 d以前的強度為早期強度,28 d及其后的強度稱為后期強度,也有將3個月以后的強度稱為后期強度。由于水泥到28 d時強度大部分發揮出來,以后強度增大相當緩慢,所以通常用28 d的強度作為水泥質量的分級來劃分硅酸鹽水泥的強度等級。

2)強度等級與水泥標號。強度等級是按規定齡期的抗壓強度和抗折強度來劃分的,各強度等級水泥的各齡期強度值不得低于表2中的數值。硅酸鹽水泥的強度等級分42.5,42.5R,52.5,52.5R,62.5,62.5R共六個,其中R型屬早強型水泥,它具有比普通水泥3 d強度高的特點,而28 d的強度指標完全相同。

表2 硅酸鹽水泥的強度指標(依據GB 175-2007)

強度等級的另一種稱謂就是人們習慣稱之的水泥標號。水泥標號俗稱商品標號,是按水泥強度高低分等級的一種稱呼。它的意思是指除28 d抗壓強度達到相應指標外,各齡期的抗壓強度、抗折強度均要求達到規定的指標。水泥標號僅是等級劃分,沒有單位。硅酸鹽水泥分425,425R,525,525R,625,625R六個標號。

凡符合某一標號的水泥必須同時滿足表內所規定的各齡期抗壓強度、抗折強度的相應指標。若其中任一齡期抗壓或抗折強度指標達不到所要求標號的規定,則以其中最低的某一個強度指標計算水泥的強度等級。

水泥的質量控制主要是品質指標的控制,它是水泥生產的最后一道工藝環節,是確保出廠水泥符合國家標準要求的最后一關,也是最重要的一關。

[1]孫曉華.低水灰比下硅酸鹽水泥的水化性能和微觀結構[J].山西建筑,2007,33(2):178-179.