關于高性能水泥的探討

周冠東

焦作千業水泥有限責任公司（454150）

1 高性能水泥含義

隨著混凝土工程的大型化、工程環境的超復雜化以及應用領域的不斷擴大，人們對混凝土材料提出了高性能化的要求。作為混凝土第一組分材料，水泥的性能是制備高性能混凝土的關鍵因素。筆者稱為高性能水泥，二者是相互匹配和適應的，并且體現在以這種水泥配制的混凝土具有高工作性、高強度、高耐久性。

高工作性——主要表現為高流動性、高抗離析性、高保水性、高保塑性和高適應性；高強度——早期相對強度高、強度絕對值高、強度衰減期長；高耐久性——主要表現為高抗滲性、高尺寸穩定性、高抗蝕性和高抗堿集料反應性。

一種性能優良的水泥應當是上述三個方面的綜合體現，而不是由某一方面性能指標（如強度）的高低來衡量的。

2 高性能水泥生產技術途徑

2.1 優化熟料礦物組成

2.1.1 關于C3S

一般認為C3S水化快，是強度骨干，且耐磨性好、干縮性小，但從3 d～28 d，水泥抗折強度增進率隨C3S增加而減小,而抗壓強度增進率明顯增大，這說明水泥石的脆性增大，抗裂性變差。同時，C3S的水化熱及放熱速率較大，僅次于C3A,這對大體積混凝土的施工是不利的。

2.1.2 關于C2S

C2S水化慢,約是C3S的1/20。其優點是水化熱低，抗水性好，后期強度高，在一年之后可以趕上C3S。此外，C2S干縮性最小，是低需水性水泥的主要礦物。

2.1.3 關于C3A

C3A在4種礦物中水化、凝結最快，是水泥石產生早強的主要礦物，但強度絕對值不高，后期產生倒縮現象；C3A水化熱大且集中，水化后通過層間水的蒸發以及形成的水化產物在轉型過程中體積的縮小而產生較大的收縮。此外，C3A水化需水量較大，對水泥拌合物的流動性不利，C3A含量高，水泥石的抗硫酸鹽侵蝕性能差。

2.1.4 關于C4AF

C4AF耐磨性好，遠比C3S顯著。C4AF與C3A比不僅有較高的早期強度，而且后期強度還能有所增長，對抗折強度的貢獻遠大于抗壓強度，即脆性系數低。C4AF另一個重要作用是生成凝膠狀鐵酸鹽，使水泥石有較大的變形能力,但C4AF過高對熟料煅燒和水泥粉磨都會造成很大的困難。

2.1.5 水泥熟料礦物組成的控制

綜上所述，高性能水泥熟料應有足夠的硅酸鹽礦物含量，溶劑礦物C4AF與C3A不宜過高。一般要求C3S與C2S合量在75%以上，C4AF與C3A合量在20%左右,新型干法對應熟料三率值KH=0.91、n=2.5、p=1.4 較好。

2.2 選擇合理的粉磨工藝

水泥的細度和顆粒組成很大程度上決定著水泥的性能。水泥的細粉含量和顆粒級配主要影響混凝土的和易性、需水量、強度、密實性、易開裂性和耐久性。細粉能提高早期強度、密實性、及砂漿流動性，但對干縮裂紋不利；顆粒分布過窄需水量過高，對和易性不利。任何一個特定的顆粒組成均可用RRB粒度分布曲線中的特征粒徑xO和均勻性系數n來表述，xO值決定細粉含量，n值決定顆粒分布寬度。一般要求n≥1.0，xO值根據工程需要決定。

2.3 采用非熟料的其他組分材料對水泥改性

試驗表明，將輔助膠凝材料按適當比例加入水泥中，在一定條件下將產生形貌效應、填充效應和活性效應。例如，在水泥中摻入磨細的礦渣和粉煤灰，由于粉煤灰具有球形粒子的外形特征，與超細礦渣一起在水泥拌合物中起“潤滑”作用，從而改善水泥拌合物的流動性，降低需水量。由于礦渣和粉煤灰的摻入取代了部分水泥熟料，降低了膠凝材料的水化熱，提高了水泥混凝土尺寸穩定性。輔助膠凝材料的活性效應在物理作用和化學作用下實現的，不減少或提高了水泥石的強度。

3 結論

1）水泥對混凝土而言只是一種半成品，符合標準的水泥也會出現水泥的物理性能與用其配制的混凝土的建筑性能不一致的現象。因此，評價某種水泥質量的優劣,應當是在符合國家標準的前提下，考核其滿足建筑工程所需要的各種技術要求的能力。

2）水泥對混凝土的適應性可以從水泥熟料的礦物組成、水泥的粉磨工藝和摻加非熟料的其它組分材料來改善。