水泥質(zhì)量波動(dòng)對(duì)預(yù)拌混凝土性能影響論文
摘要：預(yù)拌混凝土主要指的是建筑施工過(guò)程中較為常見(jiàn)的混凝土拌合物，在我國(guó)建筑行業(yè)不斷發(fā)展的過(guò)程中，預(yù)拌混凝土使用量也在不斷增加，而其應(yīng)用質(zhì)量則會(huì)直接受到水泥質(zhì)量波動(dòng)的影響，為了確保預(yù)拌混凝土性能，文章主要對(duì)水泥質(zhì)量波動(dòng)對(duì)其性能所造成的影響進(jìn)行了分析。
關(guān)鍵詞：水泥質(zhì)量波動(dòng)；預(yù)拌混凝土；性能影響
在建筑施工過(guò)程中，預(yù)拌混凝土屬于必不可少的一項(xiàng)材料，但是，在應(yīng)用這項(xiàng)材料的過(guò)程中，其經(jīng)常會(huì)存在著一些通病，最終致使預(yù)拌混凝土性能受到影響，從而也對(duì)工程質(zhì)量造成了影響。預(yù)拌混凝土在實(shí)際使用過(guò)程中，其性能經(jīng)常會(huì)受到水泥質(zhì)量波動(dòng)影響，如果水泥質(zhì)量存在一定問(wèn)題，預(yù)拌混凝土在澆筑攪拌過(guò)程中就會(huì)出現(xiàn)澆筑不牢固、攪拌不均勻等問(wèn)題，為了有效的避免水泥質(zhì)量對(duì)預(yù)拌混凝土性能造成不利影響，筆者也對(duì)其進(jìn)行了以下的分析。
1預(yù)拌混凝土對(duì)水泥質(zhì)量的要求
水泥作為預(yù)拌混凝土中重要組成成分，其質(zhì)量波動(dòng)會(huì)直接對(duì)預(yù)拌混凝土性能造成影響，為了確保預(yù)拌混凝土的性能穩(wěn)定，預(yù)拌混凝土企業(yè)對(duì)散裝水泥除了要求正常的指標(biāo)合格外，還有如下幾個(gè)方面的特殊要求：
首先，水泥的勻質(zhì)性和穩(wěn)定性，因?yàn)樗噘|(zhì)量的不穩(wěn)定，將會(huì)嚴(yán)重影響混凝土質(zhì)量，使混凝土的強(qiáng)度大起大落；
二、水泥中混合材品種、石膏品種的選擇及摻量要科學(xué)、合理；
三、與外加劑有較好的適應(yīng)性，在配制混凝土?xí)r用水量要少，流動(dòng)性要好；
四、重視出廠水泥溫度的控制；
五，季節(jié)變化對(duì)水泥凝結(jié)時(shí)間的要求。
2水泥質(zhì)量波動(dòng)對(duì)預(yù)拌混凝土性能的影響
2.1水泥配方所產(chǎn)生的影響
水泥在制作過(guò)程中，其水泥熟料中礦物含量會(huì)直接對(duì)水泥性能產(chǎn)生影響，所以說(shuō)，水泥配方不同預(yù)拌混凝土性能也會(huì)存在一定的差異性。目前，在市場(chǎng)上有部分水泥廠家，為了提高水泥質(zhì)量，在實(shí)際生產(chǎn)過(guò)程中就盡可能的提高水泥強(qiáng)度。一味的提高水泥強(qiáng)度，從而導(dǎo)致水泥中高強(qiáng)度礦物（C3S、C3A）含量較多，強(qiáng)度越高的水泥，水化反應(yīng)時(shí)產(chǎn)生的水化熱也越大，且大部分熱量會(huì)在3天內(nèi)釋放出去。然而，由于大量的水化熱不易在短時(shí)間內(nèi)散發(fā)，混凝土內(nèi)部溫度不斷上升，其表面散熱快，內(nèi)外形成溫差，特別是在晝夜溫差大的地區(qū)，差值更大。內(nèi)部溫度最高可達(dá)50℃～70℃，這時(shí)混凝土內(nèi)部產(chǎn)生膨脹，外部混凝土冷縮變形，產(chǎn)生拉應(yīng)力。這時(shí)的`商品混凝土抗拉強(qiáng)度低，當(dāng)內(nèi)部的拉應(yīng)力大于混凝土的拉應(yīng)力時(shí)，就會(huì)產(chǎn)生裂縫。溫度裂縫一般出現(xiàn)在澆注后3～5天，是貫穿的且很深。由此可見(jiàn)，水泥配方會(huì)對(duì)預(yù)拌混凝土性能產(chǎn)生影響，在使用過(guò)程中，要按照實(shí)際情況進(jìn)行合理的選擇，并不是強(qiáng)度越高的水泥就越好。
2.2水泥強(qiáng)度波動(dòng)的影響
2.2.1混凝土強(qiáng)度與水泥強(qiáng)度的關(guān)系
按JGJ55-2000<普通混凝土配合比設(shè)計(jì)規(guī)程>的計(jì)算公式，碎石混凝土強(qiáng)度f(wàn)cu，o與水泥28d膠砂強(qiáng)度f(wàn)ce存在如下關(guān)系：
從式（1）可知，當(dāng)水灰比（W/C）一定時(shí)，混凝土強(qiáng)度將隨水泥28d膠砂強(qiáng)度變化而變化，但不同等級(jí)混凝土（水灰比W/C不同）的強(qiáng)度變化率不一樣。當(dāng)水泥強(qiáng)度變化（Δfce）1MPa時(shí)，理論上各等級(jí)混凝土強(qiáng)度的變化值（Δfcu，o）在0.67～1.50MPa范圍內(nèi)變化。若把“Δfcu，o/Δfce”定義為混凝土強(qiáng)度隨水泥強(qiáng)度波動(dòng)的“敏感系數(shù)”，則可以看出，高標(biāo)號(hào)混凝土（C40及以上，敏感系數(shù)>1.0）的強(qiáng)度對(duì)水泥強(qiáng)度波動(dòng)較為敏感。
2.2.2水泥強(qiáng)度波動(dòng)對(duì)混凝土強(qiáng)度的影響
混凝土配合比設(shè)計(jì)配制的強(qiáng)度等級(jí)與水泥強(qiáng)度有著密切聯(lián)系。由于水泥強(qiáng)度波動(dòng)大，造成混凝土強(qiáng)度波動(dòng)大，這是屢見(jiàn)不鮮的。商混公司從經(jīng)濟(jì)合理性角度出發(fā)，設(shè)計(jì)配比的富余強(qiáng)度值常制定在標(biāo)準(zhǔn)強(qiáng)度值的1.15～1.25倍。在其它原材料等不變的情況下，當(dāng)水泥強(qiáng)度低于正常供應(yīng)的水泥強(qiáng)度值超過(guò)5MPa時(shí)，混凝土28d強(qiáng)度質(zhì)量會(huì)受到威脅。
2.3水泥需水性波動(dòng)的影響
影響水泥標(biāo)準(zhǔn)稠度需水量的因素很多，主要同熟料的礦物組成、晶型結(jié)構(gòu)、煅燒速度、冷卻效果，混合材的種類、品質(zhì)、摻量，石膏的品種、品位、摻量，以及水泥的顆粒級(jí)配、顆粒形貌、粉磨溫度等因素相關(guān)。
其中造成熟料需水性大的原因主要有：由于原材料質(zhì)量或配料不當(dāng)?shù)仍蛟斐墒炝现性缙谒俣葮O快的鋁酸鹽礦物含量過(guò)多；由于煅燒操作或工藝方面的原因造成熟料中礦物玻璃體含量少、鋁酸鹽礦物大都完整地結(jié)晶析出；另外熟料燒結(jié)太差，游離鈣含量太高，以及熟料中堿含量太高而硫酸鹽飽和度又不夠等因素同樣會(huì)使熟料的需水性增大。大部分火山灰質(zhì)混合材由于其表面微孔多，總表面積大對(duì)水份吸附大，一般隨其摻量的增加，水泥的需水性迅速增大；而礦渣、優(yōu)質(zhì)粉煤灰等混合材由于其微粉填充效應(yīng)和顆粒間的滾珠”效應(yīng)，水泥的需水性相對(duì)較小。
對(duì)于水泥來(lái)說(shuō)主要是水泥中可溶性石膏量不足或水泥細(xì)度過(guò)細(xì)，微顆粒過(guò)多，水泥水化速度過(guò)快，消耗的水太多引起；另外，由于粉磨工藝的原因造成水泥顆粒圓度系數(shù)低，同樣增加水泥的需水性。為此我們?cè)鲞^(guò)一個(gè)實(shí)驗(yàn)，就是讓從輥壓機(jī)出來(lái)的粉餅經(jīng)打散機(jī)攪散再經(jīng)選粉機(jī)篩選后，達(dá)標(biāo)的細(xì)粉不再進(jìn)入球磨機(jī)直接入成品庫(kù)，結(jié)果出廠水泥標(biāo)準(zhǔn)稠度從正常時(shí)的28%左右一下提高到了32%。這主要是因?yàn)閺妮亯簷C(jī)出來(lái)的水泥顆粒是經(jīng)過(guò)強(qiáng)力擠破的，形狀極不規(guī)則，外表粗糙，顆粒間流動(dòng)阻力大，而且總表面積也大，對(duì)水分的吸附大，從而造成標(biāo)準(zhǔn)稠度大幅上升。
可以推測(cè)，如果再要維持混凝土強(qiáng)度基本不變，每方混凝土就需相應(yīng)增加水泥用量10kg以上，這對(duì)混凝土的成本就影響很大了；如果不增加用水量，那么混凝土的坍落度就要減少20mm以上，這直接影響建筑施工操作。
標(biāo)準(zhǔn)稠度需水量大的水泥同外加劑特別是同萘系外加劑的適應(yīng)性往往很差，主要表現(xiàn)在混凝土坍落度經(jīng)時(shí)損失偏大。
2.3.1水泥需水性與混凝土用水量的關(guān)系
水泥的需水性一般以標(biāo)準(zhǔn)稠度用水量來(lái)表征，配制混凝土?xí)r，單位體積混凝土的用水量與水泥的標(biāo)準(zhǔn)稠度用水量有一定的對(duì)應(yīng)關(guān)系。當(dāng)其他條件不變時(shí)，為達(dá)到一定的流動(dòng)性（坍落度），混凝土用水量將隨水泥標(biāo)準(zhǔn)稠度用水量的增大而增大。對(duì)普通混凝土，水泥標(biāo)準(zhǔn)稠度用水量每增減1%，要維持混凝土坍落度不變，則每m3混凝土用水量相應(yīng)約增減6～8kg水�？锍⻊僖运鄻�(biāo)準(zhǔn)稠度用水量為25%作為標(biāo)準(zhǔn)值，得出混凝土用水量隨水泥標(biāo)準(zhǔn)稠度用水量增減而變化的經(jīng)驗(yàn)公式：
ΔW=C（N-0.25）×0.8（2）
式中：
ΔW——每m3混凝土用水量變化值，kg/m3；
C——每m3混凝土水泥用量，kg/m3；
N——水泥標(biāo)準(zhǔn)稠度用水量，%。
2.3.2水泥需水性變化對(duì)混凝土強(qiáng)度的影響
理論上，要保持混凝土的強(qiáng)度不變，當(dāng)混凝土用水量發(fā)生變化時(shí)，應(yīng)保持水灰比不變相應(yīng)調(diào)整水泥用量，但這在實(shí)際生產(chǎn)操作中很難做到。由于試驗(yàn)條件和工藝設(shè)備的限制，預(yù)拌混凝土廠很難根據(jù)每批水泥的需水性變化而調(diào)整水泥用量，大多數(shù)情況下的做法反而是保持水泥用量及砂石等材料用量不變，而根據(jù)坍落度值來(lái)調(diào)整用水量。這樣混凝土實(shí)際水灰比將隨水泥需水性的變化而變化，相應(yīng)地影響混凝土的強(qiáng)度。
2.3.3水泥需水性變化對(duì)混凝耐久性的影響
標(biāo)準(zhǔn)稠度大，即用水量大的水泥對(duì)混凝土水灰比有著直接的影響，不僅影響到混凝土強(qiáng)度的下降，而且反映出混凝土用水量大、坍落度損失快、收縮大、開(kāi)裂多、碳化大、耐久性降低。所以標(biāo)準(zhǔn)稠度大的水泥應(yīng)引起水泥界人士的重視。
2.4水泥出廠溫度以及儲(chǔ)存時(shí)間所產(chǎn)生的影響
水泥出球磨機(jī)的溫度約在90～105℃之間，如出磨水泥入庫(kù)后當(dāng)天即被運(yùn)送至商混站水泥庫(kù)，特別在夏季氣溫較高，水泥溫度下降緩慢，隨即使用該水泥時(shí)溫度往往超過(guò)60℃，有時(shí)高達(dá)80～90℃。較高溫度的新鮮水泥正電性強(qiáng)，吸附外加劑能力強(qiáng)，致使外加劑的適應(yīng)性變差，造成混凝土坍落度損失很大，給混凝土質(zhì)量控制帶來(lái)一定難度。而且，使用熱水泥會(huì)出現(xiàn)水化速度較快，水化熱高，需水量大，直接影響混凝土的工作性和耐久性。
所以，水泥出磨后應(yīng)有個(gè)存儲(chǔ)期，這對(duì)穩(wěn)定水泥品質(zhì)性能有多方面益處，隨著存儲(chǔ)時(shí)間的延長(zhǎng)，水泥溫度逐步下降，水泥中f-CaO吸收空氣中的水汽后轉(zhuǎn)變成Ca（OH）2，吸收空氣中的CO2后轉(zhuǎn)變成CaCO3，自然消化其活性，這對(duì)水泥安定性等有利。水泥中C3A與C3S等礦物同樣受到存儲(chǔ)時(shí)間的延長(zhǎng)，其自身的性能得到改善，水泥進(jìn)入較長(zhǎng)時(shí)間段的正常發(fā)揮階段。這些性能的改善可能由于水泥在粉磨過(guò)程中使顆粒內(nèi)部?jī)r(jià)鍵斷裂，使粉磨物料顆粒表面產(chǎn)生大量靜電荷，隨著存儲(chǔ)時(shí)間延長(zhǎng)，靜電荷逐漸消失，水泥溫度的下降，部分顆粒吸收來(lái)自石膏中的水分與空氣中水分，使得水泥性能與外加劑的相容性趨于正常發(fā)揮，混凝土的工作性能得以在正常范圍內(nèi)。
2.5水泥同外加劑適應(yīng)性
水泥同外加劑適應(yīng)性不好，在實(shí)際工程中主要表現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：
一是混凝土拌和物初始流動(dòng)度很差，明顯達(dá)不到設(shè)計(jì)要求，減水率低于用基準(zhǔn)水泥的檢測(cè)值；
二是混凝土初始流動(dòng)度較好，但經(jīng)時(shí)損失較大；
三是所配制的高流動(dòng)性混凝土有明顯嚴(yán)重的泌水離析，甚至出現(xiàn)“扒底”的現(xiàn)象；
四是出現(xiàn)不正常凝結(jié)現(xiàn)象，如有急凝、假凝現(xiàn)象發(fā)生。
至于混凝土出現(xiàn)異常凝結(jié)現(xiàn)象，如長(zhǎng)時(shí)間得不到硬化，從筆者的經(jīng)驗(yàn)看主要有兩點(diǎn)：一可能是水泥的凝結(jié)時(shí)間太長(zhǎng)，二可能是緩凝型外加劑摻量過(guò)多或低品位的礦物摻合料摻入過(guò)多所致；混凝土出現(xiàn)“急凝”的原因則可能是水泥生產(chǎn)中使用了硬石膏或某些工業(yè)廢石膏，而外加劑中又有木鈣或糖鈣成份，因?yàn)槟锯}和糖鈣中的還原糖會(huì)大大降低硬石膏在液相中的溶解度，使之很難溶出為水泥漿體系提供必要的SO4根離子，也就無(wú)法快速在C3A表面上形成大量AFt，造成C3A大量水化，形成較多的水化鋁酸鈣結(jié)晶體并相互連接，這一結(jié)果輕者導(dǎo)致混凝土坍落度損失過(guò)快，嚴(yán)重者將導(dǎo)致混凝土異常快凝。因此，對(duì)于預(yù)拌混凝土所用水泥，應(yīng)采用品位較好的天然二水石膏作調(diào)凝劑。
在實(shí)際生產(chǎn)中，混凝土坍落度經(jīng)時(shí)損失大的問(wèn)題，主要出現(xiàn)在氣溫較高時(shí)段，一般通過(guò)適當(dāng)調(diào)整外加劑配方可以緩解或克服，比如復(fù)合少量的保坍成份。
3結(jié)語(yǔ)
上述討論雖然只是從理論上、在極端條件下，分析水泥強(qiáng)度、需水性和凝結(jié)時(shí)間等質(zhì)量指標(biāo)波動(dòng)對(duì)混凝土性能的影響，實(shí)際生產(chǎn)中由于各種因素的綜合疊加、相互抵消，因水泥質(zhì)量波動(dòng)引起預(yù)拌混凝土的質(zhì)量波動(dòng)不一定有這么大，但從中也可以看出，水泥質(zhì)量的波動(dòng)對(duì)混凝土質(zhì)量穩(wěn)定性的影響非常大，特別是水泥強(qiáng)度和需水性變化對(duì)高標(biāo)號(hào)混凝土的強(qiáng)度影響顯著，應(yīng)引起水泥廠和預(yù)拌混凝土廠的重視。因而，預(yù)拌混凝土應(yīng)選擇強(qiáng)度波動(dòng)小、細(xì)度控制合理、凝結(jié)時(shí)間穩(wěn)定正常、同外加劑適應(yīng)性良好的水泥，從而確保預(yù)拌混凝土的性能。
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