浅谈硅酸盐水泥的品质指标控制

朱会霞

水泥是建筑工业三大基本材料之一,使用广,用量大,素有“建筑工业的粮食”之称。近年来,水泥在宇航、信息及其他新兴工业中的需求也越来越大。因此,水泥工业在整个国民经济中起着十分重要的作用。在目前甚至未来相当长的时期内,水泥仍是人类社会的主要建筑材料。为了保证建筑工程的质量,控制硅酸盐水泥的品质指标最为关键。

硅酸盐水泥的品质指标,是衡量水泥品质及保证水泥质量的重要依据。水泥质量可以通过化学指标和物理指标加以控制和评定。

水泥的化学指标主要是控制水泥中有害物质的化学成分不超过一定限量,若超过了最大允许限量,即意味着对水泥性能和质量可能产生有害的或潜在有害的影响。

水泥的物理指标主要是保证水泥具有一定的物理力学性能,满足水泥使用要求,保证工程质量。

硅酸盐水泥技术指标主要有不溶物、烧失量、细度、凝结时间、安定性、MgO含量、SO3含量、碱含量及强度指标。

1 硅酸盐水泥的化学和物理指标及评定方法

硅酸盐水泥的化学和物理指标及评定方法见表1。

表1 硅酸盐水泥的化学和物理指标

1)不溶物。不溶物是指水泥经酸和碱处理,不能被溶解的残留物。其主要成分是结晶SiO2,其次是R2O3(指Al2O3,Fe2O3),它属于水泥中的非活性组分之一。

2)烧失量。水泥烧失量是指水泥在950℃～1 000℃高温下煅烧失去的质量百分数。水泥中不溶物和烧失量指标主要是为了控制水泥制造过程中熟料煅烧质量以及限制某些组分材料的掺量。

3)细度。细度即水泥的粗细程度,通常以比表面积或筛余量表示。水泥需有足够的细度,使用中才能具有良好的和易性、不泌水等施工性能,并具有一定的早期强度,从而满足施工进度要求。水泥颗粒过粗既不利于水泥活性的发挥,又影响其保水成浆的性能。从水泥生产来说,水泥的粉磨细度直接影响水泥的能耗、质量、产量和成本,故实际生产中必须权衡利弊作出适当的控制。

水泥细度的调节通过粉磨工艺过程的控制来实现。

4)凝结时间。水泥凝结时间是水泥从和水开始反应到失去流动性,即从可塑状态发展到固体状态所需要的时间,分初凝时间和终凝时间两种。初凝时间是指水泥加水拌和起到标准稠度净浆开始失去塑性的时间。终凝时间是指水泥加水拌和起到标准稠度净浆完全失去塑性的时间。为保证水泥使用时砂浆或混凝土有充分时间进行搅拌、运输和砌筑,必须要求水泥有一定的初凝时间;当施工完毕又希望混凝土能较快硬化、较快脱模,因此,又要求水泥有不太长的终凝时间。凝结时间的调节可以通过加入适量的石膏来实现,并使其达到标准的要求。

5)安定性。水泥硬化后体积变化的均匀性称为水泥体积安定性,简称安定性。安定性是水泥质量指标中最重要的指标之一,它直接反映水泥质量的好坏。如果水泥中某些成分的化学反应发生在水泥水化过程中甚至硬化后,致使剧烈而不均匀的体积变化(体积膨胀)足以使建筑物强度明显降低甚至溃裂,这种现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种:熟料中游离氧化钙、方镁石含量过高及水泥中石膏掺加量过多。因此,确保水泥安定性合格的有效途径就是控制熟料中游离氧化钙、方镁石含量及水泥中石膏掺加量在一个适当的范围内。当水泥中游离氧化钙含量达到一定程度时,将造成水泥混凝土体积膨胀而使结构破坏。因此水泥标准对安定性有严格要求,一般均采用雷氏或试饼法、沸煮法检验,而不规定游离氧化钙含量指标。

6)MgO含量。水泥中氧化镁含量过高时,由于其缓慢的水化和体积膨胀效应可使水泥硬化体结构破坏。但总结国内水泥生产使用实践,并经大量科研和调查证明,水泥中MgO含量不大于5.0%时对水泥混凝土工程质量有保证,故标准中规定水泥中MgO含量过高和方镁石晶体颗粒过大,将造成后期膨胀的潜在危害性,且游离MgO比游离CaO更难水化,沸煮法不能鉴定。因此,必须采用压蒸安定性试验进行检验。

7)SO3含量。水泥中的三氧化硫主要是生产水泥时为了调节凝结时间加石膏而带入的,此外,水泥中掺入窑灰,采用石膏矿化剂,使用高硫燃煤会把SO3带入硅酸盐水泥熟料中。通过对不同SO3含量的各种水泥的物理性能试验表明,硅酸盐水泥中SO3含量超过3.5%后,强度下降,膨胀率上升,硬化后水泥的体积膨胀,甚至结构破坏,因此,规定水泥中三氧化硫含量不得超过3.5%。

8)碱含量。标准中规定水泥中碱含量按钠碱含量(Na2O+0.658K2O)计算值来表示。水泥混凝土中的碱骨料反应与混凝土中拌合物的总碱量、骨料的活性程度及混凝土的使用环境有关。为防止碱骨料反应,不同的混凝土配比和不同使用环境对水泥中碱含量的要求也不一样,因此,标准中碱含量应不大于0.60%,在用户对碱含量不作要求时,可以协商制订指标。

2 强度与强度等级

1)水泥强度。水泥强度是水泥试体净浆在单位面积上所能承受的外力。它是水泥技术要求中最关键的主要性能指标,又是设计混凝土配合比的重要依据。由于水泥在拌水后硬化过程中强度是逐渐增大的,通常以各龄期的抗压强度、抗折强度或水泥标号来表示水泥的强度增长速率。一般称3 d或7 d以前的强度为早期强度,28 d及其后的强度称为后期强度,也有将3个月以后的强度称为后期强度。由于水泥到28 d时强度大部分发挥出来,以后强度增大相当缓慢,所以通常用28 d的强度作为水泥质量的分级来划分硅酸盐水泥的强度等级。

2)强度等级与水泥标号。强度等级是按规定龄期的抗压强度和抗折强度来划分的,各强度等级水泥的各龄期强度值不得低于表2中的数值。硅酸盐水泥的强度等级分42.5,42.5R,52.5,52.5R,62.5,62.5R共六个,其中R型属早强型水泥,它具有比普通水泥3 d强度高的特点,而28 d的强度指标完全相同。

表2 硅酸盐水泥的强度指标(依据GB 175-2007)

强度等级的另一种称谓就是人们习惯称之的水泥标号。水泥标号俗称商品标号,是按水泥强度高低分等级的一种称呼。它的意思是指除28 d抗压强度达到相应指标外,各龄期的抗压强度、抗折强度均要求达到规定的指标。水泥标号仅是等级划分,没有单位。硅酸盐水泥分425,425R,525,525R,625,625R六个标号。

凡符合某一标号的水泥必须同时满足表内所规定的各龄期抗压强度、抗折强度的相应指标。若其中任一龄期抗压或抗折强度指标达不到所要求标号的规定,则以其中最低的某一个强度指标计算水泥的强度等级。

水泥的质量控制主要是品质指标的控制,它是水泥生产的最后一道工艺环节,是确保出厂水泥符合国家标准要求的最后一关,也是最重要的一关。

[1]孙晓华.低水灰比下硅酸盐水泥的水化性能和微观结构[J].山西建筑,2007,33(2):178-179.