高性能水泥研究进展与评述

王冰

【摘要】目前，全社会对水泥混凝土工程质量要求不断提高，对其生产的高消耗（能源和自然资源）、高环境负荷问题十分关注。因此，本文就高性能水泥最近几年相关的研究与进展进行了总结，以供参考。

【关键词】高性能水泥 研究进展 评述

一、高性能水泥的定义

高性能水泥是随着高性能混凝土的出现而出现的，显然，高性能水泥的定义应该根据高性能混凝土的定义给出。作为混凝土的第一组分材料，水泥的性能是制备高性能混凝土（缩写HPC），关键性的因素。笔者将用来制备HPC的水泥称之为高性能水泥。可见高性能水泥是与HPC互相匹配和适应的，并且体现在以这种水泥配制的混凝土具有高工作性、高强度、高耐久性。

高工作性主要表现为高流动性、高抗离析性、高保水性、高保塑性和高兼容性；高强度表现为早期相对强度高，强度绝对值高，强度衰减期较长；高耐久性主要表现为高抗渗性、高尺寸稳定性、高抗蚀性和高抗碱集料反应性等。一种性能优良的水泥应当是上述几个方面的综合体现，而不是由某一方面性能指标（例如强度，的高低来衡量的。因为制备高性能混凝土除了要求水泥强度以外，还取决于水泥对混凝土制备工艺的适应性等因素。

二、国内研究与应用的现状

国内高性能水泥已经在许多方面取得了令人鼓舞的成果：①对于高性能水泥的特点、基本性能有了相当程度的掌握；②对高性能混凝土的性能要求对应的水泥性能要求进行了初步研究，认识了一些水泥性能与混凝土性能的对应关系；③初步确定了高性能水泥的技术要求；④探讨了高性能水泥性能的若干影响因素，这将为改善和提高高性能水泥的性能提供依据；⑤与高性能水泥技术要求相关的检验方法得到重视，但是研究工作较少；⑥对高性能水泥的生产方法进行了多方面的探讨，并取得一定成果。部分水泥厂进行了高性能水泥的生产尝试；⑦进行了高性能水泥生产与应用的基础理论研究；⑧进行了高性能水泥绿色化生产的研究，提出了一些绿色化生产的措施。

三、高性能水泥原材料分析

普通硅酸盐水泥熟料主要矿物成分为硅酸三钙（C₃S）、硅酸二钙（C₂S）、铝酸三钙（C₃A）、铁铝酸四钙（C₄AF），对水化胶凝具有决定性的成分为硅酸三钙。而环保高性能水泥是在普通水泥当中加入高活性具有胶凝作用的硅、铝基材料，同时含有少量Fe₂O₃、CaO和MgO。通过将普通水泥与一定比例的添加剂混合研磨，制得具有较高胶凝性的水泥。

目前，我国目前的工艺条件和技术水平，不论是回转窑厂还是立窑厂，生产高强度的水泥已经不太困难，但是市场上达到高性能水泥技术标准的为数不多。对高性能水泥的技术要求进行量化，对高性能水泥的生产、使用具有重要意义，只有具有了量化的技术要求，高性能水泥才能按要求生产，才能成为商品走人市场。

四、技术要求的检验方法

目前，高性能水泥技术要求的检验方法的研究成果较少，在水泥与减水剂相容性的检验方法方面做的工作也有限。罗云峰等比较Marsh筒法与微型坍落度仪法的试验结果后认为：Marsh筒法侧重反映水泥净浆的表观黏度，宜用于测定减水剂的饱和点；微型坍落度仪法侧重反映水泥净浆的屈服值，宜用于测定流动性经时损失。吴笑梅等介绍了Marsh筒法检验水泥与减水剂相容性的方法。徐海军等进行了减水剂与水泥相容性测定方法的比较研究，比较了微型坍落度仪法、旋转黏度计和Marsh筒法，研究结果认为Marsh筒法具有灵敏度高、重复性强和容易操作的特点，同时与混凝土的流变性能具有良好的相关性。张大康在工程配制C100自流平混凝土的同时，试验了微型坍落度仪法与混凝土流变性能的关系，试验结果表明，至少在C100超高强自流平混凝土的条件下，按GB/T8077-2000测定的水泥净浆流动度与混凝土的流变性能没有明确一致的相关关系。

蔡安兰等进行了水泥胶砂干缩试验方法的探讨性研究，提出了一种新的水泥胶砂干缩性试验方法。王听等进行了水泥抗氯离子渗透试验方法的研究，初步提出了评定水泥抗氯离子渗透能力的指标。笔者认为，考虑高性能混凝土低水胶比和普遍使用高效减水剂的使用条件，高性能水泥技术要求检验的净浆或胶砂，可能需要加入减水剂和降低水灰比。

五、环保高性能水泥水化机理分析

研究表明，高性能水泥及相關混凝土与普通水泥相比均表现较好的性能优势，在此通过电镜扫描分析泥土及高性能水泥的水化作用。泥土0.075mm以下为松散颗粒状分布，经过与环保高性能水泥水化反应后，松散泥土颗粒之间形成骨架连接，以稳定团状结构包裹，这与高性能水泥中添加剂中高浓度的硅、铝基材料强大的胶凝性能有关，除加强水泥自身胶凝作用，同时激活泥土中含有的非活性但具有硅、铝成分的基团，提高泥土自身潜在的胶凝性能，降低含泥量对胶凝作用的影响。其原理为大量硅酸三钙与水反应，生成水化硅酸钙（C-S-H）和氢氧化钙，当水化过程进行到一定程度后，固相Ca（OH）₂从溶液中结晶析出，水化硅酸钙沉积在被水所填充的孔隙中，附在颗粒表面，形成胶凝体。

对粒度分布和颗粒形貌与水泥性能的研究先于高性能水泥的研究，已经取得许多成果并为大家所熟知。从充分发挥熟料活性，减少10μm特别是3μm以下颗粒，防止水泥早期过快水化的角度考虑，水泥应有尽量窄的粒度分布，窄的粒度分布会导致水泥的需水量增加，其原因是粒度分布变窄，颗粒偏离最紧密堆积密度越远，颗粒的空隙率越大。高性能混凝土在掺加高效减水剂和低水胶比的使用条件下，粒度分布均匀性系数与水泥流变性能的关系有必要进一步试验。笔者认为，粉磨过程应该使熟料10μm特别是3μm以下颗粒数量尽量少，以防止水泥早期过快地水化；同时又不含有过多的45μm以上的颗粒，以最大限度地发挥熟料的活性，即要求熟料具有较窄的粒度分布。而水泥中的10μm以下和45μm以上颗粒可以由混合材补充。

总之，高能性水泥对我国的建筑行业启着重大的作用。所以必须确定高性能水泥的技术要求，开发与高性能水泥技术要求对应的检验方法，探讨制定高性能水泥标准的必要性和可行性。此外，评价某种水泥质量的优劣，应当是在符合国家标准的前提下，考核其满足建筑工程所需要的各种技术要求的能力。

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