水泥的各項物理和化學(xué)指標(biāo)解讀

水泥的各項物理和化學(xué)指標(biāo)解讀水泥的物理與化學(xué)性能指標(biāo)：1.1水泥的強度GB175—2007通用硅酸鹽水泥標(biāo)準(zhǔn)中，水泥膠砂強度檢驗配比由水泥1：標(biāo)準(zhǔn)砂3：水膠比0.5（w/c）的試驗取得。這是為克服本應(yīng)用水泥漿試塊形成和試驗中存在一定難度與偏差大而采用的試驗方法。水泥的強度來自水泥石中礦物，水泥硬化體強度增長分為C3S>C2S>C4AF>C3A；C3A礦物早期強度高，早期水化熱大，但C3A對總的水泥強度增長中貢獻應(yīng)該是最小的?，F(xiàn)代水泥生產(chǎn)中有適當(dāng)降低C3A礦物含量的訴求。水泥強度除受四種礦物組成與水灰比的影響外，還與石膏摻入量、水泥顆粒、礦物料的摻入、拌和程度、拌和方式、養(yǎng)護條件等因素有關(guān)?；炷僚浜媳鹊脑O(shè)計配制的強度等級與水泥強度有著密切聯(lián)系。由于水泥強度波動大，造成混凝土強度波動大，這是屢見不鮮的。商混公司從經(jīng)濟合理性角度出發(fā)，設(shè)計配比的富余強度值常制定在標(biāo)準(zhǔn)強度值的1.15~1.25倍。在其原材料等不變情況下，當(dāng)水泥強度與正常供應(yīng)的水泥強度值超過低于5Mpa時，混凝土28d強度質(zhì)量會受到威脅。目前商品混凝土公司逐步增多采用P.O42.5R型水泥，現(xiàn)行標(biāo)準(zhǔn)中P.O42.5R型水泥3d強度為22Mpa,而P.O42.5水泥3d強度為17Mpa,相差5Mpa；雖然正常供應(yīng)的P.O42.5水泥3天強度也能達到22Mpa,但水泥廠為了確保R型水泥的早期強度要求，或多或少會采取一些提高水泥早期強度的措施。如適當(dāng)提高水泥熟料中C3S與C3A礦物含量，增加水泥的比表面積，調(diào)整混合材的摻量與品種，摻用助磨劑，使用脫硫石膏等措施。這些措施中多項對商品混凝土的塌落度損失，凝結(jié)時間，早期塑性收縮，增加裂縫機率及耐久性質(zhì)量有影響。水泥品質(zhì)除需注重硬性指標(biāo)強度等外，考慮對商品混凝土性能潛移默化的影響是水泥科技領(lǐng)域界探討與研究的方向。1.2水泥細度水泥細度是水泥廠生產(chǎn)中檢測頻次最多的物理性能指標(biāo)。水泥細度的粗細對水泥的水化速率與水化完全程度有著相當(dāng)影響。水泥細度粗，粗顆粒水泥的水化速率減慢，并使其不能水化的顆粒量增多，影響著水泥強度的正常發(fā)揮。水泥細度過細，使水泥早期水化速率加快，早期水化放熱速率增快，水泥早期強度明顯提高，如不能合理的調(diào)整水泥煅燒熟料的配比，水泥后期強度增長減少，28d以后的強度增長減少對水泥石的耐久性有影響。所以，水泥細度應(yīng)控制在適當(dāng)范圍內(nèi)，讓其水化速率適合水泥強度正常發(fā)揮的要求中。即3d到28d強度能增長0.8倍或以上，并能繼續(xù)增長。GB175—2007通用硅酸鹽水泥標(biāo)準(zhǔn)中增加了R型水泥，水泥廠為了適應(yīng)R型水泥早強要求，普遍采用提高水泥出磨細度措施使水泥早期強度得到提高。目前水泥廠提供的水泥比表面積在350~370㎡/kg居多，比表面積比該標(biāo)準(zhǔn)前使用的水泥約提高10%左右。水泥比表面積的提高水泥的質(zhì)量指標(biāo)并沒有什么影響，但大型水泥廠的水泥85%以上都是供給混凝土公司應(yīng)用，比表面積提高加速水泥顆粒完全水化，對混凝土的外加劑適應(yīng)性，塌落度經(jīng)時損失，早期塑性收縮，干燥收縮等均有一些影響，施工后如再不有效養(yǎng)護時，混凝土的碳化，耐久性都會有影響。1.3水泥的標(biāo)準(zhǔn)稠度標(biāo)準(zhǔn)稠度是標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的一個水泥漿體稠度。標(biāo)準(zhǔn)稠度用水量是指水泥與加入的水按要求攪拌達到標(biāo)準(zhǔn)稠度時所需的用水量，水與水泥質(zhì)量之比以百分?jǐn)?shù)表示。標(biāo)準(zhǔn)稠度試驗的目的是測定水泥凝結(jié)時間、安定性及水化熱。當(dāng)水泥與水混合時，發(fā)生復(fù)雜的物理和化學(xué)反應(yīng)，水與水泥顆粒表面的礦物立即發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，生成含有水份的化合物，并釋放出一定的熱量，這就是“水化”。水泥與水拌合后，形成具有可塑性的漿體，然后逐漸變稠，失去的塑性達到規(guī)定值，這就稱為“凝結(jié)”。水泥標(biāo)準(zhǔn)稠度用水量的多少與多方面因素有關(guān)，在相同的礦物含量時水泥也會顯示出不同用水量，因水泥的水化活性取決于其加工過程，即水泥熟料煅燒速率、溫度和冷卻效果，這些會影響到礦物相在熟料中的分布，晶體尺寸大小，晶體缺陷的程度，晶型轉(zhuǎn)變等。熟料粉磨水泥時有個石膏摻量問題，很重要的是C3A的活性和硫酸鈣（CaSO4）的溶解度、溶解速率，并與溶液中的硫酸鹽離子濃度和可溶堿等有關(guān)。水泥用水量的多少明顯的影響到外加劑適應(yīng)性問題，通常用水量小的水泥與外加劑適應(yīng)性均較好，反之就差。標(biāo)準(zhǔn)稠度大，即用水量大的水泥對混凝土水灰比有著直接的影響，影響到混凝土強度的下降，反映出混凝土用水量大，塌落度損失快，收縮大，開裂多，碳化大，耐久性降低。所以水泥的標(biāo)準(zhǔn)稠度上升應(yīng)引起水泥界人士的重視。1.4水泥的凝結(jié)時間水泥與水拌和反應(yīng)的物理變化是水泥漿體從可工作的塑性狀態(tài)轉(zhuǎn)變成堅硬，脆性材料。水泥漿凝結(jié)過程分為初凝和終凝，可以采用標(biāo)準(zhǔn)的方法進行測定比較。水泥中摻入一定量的石膏能起到調(diào)節(jié)水泥的凝結(jié)時間的功能。當(dāng)水泥中未摻石膏與水拌和會產(chǎn)生急凝現(xiàn)象，其鋁酸鹽相（C3A）會與水迅速反應(yīng)，C3S也會有顯著的水化作用。水泥比表面積又高時，則會產(chǎn)生急凝。急凝后產(chǎn)生的水泥團塊很難再散開，所以對水泥混凝土的品質(zhì)會產(chǎn)生很壞的影響。但急凝程度取決于C3A含量及水泥比表面積大小程度等。當(dāng)C3A含量在8%以下，比表面積不超過320㎡/kg時，一般還不會產(chǎn)生急凝；當(dāng)C3A含量較低，而比表面積較高時仍有可能產(chǎn)生急凝。但不摻石膏的水泥熟料是較難粉磨的，由于水泥中缺少CaSO4含量，即生成的鈣礬石與硅酸鈣凝膠比例失調(diào)，造成水泥強度受到一定影響。當(dāng)水泥中低摻量石膏時，對水泥的調(diào)凝時間并不能起到有效作用；試驗證明水泥中SO3含量達到1.5以上調(diào)凝時間作用有顯著改善。但由于SO3過高時對水泥體積產(chǎn)生膨脹破壞，所以，要注意根據(jù)石膏中SO3含量來確定水泥中石膏摻量，一般石膏摻量在3~6%之間。1.5水泥中的SO3含量GB175—2007通用硅酸鹽水泥標(biāo)準(zhǔn)中規(guī)定，水泥中SO3含量不得超過3.5%。水泥中的SO3含量主要來自石膏中，石膏的摻入量對水泥的凝結(jié)、強度、干燥收縮、標(biāo)準(zhǔn)稠度用水量、體積穩(wěn)定性、吸水膨脹及水化速率等都有一定或顯著的影響。所以石膏摻量有個最佳值范圍的問題。水泥中一定范圍內(nèi)的SO3含量控制著C3S的水化，C3A與SO3反應(yīng)生成鈣礬石則在誘導(dǎo)期維持漿體流動性，鈣礬石的生成對凝結(jié)時間并沒有直接影響，直至硅酸鈣凝膠（C-S-H）的大量形成漿體流動性減小逐漸變硬，水泥漿體出現(xiàn)從初凝到終凝。石膏的摻入影響到C3S、C3A的水化與體積的穩(wěn)定性，最佳摻入量應(yīng)對應(yīng)最大強度和最小干縮。而事實上石膏摻量并不能確定對應(yīng)最大強度與最小干縮；因此，實際水泥生產(chǎn)中采用控制摻量范圍。但當(dāng)石膏含量過多，在漿體凝結(jié)后仍會產(chǎn)生過多的鈣礬石，并導(dǎo)致漿體微結(jié)構(gòu)膨脹破壞。而石膏含量過少會產(chǎn)生Aft相不足，使得水泥水化和強度發(fā)展變得延緩，并受一定影響。水泥中一定的適量含堿量會增加對應(yīng)石膏最佳摻量的范圍。1.6水泥中混合材的摻入在磨制水泥過程中，為了增加水泥產(chǎn)量，降低水泥生產(chǎn)成本與改善水泥的某些性能，常摻入一定量的礦物混合材。這些混合材的摻入，可以延緩水泥的水化速度，提高水泥的保水性能與粘度，對水泥早期強度有所下降，但后期強度能達到或超過不摻混合材的水泥。對新拌混凝土塌落度損失有延時作用。目前混凝土公司均采用摻混合材的方法拌制混凝土，適量的混合材摻入對混凝土的施工性能與耐久性有利，能降低混凝土裂縫機率。水泥中混合材有粒化高爐渣、粉煤灰、火山灰、石灰石、煤干石、鋼渣、煤渣、窯灰等。由于混合材品種及摻量不同，對水泥產(chǎn)生的品質(zhì)性能變化也有差異，摻礦渣的水泥具有一定的泌水性，而摻窯灰、煤渣的水泥時有標(biāo)準(zhǔn)稠度用水量偏大，干燥收縮也大。對混凝土的徐變、抗?jié)B、抗凍融性能會產(chǎn)生不利影響，新拌混凝土的塌落度損失偏大，耐久性也會受到一定影響。1.7水灰比（水膠比）眾所周知，水灰比是設(shè)計混凝土強度等級重要參數(shù)，根據(jù)水灰比法則，在一定范圍內(nèi)混凝土強度與拌和物的水灰比成正比，其水灰比（W/C）越小,混凝土強度和體積穩(wěn)定性越高。水泥膠砂同樣具有水灰比越小強度越高的性質(zhì)。對于相同水灰比而言，水泥水化程度越高，則水泥水化越趨于完全，而毛細孔和未水化水泥顆粒的量相對越少，水泥石結(jié)構(gòu)密實，強度相對就高，耐久性就好。水灰比增大，毛細孔所占比例相應(yīng)增加，機體的密實度降低，而該水泥石的強度與耐久性隨之降低。現(xiàn)代混凝土的很重要手段，充分利用外加劑的減水功效來降低混凝土的水灰比，使混凝土得以向高強、高性能發(fā)展。1.8氯離子的含量GB175—2007通用硅酸鹽水泥標(biāo)準(zhǔn)中，增加了氯離子限量的要求，即水泥中氯離子含量不大于0.06%。氯離子在水泥中的含量得到限量是非常必要的?；炷林械穆入x子可稱得上多米諾骨牌效應(yīng)，主要來自水泥與外加劑中微量元素，在混凝土中極為少量，但長期處在各種環(huán)境介質(zhì)中往往會造成不同程度的損害和整體破壞。而混凝土組成材料的特性及內(nèi)部缺陷更能造成混凝土損害和破壞，其中就與氯離子含量有相當(dāng)關(guān)系。一方面混凝土是一種多孔的多相無機復(fù)合材料，混凝土表面粗糙，尤其是有裂縫的表面狀態(tài)與陶瓷、金屬成相基層差異很大；混凝土本身抗凍、抗?jié)B、抗碳化及抗氯離子滲透能力起著侵蝕鋼筋構(gòu)筑物的關(guān)鍵作用。另一方面混凝土內(nèi)部氯離子含量同樣影響著結(jié)構(gòu)物中鋼筋的脫鈍，當(dāng)鋼筋表面的氯離子含量達到或超過臨界濃度時就產(chǎn)生脫鈍。如混凝土中一定量的氧和水供給，鋼筋陽極處失去電子生銹，結(jié)構(gòu)進入腐蝕階段，隨著時間的推延，脫鈍推進的速度主要取決于外部環(huán)境及混凝土本身的氯離子含量與缺陷及抵抗氯離子擴散性能。脫鈍的鋼筋產(chǎn)生膨脹破壞構(gòu)造體，使構(gòu)筑物耐久性受到嚴(yán)重影響。1.9水泥中的堿含量水泥生產(chǎn)所采用的原材料中會帶入一些微量組分，這些小于1%的化學(xué)組分對水泥熟料的煅燒過程及礦物性能產(chǎn)生著重要的影響。微量組分中最主要的為氧化鈉（Na2O）和氧化鉀（K2O），通常以R2O=Na2O+0.658K2O百分?jǐn)?shù)表示。少量堿存在于水泥生產(chǎn)的原燃料中并不一定全是不利的影響，堿對降低水泥熟料煅燒溫度有利，主要是需看它以什么樣的形態(tài)存在于水泥熟料中。通用硅酸鹽水泥標(biāo)準(zhǔn)中，要求P.O42.5水泥的堿（R2O）含量≤0.6%。水泥中堿含量高時給混凝土中發(fā)生堿骨料反應(yīng)提供了首要條件?；炷涟l(fā)生堿骨料反應(yīng)的條件為；1.混凝土中具有足夠的堿（堿含量3.0kg/m3）；2.骨料中具堿活性物質(zhì)；3.工程處在一定濕度的環(huán)境條件下。三個條件同時存在時才會發(fā)生堿骨料反