对水泥性能指标及检验方法的构想

对水泥性能指标及检验方法的构想分析研究究了新拌混凝凝土性能指标标与水泥有关关性能指标的的关系,结果表明,目前水泥的的性能指标尚尚不能很好地地与新拌混凝凝土的性能指指标对应。从从新拌混凝土土的质量要求求和主要性能能指标出发,对相应的水水泥性能指标标及检验方法法的建立提出出了建议。力力求通过简便便可行的检验验,其结果能够够与新拌混凝凝土的性能有有很好的相关关关系。0引言从满足混凝凝土质量的角角度出发,探索对水泥泥性能指标和和生产工艺的的要求,已有一些研研究成果[1～6]。特别是混混凝土行业的的研究人员,对水泥细度度、碱含量、C3A含量、强度(特别是早期期强度)、水化热、标标准稠度用水水量、石膏的的种类与含量量等水泥的性性能指标与混混凝土性能的的关系进行了了探讨[2～5]。这些意见见尤其值得水水泥行业研究究者和生产者者关注。水泥泥在混凝土中中的使用表现现,是评价水泥泥质量最终也也应该是唯一一的标准,水泥的质量量必须满足混混凝土这一最最终产品性能能的要求。水泥性能指指标与混凝土土性能之间的的关系十分复复杂,目前两者之之间或者难以以确定定量关关系,或者虽有一一定程度的定定量关系,但这种定量量关系受到许许多因素的制制约。曾经发发现,混凝土搅拌拌站使用不同同水泥厂相同同品种和强度度等级的水泥泥,按相同配比比配制的混凝凝土性能差异异巨大;或者,配制性能相相同的混凝土土,水泥和减水水剂使用量差差别巨大。将将不同水泥按按现有水泥标标准的技术要要求和检验方方法评价,却没有明显显差别。这种种现象,让我们不得得不重新考虑虑现有水泥标标准中技术要要求和检验方方法的合理性性。从混凝土土的性能指标标要求出发,探索对应的的水泥性能指指标,并力图使二二者之间具有有良好的相关关性,无论对混凝凝土行业还是是水泥行业都都具有重要意意义。本文为根据据混凝土质量量要求探讨水水泥性能指标标及检验方法法系列研究的的第一篇。根根据新拌混凝凝土的性能指指标要求,对相应的水水泥性能指标标及检验方法法提出了一些些构想,对其实用性性和标准化的的可能性给予予了特别的关关注。1新拌混凝土土与现有水泥泥性能指标对对比表1列出出了新拌混凝凝土与现有水水泥性能指标标及检验方法法的对比。其其中检验方法法只列出已经经形成国家标标准或行业标标准、法规的的部分。新拌拌混凝土的性性能主要是混混凝土的工作作性,除表1所列项目外,在一些资料[7,8]中还包括:可塑性、易易密实性、充充填性等项目目。水泥与高高效减水剂相相容性不属于于新拌混凝土土的性能,但是与新拌拌混凝土的性性能密切相关关,故在此一并并讨论。与新新拌混凝土性性能指标相关关的现有水泥泥性能指标是是胶砂流动度度、标准稠度度用水量、凝凝结时间和水水泥净浆流动动度,这些指标与与新拌混凝土土的工作性之之间均没有很很好的相关性性。2现有水泥性性能指标的局局限2.1水泥胶胶砂流动度下述试验分分析了胶砂流流动度与混凝凝土的工作性性之间的相关关性。使用的的5种水泥其胶胶砂流动度按按GB/T2419—2005检验,检验时固定定水灰比为0.5。按相同的的混凝土配比比(见表2)分别配制C40的流动性混混凝土,其坍落度按GB/T500800—2002检验,水泥胶砂流流动度与混凝凝土坍落度关关系如图1所示。2.2水泥凝凝结时间凝结时间反反映了水泥的的水化速度,理论上分析,凝结时间应应该与新拌混混凝土的工作作性有明显相相关性,在混凝土行行业,将缓凝剂与与高效减水剂剂复合使用,能够有效改改善混凝土的的工作性,特别是减少少坍落度损失失,已经成为共共识。但是,水泥厂的生生产实践表明明,水泥用户反反映混凝土坍坍落度减小,坍落度损失失偏大,分析原因的的时候,很少发现水水泥凝结时间间有明显的变变化。可能有有以下两个方方面的原因:第一,在影响水泥泥流变性能的的诸多因素中中,凝结时间只只是其中一个个影响不太明明显的因素;第二,正常生产条条件下,凝结时间呈呈长周期小振振幅波动,对水泥流变变性能的影响响不易察觉。在水泥厂原原料或生产工工艺有较大变变化,引起水泥凝凝结时间明显显变化时,水泥用户可可以察觉混凝凝土坍落度的的变化。例如如,某水泥厂使使用占石膏总总数量20%的磷石膏代代替天然石膏膏,因为磷石膏膏含有少量磷磷的缘故,水泥初凝时时间和终凝时时间均延长1h左右,混凝土搅拌拌站反映,混凝土的坍坍落度损失减减小。2.3水泥的的标准稠度用用水量在比较简单单的条件下,根据水泥的的标准稠度用用水量可以较较好地预测新新拌混凝土的的工作性。目目前还很少有有关于水泥标标准稠度用水水量与混凝土土工作性之间间相关性的定定量研究结果果,这里所言比比较简单的条条件是指2.2水泥凝凝结时间凝结时间反反映了水泥的的水化速度,理论上分析,凝结时间应应该与新拌混混凝土的工作作性有明显相相关性,在混凝土行行业,将缓凝剂与与高效减水剂剂复合使用,能够有效改改善混凝土的的工作性,特别是减少少坍落度损失失,已经成为共共识。但是,水泥厂的生生产实践表明明,水泥用户反反映混凝土坍坍落度减小,坍落度损失失偏大,分析原因的的时候,很少发现水水泥凝结时间间有明显的变变化。可能有有以下两个方方面的原因:第一,在影响水泥泥流变性能的的诸多因素中中,凝结时间只只是其中一个个影响不太明明显的因素;第二,正常生产条条件下,凝结时间呈呈长周期小振振幅波动,对水泥流变变性能的影响响不易察觉。在水泥厂原原料或生产工工艺有较大变变化,引起水泥凝凝结时间明显显变化时,水泥用户可可以察觉混凝凝土坍落度的的变化。例如如,某水泥厂使使用占石膏总总数量20%的磷石膏代代替天然石膏膏,因为磷石膏膏含有少量磷磷的缘故,水泥初凝时时间和终凝时时间均延长1h左右,混凝土搅拌拌站反映,混凝土的坍坍落度损失减减小。2.3水泥的的标准稠度用用水量在比较简单单的条件下,根据水泥的的标准稠度用用水量可以较较好地预测新新拌混凝土的的工作性。目目前还很少有有关于水泥标标准稠度用水水量与混凝土土工作性之间间相关性的定定量研究结果果,这里所言比比较简单的条条件是指水泥泥厂熟料质量量和粉磨工艺艺正常、稳定定,正常生产P·Ⅱ42.5RR水泥的时候,取大磨水泥,此为水泥样样品1;在水泥磨磨磨头取熟料、石石膏、混合材材料样品,按水泥磨的的配比配料,在试验小磨磨中粉磨至与与水泥样品1相同的比表表面积,此为水泥样样品2;在水泥样品1中掺入5%比表面积12000m2/kgg的高细石灰灰石粉,20%比表面积480m22/kg的矿渣粉,此为水泥样样品3。3个水泥样品品的物理性能能见表3。综合表3、表4的结果,比较水泥1和水泥2,二者成分组组成完全相同同,唯粉磨方式式不同,其标准稠度度用水量相差差明显。按预预期标准稠度度用水量较低低的水泥2应该具有较较大的混凝土土坍落度,但试验结果果正好相反。比比较水泥1和水泥3,水泥3在水泥1中加入了25%的比水泥更更细的混合材材料,水泥3比水泥1比表面积大大幅度提高,均匀性系数数和特征粒径径降低。水泥泥3标准稠度用用水量比水泥泥1略有减少;同时,水泥3拌制的混凝凝土坍落度大大于水泥1,坍落度经时时损失小于水水泥1。现有的有有限试验结果果,尚不足以确确切地探索发发生上述现象象的原因。但但至少可以肯肯定,水泥标准稠稠度用水量与与混凝土坍落落度之间的对对应关系只能能在特定的条条件下成立,水泥标准稠稠度用水量无无法确定地预预期混凝土的的工作性。2.4水泥净净浆流动度GB500119—2003和GB/T8077—2000都规定了使使用微型坍落落度仪的净浆浆流动度检验验方法。水泥泥净浆流动度度测试的本意意是为减水剂剂生产厂提供供了一种检验验、评价减水水剂产品质量量稳定性的方方法。该方法法用料少,简便快捷,便于减水剂剂生产厂家检检验产品质量量波动。近年年来,净浆流动度度检验结果被被广泛用作评评价水泥与减减水剂相容性性好坏的依据据,有些夸大了了该方法的作作用。研究表表明[10],,至少对于高高强度自流平平混凝土,净浆流动度度与混凝土坍坍落度之间没没有很好的相相关关系。尽管如此,,国内一些特特别关注水泥泥与高效减水水剂相容性问问题的企业,还是在根据据净浆流动度度对水泥质量量进行评价和和控制。在没没有更好的检检验方法之前前,净浆流动法法只能是有胜胜于无。目前前,水泥与减水水剂之间相容容性的研究成成为热点,许多水泥厂厂根据现代混混凝土大流动动度的要求,致力于改善善水泥与减水水剂的相容性性。但是,如果没有可可行、可靠的的相容性检验验方法,这方面的研研究和水泥厂厂的质量控制制就没有可靠靠的评价标准准。水泥与减减水剂相容性性的一些研究究成果,不同文献的的结论存在一一些差异,部分原因也也在于相容性性检验方法不不够可靠。净浆流动度度检验方法同同时提供了一一种基准水泥泥,可以用于评评价不同减水水剂对于水泥泥相容性的相相对值。这对对于该方法建建立的目的、用用途似乎已经经没有问题。但但是,基准水泥使使用量较大,同时难以保保证长期储存存后质量不发发生变化,限制了它的的应用。该方方法用于水泥泥的生产者和和使用者,有很大的局局限性。笔者者对数十个水水泥用户进行行调查,其中只有1个用户正在在使用基准水水泥,3个用户曾经经使用过基准准水泥,大多数用户户从来没有使使用过基准水水泥。该方法法没有提供基基准减水剂,用于水泥厂厂对水泥与减减水剂相容性性的评价显得得困难。大型型水泥厂往往往有数十个至至上百个用户户,这些用户使使用的减水剂剂虽然大多数数为萘系,但是质量参参差不齐,各个用户使使用各自的减减水剂检验的的净浆流动度度差距巨大。水水泥厂在水泥泥与减水剂相相容性正常的的情况下,面对个别由由于所用减水水剂质量不好好的用户提出出的相容性投投诉,在标准未提提供基准减水水剂及用户没没有基准水泥泥的情况下,能够提供的的水泥与减水水剂相容性良良好的证据显显得苍白无力力。3对新拌混凝凝土对应的水水泥性能指标标的构想对应新拌混凝土土性能指标,建议水泥建建立如下性能能指标来对应应,如表5所示。3.1混凝土土流动性及与与流动性相关关性能对应的的水泥性能指指标判断水泥泥在混凝土流流动性的表现现,最直接可靠靠的方法当然然是拌制混凝凝土,然后直接检检验混凝土的的流动性指标标。但该方法法存在以下不不足:1)石子、砂砂因为使用量量大,难以标准化,即使标准化,其试验材料料成本也很大大。2)试验过程程繁复,工作量大。3)水泥厂需需要增加混凝凝土试验设备备。寻找一种简简单易行,检验结果与与混凝土流动动性及与流动动性相关性能能有很好相关关性的检验方方法,无疑是各方方面所共同期期待的。该方方法应该满足足如下条件:1)同时满足足水泥、混凝凝土和减水剂剂三方的需要要。于水泥生产,可以用于评评价水泥对减减水剂的相容容性;于混凝土生生产,可以预期特特定的水泥、减减水剂在一定定水胶比、减减水剂掺入量量下配制混凝凝土的坍落度度;于减水剂生生产,可以用于评评价减水剂的的质量。2)具有明确确的流变学意意义,能够准确反反映流变学参参数。3)能够确定定减水剂饱和和掺入量、最最佳掺入量及及相应掺入量量下混凝土的的泌水性。4)由检验结结果和混凝土土的某些参数数,如砂灰比、水水胶比、石子子最大粒径构构造的函数,可以用于预预期混凝土流流动性及与流流动性相关性性能。5)提供基准准减水剂。6)试验材料料可以标准化化。7)试验方法法方便、快捷捷,试验仪器设设备不过于复复杂,试验费用低低廉。从20世世纪60年代开始,国外学者就就在努力寻求求一种简单的的试验方法,用以代替繁繁复的混凝土土试验。日本本学者通过大大量试验表明明,胶砂流动度度辅以砂灰比比、水胶比等等参数,与混凝土的的流动性有很很好的相关性性。目前日本本的水泥厂即即以胶砂扩展展度来评价水水泥在混凝土土中的流动性性。我国徐永永模等人[11,12]也进行了类类似的研究,结论表明,胶砂扩展度度可以多方面面地评价减水水剂与水泥的的相容性,以及在减水水剂作用下水水-水泥-细集料悬浮浮体系的稳定定性;可以得到极极限扩展度、减减水剂饱和掺掺入量和经时时损失等参数数;并且,胶砂扩展度度与混凝土扩扩展度具有很很好的相关性性。新拌混凝凝土的流动性性及与流动性性相关性能主主要取决于水水泥浆体的性性能,但由于混凝凝土中存在粗粗细集料,水泥净浆的的流变性能难难以简单地与与混凝土的流流变性能对应应。原因在于于水-水泥悬浮体体系与水-水泥-集料悬浮体体系的颗粒粒粒径差别太大大,前者处于微微米级,后者主要处处于毫米至厘厘米级。这种种颗粒尺寸的的差别使得不不同体系在黏黏性流动变形形中,颗粒之间的的内摩擦机制制存在显著不不同。混凝土土的流动性及及与流动性相相关性能可以以分为3个层次研究:以水为分散散体系的水泥泥浆体系;以水泥浆为为分散体系的的砂浆体系;以砂浆为分分散体系的混混凝土。水泥泥净浆的流变变性能与混凝凝土的流变性性能相关性较较差,直接检验混混凝土的流变变性能又存在在试验材料难难以标准化、试试验过程繁复复的问题,从实用化角角度考虑,对砂浆体系系的流变性能能进行表征的的胶砂扩展度度,可能是一个个很好的折中中。因此可以以将胶砂扩展展度作为与混混凝土流动性性及与流动性性相关性能对对应的水泥性性能指标。一一个值得注意意的问题,矿物掺合料料对混凝土流流动性及与流流动性相关性性能有显著影影响[13,14]。对于考察察水泥自身的的流变性能和和水泥与减水水剂相容性而而言,矿物掺合料料的影响不必必考虑;胶砂扩展度度与混凝土流流动性及与流流动性相关性性能建立相关关关系则必须须考虑矿物掺掺合料的影响响。胶砂扩展度的检检验方法在GB/T8077—2000已有规定,要满足本节节开始提出的的条件,尚需进一步步完善:1)用于评价价水泥与减水水剂相容性时时,首先需要将将砂标准化,为方便起见,可以使用符符合GB/T176711—1999要求的标准准砂。2)提供基准准减水剂。水水泥厂使用基基准减水剂可可以评价水泥泥与减水剂的的相容性;减水剂厂也也可以就近选选择市场销售售的水泥,用基准减水水剂确认它与与减水剂的相相容性没有问问题后,将该水泥用用于日常的质质量控制。3)确定试验验结果与混凝凝土的流动性性及与流动性性相关性能的的关系,尝试与混凝凝土的砂灰比比、水胶比、石石子最大粒径径构造出某个个函数,用于预期混混凝土的流动动性及与流动动性相关性能能。4)确定检验验方法的重要要参数,如砂灰比、水水灰比等。5)探讨重新新设计流动度度跳桌的必要要性。6)探讨对胶胶砂进行泌水水量检验的可可能性。7)将检验方方法标准化。目前国内尚尚没有基准减减水剂。花王王公司生产的的一种萘系基基准减水剂在在日本至少使使用了10年以上。笔笔者曾经对比比过贮存8年的产品和和新生产的产产品,净浆流动度度检验结果没没有区别。与混凝土的的坍落度类似似,胶砂扩展度度能够很好地地表征胶砂的的屈服值,但是几乎不不能反映胶砂砂的黏度。在在较大的水泥泥用量,掺入矿物掺掺合料、低水水胶比的条件件下,混凝土的黏黏度是一个必必须考虑的指指标。因此这这成为胶砂扩扩展度的一个个明显的缺陷陷。文献[15]报告了使用Orimeet法(漏斗法)评价高流动动性混凝土工工作度的研究究成果。文献献[16]报道了使用L型流动仪检检验大流动性性混凝土工作作性的研究成成果。这2种方法均可可以较好地表表征新拌混凝凝土的黏度,可以考虑经经过改进后用于检验胶砂的的黏度。减水剂对水水泥的最大分分散作用,必须以没有有明显泌水为为前提。因此此有必要尝试试检验最大扩扩展度或某一一扩展度下胶胶砂的泌水量量。如果可以以定量检验,还应该对其其进行限定。有有必要将①水泥与减水水剂的相容性性与②混凝土的流流动性及与流流动性相关性性能进行区分分,尽管二者之之间密切相关关。首先,混凝土的流流动性及与流流动性相关性性能受到的影影响因素更多多,如砂率、砂砂石级配、浆浆骨比等;其次,二者关注的的重点不同,水泥与减水水剂的相容性性更加关注水水泥或减水剂剂自身质量和和它们之间的的互相协调。胶胶砂扩展度的的检验方法应应该对此给予予充分考虑。3.2混凝土土保水性对应应的水泥性能能指标非干硬性混混凝土拌合物物在浇注与捣捣实以后、凝凝结(不再发生沉沉降)之前,表面会出现现一层水分或或水泥浮浆,这种现象称称为泌水[17]。水可以由由混凝土固体体颗粒的缝隙隙或毛细孔均均匀、缓慢地地向上渗透;也可以由混混凝土的局部部通道向表面面迅速传递。前前一种泌水与与水泥性能有有关;后一种泌水水主要取决于于混凝土的性性能,与水泥性能能关系不大。影影响混凝土泌泌水性的水泥泥方面的因素素包括:比表面积、颗颗粒分布、凝凝结时间、碱碱含量、C3A含量及SO3含量[18～20]。描述混凝土土泌水特性的的参数有:泌水量———混凝土拌合合物单位体积积的平均泌水水量;泌水率———泌水量与混混凝土拌合物物含水量之比比;泌水速度———析出水的速速度;泌水容量———混凝土拌合合物单位厚度度平均泌水深深度。可以归归结为泌水数数量和泌水速速度两个方面面。混凝土保水水性对应的水水泥性能指标标是水泥的保保水性,为简便起见,可用胶砂或或净浆作为检检验对象。目目前还没有水水泥胶砂或净净浆保水性的的检验方法。GB/T33183—2003《砌筑水泥泥》附录A提供了《砌砌筑水泥的保保水率测定方方法》,该方法以胶胶砂为检验对对象,按GB/T176711—1999