浅析水泥质量波动对预拌混凝土性能影响

陈福生

摘 要：预拌混凝土主要指的是建筑施工过程中较为常见的混凝土拌合物，在我国建筑行业不断发展的过程中，预拌混凝土使用量也在不断增加，而其应用质量则会直接受到水泥质量波动的影响，为了确保预拌混凝土性能，文章主要对水泥质量波动对其性能所造成的影响进行了分析。

关键词：水泥质量波动；预拌混凝土；性能影响

在建筑施工过程中，预拌混凝土属于必不可少的一项材料，但是，在应用这项材料的过程中，其经常会存在着一些通病，最终致使预拌混凝土性能受到影响，从而也对工程质量造成了影响。预拌混凝土在实际使用过程中，其性能经常会受到水泥质量波动影响，如果水泥质量存在一定问题，预拌混凝土在浇筑搅拌过程中就会出现浇筑不牢固、搅拌不均匀等问题，为了有效的避免水泥质量对预拌混凝土性能造成不利影响，笔者也对其进行了以下的分析。

1 预拌混凝土对水泥质量的要求

水泥作为预拌混凝土中重要组成成分，其质量波动会直接对预拌混凝土性能造成影响，为了确保预拌混凝土的性能稳定，预拌混凝土企业对散装水泥除了要求正常的指标合格外，还有如下几个方面的特殊要求：首先，水泥的匀质性和稳定性，因为水泥质量的不稳定，将会严重影响混凝土质量，使混凝土的强度大起大落；二、水泥中混合材品种、石膏品种的选择及掺量要科学、合理；三、与外加剂有较好的适应性，在配制混凝土时用水量要少，流动性要好；四、重视出厂水泥温度的控制；五，季节变化对水泥凝结时间的要求。

2 水泥质量波动对预拌混凝土性能的影响

2.1 水泥配方所产生的影响

水泥在制作过程中，其水泥熟料中矿物含量会直接对水泥性能产生影响，所以说，水泥配方不同预拌混凝土性能也会存在一定的差异性。目前，在市场上有部分水泥厂家，为了提高水泥质量，在实际生产过程中就尽可能的提高水泥强度。一味的提高水泥强度，从而导致水泥中高强度矿物（C3S、C3A）含量较多，强度越高的水泥，水化反应时产生的水化热也越大，且大部分热量会在3天内释放出去。然而，由于大量的水化热不易在短时间内散发，混凝土内部温度不断上升，其表面散热快，内外形成温差，特别是在昼夜温差大的地区，差值更大。内部温度最高可达50℃～70℃，这时混凝土内部产生膨胀，外部混凝土冷缩变形，产生拉应力。这时的商品混凝土抗拉强度低，当内部的拉应力大于混凝土的拉应力时，就会产生裂缝。温度裂缝一般出现在浇注后3～5天，是贯穿的且很深。由此可见，水泥配方会对预拌混凝土性能产生影响，在使用过程中，要按照实际情况进行合理的选择，并不是强度越高的水泥就越好。

2.2 水泥强度波动的影响

2.2.1 混凝土强度与水泥强度的关系

按JGJ55-2000<普通混凝土配合比设计规程>的计算公式，碎石混凝土强度fcu，o与水泥28d胶砂强度fce存在如下关系：

从式（1）可知，当水灰比（W/C）一定时，混凝土强度将随水泥28d胶砂强度变化而变化，但不同等级混凝土（水灰比W/C不同）的强度变化率不一样。当水泥强度变化（Δfce）1MPa时，理论上各等级混凝土强度的变化值（Δfcu，o）在0.67～1.50MPa范围内变化。若把“Δfcu，o/Δfce”定义为混凝土强度随水泥强度波动的“敏感系数”，则可以看出，高标号混凝土（C40及以上，敏感系数>1.0）的强度对水泥强度波动较为敏感。

2.2.2 水泥强度波动对混凝土强度的影响

混凝土配合比设计配制的强度等级与水泥强度有着密切联系。由于水泥强度波动大，造成混凝土强度波动大，这是屡见不鲜的。商混公司从经济合理性角度出发，设计配比的富余强度值常制定在标准强度值的1.15～1.25倍。在其它原材料等不变的情况下，当水泥强度低于正常供应的水泥强度值超过5MPa时，混凝土28d强度质量会受到威胁。

2.3 水泥需水性波动的影响

影响水泥标准稠度需水量的因素很多，主要同熟料的矿物组成、晶型结构、煅烧速度、冷却效果，混合材的种类、品质、掺量，石膏的品种、品位、掺量，以及水泥的颗粒级配、颗粒形貌、粉磨温度等因素相关。

其中造成熟料需水性大的原因主要有：由于原材料质量或配料不当等原因造成熟料中早期水化速度极快的铝酸盐矿物含量过多；由于煅烧操作或工艺方面的原因造成熟料中矿物玻璃体含量少、铝酸盐矿物大都完整地结晶析出；另外熟料烧结太差，游离钙含量太高，以及熟料中碱含量太高而硫酸盐饱和度又不够等因素同样会使熟料的需水性增大。大部分火山灰质混合材由于其表面微孔多，总表面积大对水份吸附大，一般随其掺量的增加，水泥的需水性迅速增大；而矿渣、优质粉煤灰等混合材由于其微粉填充效应和颗粒间的滚珠”效应，水泥的需水性相对较小。

对于水泥来说主要是水泥中可溶性石膏量不足或水泥细度过细，微颗粒过多，水泥水化速度过快，消耗的水太多引起；另外，由于粉磨工艺的原因造成水泥颗粒圆度系数低，同样增加水泥的需水性。为此我们曾做过一个实验，就是让从辊壓机出来的粉饼经打散机搅散再经选粉机筛选后，达标的细粉不再进入球磨机直接入成品库，结果出厂水泥标准稠度从正常时的28%左右一下提高到了32%。这主要是因为从辊压机出来的水泥颗粒是经过强力挤破的，形状极不规则，外表粗糙，颗粒间流动阻力大，而且总表面积也大，对水分的吸附大，从而造成标准稠度大幅上升。

可以推测，如果再要维持混凝土强度基本不变，每方混凝土就需相应增加水泥用量10kg以上，这对混凝土的成本就影响很大了；如果不增加用水量，那么混凝土的坍落度就要减少20mm以上，这直接影响建筑施工操作。

标准稠度需水量大的水泥同外加剂特别是同萘系外加剂的适应性往往很差，主要表现在混凝土坍落度经时损失偏大。

2.3.1 水泥需水性与混凝土用水量的关系

水泥的需水性一般以标准稠度用水量来表征，配制混凝土时，单位体积混凝土的用水量与水泥的标准稠度用水量有一定的对应关系。当其他条件不变时，为达到一定的流动性（坍落度），混凝土用水量将随水泥标准稠度用水量的增大而增大。对普通混凝土，水泥标准稠度用水量每增减1%，要维持混凝土坍落度不变，则每m3混凝土用水量相应约增减6～8kg水。匡楚胜以水泥标准稠度用水量为25%作为标准值，得出混凝土用水量随水泥标准稠度用水量增减而变化的经验公式：

ΔW=C（N-0.25）×0.8（2）

式中：

ΔW——每m3混凝土用水量变化值，kg/m3；

C——每m3混凝土水泥用量，kg/m3；

N——水泥标准稠度用水量，%。

2.3.2 水泥需水性变化对混凝土强度的影响

理论上，要保持混凝土的强度不变，当混凝土用水量发生变化时，应保持水灰比不变相应调整水泥用量，但这在实际生产操作中很难做到。由于试验条件和工艺设备的限制，预拌混凝土厂很难根据每批水泥的需水性变化而调整水泥用量，大多数情况下的做法反而是保持水泥用量及砂石等材料用量不变，而根据坍落度值来调整用水量。这样混凝土实际水灰比将随水泥需水性的变化而变化，相应地影响混凝土的强度。

2.3.3 水泥需水性变化对混凝耐久性的影响

标准稠度大，即用水量大的水泥对混凝土水灰比有着直接的影响，不仅影响到混凝土强度的下降，而且反映出混凝土用水量大、坍落度损失快、收缩大、开裂多、碳化大、耐久性降低。所以标准稠度大的水泥应引起水泥界人士的重视。

2.4 水泥出厂温度以及储存时间所产生的影响

水泥出球磨机的温度约在90～105℃之间，如出磨水泥入库后当天即被运送至商混站水泥库，特别在夏季气温较高，水泥温度下降缓慢，随即使用该水泥时温度往往超过60℃，有时高达80～90℃。较高温度的新鲜水泥正电性强，吸附外加剂能力强，致使外加剂的适应性变差，造成混凝土坍落度损失很大，给混凝土质量控制带来一定难度。而且，使用热水泥会出现水化速度较快，水化热高，需水量大，直接影响混凝土的工作性和耐久性。

所以，水泥出磨后应有个存储期，这对稳定水泥品质性能有多方面益处，随着存储时间的延长，水泥温度逐步下降，水泥中f-CaO吸收空气中的水汽后转变成Ca（OH）2，吸收空气中的CO2后转变成CaCO3，自然消化其活性，这对水泥安定性等有利。水泥中C3A与C3S等矿物同样受到存储时间的延长，其自身的性能得到改善，水泥进入较长时间段的正常发挥阶段。这些性能的改善可能由于水泥在粉磨过程中使颗粒内部价键断裂，使粉磨物料颗粒表面产生大量静电荷，随着存储时间延长，静电荷逐渐消失，水泥温度的下降，部分颗粒吸收来自石膏中的水分与空气中水分，使得水泥性能与外加剂的相容性趋于正常发挥，混凝土的工作性能得以在正常范围内。

2.5 水泥同外加剂适应性

水泥同外加剂适应性不好，在实际工程中主要表现在以下几个方面：一是混凝土拌和物初始流动度很差，明显达不到设计要求，减水率低于用基准水泥的检测值；二是混凝土初始流动度较好，但经时损失较大；三是所配制的高流动性混凝土有明显严重的泌水离析，甚至出现“扒底”的现象；四是出现不正常凝结现象，如有急凝、假凝现象发生。

至于混凝土出现异常凝结现象，如长时间得不到硬化，从笔者的经验看主要有两点：一可能是水泥的凝结时间太长，二可能是缓凝型外加剂掺量过多或低品位的矿物掺合料掺入过多所致；混凝土出现“急凝”的原因則可能是水泥生产中使用了硬石膏或某些工业废石膏，而外加剂中又有木钙或糖钙成份，因为木钙和糖钙中的还原糖会大大降低硬石膏在液相中的溶解度，使之很难溶出为水泥浆体系提供必要的SO4根离子，也就无法快速在C3A表面上形成大量AFt，造成C3A大量水化，形成较多的水化铝酸钙结晶体并相互连接，这一结果轻者导致混凝土坍落度损失过快，严重者将导致混凝土异常快凝。因此，对于预拌混凝土所用水泥，应采用品位较好的天然二水石膏作调凝剂。

在实际生产中，混凝土坍落度经时损失大的问题，主要出现在气温较高时段，一般通过适当调整外加剂配方可以缓解或克服，比如复合少量的保坍成份。

3 结语

上述讨论虽然只是从理论上、在极端条件下，分析水泥强度、需水性和凝结时间等质量指标波动对混凝土性能的影响，实际生产中由于各种因素的综合叠加、相互抵消，因水泥质量波动引起预拌混凝土的质量波动不一定有这么大，但从中也可以看出，水泥质量的波动对混凝土质量稳定性的影响非常大，特别是水泥强度和需水性变化对高标号混凝土的强度影响显著，应引起水泥厂和预拌混凝土厂的重视。因而，预拌混凝土应选择强度波动小、细度控制合理、凝结时间稳定正常、同外加剂适应性良好的水泥，从而确保预拌混凝土的性能。

参考文献

[1] 林永权.水泥质量波动对预拌混凝土性能的影响[J].水泥，2003（01）：20-25.

[2] 曹海波.水泥质量波动对预拌混凝土性能的影响[J].现代装饰（理论），2014（03）：171-172.

[3] 王蕾.水泥对预拌混凝土性能的影响[J].四川水泥，2017（01）：9.

[4] 文柏贞.浅议水泥性能对预拌混凝土品质的影响[J].商品混凝土，2005（05）：20-23.