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1、优质水泥的评价 樊 粤 明 华南理工大学材料学院 2014.11.26 水泥技术交流 （一）水泥的品质现质现 状 1、为施工快速的需求，过分追求水泥早强； 2、为节约粉磨电耗及提高水泥强度，造成水泥颗粒分布集中，性能（相容性、 耐久性）较差； 3、过分追求窑台产（仅看f-CaO，升重），造成水泥与外加剂相容性差； 4、只看水泥强度、成本，滥用混合材，造成水泥性能较差。 （二）以上现现状带带来的一系列问题问题 1、生产依赖于优质石灰石资源（高KH，P配料）； 2、熟料烧成难度增大，窑的热负荷大，热耗高； 3、水泥比表面积提高，水化热大，砼开裂事故频发； 4、水泥与外加剂相容性差，混凝土抗疲劳、抗
2、冲击性、耐磨性下降， 干缩增大。 1. 水泥的品质现状及存在问题 2. 优质水泥的评价 p良好的外加剂相容性； p合理的强度性能：适当的早期强度、较 高的后期及远龄期强度； p水泥的矿物组成及颗粒组成合理，有利 于提高混凝土的各项性能。 从砼角度：工作性能、力学性能、耐久性能、体积稳定性 （1） 现代混凝土施工性能的要求： 在设定W/C及一定外加剂掺量条件下，达到最大的塌 落度、扩展度、可泵性和较小的经时损失（和易性好）。 影响这一性能的因素很多，如配制技术、砂、石、掺合料 等材料，但水泥是重要的因素之一。 （2）外加剂相容性的评价方法及指标 达到200mm净浆流动度时的外加剂掺量 净浆流动度
3、经时损失 达到平均值20mm的合格率 2.1 满足混凝土的工作性能（外加剂相容性） 纯萘系减水剂 w/c=0.29 （3）相容性（掺掺量、经时损经时损 失、稳稳定性）对对混凝土的影响 a)对工作性能：掺量低掺量小，流动度大; 经时损失小坍损小 稳定性好生产控制难度低 b)对配制成本：相容性差的水泥配制混凝土成本高，难以配制高强及 高工作性的混凝土。 （4）影响相容性的因素 从水泥的角度讲：熟料矿物组成、烧成制度、水泥颗粒 分布、石膏品种与掺量、混合材品种与掺量，有害组分等。 因此，从混凝土性能要求出发发，水泥具有良好与稳稳定的 外加剂剂相容性是配制优质优质 混凝土必需具备备的条件，这这是评评
4、价优质优质 水泥的重要指标标之一。 2.2 满足混凝土的力学性能（水泥胶砂强度） 混凝土强度取决于结构的致密程度及水泥的胶凝性。水泥的 胶凝性主要依赖水泥的28天及远期胶砂强度；水泥早强高，对 减少施工养护及加快模板周转有利，对混凝土的耐久性不利。 （1）混凝土的抗压强度与水泥胶砂强度的关系 鲍罗米公式：RhA Rc（C/WB） 当C（CF）时 RcR(C+F) Rh试配强度（MPa）； Rc水泥28d胶砂强度（MPa） C/W灰水比；A、B与骨料性能、砂率等有关的常数 由此可见：a) Rc与Rh （28天强度的关系） 胶凝性 b) C/W与 Rh的关系 混凝土的致密性 因此：强度高，有利于混
5、凝土W/C降低（与外加剂相 容性好，需水量低）的水泥，则有利于提高混凝土的强度 。 水泥工程技术人员往往更重视从提高水泥胶砂强度来 提高水泥的质量，而忽视了或尚未认识到水泥对混凝土用 水量的影响更为重要。 从事配制混凝土材料的工程技术人员，往往是通过改 变W/C来设计混凝土的强度。要在混凝土中实现较低的 W/C，水泥必须具有良好的外加剂相容性。 （2）不同龄期水泥胶砂强度对混凝土耐久性的影响 a）水泥早强（3d）高，水化放热快且大，导致混凝土内部温升快且 高，冷却后残余的温度应力较高，混凝土的抗裂性能下降 ，往往对混 凝土的耐久性不利。 b ) 水泥后期（28d）及远龄 期（90d或180d）
6、强度高，对混凝土的强度 补充与自愈合能力非常重要。这是因为作为多相复合材料，混凝土不 可避免存在结构缺陷，且它通常处于日晒雨淋、干湿交替、冻融循环 ，甚至更加恶劣的环境条件下，漫长使用过程中强度损失或受到损害 或破坏难以避免。 由此可见，水泥3d强度是施工的要求（缩短养护时间，加快模板 周转），水泥28d强度是混凝土设计强度的需要，而远龄期强度指标则 是混凝土耐久性（强度补充及自愈合）的需要。水泥合理或较低的早 期强度，较高的后期及远龄期强度是优质水泥重要的性能指标之一。 （这种不同龄期的强度要求与水泥熟料的矿物组成设计有很大关系） 2.3 满足混凝土其它耐久性能 现代混凝土建筑由于投资大、规
7、模大，对混凝土的耐 久性要求越来越高，否则会造成巨大的浪费。除了对水泥 强度要求之外，还对水泥的水化热、胶砂干缩率、抗疲劳 、抗冲击性等方面的要求越来越高（如：大体积工程、道 路、管桩等）。 为揭示熟料矿物组成对混凝土多项性能的影响，使水 泥生产技术人员能更好地认识所设计生产的产品对混凝土 建筑工程及构件性能的影响，本实验选取了均由5000t/d新 型干法窑生产的具有不同矿物组成的四种水泥熟料，加入 适量二水石膏，在小磨 (500mm500mm) 制成相同比表 面积（350-360m2/kg）的P42.5硅酸盐水泥。 编号 1d抗 压 1d抗 折 3d抗 压 3d抗 折 28d抗 压 28d抗
8、 折 60d抗 压 60d抗 折 90d抗 压 90d抗 折 C118.24.135.06.960.59.264.39.667.89.9 C213.03.428.26.053.98.963.89.86610.0 C311.83.128.85.953.68.960.69.763.610.3 C414.03.332.06.155.28.860.49.663.39.8 编号C3SC2SC3AC4AF Clinker157.3219.569.4110.21 Clinker256.9317.635.0714.23 Clinker356.4417.222.7916.66 Clinker461.9210.8
9、84.4814.68 2.3.1熟料矿物组成及其胶砂强度 2.3.2 不同龄期的水化热（kJ/kg） 编号1d 3d C1 215.0 272.5 C2 171.1 265.2 C3 183.3 272.6 C4 170.7 291.6 C3A的影响较大C3S的影响较大 水泥水化热，主要是关注1、3天水化热的差异。而熟料中C3A、 C3S含量是影响1,3天水化热最主要的因素。由于混凝土材料散热 慢，早期水化热，材料温升，结构应力，易开裂，耐久性 。故水泥早期强度越高，水化热越大，工程开裂越多，混凝土 的耐久性越差。 2.3.3 胶砂干缩 混凝土收缩率Sc与砂浆收缩率Sp的关系: Sc=Sp(1
10、-a)n （Sc与Sp的W/C要相对应） a骨料的体积分数 n经验数值 1.21.7 由此可见混凝土的收缩率与水泥胶砂收缩率成正比 砂浆收缩率 C4C1C3C2，即高C3S含量 水泥胶砂收缩量相对较大，而 C3S、C2S含量接近时，较高的 C3A和较高的C4AF都会导致水 泥胶砂收缩增加。 （1）混凝土配合比及强度 水灰比水水泥砂1-2石1-3石 减水剂 0.441543506834048093.08 2.3.4 混凝土实验结果 编号28d抗压28d抗折90d抗压90d抗折 C149.1 5.1 53.8 5.4 C241.4 4.7 50.9 5.3 C342.5 4.6 51.6 5.3
11、C444.9 4.6 52.4 5.2 从混凝土的28天强度对比结果，有C1C4C3C2；90天强度差异已不大了。 （kg/m3 ） （MPa） 抗疲劳性能 混凝土四点加载作用胶砂三点加载作用 应力水平S=0.7 特征循环值R=0.1 44% 61% （1）从 混凝土C1、C2、C3的抗疲劳次数结果得出，当（C4AF+C3A）含量基本相同 时，（C4AF/C3A）比值增加，混凝土抗疲劳能力。 （2）从混凝土C2与C4对比可知，熔剂矿物含量及组成相近时，C3S含量愈高，混凝 土的抗疲劳性能愈差，28d高31%，90d高39%。C3抗疲劳性能最好，28d比C4高44%， 90d高61%。但从水泥胶
12、砂强度看C3是最差的，C1和C4是最好的。 （3）砂浆抗疲劳性能和混凝土的结果基本一致。再次说明混凝土的抗疲劳性能要 求与水泥胶砂强度要求不一致。 （3） 抗冲击性能 落锤冲击试验机 冲击 作用 后试 块 落锤作用过程 28d龄期时，C1 C4 C2 90d龄期时，C1 C4 C2 随着龄期增加，低C3S高C2S含量水泥的混 凝土在抗冲击性能上有更大的提高。 C1、C2、C3的抗冲击次数随着熟料中 C4AF/C3A比值的增加而增多；C1、C4 样C3S含量最多，抗冲击性能最差 抗冲击是低周疲劳损坏。其规律与混凝土抗高周疲劳结果一致。 即C3S、C3A含量高的水泥，其混凝土抗冲击性能较差。 滚珠
13、轴承式耐磨试验机实物图 滚 珠 轴 承 式 耐 磨 试 验 机 （4） 耐磨性能 C2 C4C2高于C4约31% C2S的作用 C1、C2、C3的耐磨度随着熟料中 C4AF/C3A比值的增加而增多。 水泥矿物组成对混凝土的抗耐磨影响的规律与抗疲劳规律基本一致： （1）混凝土及砂浆C1、C2、C3的耐磨度随熟料中C4AF/C3A比值的增加而增多。 （2）养护龄期从28d延长至90d，C2S含量差异对耐磨性能的影响更为显著。 上述结果表明： p当熟料中熔剂矿物总量在19-20%时，随着熟料中 C4AF/C3A比值提高，所配制混凝土的抗疲劳、抗 冲击、耐磨性能都显著提高； p当熟料中硅酸盐矿物总量相
14、近时，低C3S高C2S含 量水泥配制的混凝土的抗疲劳、抗冲击、耐磨性 能优于高C3S低C2S含量水泥配制的混凝土。应在 保证C3S含量满足强度要求的前提下，提高熟料中 C2S、C4AF，减少C3A矿物的含量对提高配制混凝 土的抗疲劳、抗冲击、耐磨性能有利。 综上所述，若从水泥配制混凝土的多项性能 来考虑，优质水泥应该具有下列特点： （1）标准稠度用水量低 （ 25%） （2）良好的外加剂相容性（流动度三项指标） （3）较高的胶凝性（28d及远龄期强度） （4）良好的矿物组成（C4AF13%，C3A7 C2S 20,f-CaO 1， C3S：5560% （5）低水化热 （3d 270KJ/kg） （6）水泥颗粒组成均匀系数n1。 优质水泥的目标：能满足混凝土的不同用途要求，配制混凝 土具有良好的工作性能、力学性能、耐久性能，体积稳定性 及实现最低的混凝土生产成本。 混凝土致密性与高 工作性能的保证 混凝土较高力 学性能的保证 混凝土的耐久性及 体积稳定性 谢 谢 关 注！
