關(guān)于高性能水泥的探討

周冠東

焦作千業(yè)水泥有限責(zé)任公司（454150）

1 高性能水泥含義

隨著混凝土工程的大型化、工程環(huán)境的超復(fù)雜化以及應(yīng)用領(lǐng)域的不斷擴(kuò)大，人們對混凝土材料提出了高性能化的要求。作為混凝土第一組分材料，水泥的性能是制備高性能混凝土的關(guān)鍵因素。筆者稱為高性能水泥，二者是相互匹配和適應(yīng)的，并且體現(xiàn)在以這種水泥配制的混凝土具有高工作性、高強(qiáng)度、高耐久性。

高工作性——主要表現(xiàn)為高流動性、高抗離析性、高保水性、高保塑性和高適應(yīng)性；高強(qiáng)度——早期相對強(qiáng)度高、強(qiáng)度絕對值高、強(qiáng)度衰減期長；高耐久性——主要表現(xiàn)為高抗?jié)B性、高尺寸穩(wěn)定性、高抗蝕性和高抗堿集料反應(yīng)性。

一種性能優(yōu)良的水泥應(yīng)當(dāng)是上述三個方面的綜合體現(xiàn)，而不是由某一方面性能指標(biāo)（如強(qiáng)度）的高低來衡量的。

2 高性能水泥生產(chǎn)技術(shù)途徑

2.1 優(yōu)化熟料礦物組成

2.1.1 關(guān)于C3S

一般認(rèn)為C3S水化快，是強(qiáng)度骨干，且耐磨性好、干縮性小，但從3 d～28 d，水泥抗折強(qiáng)度增進(jìn)率隨C3S增加而減小,而抗壓強(qiáng)度增進(jìn)率明顯增大，這說明水泥石的脆性增大，抗裂性變差。同時，C3S的水化熱及放熱速率較大，僅次于C3A,這對大體積混凝土的施工是不利的。

2.1.2 關(guān)于C2S

C2S水化慢,約是C3S的1/20。其優(yōu)點是水化熱低，抗水性好，后期強(qiáng)度高，在一年之后可以趕上C3S。此外，C2S干縮性最小，是低需水性水泥的主要礦物。

2.1.3 關(guān)于C3A

C3A在4種礦物中水化、凝結(jié)最快，是水泥石產(chǎn)生早強(qiáng)的主要礦物，但強(qiáng)度絕對值不高，后期產(chǎn)生倒縮現(xiàn)象；C3A水化熱大且集中，水化后通過層間水的蒸發(fā)以及形成的水化產(chǎn)物在轉(zhuǎn)型過程中體積的縮小而產(chǎn)生較大的收縮。此外，C3A水化需水量較大，對水泥拌合物的流動性不利，C3A含量高，水泥石的抗硫酸鹽侵蝕性能差。

2.1.4 關(guān)于C4AF

C4AF耐磨性好，遠(yuǎn)比C3S顯著。C4AF與C3A比不僅有較高的早期強(qiáng)度，而且后期強(qiáng)度還能有所增長，對抗折強(qiáng)度的貢獻(xiàn)遠(yuǎn)大于抗壓強(qiáng)度，即脆性系數(shù)低。C4AF另一個重要作用是生成凝膠狀鐵酸鹽，使水泥石有較大的變形能力,但C4AF過高對熟料煅燒和水泥粉磨都會造成很大的困難。

2.1.5 水泥熟料礦物組成的控制

綜上所述，高性能水泥熟料應(yīng)有足夠的硅酸鹽礦物含量，溶劑礦物C4AF與C3A不宜過高。一般要求C3S與C2S合量在75%以上，C4AF與C3A合量在20%左右,新型干法對應(yīng)熟料三率值KH=0.91、n=2.5、p=1.4 較好。

2.2 選擇合理的粉磨工藝

水泥的細(xì)度和顆粒組成很大程度上決定著水泥的性能。水泥的細(xì)粉含量和顆粒級配主要影響混凝土的和易性、需水量、強(qiáng)度、密實性、易開裂性和耐久性。細(xì)粉能提高早期強(qiáng)度、密實性、及砂漿流動性，但對干縮裂紋不利；顆粒分布過窄需水量過高，對和易性不利。任何一個特定的顆粒組成均可用RRB粒度分布曲線中的特征粒徑xO和均勻性系數(shù)n來表述，xO值決定細(xì)粉含量，n值決定顆粒分布寬度。一般要求n≥1.0，xO值根據(jù)工程需要決定。

2.3 采用非熟料的其他組分材料對水泥改性

試驗表明，將輔助膠凝材料按適當(dāng)比例加入水泥中，在一定條件下將產(chǎn)生形貌效應(yīng)、填充效應(yīng)和活性效應(yīng)。例如，在水泥中摻入磨細(xì)的礦渣和粉煤灰，由于粉煤灰具有球形粒子的外形特征，與超細(xì)礦渣一起在水泥拌合物中起“潤滑”作用，從而改善水泥拌合物的流動性，降低需水量。由于礦渣和粉煤灰的摻入取代了部分水泥熟料，降低了膠凝材料的水化熱，提高了水泥混凝土尺寸穩(wěn)定性。輔助膠凝材料的活性效應(yīng)在物理作用和化學(xué)作用下實現(xiàn)的，不減少或提高了水泥石的強(qiáng)度。

3 結(jié)論

1）水泥對混凝土而言只是一種半成品，符合標(biāo)準(zhǔn)的水泥也會出現(xiàn)水泥的物理性能與用其配制的混凝土的建筑性能不一致的現(xiàn)象。因此，評價某種水泥質(zhì)量的優(yōu)劣,應(yīng)當(dāng)是在符合國家標(biāo)準(zhǔn)的前提下，考核其滿足建筑工程所需要的各種技術(shù)要求的能力。

2）水泥對混凝土的適應(yīng)性可以從水泥熟料的礦物組成、水泥的粉磨工藝和摻加非熟料的其它組分材料來改善。