混凝土耐久性对水泥的技术要求.pdf
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1、2 0 1 6年 第 3 期 ( 总 第 3 1 7 期 ) Nu mb e r 3 i n 2 0 1 6 ( T o t a l N o 3 1 7) 混 凝 土 Co n c r e t e 原材料及辅助物料 M ATERI AL AND ADMI NI CLE d o i : 1 0 3 9 6 9 i s s n 1 0 0 2 3 5 5 0 2 0 1 6 0 3 0 2 5 混凝土耐久性对水泥 的技术要求 张大康 ( 鑫统领建材集团有限公司,四川 眉山 6 2 0 5 6 2 ) 摘要 : 通过回顾我国水泥质量的发展道路 , 试图探寻水泥质量变迁与混凝土耐久性劣化的关系。 从混
2、凝土耐久性破坏的本质, 追溯分析已经提出的水泥早期强度高和细度细等影响耐久性的因素, 提出水泥早期水化速率过快, 和水泥碱含量高是导致混凝 土耐久性劣化的两个本质因素。 水泥早期强度高、 细度细 、 c s 含量高等都是表象而非本质。 化学减缩增加 , 早期水化热增加 , 开 裂风险增加 , 皆为水泥早期水化速率过快的结果。 从水泥行业技术推进 的角度 , 提 出了不显著增加环境 、 能源和资源代价 , 同时 能够显著改善混凝土耐久性的水泥质量改进技术路线 , 主要 内容是使用低 C A、 C , S含量的熟料, 采用分别粉磨工艺, 生产早期 水化速率低 , 而强度并不太低的水泥。 关键词 :
3、 耐久性; 水泥质量 ; 技术要求; 质量改进 ; 技术路线 中图分类号: T U 5 2 8 0 4 1 文献标志码: A 文章编号: 1 0 0 2 3 5 5 0 ( 2 0 1 6 ) 0 3 0 0 9 6 0 6 Co n c r e t e du r a b i l i t y o n t h e t e c h n i c a l r e qu i r e me n t s o f c e me n t ZHANG Da k a n g ( Xi n t o n g l i n g Bu i l d i n g Ma t e ria l s G r o u p Co , L t
4、 d , Me i s h a n 6 2 0 5 6 2, C h i n a ) Abs t r a ct : By r e v i e wi n g t h e h i s t o r i c a l c h a n g e o f Ch i n e s e c e me n t q ua l i t y, e x p l o r e d t h e r e l a ti o n s h i p be t we e n c e me n t q u a l i t y c h a n g e s a n d c o n c r e d ur a b i l i t y d e t e r
5、 i o r a tio n Ba s e d o n the p r i n c i p l e o f c o n c r e d u r a b i l i t y de t e rio r a t i o n, a n a l y s i s e d the f a c t o r s a f f e c t i n g the d u r a bi l i t y, s u c h a s h i g h e a r l y s tre n gth c e me n t a n d s ma l l c e me n t p a r t i c l e s i z e F o u n
6、 d t h a t hi g h r a t e o f c e me n t e a r l y hy d r a t i o n, a nd h i g h a l k a l i c o n t e n t i s e s s e n tia l l y f a c t o r s r e s u l t i n the d e t e rio r a t i o n of c o n c r e t e d u r a b i l i t y Ea r l y h i g h s t r e n g th o f c e me n t , h i g h c o n t e n t
7、o f C3 S a n d s ma l l c e me n t p a r t i c l e s i z e i s the a p p e ara n c e r a the r t h a n the e s s e n c e Hi g h r a t e o f c e me n t e a r l y h y d r a t i o n wi l l i n c r e a s e c h e mi c a l r e d u c t i o n, e a r l y h e a t of h y d r a ti o n a n d t he ris k o f c r a
8、 c k i n g Fr o m the p o i n t o f c e me nt i n d us t r y t e c hn i c a l a dv a n c e, c e me n t q u a l i t y i mp r o v e me n t p r o g r a m wh i c h b y u s i n g l o w C3 A , C3 S c l i n k e r a n d s e p a r a t e g rin d i n g p r o c e s s t o p r o d u c e c e me n t wh i c h i t s
9、e a r l y hy d r a t i o n r a t e i s s l o w , b u t c o n c r e t e s tre n g t h i s n o t l ow, t o b e p r e s e n t e d f o r i mp r o v i n g the d u r a b i l i t y o f c o n c r e t e s i g n i fic a n t l y, wi tho u t i n c r e a s i n g the e n v i r o n me n t a l , e n- e r g y a n d
10、r e s o u r c e c o s t Ke y wo r d s: d u r a b i l i t y ; c e me n t q u a l i t y; t e c h n i c a l r e q u i r e me n t s ; q u a l i t y i mp r o v e me n t ; t e c h n i c a l r o u t e 在最 近 的半个 世纪 , 对混凝 土耐久性 进行 了大量研 究 , 至少是在试验研 究方 面给予 了足够 的重视 。 但实 际混 凝土结构的耐久性却 越来越差 。 究其原 因, 水泥性能 的变 化被视为降低混凝
11、土耐久性 的重要影响 因素 。 美 国垦 务局理查德 w 伯罗斯 ( R i c h a r d- W b u r r o w s ) 2 0 0 3年 6 月在 AS T M C O1 9 9 C O 9 9 9委员会上指出 : 我们肯定误人 了歧途 。 5 0 年来 , 我们一丝不苟地遵照不断细化 和改进 的 标准制备混凝 土, 但是混凝 土的开裂 情况反而 比 5 0年前 更加严重。 原因不外乎两种 : 一是使用的水泥过量 , 二是波 特 兰 水 泥 变 得 更 易 开 裂 。库 马 尔 梅 塔 ( K u ma r Me h t a ) 总结了近百年美 国混凝土发展道路 , 提出与混凝
12、 土耐久性有关的水泥方面的问题包 括 : ( 1 ) 水泥用量增加 了; ( 2 ) 水泥 强度特别 是早期强 度高 了; ( 3 ) 水 泥 c s多 了; ( 4 ) 水泥 比表面积 增 加 了。 国 内学 者也 有类 似 的意 收 稿 E l 期 : 2 0 1 5 0 4 2 1 9 6 见 。 早在几十年前 , 理查德 w 伯 罗斯就 提出了水泥性 能的变迁导致 了混凝土耐久性变差 的问题 , 清华大学阎 培渝教授 也早在十几年前即提出类似问题 。 但实际情况 是这些 问题远未得到水泥行业应有的重视。 对混凝土耐久 性而言, 近十年 , 乃至几十年 , 水泥性能没有任何 改观。 非
13、但没有改观 , 几十年来水泥性能的变迁对混凝 土耐久性甚 至是背道而驰, 渐行渐远 。 重要的原因包括 : ( 1 ) 混凝土 耐久性 的研究很少将水泥性能作为一个影响因素考察 , 所 用 的试件也是不开裂 的。 但实际混凝土结构的开裂现象普 遍存在 , 到了令人触 目惊心的程度 。 而开裂是危害混凝土 耐久性 的重要原 因 。 混凝土耐久性研究没有给 出明确 、 令人信服 的证据 , 表明水泥性能变迁对 混凝土耐久性 的影 响。 ( 2 ) 一种普遍 的观念认 为 , 通用硅酸盐 水泥的质量框 架是毋庸置疑和不可改变的。 ( 3 ) 水泥质量改进意见 的提 出者 , 不 了解这些改进需要付
14、出的包 括经济 、 环境和资源 方面的巨大代 价。 ( 4 ) 诸 如 : 水泥强度特别是早 期强度高 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 了 ; 水 泥中 c A、 C , S增加 了 ; 水 泥 比表面积增加 了, 这些 意见或许只是现象 , 而非 本质。 笔者对 已经提 出的若 干重 要 的水泥质量改进 意见进行 了辨析 , 从水泥行业技术发展 的角度 , 寻求 同时满足提高混凝土 耐久性 , 又不增加水 泥 行业经济、 环境和资源方面代价的技术途径 。 1 我 国半个世 纪水泥质量 的变迁 以准确 的数据全面回顾半个世纪水泥质量变迁 , 是一 项繁复的工程
15、, 本研究 只进行 了有 限的工作。 这些工作包 括 : ( 1 ) 请启新 水泥厂 、 华新水泥厂 、 牡丹江水泥厂 、 琉璃河 水泥厂 ( 启新 水泥厂建 于 1 8 8 9年 , 华新 水泥厂 建于 1 9 0 7 年 ; 牡丹江水 泥厂 、 琉 璃 河水 泥 厂都 已有 7 0年 以上 的历 史) 前辈质量 管理人员 回忆过去 的数 据。 ( 2 ) 查 阅笔 者三 十余年积累的技术资料。 ( 3 ) 查阅已有技术文献 。 ( 4 ) 对水 泥厂进行调查 , 取得 近年和当前 的情 况。 综合上述 调查工 作 , 将半 个世 纪 以来我 国水 泥强 度、 细 度变 化数 据列 于 表
16、1 。 示于图 1 。 图 1 显示 , 半个世纪以来 , 我国水泥强度逐步升高, 细度 表 1 半个世纪以来我国水泥强度、 细度变化 说明 : ( 1 ) 强度数据并非完全依据参考文献 , 个别数据综合其他方面的结果进行了修正。 ( 2 ) 1 9 7 7年以前的 日本软练法强度数据, 苏联 硬练法强度数据均根据文献 1 O 中的换算计算式 , 先换算为 中国软练法数据 , 再依据 R 。 。 。= 0 9 0 6 R 。 一5 0 8换算为 I S O法数据。 ( 3 ) 1 9 7 7 年 1 9 9 9年的中国软练法数据, 依据 R 。 。 = 0 9 0 6 R 。 一 5 0 8
17、换算为 I S O法数据。 ( 4 ) 由于 目前我国立窑水泥占比已经很小, 并且过去立窑水 泥也很少用于结构部位 , 表中数据未包含立窑水泥。 年代 图 1 半个世纪以来我国水泥强度、 细度变化 逐步变细。 这与我国混凝土耐久性越来越差 的情况相对应。 如今新型干法水 泥在 通用硅酸盐水泥 中的 占比已经 几近 1 0 0 。 新 型干法生产给水 泥质量带来 巨大 变化。 由 于窑外分解窑的煅烧强度提高 , 使得通过提 高熟料 K H提 高强度成为现实 , 意味着鲍格计 算式计算 的 C , S提 高; 同 时窑外分解窑采用 的急烧快冷热工制度 , 使熟料 C , S实际 含量 比鲍格计算式
18、计算值高 出许多。 因此 , 熟料 的 c s实 际含量 由5 0年前 的 5 0 , 提 高到 了 目前 6 5 6 8 。 由于 窑外分解窑挥发性组分循环 , 使得熟料 中包括碱在 内的挥 发性组分含量较过去也有显著提高 。 这两个因素都导致水 泥早期水化速率在增加 , 早期强度增加。 熟料的 c , A含量 在几十年间没有显著增加 , 但 由于碱含量 的增 加 , 导致熟 料 中高活性 的斜方 晶系 C A含量有所 增加 , C 。 A 的总体 水化速率增加 。 2 水泥质量存在的问题 最近的十余年间 , 来 自于混凝土方面对水泥质量 的批 评已经很多, 提出了许多具体存在的问题 。 。
19、 但更应该 深入思考 , 水泥质量 除了存在若 干具体问题之外 , 半 个多 世纪甚至可以将时间追溯的更早一些 , 水泥质量 的发展方 向是否与混凝土耐久性发 生 了偏离 , 甚至是背道 而驰 ; 一 百多年来逐步构建 的通用水 泥标准大厦是否 只是需 要修 补就可以继续坚持下去。 笔者对前一个 问题的回答是肯定 的 , 对后一个 问题的回答 是否定的。 为了混凝土耐久性 , 通 用水泥标准 的大厦必须推到重建。 真正认识水泥质量发展 方向的错误 , 认识水泥质量 问题 的本质 , 才会使我们 能够 修正方 向, 保证混凝土结构的耐久性 。 综合已有文献 1 7 目前 已经提 出的水 泥质 量
20、存在 的主要问题如下 : ( 1 ) 水泥强度特别是早期强度偏高 ; ( 2 ) 水泥细度细; ( 3 ) 熟料 c A偏高 ; ( 4 ) 熟料 c s 偏高 ; ( 5 ) 水泥的碱含量偏高 ; ( 6 ) 夏季出厂水泥温度偏高。 q 7 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 上述问题导致 : ( 1 ) 水泥早期( 水化后数分钟至 3 d ) 化学减缩增加 ; ( 2 ) 水泥早期水化热增加 ; ( 3 ) 水泥在数 年及更长 时间持续 的强度增长 能力减 弱 , 甚至消失; ( 4 ) 水泥开裂敏感性增加 。 除前述水泥质量存在的主要问题之外 , 还存在以下的
21、 一 般性 问题 : ( 1 ) 仅以水泥的凝结 时间、 强度作为确定石膏掺量 的 依据。 实际上水 泥中石膏 的掺量和形 态与混凝 土流变性 能 、 开裂敏感性均密切相关 ; ( 2 ) 水泥磨尾仓使用段做研磨体 , 导致水泥颗粒形貌 变差 ; ( 3 ) 使用料床粉磨作 为水泥终粉磨 , 导致水泥颗粒形 貌变差 ; ( 4 ) 水泥标准对减水剂相容性未作规定, 实际水泥于 此参差不齐 ; ( 5 ) 水泥标准没有全 面的水泥质量匀质性指标 , 水泥 质量波动大 , 偶尔发生用户非预期 的、 不可知的巨大变化 。 水泥行业普遍存在的一些不利于混凝土性能 , 特别是 有害于混凝土耐久性 的做法
22、 : ( 1 ) 水泥强度等级越高( 熟料含量越高 ) , 细度越细; ( 2 ) 通过提高熟料 C 。 A含量提高水泥早 期强度或提 高窑的时产 ; ( 3 ) 要求熟 料鲍格计算式计算 的 C S大 于一个很 高 的数值 , 例如6 0 ; ( 4) 在水泥粉磨过程中加入以碱金属盐为主要成分的 激发剂 。 3 混凝土若干技 术要 求辨析 半个多世纪水泥质量的变迁, 碱含量的提高是由于水 泥企业为 了降低能耗提高窑单位容积产量 , 主动采用 窑外 分解窑技术造成的。 除此之外 , C S 增加 、 早期强度提高以 及细度变细都不是水泥企业 的主动行为。 水泥质量向错误 方向的演变 , 是水
23、泥使用者 不断给水 泥行业 以误导 造成 的。 这种误导有一些是技术性 因素 , 也有一些是非技术性 因素。 例如水泥早期强度 的不断提高 , 是 由于混凝土早期 强度的要求 , 而混凝土早期强度提 高又是业 主 、 施 工方 的 注意不能再给水泥行 业以误 导。 毋庸置疑 , 半 个多世纪 以 来混凝土耐久性劣化 , 很大一部分原 因源于水 泥强度特别 是早期强度提高 、 细度 变细 。 但 今天混 凝土行 业要求水泥 行业一定要降低水泥早期强度和细度 , 将可能再一次对水 泥行业造成误导。 我们需要谨 慎地分辨水泥早期强度高 、 细度细是否混凝土耐久性劣化的本质原因。 3 1 水 泥 强度
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