朱寶美

(津豪(南通)混凝土有限公司,江蘇南通 226412)

水泥安定性檢測結(jié)果影響因素淺析

朱寶美

(津豪(南通)混凝土有限公司,江蘇南通 226412)

水泥安定性是水泥產(chǎn)品的一項(xiàng)重要品質(zhì)指標(biāo),直接關(guān)系到混凝土工程質(zhì)量和混凝土結(jié)構(gòu)構(gòu)件的質(zhì)量,水泥安定性檢測是工程質(zhì)量檢測機(jī)構(gòu)的重要內(nèi)容。本文分析了水泥安定性不良產(chǎn)生的機(jī)理,總結(jié)了水泥安定性檢測的影響因素及注意事項(xiàng)。

水泥安定性檢測 影響因素 注意事項(xiàng)

1 引言

硬化水泥漿體的體積變化是反映水泥物理性的一項(xiàng)重要指標(biāo),如果水泥漿體在硬化過程中產(chǎn)生劇烈而不均勻的體積變化,就會(huì)導(dǎo)致水泥安定性不良。因此,水泥的體積安定性是衡量水泥物理性能檢測的一個(gè)非常重要的項(xiàng)目。使用安定性合格的水泥是混凝土工程質(zhì)量和混凝土構(gòu)件質(zhì)量的一項(xiàng)重要的保證條件。無論是國際標(biāo)準(zhǔn)還是國家標(biāo)準(zhǔn)的任一時(shí)期都明確規(guī)定將安定性不合格的水泥判為廢品,是禁止出廠和投入工程使用的。本文將筆者日常檢測中積累的有關(guān)水泥安定性影響因素結(jié)合現(xiàn)行標(biāo)準(zhǔn)GB/T1346-2001中的檢測方法以及水泥安定性不良產(chǎn)生的物化機(jī)理作一淺析與初步探討。

2 產(chǎn)生水泥安定性不良的物化機(jī)理

水泥熟料是經(jīng)過高溫(約1400℃左右)煅燒后,以兩種或兩種以上氧化物反應(yīng)生成的多種礦物的集合體,是一種多礦物組成的結(jié)晶細(xì)小的人造巖石。水泥熟料幾種主要礦物為：硅酸三鈣(3CaO·SiO2簡稱C3S)、硅酸二鈣(2CaO·SiO2簡稱C3S)、鋁酸三鈣(3CaO·Al2O3簡稱C3A)和鐵鋁酸四鈣(4CaO·Al2O3·Fe2o3簡稱C4AF)。另外還有少量未完全參與反應(yīng)以游離狀態(tài))包裹在熟料礦物中的氧化鈣(簡稱f-CaO)、冷卻過程中C3S向C2S晶形轉(zhuǎn)變產(chǎn)生的二次f-CaO、結(jié)晶氧化鎂(MgO)以及堿性氧化物(Na2O、K2O)等。其中C3S、C2S、C3A、C4AF水化產(chǎn)生的水化物是漿體硬化和產(chǎn)生強(qiáng)度的重要來源,而f-CaO、MgO則是水泥漿體在凝結(jié)硬化過程中及硬化后產(chǎn)生不均勻體積膨脹的罪魁禍?zhǔn)?。是水泥生產(chǎn)企業(yè)生產(chǎn)過程中嚴(yán)格控制的指標(biāo),也是檢測機(jī)構(gòu)必須十分注意的影響因素。

2.1 游離氧化鈣(f-CaO)對安定性的影響

水泥生產(chǎn)企業(yè)往往通過調(diào)節(jié)生料配比,最大限度地提高生料飽和比(KH),以保證熟料燒結(jié)過程中產(chǎn)生足夠多的C3S,從而達(dá)到提高熟料強(qiáng)度的目的。但實(shí)際生產(chǎn)過程中由于受到計(jì)量、生料粉磨細(xì)度、均化、燒結(jié)溫度、燒成氣氛等多種因素的綜合影響,使氧化鈣不可能完全充分地與酸性氧化物(SiO2、Al2O3、Fe2o3)發(fā)生反應(yīng),總是或多或少地有部分氧化鈣過剩,并以游離狀態(tài)存在于熟料礦物組成中,這就是俗稱的游離氧化鈣(簡稱f-CaO)。在燒成溫度下,死燒的游離氧化鈣,結(jié)構(gòu)比較致密,水化速度很慢,通常要在加水3天以后才比較明顯。f-CaO水化生成Ca(OH)2時(shí),體積膨脹97.7%,在硬化水泥石內(nèi)部產(chǎn)生局部膨脹應(yīng)力。因此隨著水泥中f-CaO含量的增加,這種局部膨脹應(yīng)力就隨之增強(qiáng),嚴(yán)重時(shí)引起安定性不良。并造成水泥抗折強(qiáng)度降低,甚至出現(xiàn)3天以后強(qiáng)度倒縮。對于機(jī)立窯熟料,由于燒結(jié)機(jī)理與回轉(zhuǎn)窯熟料有所區(qū)別。部分f-CaO是沒有經(jīng)過高溫煅燒的,這種低溫游離氧化鈣結(jié)構(gòu)較松散,水化速度快,雖然熟料強(qiáng)度不高,但對硬化水泥石的破壞力不大,對水泥安定性的影響也不大。通常機(jī)立窯熟料生產(chǎn)控制指標(biāo)中的f-CaO比回轉(zhuǎn)窯熟料略高1.5%左右也是這個(gè)道理。熟料冷卻時(shí)晶型轉(zhuǎn)變產(chǎn)生的二次f-CaO對水泥安定性的影響機(jī)理與f-CaO的影響一樣對混凝土工程質(zhì)量和混凝土構(gòu)件質(zhì)量的危害也很大。

2.2 氧化鎂(MgO)對安定性的影響

水泥生產(chǎn)的主要原料石灰石中含有部分方鎂石晶體,是游離狀態(tài)的氧化鎂,燒結(jié)過程中有一部分與熟料礦物結(jié)合成固溶體或溶于液相中。少量的氧化鎂能降低熟料燒結(jié)液相生成的溫度,增加液相量,有利于礦物形成,但是過多的氧化鎂在燒結(jié)時(shí)仍以游離狀態(tài)的方鎂石存在。方鎂石水化速度比f-CaO更為緩慢,要幾個(gè)月甚至幾年才能明顯起來。MgO水化生成Mg(OH)2時(shí)體積膨脹148%。因此氧化鎂含量過高也是導(dǎo)致水泥安定性不良的一個(gè)主要因素。而且這種膨脹是在水泥其它礦物水化已經(jīng)硬化后才緩慢進(jìn)行的。膨脹應(yīng)力很大。因此,氧化鎂過高造成水泥安定性不良對混凝土及構(gòu)件的破壞力也很大,并且在沸煮法檢測時(shí)不易被檢測出來。國家標(biāo)準(zhǔn)GB/175-99中規(guī)定,硅酸鹽水泥、普通硅酸鹽水泥的水泥中MgO的含量不宜超過5.0%,其它幾個(gè)品種水泥的熟料中MgO不得超過5.0%,壓蒸法試驗(yàn)合格的可相應(yīng)放寬到6.0%,也正是基于這個(gè)道理。

2.3 石膏摻入量對安定性的影響

一般水泥熟料磨成的細(xì)粉遇水后會(huì)很快凝結(jié),無法正常施工。GB/175-99、GB/1344-99、GB/1258-99中規(guī)定了幾種水泥的初凝時(shí)間都不得早于45min。水泥生產(chǎn)過程中調(diào)節(jié)凝結(jié)時(shí)間,延緩水化速度,都是通過在水泥粉磨時(shí)配以適量的二水石膏(CaSO4·2H2O)或工業(yè)副產(chǎn)品石膏來實(shí)現(xiàn)的。適宜的石膏摻入量不僅能有效地調(diào)節(jié)凝結(jié)時(shí)間,還能有利于提高早期強(qiáng)度,降低干縮變形,改善抗蝕性,抗凍性抗?jié)B性等一系列性能。所謂適宜的石膏摻入量是指加水后24小時(shí)左右能夠被耗盡的數(shù)量,并結(jié)合熟料中的SO3進(jìn)行縮合考慮。石膏調(diào)節(jié)水泥凝結(jié)時(shí)間的機(jī)理是熟料中的C3A在石膏、石灰的飽和溶液中水化生成溶解度極低的鈣礬石,封閉包裹在C3A顆粒表面,阻止C3A的繼續(xù)水化。過多的石膏摻入量,剩余石膏進(jìn)一步與水化鋁酸反應(yīng)生成新的鈣礬石,產(chǎn)生不必要的體積膨脹和局部應(yīng)力,造成混凝土或混凝土構(gòu)件破壞。因此,石膏的摻入量也是影響水泥安定性的因素之一。

另外,硬化水泥漿體的化學(xué)減縮,濕脹干縮,碳化收縮等也會(huì)引起水泥硬化漿體的不均勻體積變化。

3 安定性的檢測方法

GB/T1346-2001中規(guī)定了檢測水泥安定性的兩種方法標(biāo)準(zhǔn)法和代用法,實(shí)際上只能檢測由f-CaO引起的水泥硬化漿體的體積膨脹。對于因過多摻入石膏引起的對水泥安定性的影響只能通過化學(xué)分析的方法來測定SO3的含量,控制其上限加以限制?，F(xiàn)行國家標(biāo)準(zhǔn)除規(guī)定礦渣水泥的SO3含量不得超過4.0%外,其余幾種水泥的SO3含量均不得超過3.5%。對于因MgO引起的水泥硬化漿體體積膨脹采用GB/T750-92壓蒸法試驗(yàn)檢測合格,結(jié)合化學(xué)分析方法測定MgO含量,控制水泥(或熟料)中MgO的含量不得超過5.0%,只有經(jīng)壓蒸法安定性試驗(yàn)合格,才允許放寬到6.0%。

4 影響檢測的因素及注意事項(xiàng)

(1)樣品恒溫處理,委托單位送檢的水泥樣品本身的溫度是很不一樣的,有的是從散裝貯罐中直接取樣送檢,往往溫度較高,季節(jié)不同樣品本身的溫度差異也很大,這種樣品如未經(jīng)恒溫處理就直接進(jìn)行檢測往往會(huì)造成標(biāo)準(zhǔn)稠度的誤判,測定結(jié)果失真。拌和水也必須用同檢測室環(huán)境溫度一致的飲用水。

(2)定期檢測雷氏夾,雷氏夾的彈性增加值必須符合標(biāo)準(zhǔn)要求,不符合標(biāo)準(zhǔn)要求的雷氏夾要及時(shí)剔除淘汰。對同一樣品的兩個(gè)試件要盡可能選用彈性增加值比較接近的雷氏夾,以保證兩個(gè)試件沸煮后的增加量比較一致。

(3)定期檢查水泥凈漿攪拌機(jī),特別是檢查攪拌葉片與鍋底、鍋壁的間隙必須保證在標(biāo)準(zhǔn)要求的范圍內(nèi)。還要定期校核時(shí)間程控儀各程控時(shí)段是否符合標(biāo)準(zhǔn)要求。以保證拌制的凈漿充分均勻一致,否則易造成兩個(gè)試件增加值差超過4.0mm,或試餅變形不均,以致誤判結(jié)果。

(4)凈漿裝入雷氏夾時(shí)應(yīng)用小刀快速插搗數(shù)次以保證漿體充滿雷夾氏,減小孔洞,并用小刀將端部抹平至雷氏夾平口,不要凹陷或凸出。試餅法也要撲實(shí)抹平,并保持餅中心厚度在10mm左右,不要過薄或過厚,以防沸煮時(shí)受熱不均,引起誤判。

(5)定期檢查雷氏夾配重玻璃塊是否滿足質(zhì)量為75g-85g的要求,對因損壞或磨損不符合標(biāo)準(zhǔn)重量要求的玻璃塊要及時(shí)淘汰更換,以抑制漿體在雷氏夾內(nèi)的縱向膨脹,確保其膨脹只是橫向發(fā)展。同一樣品兩個(gè)試件的配重玻璃片重量要盡可能相接近。

(6)養(yǎng)護(hù)箱的溫、濕度條件應(yīng)符合標(biāo)準(zhǔn)要求,養(yǎng)護(hù)期間要盡可能減少開啟箱門頻次,減少不必要的干縮膨脹影響。

(7)養(yǎng)護(hù)時(shí)間一定要符合標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定。不要提前或推遲取出試件,這樣會(huì)造成初始讀數(shù)(A值)的人為減小或增大。如果是批量測定,要盡可能選用中間成型時(shí)間來推定。

(8)沸煮箱的用水要堅(jiān)持每批更換潔凈的飲用水,試件放入箱內(nèi)要盡可能分散均勻、不能重疊,并保持與箱壁一定距離,防止局部受熱不均。箱內(nèi)水位要保證淹沒并高出試件,不至少于沸煮結(jié)束后試件露出水面,還要保證能在30min以內(nèi)升溫至沸騰為宜,雷氏夾放在試件架上,指針一定要朝上。沸煮結(jié)束后,打開箱蓋,待箱體冷卻至室溫,然后取出試件讀數(shù)而不是沸煮結(jié)束后,取出試件冷卻至室溫讀數(shù)。

(9)沸煮前要檢查供電統(tǒng)是否正常,防止沸煮期間斷電,對自動(dòng)程控計(jì)時(shí)的系統(tǒng),若遇停電要立即啟動(dòng)應(yīng)急電源,并輔助人工計(jì)時(shí),保證沸煮時(shí)間為3.5小時(shí)。

(10)做好留樣的密封保存工作,留樣桶蓋要有可靠的密封墊圈,桶體也要經(jīng)常進(jìn)行氣密性檢查,不能有縫隙或孔洞,并用完好的軟塑料袋裝樣,扎緊,留樣室要密封干燥,以防留樣水泥中的f-CaO吸收空氣中水份消解,對復(fù)試或仲裁帶來不必要的影響。