王冰

【摘要】目前，全社會(huì)對(duì)水泥混凝土工程質(zhì)量要求不斷提高，對(duì)其生產(chǎn)的高消耗（能源和自然資源）、高環(huán)境負(fù)荷問題十分關(guān)注。因此，本文就高性能水泥最近幾年相關(guān)的研究與進(jìn)展進(jìn)行了總結(jié)，以供參考。

【關(guān)鍵詞】高性能水泥 研究進(jìn)展 評(píng)述

一、高性能水泥的定義

高性能水泥是隨著高性能混凝土的出現(xiàn)而出現(xiàn)的，顯然，高性能水泥的定義應(yīng)該根據(jù)高性能混凝土的定義給出。作為混凝土的第一組分材料，水泥的性能是制備高性能混凝土（縮寫HPC），關(guān)鍵性的因素。筆者將用來制備HPC的水泥稱之為高性能水泥?？梢姼咝阅芩嗍桥cHPC互相匹配和適應(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(dòng)性、高抗離析性、高保水性、高保塑性和高兼容性；高強(qiáng)度表現(xiàn)為早期相對(duì)強(qiáng)度高，強(qiáng)度絕對(duì)值高，強(qiáng)度衰減期較長(zhǎng)；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)性等。一種性能優(yōu)良的水泥應(yīng)當(dāng)是上述幾個(gè)方面的綜合體現(xiàn)，而不是由某一方面性能指標(biāo)（例如強(qiáng)度，的高低來衡量的。因?yàn)橹苽涓咝阅芑炷脸艘笏鄰?qiáng)度以外，還取決于水泥對(duì)混凝土制備工藝的適應(yīng)性等因素。

二、國(guó)內(nèi)研究與應(yīng)用的現(xiàn)狀

國(guó)內(nèi)高性能水泥已經(jīng)在許多方面取得了令人鼓舞的成果：①對(duì)于高性能水泥的特點(diǎn)、基本性能有了相當(dāng)程度的掌握；②對(duì)高性能混凝土的性能要求對(duì)應(yīng)的水泥性能要求進(jìn)行了初步研究，認(rèn)識(shí)了一些水泥性能與混凝土性能的對(duì)應(yīng)關(guān)系；③初步確定了高性能水泥的技術(shù)要求；④探討了高性能水泥性能的若干影響因素，這將為改善和提高高性能水泥的性能提供依據(jù)；⑤與高性能水泥技術(shù)要求相關(guān)的檢驗(yàn)方法得到重視，但是研究工作較少；⑥對(duì)高性能水泥的生產(chǎn)方法進(jìn)行了多方面的探討，并取得一定成果。部分水泥廠進(jìn)行了高性能水泥的生產(chǎn)嘗試；⑦進(jìn)行了高性能水泥生產(chǎn)與應(yīng)用的基礎(chǔ)理論研究；⑧進(jìn)行了高性能水泥綠色化生產(chǎn)的研究，提出了一些綠色化生產(chǎn)的措施。

三、高性能水泥原材料分析

普通硅酸鹽水泥熟料主要礦物成分為硅酸三鈣（C₃S）、硅酸二鈣（C₂S）、鋁酸三鈣（C₃A）、鐵鋁酸四鈣（C₄AF），對(duì)水化膠凝具有決定性的成分為硅酸三鈣。而環(huán)保高性能水泥是在普通水泥當(dāng)中加入高活性具有膠凝作用的硅、鋁基材料，同時(shí)含有少量Fe₂O₃、CaO和MgO。通過將普通水泥與一定比例的添加劑混合研磨，制得具有較高膠凝性的水泥。

目前，我國(guó)目前的工藝條件和技術(shù)水平，不論是回轉(zhuǎn)窯廠還是立窯廠，生產(chǎn)高強(qiáng)度的水泥已經(jīng)不太困難，但是市場(chǎng)上達(dá)到高性能水泥技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)的為數(shù)不多。對(duì)高性能水泥的技術(shù)要求進(jìn)行量化，對(duì)高性能水泥的生產(chǎn)、使用具有重要意義，只有具有了量化的技術(shù)要求，高性能水泥才能按要求生產(chǎn)，才能成為商品走人市場(chǎng)。

四、技術(shù)要求的檢驗(yàn)方法

目前，高性能水泥技術(shù)要求的檢驗(yàn)方法的研究成果較少，在水泥與減水劑相容性的檢驗(yàn)方法方面做的工作也有限。羅云峰等比較Marsh筒法與微型坍落度儀法的試驗(yàn)結(jié)果后認(rèn)為：Marsh筒法側(cè)重反映水泥凈漿的表觀黏度，宜用于測(cè)定減水劑的飽和點(diǎn)；微型坍落度儀法側(cè)重反映水泥凈漿的屈服值，宜用于測(cè)定流動(dòng)性經(jīng)時(shí)損失。吳笑梅等介紹了Marsh筒法檢驗(yàn)水泥與減水劑相容性的方法。徐海軍等進(jìn)行了減水劑與水泥相容性測(cè)定方法的比較研究，比較了微型坍落度儀法、旋轉(zhuǎn)黏度計(jì)和Marsh筒法，研究結(jié)果認(rèn)為Marsh筒法具有靈敏度高、重復(fù)性強(qiáng)和容易操作的特點(diǎn)，同時(shí)與混凝土的流變性能具有良好的相關(guān)性。張大康在工程配制C100自流平混凝土的同時(shí)，試驗(yàn)了微型坍落度儀法與混凝土流變性能的關(guān)系，試驗(yàn)結(jié)果表明，至少在C100超高強(qiáng)自流平混凝土的條件下，按GB/T8077-2000測(cè)定的水泥凈漿流動(dòng)度與混凝土的流變性能沒有明確一致的相關(guān)關(guān)系。

蔡安蘭等進(jìn)行了水泥膠砂干縮試驗(yàn)方法的探討性研究，提出了一種新的水泥膠砂干縮性試驗(yàn)方法。王聽等進(jìn)行了水泥抗氯離子滲透試驗(yàn)方法的研究，初步提出了評(píng)定水泥抗氯離子滲透能力的指標(biāo)。筆者認(rèn)為，考慮高性能混凝土低水膠比和普遍使用高效減水劑的使用條件，高性能水泥技術(shù)要求檢驗(yàn)的凈漿或膠砂，可能需要加入減水劑和降低水灰比。

五、環(huán)保高性能水泥水化機(jī)理分析

研究表明，高性能水泥及相關(guān)混凝土與普通水泥相比均表現(xiàn)較好的性能優(yōu)勢(shì)，在此通過電鏡掃描分析泥土及高性能水泥的水化作用。泥土0.075mm以下為松散顆粒狀分布，經(jīng)過與環(huán)保高性能水泥水化反應(yīng)后，松散泥土顆粒之間形成骨架連接，以穩(wěn)定團(tuán)狀結(jié)構(gòu)包裹，這與高性能水泥中添加劑中高濃度的硅、鋁基材料強(qiáng)大的膠凝性能有關(guān)，除加強(qiáng)水泥自身膠凝作用，同時(shí)激活泥土中含有的非活性但具有硅、鋁成分的基團(tuán)，提高泥土自身潛在的膠凝性能，降低含泥量對(duì)膠凝作用的影響。其原理為大量硅酸三鈣與水反應(yīng)，生成水化硅酸鈣（C-S-H）和氫氧化鈣，當(dāng)水化過程進(jìn)行到一定程度后，固相Ca（OH）₂從溶液中結(jié)晶析出，水化硅酸鈣沉積在被水所填充的孔隙中，附在顆粒表面，形成膠凝體。

對(duì)粒度分布和顆粒形貌與水泥性能的研究先于高性能水泥的研究，已經(jīng)取得許多成果并為大家所熟知。從充分發(fā)揮熟料活性，減少10μm特別是3μm以下顆粒，防止水泥早期過快水化的角度考慮，水泥應(yīng)有盡量窄的粒度分布，窄的粒度分布會(huì)導(dǎo)致水泥的需水量增加，其原因是粒度分布變窄，顆粒偏離最緊密堆積密度越遠(yuǎn)，顆粒的空隙率越大。高性能混凝土在摻加高效減水劑和低水膠比的使用條件下，粒度分布均勻性系數(shù)與水泥流變性能的關(guān)系有必要進(jìn)一步試驗(yàn)。筆者認(rèn)為，粉磨過程應(yīng)該使熟料10μm特別是3μm以下顆粒數(shù)量盡量少，以防止水泥早期過快地水化；同時(shí)又不含有過多的45μm以上的顆粒，以最大限度地發(fā)揮熟料的活性，即要求熟料具有較窄的粒度分布。而水泥中的10μm以下和45μm以上顆?？梢杂苫旌喜难a(bǔ)充。

總之，高能性水泥對(duì)我國(guó)的建筑行業(yè)啟著重大的作用。所以必須確定高性能水泥的技術(shù)要求，開發(fā)與高性能水泥技術(shù)要求對(duì)應(yīng)的檢驗(yàn)方法，探討制定高性能水泥標(biāo)準(zhǔn)的必要性和可行性。此外，評(píng)價(jià)某種水泥質(zhì)量的優(yōu)劣，應(yīng)當(dāng)是在符合國(guó)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。

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