混凝土耐久性对水泥的技术要求.pdf

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 ： 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 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 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 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 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 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 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 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 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 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 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 ， 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 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 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 。 。 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 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 ： ( 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 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 理查德 w 伯罗斯在分 析美 国半个多世 纪以来 混凝 土耐久性变差 的原因时， 特别强调水泥早期强度不 断提高 的危害 。 但降低水泥早期强度对于混凝土 耐久性是充 分条件而非必要条件。 换言之 ， 水泥早期强度高会导致混 凝土耐久性劣化 ， 降低水 泥早 期强度 对混凝 土耐久 性有 利 ； 但危害混凝土耐久性的本质 ， 不是水泥 的早期强度高 ， 而是水泥 的早期水化速率快 。 如果在提高水泥早期强度的 同时 ， 不加快水泥 的早期水化 速率 ， 则对混凝 土耐久 性没 有明显危害。 水泥早期水化速率高的原因包括： ( 1 ) 熟料早期水化速 率( 强度 ) 高； ( 2 ) 水泥 中含有较 多的熟料细粉 ( 3 m) ； ( 3 ) 水泥 中石膏的形态和数量没有得到正确 的优化 ； ( 4 ) 碱含量高 。 将上述关系归纳如图 2所示 。 一 一 r 1 阱 I I _ I ， 1 I l - 0 I l I 一 壁蔓 一 L_ j c 3A ： 水泥早期 较 多 的 熟 料 L 一 _ 熟 料 与 混 合 材 ： 细 粉 ： I 料 混 合 粉 磨 水 一 水化 泥 ； 速 率 高 J 高 c 时 石 膏 l 早 I 没有 优化 l 期 强 J水泥 碱 l 度 l水 泥 粉 体 I含 量 高 l 向 堆 积 l 密 度 高 图 2水泥 早期 强度影 响 因素 分析 由图2可以看出， 影响水泥早期强度 的因素包含化学作 用和物理作用两个方面。 长期 以来 ， 我们几乎将水泥质量与 水泥强度等同， 同时又将水泥活性与水泥强度等同， 认为提 高水泥潘 l生 是提高水泥强度的唯一途径 。 而忽视了水 泥强 度的物理作用 ， 忽视 了通过优化水泥的粒度分布， 提高水泥 水化前的堆积密度， 可以在显著提高水泥强度的同时降低水 化速率这一重要事实。 一项 旨在通过优化水泥粒度分 布以 要求。 今天 ， 考虑修正水 泥质量发展方向的时候 ， 应该特别 提高强度的试验 ， 得到了如表 2所示的试验结果。 表 2 优化粒度分布后水泥的强度和水化热 表 2数据表 明， 通过优化水 泥粒 度分 布 ， 可以在降低 水泥水化热的同时 ， 同时提高水泥早期 、 后期和长期强度 。 98 对于强度认识的误区包括 ： ( 1 ) 首先是水泥、 混凝土 的唯强度论 ： 强度第一 ， 甚至 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 强度 唯一 。 这一错 误的观念 从混凝 土行业传 递到水 泥行 业 ， 多年来 已深入人心 ， 许多人认 为不容置疑 。 ( 2 ) 其次是水 泥强度 的唯化 学论 ： 把活性 ( 化学反 应 能力 ) 与强度等 同， 认为强 度的唯一来 源是水泥 ( 或掺 合 料 ) 的化学反应能力 。 一 个连带 的误 区是认为水 泥高 强必 然高水化热 。 ( 3 ) 将按照标 准方法检验 ( 固定水灰 比) 的只具有相 对意义的强度数值绝对化 。 事实上 ， 强度是水灰 比、 龄期 的 函数。 1 9 3 7年建成的钱塘江大桥 ， 距今已7 8年， 仍在使用。 上海外滩建筑群 、 哈尔滨 中央大街建筑群大量建筑物有超 过 1 0 0年的历 史 ， 至今完好 。 1 9 5 7建成 的武汉长 江大桥 ， 半个多世纪以来历经了近 8 0次撞击 ， 无结构性损坏。 最严 重的一次是一艘万吨级油轮正面撞上 了武汉长江大桥 的7 号桥墩 。 武汉长江大桥桥墩使用的是抗压强度 1 5 2 0 MP a 的混凝土 。 这些建筑物 ( 构 筑物 ) 使用 的混凝土强度 等级 比今天低出很多 。 水泥强度对于混凝土耐久性是很重要 的。 但不是某一 龄期强度的绝对值 ， 而是在十年或更长的时间水泥强度持 续增长的能力 ， 这种 能力是保证 混凝 土耐 久性 的重要 条 件 。 但近几十年来是逐渐减退的。 唯化学论是又一个错误 的思维定势。 水泥强度的唯化 学论忽视 了水 泥石 强 度 的本 质。 2 0世 纪 6 0年 代 ， T c P o w e r s 基于对水泥石结构 的假设及大量试验结果 ， 提 出了 反 映水泥石强度与其孔隙率关系的胶空 比计算式 ： R=a 。 ( 1 ) 式 中： 尺水泥石强度 ； 口 水泥凝胶的固有强度 ， 即凝胶体在孔 隙率为 0 时的强度 ； n 试验常数 ， 约为 2 5 3 ； x胶空 比， 即水泥凝胶在水泥石中的填充程度 。 大小为凝胶体积 与凝胶 体积加 毛细孔体积及 气孔体积之 和 的比值 ， 主要 与水灰 比和水化 程度有关 。 水泥石空 隙率大小主要取决于水灰 比。 从水泥的水化 硬化过程而言 ， 决定水泥强度的因素可以分 为化学作用和 物理作用两个方面。 固然在水泥中含有较多熟料及高活性 的混合材料 ， 或熟料 、 混合材料 的活性较高 ， 都 可以产生较 多的水化产物 ， 从而减小空隙率 ， 提高强度 。 同时 ， 如果提 高水化前水泥颗粒 的堆积密度 ， 可以降低用水量 ， 同样可 以降低水泥石 的空隙率 ， 提高强度 。 利用物理作用 提高水 泥强度 ， 特别是提高早期强度 ， 可以使用较少 的熟料 ， 在大 幅度提高强度 的同时， 降低水化热。 采用分别粉磨工艺 ， 按 照各 自不同的要求分别控制熟料、 混合材料的粒度分布， 配制水泥时对粒度 分布进行设 计 与控制 ， 可 以生 产含有 6 0 的熟料的水泥 ， 3 d抗压强度高于熟料 6 MP a ， 2 8 d 抗 压强度高于熟料 1 4 MP a 。 同时水化热降低 。 日 本水泥的粉磨工艺处于世界领先水平 ， 分别 粉磨技 术在 日本 5 0年前就 已经开始应用 ， 4 0年前 已经全部淘 汰 了混合粉磨 工艺 。 笔者 1 9 9 9年在 日本水 泥厂看到的关 于 水泥强度的一个普遍现象是 ， 与熟料 强度 比较 ， 掺有 1 5 混合材料的水泥 ， 3 d抗压强度高于熟料 5 MP a ， 2 8 d抗压 强度高于熟料 1 0 MP a 。 掺有 5 0 混合材料 的水 泥 ， 3 d抗 压强度略低于熟料 ， 2 8 d抗压强度略高于熟料 。 这已经足 够满足配制 C 6 0混凝土的需要 。 不能将化学反应能力误认为是水泥强度 的本质 。 水泥 石强度的本质是 空隙率。 所有能够降低空隙率的措施都 可 以提高强度 。 水泥 的粒度分布经过设计之后 ， 强度可 以提 高到令我们吃惊的程度。 即使是石灰石这样的惰性物质， 如果足够细 ， 也会 有很 高 的强度贡献 ， 在水泥 中等量替代 熟料后 ， 甚 至会 超过替 代前 的水泥 强度 。 转 变思 维模 式 ， 摒弃唯化学论 ， 我们就可 以生产 出具有很高强度 ， 同时 水化热很低的水泥。 3 2水 泥 细度 当希望与水 泥性能建立联 系的时候 ， 水泥细度的含义 不够明确 。 因为 与水 泥 物 理性 能 相关 的是 水 泥粒 度 分 布 ， 筛余或比表面积只能作为水泥厂粉磨工艺的一个 控制指标 。 与水泥早期强度类似 ， 粗水泥也只是混凝土耐久性 的 充分条件而非必要条件 。 混凝土要求水泥不能过细实际上 想要表达的是 ： 水泥过 细会加 快早期水化速率 、 提 高早期 水化热 、 增加早 期 收缩 、 提 高减水 剂掺量 、 增加坍 落度 损 失。 但事实上造成上述现象 的主要是过 细的熟 料颗粒 ， 水 泥混合材料 ( 于混凝 土则 为掺合料 ) 过 细基本 上不会 导致 上述问题 。 水泥中不 同组分 ( 熟料 、 石膏 、 混合 材料 ) 的水 化行为不同， 在水泥石微结构中的作用不同， 对水泥性能 的影响不 同， 粒度分布 的要求也不 同。 在探讨水泥最佳 粒 度分布时必需分别考虑 。 即分别确定熟料粒度分布 、 混 合材料粒度分布和水泥粒度分布的要求 。 水泥中熟料的粒 度分布要求是在保证较低细颗粒 含量 的前提下 ， 尽量提高 水化程度 ， 熟料粒度分布应符 合最 佳性能 R R S B方程。 混 合材料粒度分布要求是 ， 与熟料配合后提高水泥颗粒的堆 积密度 ， 使得熟料 +混合材料组成 的水泥 的粒度分布符合 F u l l e r 曲线 。 仅从水 泥细度角度 而言 ， 符合 现代混 凝土要 求 的水泥应 ： ( 1 ) 单位立方米混凝土中尽量低的熟料含量 ； ( 2 ) 早期 ( 数分钟至 3 d ) 尽量低的水化速率 ； ( 3 ) 2 8 d之内 足够的水化程度 ， 且至少保持 5 1 0年 持续提供水化产物 的能力 ； ( 4 ) 粉体 颗粒具有 较高 的堆积 密度。目前 我 国广 泛应用 的采用水 泥混合 粉磨工 艺 的水 泥 ， 不 符合上 述要 求 。 为满足上述要求 ， 熟料 的细粉 ( 3 ix m 颗粒 ) 要有一 个较低的限量 ， 笔者建议一般性的标准 1 0 ， 严格标准 2 0 0 n m) 的尺 度高 出 2个数量级。 同时还存在 比可见裂缝多 出许多 的不 可见裂缝。 显然 ， 开 裂对混凝土耐久性 的危害更大 。 基于 菲克第二定律的混凝土耐久性指标 ， 几乎全部是在试验室 使用小试件进行试验 ， 通常这种试验室进行耐久性试验的 小试件不会开裂 ， 由此得出的一系列结论也就完全忽视 了 1 00 混凝土开裂对耐久性的严重影响。 而对于实际工程结构 中 的混凝土， 开裂 是混凝土 耐久性劣 化 的最 重要和本 质 的 原因 。 4 对水泥质量发展 方向的修正 半个世纪以来水泥质量 的变迁导致混凝 土耐久性变 差 ， 必须做 出改变 。 能否转身向后 ， 重新 回到几十年前。 答 案是否定的。 巨大能源和环境的压力使然 。 应该 寻找一条 更好 的途径 ， 以较小的能源 、 资源 、 环境和经济代价达到既 定 目标生产可 以使混凝土耐久的水泥。 讨论水泥质量 发展方向的修正 ， 或水 泥质量的改善 ， 笔者基 于这样 的认 识 ： ( 1 ) 半个世纪 以来 ， 中国与世界其他发达 国家一样 ， 水 泥质量是在沿着一条错误的方向发展 。 ( 2 ) 通用水泥标准 体 系的的框架必须进行根本性 的修改 。 这样的认识令人痛 苦， 但放弃这种认识 ， 混凝 土耐久性 问题 就无 法从根本上 改观， 我国每年价值数千亿的混凝土建筑物， 几十年之后 面临的维修和重建费用 ， 数 目之大让人不寒而栗。 4 1 难 以改 变的对混凝 土耐久性不利影响 因素 主要是熟料 C S活性、 碱含量。 尽 管它们 影响显著 ， 但难 以改变 。 4 1 1 熟料 C S活性 水泥早期水化速率高的原因已如图 1 所示 。 其中熟料 C S数量和活性 的增加 是半个多世纪 以来 水泥质量方面 最大的变化 。 自2 0世纪 7 0年代 ， 水泥行业窑外分解窑 和 与之配套 的高效篦冷机开始应用 ， 显著提 高了熟料的煅烧 强度 ， 使得 明显提高熟料饱和 比成为可能。 不仅饱和 比的 提高使得熟料 中鲍格计算 式法计 算的 C S可 以高达6 0 以上 ； 而且 ， 窑外分解窑普遍采用快烧急冷 的工艺方式 ， 一 方面使得熟料中实际存 在的 C S可 以比鲍格计算式 计算 值高 8 1 0 ( 绝对值 ) ； 另一方面 ， 熟料 中的硅酸盐矿物 晶格缺陷显著增加 ， 使得熟料水 化反 应速率 增加。 这些都 使熟料早期水化速率显著加快 。 由于我国一直采用混合粉 磨工艺 ， 水泥 中熟 料细粉 的含量 随着水泥细 度变细 而增 加 。 这又使得水泥早期水化速率增加 。 熟料 C s数量可 以 通过降低 K I -I 调整 ， 但其活性却很难降低 ， 或者说降低 C S 活性需要付出很高经济、 能源和环境代价。 4 1 2 熟料碱含量 熟料碱含量是伴随窑外分解窑 的普及 ， 和窑系统粉尘 排放量减少而提高的， 原因在于窑外分解窑在窑内高温区 进入气相的碱 ， 无法象其他窑型那样在窑外冷凝 到粉尘表 面排除到窑外 ， 所有原燃材料带入窑内的碱几乎全部 留在 熟料中。 除非在水泥厂附近找到低碱 的替代原料 ， 否则能 有效降低熟料碱含量的措施只有旁路放风， 但会显著增加 热耗和粉尘排放 。 对于新建水泥厂可以慎重选择厂址 ， 避 免使用高碱原料。 但我国水泥产能早已超过全球的一半， 今后新建水泥厂的数量极少 。 4 2 对水泥质量发展 方向的修 正 已经明确水泥存在 的本质性 问题是早期水化速率快 、 碱含量高。 降低碱含量的困难 已如前述。 如果不能以较低 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 的代价降低碱含量， 要解决的核心问题就是降低水泥早期 水化速率。 技术路线如图 3所示 。 图 3 降低水泥早期水化速率技术路线图 对于图 3 给出的技术路线图， 可以概括表述为 ： 使用低 C A、 C 。 S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 。 其中虚线框部分为重点内容。 5 结语 ( 1 ) 半个多世纪以来 ， 混凝土耐久性越来越差 ， 水泥质 量错误的发展方 向是最重要的原因。 如不能尽快彻底改变 水泥质量 的发展方 向和现状 ， 混凝土耐久性问题 就无法从 根本上改观。 ( 2 ) 已经提 出的若干影响混凝 土耐久性的 因素 ， 如水 泥早期强度高， 细度细， 熟料 c s 、 c A含量高等， 并非导 致混凝土耐久性劣化的本质因素。 不加分辨地要求水泥行 业降低早期强度 ， 细度变粗 ， 难 以取得实效 ， 因为这种变更 需要付 出巨大的环境 、 能源和资源的代价 。 ( 3 ) 由于水泥质量导致 的混凝土耐久性 问题 ， 本 质原 因在 于水泥的早期水化速率过快和碱含量过高 。 ( 4 ) 为提高 昆 凝土耐久性 ， 提 出了如下 的技术改进 路 线 ： 使用低 C A、 C S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。 参考文献： 1 理查德 W 伯罗斯 ， 著； 廉慧珍 ， 覃维祖 ， 李文伟， 译 混凝土的 可见与不可见裂缝 M- 1 北京： 中国水利水电出版社， 2 0 1 3 E 2 廉慧珍， 韩素芳 现代混凝土需要什么样的水泥E J 水泥， 2 0 0 6 ( 9 )： 1 31 8 上接第 9 5页 含量的增加 ， 流动度逐渐增大。 1 6组均满足水泥胶砂流动 度大于 1 8 0 mm的要求 。 参考文献： 1 艾红梅 大掺量粉煤灰混凝土配合比设计与性能研究 D 大 连 ： 大连理工大学， 2 0 0 5 I- 2 李秀领 ， 罗敏 ， 王娟 绿色高性能纤维增强水泥基复合材料抗 压性能及泊松比研究 J 混凝土， 2 0 1 4 ( 4 ) ： 7 0 7 3 3 王娟 ， 李秀领 ， 罗敏 G H P F R C C轴心抗压强度和弹性模量的试 验研究 J 。 防灾减灾工程学报 ， 2 0 1 3 ( S 1 ) 5 8 6 2+ 7 7 3 杨文科 关于我国水泥生产现状和发展方向的思考 J 水泥 ， 2 0 0 4 ( 4 ) ： 9 1 1 E 4 谢克平 论现代混凝土对水泥性能的要求 J 新世纪水泥导 报， 2 0 1 4 ( 6 ) ： 1 4 5 M E H T APK D u r a b i l i ty o f c o n c r e m fi y e a r s o f p r o g r e s s ? c CANMET ACI 2n d I n t e r n a t i o n a l Co n f e re n c e o n Du r a b i l i t y 1 9 91 r 6 黄土元 混凝土早期裂缝的成因及防治 J 混凝土 ， 2 0 0 0 ( 7 ) ： 3 6 I- 7 阎培渝 关于优质水泥的思考 J 水泥 ， 2 0 0 1 ( 1 0 ) ： 9 1 0 8 张大康 半个世纪水泥质量发展道路的反思( I ) 我们是否 正在渐行渐远I- J 水泥 ， 2 0 1 5 ( 5 ) ： 7 1 2 9 刘加平， 唐明述， 田倩 裂缝对于混凝土耐久性的影响 J 工业 建筑， 2 0 0 8 ， 3 8 ( 增刊) ： 8 4 5 8 4 9 ， 8 5 7 1 0 3 张大同， 汤耀琳 ， 范继权， 等 不同国家水泥强度检验方法的比 较E J 水泥 ， 1 9 8 1 ， ( 4 ) ： 5 9 1 1 李伟文， 理查德 w 伯罗斯 混凝土开裂观察与 思考 M 北 京： 中国水利水电出版社 ， 2 0 1 3 1 2 张大康 分别粉磨工艺的水泥性能 J 水泥 ， 2 0 0 8 ( 8 ) ： 9 1 4 1 3 张大康 水泥性能与粒度分布关系的数值分析与应用 J 水泥 工程 ， 2 0 0 8 ( 2 ) ： 1 5 1 4 张大康 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