通用硅酸盐水泥特性对混凝土性能影响及改善的探讨
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内容提要：随着建筑领域向高性能、高强度混凝土发展，水泥质量仅满足水泥产品国家标准技术要求，已不能满足用户的需求，比如水泥的矿物组成等方面特性提出了较高的要求。本文探讨硅酸盐水泥特性对混凝土性能及建筑施工的影响，提出改进措施，更好的满足用户的需求。
关键词：水泥；矿物组成；温度；混凝土；性能
中图分类号： TV331 文献标识码： A
0.引言
我国GB175-2007《通用硅酸盐水泥》国家标准，其规定的技术要求有四个物理指标和六个化学指标。水泥指标的检验值只要满足标准的规定，就证明水泥质量是合格的。但随着建筑领域高强、高性能混凝土地使用，对国家标准要求之外的指标，比如水泥的矿物组成、水泥的使用温度等方面提出了较高的要求。笔者结合自己的工作实际，将国家标准之外的几个水泥质量指标对混凝土性能的影响进行了探讨，并提出了相应的改进措施。
建筑工程中大多数使用通用硅酸盐水泥，所以在此仅对通用硅酸盐水泥对混凝土性能的影响因素进行探讨。
1.1铝酸三钙矿物含量对混凝土性能的影响
硅酸盐水泥熟料主要矿物组成有硅酸三钙（C3S）、硅酸二钙（C2S）、铝酸三钙（C3A）和铁铝酸四钙（C4AF）。具体情况见下表1.
注：表中强度单位为MPa，水化热单位为J/g
通过试验看出，C3A在水化速度是最快的，它的水化放热速率最快，且放热量最大，但对水泥熟料的强度贡献最低，特别是后期强度的贡献更小，几乎为零，甚至是负值。如果水泥中的铝酸三钙矿物含量过高，会产生以下几个方面的影响：
A、鉴于铝酸三钙矿物只是对熟料的早期强度有贡献，但对后期强度的贡献较小，有的甚至还产生倒缩现象。
B、由于铝酸三钙在水化时反应速度比较迅速，放热速度较快，使反应产生的热量在短时间内集中释放出来，这样在混凝土的施工过程中容易导致混凝土的水化热比较高，特别是在大体积的混凝土的施工中导致混凝土因温差应力导致开裂、裂缝的出现。
C、水泥的矿物组成对外加剂的影响很大，水泥的四种矿物对外加剂影响因素大小依次为C3A > C4AF > C3 S > C2 S。因为在水泥的水化过程中，C3A 吸附外加剂量大，外加剂作用损失大，导致外加剂与水泥的适应性变差！
1.2..水泥的温度和新鲜程度对混凝土和易性的影响
在高温季节的一些大型工程中，由于气温高、水泥供应紧张，水泥使用有时温度达到90℃以上，使用热水泥会对工程带来诸多不利影响。
1.2.1使用热水泥会增大混凝土的需水量。因为热水泥蕴藏的热量会使一部分水分挥发，从而降低混凝土的和易性；为满足混凝土的和易性就必须增大用水量，提高混凝土的水灰比，从而降低混凝土的强度。
1.2.2热水泥配出的混凝土外加剂适应性差。这是因为热水泥的温度传导会导致外加剂效能发挥的降低。热水泥干燥度高、活性大，早期水化快，正电性较强, 对减水剂的吸附能力较大，从而降低水泥外加剂与水泥的适应性。
1.2.3热水泥生产的混凝土要容易出现裂缝现象。热水泥会产生温度应力，对混凝土结构产生不利影响。
1.3水泥标准稠度用水量对混凝土使用性能的影响
1.3.1水泥的标准稠度用水量，反映在混凝土上就是要使混凝土达到一定的工作度所需要的水量。即水灰比的大小。混凝土水灰比的公式：
式中：fcu，0：混凝土28天抗压强度；
W /B：水灰比；
ƒb：水泥的实际28天抗压强度。
αa、αb：回归系数。
由上式可知：同样水泥28天强度的情况下，混凝土的28天抗压强度随着水灰比的增大而降低。
1.3.2按照水泥浆的收缩理论，随着混凝土中水灰比的增加，水泥浆的收缩率较大，容易造成混凝土的表面开裂，也降低了混凝土的耐久性。
1.4.水泥助磨剂的掺加对混凝土使用性能的影响
1.4.1助磨剂的作用
按照助磨剂在水泥使用过程中所起作用的不同，把助磨剂分为物理性和化学性两种作用。
1.4.2对水泥使用性能的影响
1.4.2.1助磨剂对减水剂的影响
选择减水剂木质素磺酸钙（掺量0.2%），高效减水剂ＦＤＮ（掺量0.5%），分别对普通硅酸盐水泥、矿渣水泥和粉煤灰水泥进行胶砂流动度实验。试验结果表明，助磨剂对混凝土减水剂的适应性与水泥品种关系不大。 另外部分助磨剂对减水剂有的减水效果有不利的影响，降低了减水剂的减水效果。
1.4.2.2 助磨剂对混凝土调凝剂的影响
选择促凝剂Ａl２(ＳＯ４)３（掺量0.5％）和缓凝剂柠檬酸（掺量0.1％），并采用普通硅酸盐水泥进行实验。 助磨剂对水泥凝结时间有一定的影响，这种影响主要是由三乙醇胺及含羧基、羰基的极性分子对水泥的凝结时间有促进作用，而含羧基的极性分子对水泥有缓凝作用。因此加入三乙醇胺及助磨剂ＮＳ、ＹＳ后，相比单掺Al２(SO４)３凝结时间缩短，而助磨剂Ａ稍微延缓了水泥的凝结时间。
1.4.2.3助磨剂对混凝土增强剂的影响
选择典型的增强剂Ｎａ２SO４（掺量为1.0％）、ＣaＣl２（掺量为0.5％）掺于拌合水中进行强度实验，检验助磨剂对砼增强剂的影响程度，掺ＹＳ的试样以0.43的水灰比成型，其余试样以0.44水灰比成型。 经过实验证明各类助磨剂对砼增强剂都有一定的影响。
通过前面的论述，水泥国家标准之外的几个因素，对混凝土施工产生较大的不利影响，因此加强上面几个因素的改善，有利于提高水泥质量，更好的满足用户的需求。
2.改善措施
针对上述问题，经过较为认真的分析与研究，提出了如下解决与预防措施。
2.1调整配料，保证熟料合理的矿物组成
按照上面的分析，熟料中C3A的含量不应大于8%。这就要求水泥生产企业，调整生料配料方案，保证使水泥熟料中C3A的含量小于8%。
2.2降低水泥温度，提高混凝土性能
a、要有足够的熟料和水泥库存，延长水泥的陈化时间，降低水泥的温度；
b、降低入磨熟料温度，保证熟料温度在50℃以下；同时加强磨内的通风，降低出磨水泥的温度，保证出磨水泥温度在100℃以下。
C、在上述条件不能满足的时候，要采取磨内喷水和水泥物理降温的方式进行水泥降温，保证出厂水泥的温度。
2.3调整混合材品种，改善水泥颗粒级配，尽可能降低水泥标准稠度用水量
a、调整生料配料方案，降低熟料中C3A的含量，要求熟料中铝酸三钙含量小于8%，硅酸盐矿物含量大于72%。
b、选择需水量较少的混合材。研究表明，火山灰质混合材料的需水量较大，如火山灰、煤矸石等，应优先选用高炉矿渣等需水量较低的混合材。
C、通过调整磨内钢球的级配，降低水泥的细度和水泥的比面积，改善水泥的颗粒级配，减少10微米以下颗粒的比例，提高30微米到50微米颗粒的含量，降低水泥的标准稠度用水量。
2.4通过试验研究，优选水泥助磨剂，减少助磨剂对混凝土性能的不良影响
2.4.1对于化学作用水泥助磨剂，尽量不要掺加。即使掺加了，作为水泥生产企业，也应加强水泥和混凝土外加剂适应性的研究。
3.结论
通过对通用硅酸盐水泥国家标准要求之外的特性指标对水泥及混凝土性能影响因素的探讨分析，做好改善水泥的矿物组成及颗粒级配、优化水泥混合材配比、降低温水泥度、减少标准稠度需水量、优选助磨剂种类等方面工作，能够极大地提高混凝土特别是高强、高性能混凝土的的拌合物性能、力学性能以及耐久性能。
4 参考文献
4.1胡宏泰、朱祖培、陆纯煊主编《水泥的制造和应用》，山东科学技术出版社。
4.2隋同波、文寨军、王晶《水泥品种与性能》，化学工业出版社。
4.3冯乃谦等《新实用混凝土大全》，科学出版社。
4.4JGJ 55-2011《普通混凝土配合比设计规程》。