1 預(yù)拌混凝土需要什么樣的水泥
發(fā)展預(yù)拌混凝土和混凝土的商品化是當今混凝土工業(yè)發(fā)展的方向。以西安市為例，近年來隨著工農(nóng)業(yè)、基礎(chǔ)設(shè)施和市政建設(shè)的迅猛發(fā)展，預(yù)拌混凝土生產(chǎn)企業(yè)應(yīng)運而生，在短短的三四年時間內(nèi)已建成40余家，發(fā)展勢頭方興未艾。預(yù)拌混凝土與傳統(tǒng)的現(xiàn)場攪拌混凝土有許多不同點，預(yù)拌混凝土技術(shù)將混凝土專業(yè)技術(shù)與現(xiàn)代先進的生產(chǎn)、運輸及泵送技術(shù)相結(jié)合，是混凝土生產(chǎn)上的一次革命。因此，水泥的研究和生產(chǎn)者應(yīng)關(guān)注這一重大的變革。
根據(jù)筆者多年工作經(jīng)驗，對于混凝土攪拌站，如使用水泥不當或水泥本身存在某種品質(zhì)缺陷時，就可能出現(xiàn)如下問題：
1混凝土強度達不到設(shè)計要求；
2水泥與外加劑適應(yīng)性問題突出，或流動性能差，或坍落度損失大，致使無法施工，有時甚至在運輸途中發(fā)生凝固；
3混凝土結(jié)構(gòu)出現(xiàn)變形、裂紋；
4混凝土工程外觀顏色不一，影響美觀。
上述問題的存在，影響了混凝土的施工性能和工程質(zhì)量。當然混凝土出現(xiàn)問題是由多種因素造成的，不能不加區(qū)分全歸咎于水泥。但在混凝土組成材料中，水泥作為主要的膠凝材料，其生產(chǎn)工藝、品質(zhì)指標必然會對混凝土的性能起重要的影響，特別是預(yù)拌混凝土與傳統(tǒng)的現(xiàn)場攪拌方法相比較，有其特殊的技術(shù)要求，所以水泥廠家應(yīng)根據(jù)混凝土攪拌站這位大用戶的需求，提供與預(yù)拌混凝土工藝相匹配和適應(yīng)的水泥。筆者認為該種水泥應(yīng)滿足如下一些要求：
1 水泥各項技術(shù)性能除必須滿足現(xiàn)行國家標準要求外，還應(yīng)保持產(chǎn)品的勻質(zhì)性和穩(wěn)定性，化學(xué)成分、細度、各齡期強度等級、凝結(jié)時間、標準稠度用水量等指標不能有較大波動，特別是強度值不能大起大落；
2 在配制混凝土?xí)r需水量要小、流動性要好，與外加劑有較好的適應(yīng)性；
3水泥粉磨時不僅要控制細度(比表面積)，而且要合理控制水泥顆粒級配和顆粒形狀；
4水泥混合材品種的匹配、摻入量要科學(xué)、合理；重視石膏品種的選擇；
5 重視出廠水泥溫度的控制；
6在混凝土有特殊要求時，應(yīng)提供專用的水泥，如低堿水泥、水化熱低的水泥。
2 生產(chǎn)與預(yù)拌混凝土相匹配的水泥的指導(dǎo)思想和途徑
2．1 應(yīng)將水泥的勻質(zhì)性與穩(wěn)定性放在第一位
目前在新型干法窯生產(chǎn)高強度水泥已不再困難，陜西省絕大部分新型干法企業(yè)均能生產(chǎn)42．5級水泥，秦嶺、聲威公司已批準生產(chǎn)52．5級水泥，水泥強度已不再是制備高等級混凝土的制約因素。廉慧珍指出，“水泥廠目前所采取提高水泥強度的技術(shù)路線”是沒有必要的，甚至“還導(dǎo)致混凝土使用上的困難”，因為提高水泥強度的技術(shù)路線是增加C，S、C 和提高水泥細度(比表面積)，更有甚者是違規(guī)在水泥中摻加“增強劑”，其后果是：水泥需水量增大，對外加劑適應(yīng)能力下降，水化熱增加，抗裂性、抗腐蝕性下降，混凝土的后期強度增進率下降甚至倒縮，從而嚴重影響混凝土的耐久性能。因此在目前情況下，應(yīng)更多的關(guān)注水泥的勻質(zhì)性和穩(wěn)定性。
水泥強度的大幅度波動，無疑會嚴重影響混凝土強度等級的波動。如某廠的P·042．5R水泥強度極差大，高的達56MPa，而低的只有42．2MPa，標準偏差高達3．5MPa以上，造成混凝土強度波動，甚至個別試塊強度只有設(shè)計值的92％。只有水泥強度穩(wěn)定，攪拌站方能設(shè)計出合理的配合比，才能確保達到混凝土設(shè)計強度的要求，不致發(fā)生工程事故。在施工中常常會碰到施工方要求“立即停用”某廠水泥，甚至要求承擔(dān)工程質(zhì)量事故責(zé)任，要求索賠等，但在驗證其水泥強度后，并非不符合國家標準，而是強度達不到企業(yè)承諾指標，實物強度極差過大，按既定配合比作業(yè)，就發(fā)生了混凝土強度的大起大落。
目前水泥工廠生產(chǎn)高質(zhì)量熟料的技術(shù)已比較成熟，在此不再討論，而保持水泥勻質(zhì)性和穩(wěn)定性則主要在于保證進廠原燃材料的穩(wěn)定、生產(chǎn)過程的穩(wěn)定、有效的均化措施、合理儲存量、出廠水泥嚴格控制。一般來說，立窯水泥廠水泥勻質(zhì)性比回轉(zhuǎn)窯廠差，大型窯、磨的產(chǎn)品勻質(zhì)性、穩(wěn)定性好。但不能忽視的是，有些廠的同一品種同一強度等級的不同批次水泥，其技術(shù)指標如強度、顏色、需水量波動較大，而與外加劑適應(yīng)性上波動更為突出，究其原因，是在工廠生產(chǎn)、設(shè)備、質(zhì)量管理方面存在不穩(wěn)定因素，水泥生產(chǎn)廠應(yīng)立足于自身予以改進。還應(yīng)提倡水泥生產(chǎn)廠與攪拌站加強溝通，當水泥廠生產(chǎn)條件(如原材料、混合材變更，設(shè)備、控制手段出現(xiàn)問題，不可抗拒自然災(zāi)害等)發(fā)生變化時，應(yīng)主動告知用戶，以采取適當?shù)姆婪洞胧?/P>
2．2 努力解決水泥和外加劑適應(yīng)性問題
水泥與外加劑適應(yīng)性的影響因素很多，一般認為有：水泥熟料的礦物組成、水泥細度(比表面積)和顆粒級配、石膏的種類和摻量、混合材種類和摻量、水泥溫度和水泥的陳放時間等。解決水泥與外加劑適應(yīng)性問題應(yīng)雙向互動，需要外加劑及水泥生產(chǎn)研發(fā)部門加強互相交流協(xié)作，而不能相互推諉。在國家重點工程鄭西客運專線的箱梁制作施工中，聲威公司和蘇博特外加劑廠相互配合，通過雙方努力，成功解決了困擾施工的水泥與外加劑適應(yīng)性問題，確保了工程正常進行。
2．2．1 水泥熟料成分影響
水泥熟料中C 對外加劑的吸附量遠高于其它礦物組成，這是由于C 水化速度最快，對減水劑的吸附量最大。C 含量高的水泥，其標準稠度用水量上升，有人作了定量研究，當C 含量上升1％，水泥標準稠度用水量也增加l％ ，而混凝土用水量相應(yīng)提高6~7k~m 。因此我們希望熟料中的c 要少一些，聲威涇陽公司在綜合考慮各種因素后將C 控制在6％左右，低于我省大部分水泥廠家。
2．2．2 石膏的種類及摻量
不同品種和形態(tài)的石膏由于其溶解速度和溶解度不同、雜質(zhì)含量不同，在很大程度上影響外加劑使用效果。韓越等人在研究了“不同石膏種類及摻量對高效減水劑一緩凝劑～水泥三元體系的輔助塑化效應(yīng)的影響”回后指出：“當萘系高效減水劑摻量為l％的條件下，摻用二水石膏時，五種緩凝劑(三聚磷酸鈉、葡萄糖酸鈉、檸檬酸、白糖、六偏磷酸鈉)水泥凈漿流動度的絕對值最大，流動度的經(jīng)時損失最小，所以采用二水石膏作為熟料的調(diào)凝劑是最佳選擇”，而“在所用的三種石膏(半水石膏、二水石膏、無水石膏)中，硬石膏與減水劑相容性最差”。因此，我們必須明確認識到：按現(xiàn)行水泥標準作檢驗時，雖然不同品種、形態(tài)的石膏作緩凝劑都可能是合乎要求的，但在預(yù)拌混凝土中由于摻人了外加劑，情況發(fā)生了變化，會發(fā)生水泥與外加劑不適應(yīng)的情況。資料【3】介紹了使用不同類型石膏粉磨成水泥，摻用外加劑配制混凝土?xí)r，混凝土坍落度及經(jīng)時變化的情況(見表1)，其結(jié)論與韓越等人的研究是一致的。
此外，磷石膏、氟石膏等工業(yè)副產(chǎn)品由于其雜質(zhì)及含量波動也會影響水泥和外加劑的適應(yīng)性。筆者曾在實際工作中經(jīng)歷過如下三種情況：1:2004年10月發(fā)現(xiàn)某廠適應(yīng)性良好的水泥，使用后混凝土發(fā)生急凝，追究其原因是使用了工業(yè)副產(chǎn)品磷石膏所致；2:2005年某廠水泥在攪拌站使用時，發(fā)生未到目的地就凝固，經(jīng)查成分并無差異，也用二水石膏，但后經(jīng)檢驗該石膏SOs雖在35％左右，但結(jié)晶水只有4％，實際上是硬石膏與二水石膏的混生物，由于仍然存在“溶解速度”的問題，致使發(fā)生不適應(yīng)狀況；3:水泥廠在粉磨水泥時即使用了優(yōu)質(zhì)二水石膏，但因磨內(nèi)溫升過高造成石膏脫水，工程使用時也發(fā)生急凝、假凝現(xiàn)象。
但值得注意的是，我國優(yōu)質(zhì)石膏儲量不多，從節(jié)約資源和利用工業(yè)廢料(或副產(chǎn)品)角度出發(fā)，水泥工業(yè)仍應(yīng)使用硬石膏、磷石膏和脫硫石膏。因此，聲威公司正與西安建筑科技大學(xué)合作研究解決這一問題。
2．2．3 粉磨細度(比表面積)及顆粒級配和顆粒形狀水泥細度問題是混凝土界和水泥界分歧最大的問題之一。為了最大限度的發(fā)揮熟料潛能，目前多數(shù)水泥企業(yè)十分注重粉磨細度，一般來說水泥磨得越細(比表面積越高)，細顆粒越多，水泥水化越快，有利于強度的發(fā)展。為此不少水泥廠采用了助磨劑，有的甚至違規(guī)摻人“增強劑”。在混凝土界則認為，“越細的水泥需水量越大，與外加劑相容性越差，水化熱越大，開裂敏感性越大”。我們應(yīng)認真考慮這一問題，辯證地處理好這一問題。從混凝土角度看，下述問題確要引起我們注意：
1)從聲威公司某月份數(shù)據(jù)可以看到粉磨細度和外加劑適應(yīng)性的關(guān)系，見表2。
從表2可以看出，凈漿流動度較好的6、7號樣，其篩余明顯較大，比表面積明顯較小。
2)邱漢用萘系高效減水劑UNF一5與不同細度的水泥做了適應(yīng)性試驗，用相同水灰比的凈漿，改變外加劑摻量，分別于攪拌后5min和60min檢測流動度?，F(xiàn)將試驗結(jié)果整理如表3。
該結(jié)果表明，隨著水泥比表面積的增大，外加劑與水泥的適應(yīng)性隨之下降。因此，我們在水泥細度問題上不應(yīng)顧此失彼，而應(yīng)科學(xué)、合理地作出處理。研究表明：水泥中3~30txm的顆粒對水泥強度增長起主要作用，>60txm的顆粒則對強度不起作用，但起穩(wěn)定體積的作用，可是熟料的潛力得不到充分發(fā)揮，因此3~30txm 的顆粒應(yīng)占90％_4 ；<10txm的顆粒主要對早期強度起作用，且需水量大，其中<3txm的顆粒只起早強作用，而流變性能好的水泥<10txm的顆粒應(yīng)當<10％，過細的顆粒，粉磨電耗會急劇增加，故不宜過多。我們還應(yīng)充分注意到，目前制備混凝土?xí)r，都摻了超細微粉(礦渣微粉、1~2級粉煤灰)，也起到了調(diào)節(jié)混凝土中膠凝材料顆粒級配的作用。因此，水泥廠應(yīng)予重視，與混凝土業(yè)合作解決好這一問題，找出水泥適宜的顆粒級配，既有利于水泥廠節(jié)能增產(chǎn)，也能適應(yīng)混凝土工藝的需要，那么雙方的矛盾就能迎刃而解了。水泥企業(yè)應(yīng)運用新的檢測手段，配置顆粒分析儀，進行對比、研究，找出合理的質(zhì)量控制指標。
此外，不少研究指出，水泥的顆粒形狀對外加劑的適應(yīng)性有明顯影響，水泥顆粒越接近球形，其比面積越小，外加劑塑化效果就越好。輥壓機作終粉磨時水泥顆粒形狀復(fù)雜，需水量偏高，因此一般認為，輥壓機作終粉磨時適應(yīng)性不如球磨機粉磨的水泥好。
2．2．4 混合材的品種和摻入量
聲威公司技術(shù)中心曾對不同混合材(礦渣、粉鴆灰、石灰石)以不同比例與熟料共同粉磨制得水泥后進行了水泥與外加劑適應(yīng)性的研究(見表4)，結(jié)果明，加入混合材能改善水泥與外加劑的適應(yīng)性，而用不同種類的混合材、不同組合的水泥時則對外加適應(yīng)性會產(chǎn)生不同的效果。
從表4可知水泥中摻入礦渣粉、粉煤灰、石灰石等混合材有利于改善漿體流動性能，而雙摻效果較單摻好；對改善水泥與外加劑適應(yīng)性的排序是：石灰石>礦渣(430m2／kg)>礦渣(380m2／kg)>原狀二級粉煤灰>磨細二級粉煤灰(550m2／kg)。該結(jié)論可作為生產(chǎn)時選擇混合材種類、復(fù)摻組合的參考。
由于摻不同種類混合材的水泥對外加劑吸附能力不同，從而產(chǎn)生了不同效果。從我們的經(jīng)驗看，摻礦渣對萘系減水劑適應(yīng)性優(yōu)于摻煤矸石的水泥，摻煤矸石的水泥主要表現(xiàn)為流動性差、坍落度經(jīng)時損失大，但當摻礦渣過多時易產(chǎn)生泌水。而摻不同品種形態(tài)粉煤灰時水泥與外加劑適應(yīng)性差異較大：使用優(yōu)質(zhì)粉煤灰(含碳量<5％)時的塑化效果好，而使用含碳量高(>5％)的粉煤灰時塑化效果差。應(yīng)提倡在水泥生產(chǎn)中復(fù)摻混合材，而磨細石灰石粉最有利于改善適應(yīng)性。
從循環(huán)經(jīng)濟角度出發(fā)，水泥廠在選擇混合材時，應(yīng)盡可能多摻工業(yè)廢物，如銅川地區(qū)存在大量的煤矸石資源，用煤矸石作水泥混合材會使需水量加大，適應(yīng)性變差，因而不受混凝土界歡迎。我們也正在與西安建筑科技大學(xué)合作，通過復(fù)摻或開發(fā)研究新的外加劑等辦法來改善摻煤矸石水泥與外加劑的適應(yīng)性。
2．2．5 水泥中含堿量
聲威公司將生產(chǎn)數(shù)據(jù)中的堿含量與適應(yīng)性好壞進行了排隊后發(fā)現(xiàn)，對外加劑適應(yīng)性較好的水泥堿含量均較低，而適應(yīng)性較差的水泥堿含量相對較高。所以控制較低且較穩(wěn)定的堿含量，對提高水泥與外加劑的適應(yīng)性是有意義的。
2．2．6 水泥溫度及存放時間
水泥溫度過高，其不良后果有二：一是可能造成石膏脫水(一般認為二水石膏在超過135~C時將失去結(jié)晶水，變?yōu)榘胨?；二是溫度較高水泥水化速度較快。表5是不同溫度下的水泥在摻0．8％UNF、IV~C=0．29時凈漿流動度的變化情況。
水泥廠應(yīng)特別注意對水泥溫度的控制，設(shè)法從熟料冷卻開始抓，控制好人磨熟料溫度，必要時可采取磨前淋水或磨內(nèi)噴水。應(yīng)杜絕過熱水泥的出廠。
水泥廠為了加快周轉(zhuǎn)，希望水泥盡快出廠，而混凝土界從經(jīng)驗中得知，“新鮮水泥”會影響外加劑的塑化效果，反而希望使用陳放～ 段時間后的水泥。事實上出粉磨設(shè)備時間間隔越短，水泥顆粒間吸附、凝聚的能力越強，因而致使適應(yīng)性變差。
2．3 提供適應(yīng)用戶“個性”要求的產(chǎn)品
1)低堿要求：某些工程對使用水泥提出了低堿要求，水泥廠家應(yīng)變更原料(采用低堿硅石或砂巖代替黏土)，改變窯磨工藝操作參數(shù)，按標準要求生產(chǎn)Na20當量<0．6％的水泥。1998年陜西信息大廈基礎(chǔ)、2006年鄭西客運專線均使用低堿水泥。
2)低水化熱水泥：2005年某攪拌站接受亞洲最大的(長x寬x高為32mx22mxl1．8m)、超厚墻體(3．2m)， 射線輻射能量為15MV防輻射混凝土結(jié)構(gòu)的預(yù)拌混凝土的供應(yīng)，需低熱礦渣水泥，但當時在省內(nèi)暫無此資源，而工程急需開工，經(jīng)認真選擇，某水泥廠提供了低C3A含量(熟料中<6％)的P·C32．5R水泥，經(jīng)試驗其水化熱符合要求、配制混凝土收縮率低、與減水劑適應(yīng)性好、混凝土強度滿足設(shè)計要求，經(jīng)專家論證后用于正式工程，效果良好，最可喜的是在施工階段有效地控制了可見裂縫。
3)防止產(chǎn)生變形裂縫：90年代后，隨著調(diào)整水泥的礦物組成、增大比表面積、提高早強，混凝土裂縫現(xiàn)象普遍增多。因此水泥廠應(yīng)適應(yīng)預(yù)拌混凝土的需要，從礦物組成、細度、混合材、石膏、堿含量、水泥品種等方面進行優(yōu)化。只要雙方緊密合作，裂縫問題還是有望緩解和解決的。
3 結(jié)論
1)預(yù)拌混凝土工藝有其特殊的技術(shù)要求，水泥廠家應(yīng)提供與預(yù)拌混凝土工藝相匹配和適應(yīng)的水泥。
2)預(yù)拌混凝土要求水泥的勻質(zhì)性與穩(wěn)定性是第一位的，要求出廠水泥的各項技術(shù)指標特別是強度穩(wěn)定，不能大起大落。
3)混凝土外加劑與水泥的適應(yīng)性問題應(yīng)由水泥廠家與外加劑生產(chǎn)廠雙向努力予以解決，水泥廠家可從熟料礦物組成和結(jié)構(gòu)的優(yōu)化、合理選擇粉磨細度(比表面積)及優(yōu)化顆粒級配和顆粒形狀、在粉磨過程中合理確定石膏品種及摻量、混合材的種類及摻量、控制含堿量、降低水泥溫度和適當陳化時間等方面來改善適應(yīng)性。
4)在預(yù)拌混凝土有特殊要求時，水泥廠應(yīng)能提供適應(yīng)用戶“個性”要求的產(chǎn)品，如低堿水泥、水化熱低的水泥，對抗裂性能有要求時，應(yīng)根據(jù)實際需要適度調(diào)整熟料化學(xué)成分、粉磨細度以及石膏和混合材的品種和摻人量等。
參考文獻：
【1】廉慧珍，韓素芳．現(xiàn)代混凝土需要什么樣的水泥[J]-水泥，2006，(9)：l3一l8
【2】韓越，何廷樹．石膏種類對緩凝劑輔助塑化效應(yīng)的影響-混凝土，2006，(8)：32—34．
【3】王春發(fā)，楊 浩．混凝土減水劑與水泥的適應(yīng)性【C 陜西省土木學(xué)會建材專業(yè)學(xué)術(shù)委員會．2002年陜西省混凝土外加劑應(yīng)用技術(shù)學(xué)術(shù)討論會論文集，2002，9．
【4】羅帆．不同粒級的水泥性能及其強度作用-四川水泥，1989，(5)：28-31．
【5】崔慶怡，孔令福，賈忠奎，等．防輻射混凝土結(jié)構(gòu)墻體施工技術(shù)探討- 陜西省土木建筑學(xué)會建筑材料專業(yè)學(xué)術(shù)委員會．2005年陜西省建筑材料新技術(shù)學(xué)術(shù)研討會論文集，2005，11
(陜西聲威集團建材有限公司工程技術(shù)研究中心，陜西西安)
