水泥新標(biāo)準(zhǔn)實(shí)施已有2年時間，實(shí)施效果逐步顯現(xiàn)出來，水泥生產(chǎn)工藝進(jìn)行了和正在進(jìn)行大的調(diào)整，水泥產(chǎn)品質(zhì)量已明顯提高。但是我們必須清醒的認(rèn)識到，提高水泥產(chǎn)品質(zhì)量的工作任重道遠(yuǎn)，特別是根據(jù)用戶的要求改進(jìn)產(chǎn)品質(zhì)量，以至修訂標(biāo)準(zhǔn)中不適應(yīng)的規(guī)定等工作更是長期任務(wù)。這里根據(jù)我國水泥生產(chǎn)、使用實(shí)施新標(biāo)準(zhǔn)的經(jīng)驗(yàn)教訓(xùn)，反映出來的新問題，就改進(jìn)水泥產(chǎn)品質(zhì)量的途徑進(jìn)行簡要分析。

1　提高水泥熟料活性

　　實(shí)施新標(biāo)準(zhǔn)前，同國外水泥熟料相比，我國水泥熟料普遍存在著硅酸鹽礦物含量偏低，鐵含量偏高的問題，它是熟料活性偏低的重要原因。2002年6月全國抽樣調(diào)查表明，實(shí)施新標(biāo)準(zhǔn)后，有75.1%的企業(yè)調(diào)整了熟料配料方案，提高了熟料活性，這對于我國順利實(shí)施水泥新標(biāo)準(zhǔn)起到了重要作用。但目前仍有許多中小型企業(yè)的熟料質(zhì)量太差，在350m²/kg比表面積下熟料28d抗壓強(qiáng)度不足48MPa。如何提高熟料的活性，應(yīng)從影響熟料燒成的各個環(huán)節(jié)進(jìn)行全面分析，找出主要影響因素適時解決。根據(jù)國內(nèi)外的試驗(yàn)研究^[1]和實(shí)施新標(biāo)準(zhǔn)的經(jīng)驗(yàn)，歸納如下2個方面。

1.1　選擇最佳熟料率值

熟料配料的三率值決定了熟料的礦物組成和熟料的活性狀況。企業(yè)應(yīng)根據(jù)原燃材料實(shí)際、易燒性和窯爐的熱工狀況，選擇最佳的熟料率值。

在熟料率值選擇和確定中應(yīng)努力提高硅酸鹽礦物(C₃S+C₂S)含量，回轉(zhuǎn)窯可在75%以上，立窯可在72%以上。在這個基礎(chǔ)上適當(dāng)提高C₃S含量，適當(dāng)調(diào)整C₃A含量，適當(dāng)降低C₄AF含量。我國不同窯型的典型率值見表1。

1.2　強(qiáng)化燒成快速冷卻

迅速升高燒成溫度，使熟料礦物迅速形成，A礦和B礦晶體尺寸較小，約為10～30μm，且分布均勻時，熟料活性最高。相反，如果熟料易燒性差，如生料細(xì)度粗，有難燒的石灰石，或緩慢升高燒成溫度，會使A礦尺寸增大到50～100μm，B礦尺寸增大到30～50μm，此時，熟料活性會降低，表2是我院部分研究結(jié)果^[2]。

　　熟料礦物都有不同的溫度變體，各種變體的水化速度和強(qiáng)度是不同的?？焖倮鋮s可使A礦、B礦的高溫變體在常溫下穩(wěn)定下來，對熟料活性有利。一般認(rèn)為，熟料從1250～1150℃開始快速冷卻可以獲得最高的強(qiáng)度?？焖倮鋮s還可以形成一定的玻璃體，它對熟料活性有利。

　　重視微量組分對熟料活性的影響。K₂O、Na₂O、SO₃、Cl^-等微量組分在數(shù)量較少時對熟料活性影響不明顯，但超過一定數(shù)量后對熟料煅燒工藝和活性會造成很大影響?！?/P>

　　欠燒的熟料活性低是眾所周知的。過燒的熟料，如熔融的熟料，其活性低于燒結(jié)的熟料。

　　在還原氣氛中，被還原的Fe²⁺進(jìn)入C₃S固溶體中取代Ca²⁺，并促使C₃S在冷卻時分解。Fe²⁺進(jìn)入β-C₂S固溶體中，能促使它向γ-C₂S轉(zhuǎn)變。

2　控制水泥的細(xì)度狀態(tài)

　　提高水泥粉磨細(xì)度是提高ISO強(qiáng)度的有效途徑，在我國實(shí)施水泥新標(biāo)準(zhǔn)過程中，有近60%的企業(yè)調(diào)整了粉磨工藝，提高了水泥細(xì)度，明顯提高了ISO強(qiáng)度。但是，不少建筑施工單位反映，水泥太細(xì)，需水性大，混凝土開裂嚴(yán)重等。

　　目前我國水泥企業(yè)幾乎都采用80μm篩余和比表面積控制水泥的粉磨細(xì)度，它對于控制水泥性能和充分發(fā)揮水泥各組分的作用是遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠的。相同篩余或比表面積的水泥性能會有很大差別，為此應(yīng)全面考慮磨制水泥的細(xì)度狀態(tài)，包括:細(xì)度(篩余和比表面積)、顆粒分布、顆粒形貌和堆積密度。

2.1　水泥顆粒分布對水泥性能的影響

　　對于相同組分(熟料、混合材和石膏)水泥而言，水泥的顆粒分布決定水泥的性能，如水化速度、水化熱、強(qiáng)度、需水量等，表3是80年代我院施娟英的試驗(yàn)結(jié)果。

注：①試體為Φ1.6cm×1.6cm小試體，數(shù)據(jù)只作參考。

　　由表3看出，<10μm為主的水泥，比表面積達(dá)920m²/kg，水泥標(biāo)準(zhǔn)稠用水量高達(dá)43.0%，水泥早期強(qiáng)度很高。10～30μm為主的水泥，比表面積降至200m²/kg，水泥標(biāo)準(zhǔn)稠度用水量正常，早期強(qiáng)度下降。

　　水泥顆粒級配對水泥性能產(chǎn)生的各種影響，主要是因?yàn)椴煌笮☆w粒的水化速度不同，施娟英的測定結(jié)果是:
　　0～10μm顆粒，1d水化達(dá)75%，28d接近完全；
　　10～30μm顆粒，7d水化接近一半；
　　30～60μm顆粒，28d水化接近一半；
　　>60μm顆粒，3個月后水化還不到一半。

　　學(xué)者M(jìn)eric認(rèn)為，粒徑<1μm的小顆粒，在加水拌和中很快水化了，對混凝土強(qiáng)度作用很小，反而造成混凝土體積較大收縮。一個20μm顆粒硬化1個月只水化了54%，水化進(jìn)入深度才5.48μm，剩留的熟料核只能起骨架作用，潛在活性沒有發(fā)揮。

　　 國內(nèi)外試驗(yàn)研究證明，水泥顆粒級配對水泥性能有直接影響，目前比較公認(rèn)的水泥最佳顆粒級配為:　

　　3～32μm顆粒對強(qiáng)度增長起主要作用，其間粒度分布是連續(xù)的，總量不低于65%。16～24μm的顆粒對水泥性能尤為重要，含量愈多愈好。<3μm的細(xì)顆粒，易結(jié)團(tuán)，不要超過10%。>65μm的顆?；钚院苄。詈脹]有。

　　1998～2001年在世界水泥檢測大對比中選用了不同強(qiáng)度等級的法國水泥，國際試驗(yàn)室的檢測結(jié)果列于表4中。

　　表5為2001年我院對我國部分水泥企業(yè)不同粉磨工藝下的實(shí)物水泥進(jìn)行的顆粒級配測定結(jié)果。

表5 我國部分水泥企業(yè)的水泥顆粒級配(平均值)

　　在通常細(xì)度的水泥中，可能有20%～40%的熟料對混凝土強(qiáng)度增長沒有發(fā)揮作用。如何挖掘熟料活性潛力，改善水泥性能，應(yīng)根據(jù)水泥強(qiáng)度等級、混合材狀況和具體粉磨工藝，確定合理顆粒級配。這里從顆粒分布對水泥和混凝土性能的影響上提出表6的大致關(guān)系。

2.2　水泥顆粒形貌對水泥性能的影響

　　水泥顆粒形貌通常用圓度系數(shù)表示，正圓形顆粒圓度系數(shù)等于1，其他形狀都小于1。國外水泥的圓度系數(shù)大多在0.67左右，我院測定的我國部分大中型水泥企業(yè)水泥的圓度系數(shù)波動在0.51～0.73之間^[3]，平均值為0.63。

日本一家惟俊等試驗(yàn)研究表明，將水泥顆粒的圓度系數(shù)由0.67提高0.85時，水泥砂漿28d抗壓強(qiáng)度可提高20%～30%，配制混凝土的水灰比可降低6%～8%，達(dá)到相同坍落度時的單位體積用水量可減少14%～30%，減水劑摻量可減少1/3，水泥早期水化熱可降低25%。

近2年我院就水泥顆粒形貌對水泥性能的影響研究表明，在水泥顆粒圓度系數(shù)由0.65提高到0.73時，水泥用水量減少，水泥膠砂流動度增大25%；相同流動度下，W/C可減少8%，水泥28d和60d抗壓強(qiáng)度可提高20%以上；水泥粉體的堆積密度明顯提高；水化水泥石中的微孔增多，大孔減少；在相同W/C下，水泥抗壓強(qiáng)度28d約提高6MPa，60d約提高10MPa。

2.3　最佳堆積密度理論^[4]

水泥顆粒的堆積密度對配制出的混凝土施工性、強(qiáng)度和耐久性有很大影響，水泥顆粒的堆積密度最佳時，混凝土性能最好。

2.4　改進(jìn)粉磨工藝

1)磨機(jī)改造

　　我國大部分水泥企業(yè)目前使用的小規(guī)格磨機(jī)大多內(nèi)部結(jié)構(gòu)不合理，技術(shù)落后，效率低。在磨機(jī)改造中可使用史密斯公司的康必丹磨技術(shù)及其它各種新型襯板、隔倉板和研磨體技術(shù)。研磨體級配和尾倉的小型研磨體對于改善水泥顆粒分布和顆粒形貌具有重要作用。如合肥院高細(xì)磨水泥顆粒圓度系數(shù)可達(dá)0.70以上；沈陽水泥機(jī)械研究所的磨機(jī)改造技術(shù)，可明顯改善水泥的顆粒分布，提高圓度系數(shù)。

2)輥壓機(jī)(或立磨)與球磨機(jī)組合

　　采用輥壓機(jī)(或立磨)與球磨機(jī)聯(lián)合的粉磨工藝，可明顯改善水泥顆粒形貌，圓度系數(shù)可達(dá)0.58～0.73，水泥顆粒分布也很好。

3)采用高效選粉機(jī)的閉路磨

　　帶高效選粉機(jī)的閉路磨工藝，通過改變選粉機(jī)轉(zhuǎn)速、風(fēng)量等可按需要調(diào)整水泥的顆粒分布，而開路磨及帶離心選粉機(jī)、旋風(fēng)選粉機(jī)的閉路磨要進(jìn)行這種調(diào)整就比較困難。

4)采用分別粉磨工藝

　　目前水泥企業(yè)大都是熟料與混合材一起混合粉磨，由于不同物料的易磨性差別很大，造成混合粉磨的許多問題。而采用分別粉磨不但可以解決這些問題，還可以根據(jù)熟料和混合材料細(xì)度的不同要求，制備出不同性能的水泥產(chǎn)品。

3　發(fā)揮混合材的作用

　　混合材料在水泥中主要起3個作用:一是活化效應(yīng)，它與混合材料活性和細(xì)度有關(guān)。二是填料作用，它同水泥水化產(chǎn)物結(jié)合在一起，起骨架作用。三是最佳堆積密度效應(yīng)，當(dāng)混合材料的粒徑很小時，如<3μm，可以明顯提高水泥石的密實(shí)度，改善水泥混凝土性能，提高水泥混凝土的強(qiáng)度。

　　高性能混凝土的迅速發(fā)展，需要礦渣等細(xì)磨混合材料替代部分水泥，替代量可達(dá)水泥質(zhì)量的30%以上，細(xì)磨混合材料應(yīng)符合高強(qiáng)高性能混凝土用礦物外加劑國家標(biāo)準(zhǔn)(GB/T 18736-2002)。

　　在水泥中多摻加一些混合材料生產(chǎn)出高質(zhì)量的水泥主要有如下途徑。

3.1　提高熟料粉磨細(xì)度

　　早在60年代，我院為了提高礦渣水泥的強(qiáng)度，將熟料比表面積磨制到450～550m²/kg，熟料顆粒<30μm含量達(dá)到80%以上，在礦渣摻加量為35%和45%的條件下，可以生產(chǎn)出早期和后期強(qiáng)度都很高的礦渣水泥。70～80年代，我院在研究沸石-石灰石水泥和粉煤灰-石灰石水泥中，將熟料比表面積磨制400m²/kg，<20μm含量達(dá)60%～70%時，混合材摻量30%后，仍能生產(chǎn)出早期和后期強(qiáng)度都較高的優(yōu)質(zhì)水泥，并具有節(jié)能10%，增產(chǎn)水泥20%的效果。

3.2　提高礦渣的細(xì)度

　　1999年我院在制訂GB/T 18046-2000<用于水泥和混凝土中的?；郀t礦渣粉>的試驗(yàn)研究中發(fā)現(xiàn)，將礦渣磨細(xì)到400～600m²/kg比表面積后，大量摻入到水泥中時，不但不降低水泥強(qiáng)度，反而能大幅度提高水泥強(qiáng)度，見表7。

3.3　提高粉煤灰細(xì)度

　　粉煤灰活性的特點(diǎn)是早期強(qiáng)度很低，后期強(qiáng)度很高，因此在通常細(xì)度的情況下，限制了粉煤灰混合材料的摻入量。如果將粉煤灰細(xì)磨，可明顯提高粉煤灰的早期活性，表8是江西同濟(jì)豐宇公司采用振動磨細(xì)磨粉煤灰后的試驗(yàn)結(jié)果。

4　提高水泥質(zhì)量的均勻性

　　水泥質(zhì)量的均勻性對于水泥的使用具有重要意義。我國預(yù)拌混凝土和集中攪拌的混凝土28d抗壓強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)偏差要求≤3.0～4.0MPa。水泥質(zhì)量的均勻性成為施工單位普遍關(guān)注的大問題。當(dāng)前施工單位對水泥質(zhì)量均勻性不滿意主要集中在強(qiáng)度、用水量和凝結(jié)時間波動太大上。我國實(shí)施水泥新標(biāo)準(zhǔn)后水泥質(zhì)量均勻性仍未得到解決。表9為北京市某工地現(xiàn)場使用的水泥28d抗壓強(qiáng)度的波動情況。

　　表10為北京市某預(yù)拌混凝土攪拌站使用同一個水泥廠同一品種(32.5等級)的水泥標(biāo)準(zhǔn)稠度用水量和初凝時間的波動情況。

　　施工單位對水泥質(zhì)量這么大的波動意見很大，但很無奈，因?yàn)樗噘|(zhì)量都符合水泥標(biāo)準(zhǔn)要求。

　　水泥質(zhì)量的均勻性在水泥標(biāo)準(zhǔn)中并沒有規(guī)定，只在“水泥企業(yè)質(zhì)量管理規(guī)程”中對出廠水泥強(qiáng)度的均勻性提出了要求，即28d抗壓強(qiáng)度變異系數(shù)(C_v)目標(biāo)值不大于3.0%。

　　大型水泥企業(yè)都有完備的工藝設(shè)施和嚴(yán)格的內(nèi)部管理規(guī)程，而中小水泥企業(yè)無論在工藝設(shè)施和管理上都需大力加強(qiáng)。對后者提出如下途徑供參考：

1)建立大型的原燃材料堆場，將足夠多的原燃材料進(jìn)行簡易預(yù)均化處理。
2)建立大型熟料均化庫(場)，特別是立窯生產(chǎn)廠，窯的單機(jī)產(chǎn)量低，質(zhì)量波動大，尤為重要。
3)建立水泥聯(lián)合粉磨車間，將數(shù)個小型磨機(jī)的產(chǎn)品混合在一起進(jìn)行均化。
4)用Φ3.5m或Φ3.8m大磨機(jī)替代小磨機(jī)。

5　改善水泥與混凝土外加劑的適應(yīng)性

　　混凝土外加劑已經(jīng)成為混凝土中必不可少的第5組分，因此水泥與外加劑的適應(yīng)性就顯得十分重要。適應(yīng)性也稱為相容性，即將某種外加劑摻入某種水泥所配制的混凝土中，若能產(chǎn)生應(yīng)有的效果，認(rèn)為該水泥與這種外加劑適應(yīng)性好，否則認(rèn)為適應(yīng)性差。為判別水泥與外加劑適應(yīng)性好壞，Aitein等提出可用3個指標(biāo)來衡量:初始流動性、飽和點(diǎn)和流動性損失。初始流動性是指水泥混凝土的流動性能；飽和點(diǎn)是指流動性不再明顯增大時的外加劑摻量值；流動性損失是指在60～90min內(nèi)水泥混凝土流動性保持狀況。水泥與外加劑適應(yīng)性好應(yīng)體現(xiàn)在初始流動性大、有明確的飽和點(diǎn)和流動性損失小。

　　適應(yīng)性檢測方法有多種，如混凝土坍落度法、砂漿流動度法、漏斗法、水泥稠度法及凈漿流動度法等。經(jīng)我院大量試驗(yàn)驗(yàn)證，認(rèn)為凈漿流動度法簡便易行，并能較好地反映適應(yīng)性狀況，因此建議水泥企業(yè)采用此方法。凈漿流動度法是采用現(xiàn)行水泥凈漿攪拌機(jī)拌制水泥凈漿，W/C一般采用0.29，拌制時按需要加入一定量外加劑。拌制好的凈漿裝入錐模(上口Φ36mm下口Φ60mm，高60mm)中，錐模下放一塊足夠大的玻璃板，將模中凈漿用餐刀插動后刮平，提取錐模，漿體流開，用直尺測量初始流動度值。又根據(jù)不同外加劑摻量和不同時間間隔進(jìn)行多數(shù)檢測，即得知是否有明確的飽和點(diǎn)和流動度損失大小。

　　水泥與外加劑的適應(yīng)性既取決于外加劑品種和質(zhì)量，也取決于水泥品種和質(zhì)量。實(shí)施水泥新標(biāo)準(zhǔn)后，由于水泥生產(chǎn)工藝調(diào)整，水泥性能的變化，不少建筑施工單位對水泥與外加劑適應(yīng)性變差了提出意見。就水泥而言，影響適應(yīng)性的因素歸納起來有如下幾方面:

5.1　水泥熟料礦物組成

　　水泥熟料中C₃S、C₂S、C₃A、C₄AF對高效減水劑的吸附能力是不一樣的，其吸附順序?yàn)镃₃A>C₄AF>C₃S>C₂S，即鋁酸鹽礦物對高效減水劑的吸附能力大于硅酸鹽礦物。這是因?yàn)殇X酸鹽礦物在水泥水化初期其動電電位是正值，能吸附較多的陰離子型高效減水劑，而硅酸鹽礦物在水泥水化初期其動電電位是負(fù)值，吸附高效減水劑的能力較弱。因此，為了提高水泥與外加劑適應(yīng)性，應(yīng)提高熟料中的硅酸鹽礦物(C₃S+C₂S)含量，降低鋁酸鹽礦物，特別是C₃A的含量。

5.2　石膏的形態(tài)和摻量　

　　石膏是水泥的緩凝劑，石膏遇水后溶解為Ca²⁺，如果在水泥水化初期能抑制C₃A水化速度，水泥和混凝土就可以得到所需的工作性能，因此水泥中硫酸鹽的數(shù)量和溶解度至關(guān)重要。不同形態(tài)石膏的溶解度不同:二水石膏為2.08g/L，α-半水石膏為6.20g/L，β-半水石膏為8.15g/L，可溶性無水石膏為6.30g/L，天然無水石膏為2.70g/L。

　　二水石膏應(yīng)用的最多，但它的溶解度不是最大的，因此控制好磨機(jī)溫度很重要:磨內(nèi)溫度適當(dāng)高，使部分二水石膏脫水為溶解度大的半水石膏適應(yīng)性好；磨內(nèi)溫度過高會形成大量半水石膏，導(dǎo)致假凝；磨內(nèi)溫度過低，半水石膏量少，會導(dǎo)致急凝。

5.3　水泥細(xì)度狀態(tài)

　　高效減水劑一般都是陰離子型高分子表面活性劑，而水泥顆粒表面一般帶正電，對陰離子表現(xiàn)出較強(qiáng)的親合力。在水泥和水后，減水劑迅速吸附在水泥顆粒表面，增大了水泥漿體的流動性。因此水泥細(xì)度狀態(tài)，如比表面積、顆粒分布、顆粒形貌等對減水劑與水泥適應(yīng)性影響很大。實(shí)施水泥新標(biāo)準(zhǔn)后，我國水泥細(xì)度普遍變細(xì)，是造成適應(yīng)性變差的重要原因。在這種情況下如何提高適應(yīng)性，我院作了大量試驗(yàn)研究工作。

1)水泥比表面積適當(dāng)提高(如446m²/kg)，外加劑飽和摻量增大，新拌混凝土的初始坍落度仍較大。水泥比表面積過高(如550m²/kg)，即使加大外加劑摻量，混凝土的初始坍落度仍較小。隨水泥比面積的提高，混凝土lh后的坍落度損失增大。

2)在水泥比表面積相近(約300m²/kg)時，水泥顆粒中<3μm含量對外加劑飽和摻量影響不大，但<3μm含量增多會加劇水泥漿體的流動度損失。

3)水泥顆粒圓度系數(shù)由0.67提高到0.74時，對減水劑飽和摻量影響不大，但可以提高水泥漿的流動度和混凝土坍落度，坍落度損失減小。

5.4　混合材料

　　水泥中混合材料的種類、細(xì)度、顆粒形貌及摻量等對外加劑的吸附作用是有影響的。根據(jù)試驗(yàn)和實(shí)踐表明，減水劑對礦渣水泥和粉煤灰水泥的適應(yīng)性較好，而對火山灰、煤矸石、窯灰為混合材料的水泥適應(yīng)性較差。

5.5　水泥中的堿含量

　　隨著水泥中堿含量的增大，減水劑對水泥的塑化效果變差。堿含量的增大，還會導(dǎo)致混凝土的凝結(jié)時間縮短和坍落度損失變大。

5.6　水泥的陳放時間

　　水泥陳放時間越短，出磨溫度愈高，減水劑對水泥的塑化效果越差，減水率低，坍落度損失快。因此使用陳放時間稍長的水泥有利于提高適應(yīng)性。

6　調(diào)整通用水泥品種

　　根據(jù)2002年6月全國抽樣調(diào)查，目前我國六大通用水泥產(chǎn)量的分布見表11。

　　由表11可以看出：

1)我國六大通用水泥產(chǎn)品結(jié)構(gòu)同90年代初期相比發(fā)生了很大變化，那時普通水泥約占50%，礦渣水泥約占35%，而目前普通水泥產(chǎn)量急增達(dá)78.4%，這種變化有市場需求驅(qū)動的結(jié)果，也有一些企業(yè)把混合材摻量超過15%的水泥作為普通水泥銷售的結(jié)果。

2)國外發(fā)達(dá)國家通用水泥產(chǎn)量以波特蘭水泥(我國的硅酸鹽水泥)為主，而我國以普通水泥為主，硅酸鹽水泥產(chǎn)量太少，只有4.4%，這說明我國六大通用水泥產(chǎn)品結(jié)構(gòu)不合理，有待調(diào)整。

　　如何調(diào)整我國六大通用水泥產(chǎn)品結(jié)構(gòu)，我們提出如下建議：

　?、俅罅Πl(fā)展硅酸鹽水泥，適應(yīng)重點(diǎn)工程和高強(qiáng)度高性能混凝土發(fā)展的需要。
　?、谔岣咂胀ㄋ噘|(zhì)量檔次。各級水泥質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)機(jī)構(gòu)應(yīng)按GB/T 12960-1996<水泥組分的定量測定>方法，加大監(jiān)督檢驗(yàn)力度；建議取消普通水泥中32.5強(qiáng)度等級水泥。
　　③宣傳、發(fā)展粉煤灰水泥、復(fù)合水泥以及砌筑水泥等大量摻加混合材料水泥品種，為不同建筑工程提供廣泛選擇水泥品種的余地。