特別策劃：適于混凝土使用的水泥

特別策劃：適于混凝土使用的水泥

1.目前水泥企業生產的水泥現狀？

徐崇智（南方水泥有限公司，發展部高級經理）：

目前水泥企業出廠水泥質量控制的主要內容有：強度，安定性，初、終凝時間，比表面積，標準偏差，均勻性，以及燒失量，三氧化硫，氧化鎂，混合材以及助磨劑及堿含量等技術指標。但是大多數水泥企業更多的是關注強度、安定性、凝結時間等幾個關鍵性的指標，對于水泥綜合質量的穩定性以及在混凝土使用過程中的適應性能有些脫節現象。主要體現在大部分水泥企業通過不斷提高熟料強度，尤其是早期強度，造成硅酸三鈣，鋁酸三鈣等礦物的偏高；大幅提高水泥的比表面積造成微細粉過多；以及在水泥粉磨過程中通過使用增強型助磨劑等；大幅提高混合材的摻量，甚至在水泥粉磨好后按一定比例外摻礦粉等方式以及出廠水泥溫度過高等等，雖然各項指標能滿足國家標準控制要求，但是水泥水化熱、水泥水化的速度、需水量，以及混合材的質量穩定性、品種、摻合料量等都會造成水泥最終在混凝土使用過程中的適應性差的反應。

作為水泥應用到混凝土中，除了強度、安定性、凝結時間等指標要求合格外，更多的是應該考慮水泥在混凝土中的綜合性能，主要是水泥需水量、水化熱、色澤、收縮性能、與外加劑的適應性以及出廠水泥溫度控制等等。混凝土企業目前大部分都是使用的P·O42.5水泥，因此對于水泥企業來說更應該在滿足國家標準前提下怎樣根據水泥在混凝土使用過程中的適應性能做好對接及質量控制，提供質量穩定，性能優越水泥尤為重要。

趙順增（中國建筑材料科學研究院，教授級高工）：

目前水泥生產現狀——普通水泥中所含混合材料嚴重超標

水泥企業大多采用新型干法技術，水泥熟料中C3S與C2S含量為72%～75%，其中C3S含量為55%～60%，個別廠家可以達到60%～65%，熟料的強度為58～62MPa。出于成本、稅收政策等利益考慮，我國水泥廠很少生產P·Ⅰ型硅酸鹽水泥，大多數水泥企業的產品綱領以P·O42.5MPa水泥為主，一些水泥廠采用分別粉磨混合材和熟料的技術，大幅度提高水泥中混合材的摻加量。采用分別粉磨技術和摻加含有早強激發組分的助磨劑后，在所謂的“P·O42.5MPa”水泥中，混合材料的摻加量一般可達40%～50%。另外，為了滿足3天強度的要求，水泥普遍粉磨過細，基本都在45μm之下，這樣的水泥在28天之后，強度基本不再增長，缺乏后勁，而且水化放熱集中，混凝土容易產生溫度裂縫，耐久性不好。

混凝土生產企業僅從水泥單價考慮，沒有執著地要求水泥企業提供P·I型硅酸鹽水泥，水泥企業也樂得提供利潤相對較高的P·O水泥。混凝土生產企業使用P·O水泥，在計算活性摻合料摻量時，通常不考慮所用的水泥中已經摻加了混合材，在這種水泥中再摻加50%的摻合料，其水泥熟料僅有22.5%～27.5%，就性質而言，該膠凝材料體系已經趨向石膏礦渣水泥，其水化產物的氫氧化鈣低于硅酸鹽水泥，混凝土碳化比較嚴重，這會給鋼筋混凝土結構帶來潛在的銹蝕風險。在現行國家標準《通用硅酸鹽水泥》GB175-2007中，水泥組分不是強制性條文，僅由生產者自行檢驗，缺乏有效地監督和管理，且大多數的混凝土生產商對該條文和檢驗方法不熟悉，不能有效維護自身的合法權益，筆者建議混凝土生產商還是采用P·I型硅酸鹽水泥。

馬堅（南昌亞力水泥制品有限公司）：

1. 單線產量越來越大。國家“上大限小”的調控政策迫使水泥生產線越來越向5000噸以上大型化發展。新型干法水泥生產線窯短轉速快，使預熱、分解、放熱、燒成及冷卻等五個傳統長窯中界限分明的不同燒成階段在短窯內變得不再清晰，甚至同時進行。新型短窯轉速快，溫度集中，使得熟料礦物中C2S（1350℃中大量形成，主要提供后期強度）的生產量偏少，而C3S（1450℃中生成，主要提供早期強度）偏高，故許多大廠水泥早期強度高，后期強度偏低。

2. 大量使用低質煤。煤價越來越高，迫使水泥企業進行低熱量煤的煅燒技術改造。理論上經過技改，無煙煤也可以完成熟料燒成，但由于熱工制度不穩定，致使窯的燒成狀況不穩，所生成的熟料品質相對波動較大。

3. 由天然石膏改用脫硫石膏。迫于成本壓力，許多大水泥廠開始改用電廠脫硫副產品作為水泥的調凝劑。有實驗表明，摻脫硫石膏的普硅水泥較摻天然石膏的普硅水泥凝結時間晚1～2個小時。

4. 水泥立磨代替球磨。立磨較球磨有比較大的生產效率優勢，但立磨磨制的水泥顆粒形態不如球磨磨制水泥圓滑，且級配不連續。故某些大廠水泥完全符合國家強制標準，但與外加劑的適應性不好。

5. 大量摻用混合材。水泥標準中允許水泥企業摻用一定比例的活性混合材，為降低生產成本，粉煤灰、礦粉、爐渣等混合材已開始大量應用到水泥生產中，而預拌混凝土企業為降低成本，亦在嘗試更多地添加摻合料。水泥中大量混合材的摻用給預拌混凝土企業確定摻合料的比例增加了困難。

2.適用于商品混凝土的優質水泥有哪些特征？您認為水泥企業應如何配合混凝土生產企業？

耿長圣（江蘇淮安美贊建材科技有限公司，高工，副總經理）：

水泥的散裝化也是隨著商品混凝土的發展而急劇普及的，目前大部分水泥廠及粉磨站的水泥散裝化達90%以上，但水泥的生產質量控制與商品混凝土的生產控制存在著不對等的空缺和差異。所謂的優質水泥筆者理解，就是各項質量指標穩定，波動較小，且與各類外加劑適應較好，有利于混凝土及砂漿的配制和生產。但在實際的配合中還是有下面的不足之處有待商榷。

首先、熟料問題：

即便是一家經營多年的水泥廠，對生產水泥的熟料控制也是千差萬別的，有的是在熟料生產時原材料控制不到位，使得每批次出的熟料質量波動較大；有的生產廠家從外地購熟料與自己廠內熟料混合使用；大多數粉磨站更是熟料的來源遍及各地，同樣打著××品牌，但是水泥的批次質量卻是相差很大，使得混凝土企業無法摸出水泥的質量規律和特性。所以，穩定的熟料來源是優質水泥的前提。

其次、季節的質量調整：

按照季節不同，各家水泥廠、粉磨站都對水泥生產進行了調整，這在混凝土企業使用過程中亦感覺到水泥廠的調整動作，但這些調整讓下游的商品混凝土企業對自身的質量控制也摸不著頭腦。季節調整應該與下游企業通氣。

第三、水泥的靜置及溫度：

水泥的靜置時間明顯不夠，水泥均是提前出廠，入庫溫度較高，而商品混凝土企業的生產特性是不可能將水泥靜置，入庫隨即使用，造成混凝土坍損較大、坍落度控制較難，混凝土凝結時間較短等一系列問題。所以，水泥溫度是水泥企業應該考慮解決的問題。

第四、水泥的細度問題：

目前水泥出廠檢驗已不能用細度來作為指標了，在細度篩分上，有些水泥根本不能有篩余，有些有篩余亦是后摻的部分摻合料細度不夠。如今使用的比表面積指標也足夠說明如今的水泥磨得有多細，使得商品混凝土成型后的裂縫有所增加。另外與外加劑的適應性亦越來越差，且早期強度較高，后期強度較低。但作為商品混凝土企業來要求水泥廠的細度也是勉為其難了，畢竟目前還是在追求利益最大化。

第五、混合材問題：

早在幾年前，唐明述院士在一次技術研討會上也提出水泥廠應對商品混凝土企業告知混合材的品種、摻量等指標，但至今即使關系再好的水泥企業都不可能明確告訴商品混凝土企業這些指標，導致商品混凝土企業在生產時摻合料的使用等方面受到限制，而且有些水泥廠家對混合材的摻量沒有節制，達到40%～50%！規范意義上的普通硅酸鹽水泥已經不復存在了。混凝土企業對摻合料的使用就只好是摸著石頭過河。所以，有段時間我們公司只用52.5級水泥。

由于時間倉促，只是筆者個人膚淺的一點見解，不足之處請專家學者批評指正。

范孟嶺（廈門智欣建材有限公司，高工）：

商品混凝土對水泥的要求：

（1）強度穩定，以合同約定強度值為均值，上下浮動小，各等級水泥的變異系數相對固定，且能夠接受。

（2）水泥和減水劑的適應性好，在減水劑相對穩定的情況下，適應性出現問題的頻率低。

（3）所配制的混凝土，水灰比和強度對應敏感度較小，即不應出現水灰比稍作調整，混凝土強度變化劇烈的情形。

（4）混凝土拌合物和易性良好，凝結時間穩定。

（5）所配制的混凝土體積穩定，不出現硬化前的強收縮裂縫，硬化后體積穩定性好。

（6）所配制的混凝土后期強度有較大的增長。

對水泥企業的要求：

（1）重視水泥產品質量。

（2）開展混凝土試驗，掌握必要的混凝土知識。

（3）重視技術服務，當混凝土公司反映水泥問題時，如和減水劑適應性不良，混凝土坍損嚴重時，足夠重視，進行混凝土驗證，積極調整。

（4）熟料、混合材及助磨劑等原材料保持穩定，以使水泥用于混凝土時不出現或少出現性能上大的波動。

3. 水泥中主要使用哪些混合材，它們對混凝土質量有何影響？

李悅（北京工業大學建工學院，副教授）：

水泥混合材可以分為活性混合材料和非活性混合材料兩種。活性混合材料的作用機理是與氫氧化鈣和水發生水化反應，生成水硬性水化產物，并逐漸凝結硬化產生強度。主要作用是改善水泥的某些性能，還具有擴大水泥強度等級范圍、降低水化熱、增加產量和降低成本的作用。 主要種類有：粒化高爐礦渣、火山灰質混合材料、粉煤灰。

非活性混合材料是指不與水泥成分起化學作用或起很小作用的混合材料，主要起到惰性填充作用而又不損害水泥性能的礦物質材料。主要作用是提高水泥的產量，調整水泥的強度等級，減少水化熱。常見品種有磨細石英砂、石灰石、粘土、慢冷礦渣及其他與水泥無化學反應的工業廢渣。

水泥中摻加混合材后，作為混凝土的一種原材料使用，由于現代混凝土除了傳統的水泥、砂石等原材料外，一般也會摻加大量摻合料和外加劑，因此混凝土的最終物理力學性能和耐久性往往受水泥本身混合材品種與摻量、混凝土摻合料的品種與摻量、外加劑的品種與摻量等多重綜合因素的影響，表現在以下方面：

1）影響水泥和外加劑適應性，進而影響混凝土的工作性等表象，遇到水泥和外加劑不適應的問題，必須通過試驗，對不適應因素逐個排除，找出其原因。

2）影響混凝土的強度，不同的水泥混合材對強度發展的貢獻差別很大，比如適量的石灰石粉將促進混凝土早期強度的發展；粉煤灰在28天內幾乎不水化，對早期強度影響非常小。

3） 影響混凝土含氣量。一些混合材由于具有一定的引氣性，因此摻加到混凝土中后會明顯影響混凝土的含氣量，比如摻加了沸石粉，則混凝土的含氣量大大增加。

4）影響混凝土的泌水性和表觀性能。例如，摻粉煤灰的混凝土路面一段出現了“起粉”和“露砂”現象，但混凝土的抗壓、抗折強度均達到了設計要求。主要原因不是粉煤灰在混凝土表面富集，而是在施工過程中混凝土泌水，造成表層水灰比過大，水泥水化較充分所致。

總之，由于水泥中的混合材對于混凝土用戶來說往往是隱蔽性添加，組成和性能是未知的，這就造成混凝土的性能變化往往存在難以預判斷性和存在一定偶然性，在目前的條件下，只有通過經驗性知識和試驗來控制混凝土的性能。

封孝信（河北聯合大學材料科學與工程學院（原河北理工大學材料學院），教授）：

建筑上常用的水泥是通用硅酸鹽水泥，通用硅酸鹽水泥按混合材料的品種和摻量不同分為硅酸鹽水泥、普通硅酸鹽水泥、礦渣硅酸鹽水泥、火山灰質硅酸鹽水泥、粉煤灰硅酸鹽水泥和復合硅酸鹽水泥。除I型硅酸鹽水泥（P·I）中不使用任何混合材料外，其他品種及型號的水泥均使用混合材料。

水泥混合材料即水泥生產時，加到水泥中去的礦物質材料，其目的是為了改善水泥性能、調節水泥強度等級及降低能耗和降低成本。根據來源不同水泥混合材料可分為天然混合材料和人工混合材料；根據混合材料的性質及其在水泥水化中所起作用不同分為活性混合材料和非活性混合材料。活性混合材料是指具有火山灰性或潛在水硬性，或兼有火山灰性和水硬性的礦物質材料；非活性混合材料是指活性指標不符合要求的材料，或者是不具有潛在水硬性或火山灰性的材料，其在水泥中主要起填充作用但不損害水泥性能。

能夠作為水泥混合材料的礦物質材料很多，但是能夠在通用硅酸鹽水泥中作混合材料的，國家標準（GB175-2007）有明確規定, 其使用量及種類如表1所示。活性混合材料包括符合標準要求的粒化高爐礦渣、粒化高爐礦渣粉、粉煤灰、火山灰質混合材料；非活性混合材料包括活性指標低于標準要求的粒化高爐礦渣、粒化高爐礦渣粉、粉煤灰、火山灰質混合材料及石灰石和砂巖。

表1 通用硅酸鹽水泥中使用的混合材料種類及摻量

水泥中的混合材料對混凝土性能的影響主要在三個方面：（1）對新拌混凝土性能的影響；（2）對混凝土強度的影響；（3）對混凝土耐久性的影響。每一種水泥混合材料對混凝土的性能是如何影響的，難于一言而概之，因為成分不同、來源不同、品種不同，混凝土的配合比不同，影響就不同，有的影響還是多重的。在此，試圖將其一般規律簡化為一個表（見表2），僅供參考，其中的一些觀點尚有爭議。

表2 水泥常用混合材料對混凝土性能的影響

4. 水泥生產中摻加了各種助磨劑，您認為助磨劑對混凝土生產會產生哪些影響？

劉娟紅（北京科技大學土木與環境工程學院，副教授）：

從水泥助磨劑和混凝土減水劑作用機理來看，二者作用的一個共同點是：都是通過吸附在水泥顆粒表面，降低水泥體系的表面能，來達到助磨或減水作用。由于助磨劑的助磨效果，水泥的粒度分布更加細化，因而，相比沒有添加助磨劑的水泥來說，保持水泥強度等級不變，可以往水泥中添加更多的混合材。更有甚者，還將提高早期強度的功能附加給助磨劑。任何增加早期強度的做法都會對混凝土后期強度和長期性能造成不利影響。

第一，水泥比表面積的增大，外加劑與水泥的相容性隨之下降。水泥越細，比表面積越大，減水劑要達到飽和點的摻量就越高，從而導致在相同減水劑摻量的情況下，混凝土坍落度降低，且坍落度損失增大。

第二，早強型助磨劑影響水泥后期強度和超強性能。由于增強型助磨劑有些是以化學激發的原理起作用的，在磨內溫度比較高時，化學反應復雜，可能會影響水泥其它性能。

第三，過細的水泥具有更大的開裂敏感性。水泥顆粒粒徑越細，早期的水化越快，水化熱釋放得早，單位時間內的水化熱越高，而水化越快消耗混凝土內部的水分就越快，這樣就可引起混凝土的自干燥收縮，使混凝土容易產生裂縫。而且由于水泥粗顆粒的減少，減少了穩定體積的未水化顆粒，從而影響到混凝土的抗滲性、抗凍性、抗碳化能力、抗侵蝕性等。

5. 目前水泥供不應求，混凝土企業處于被動地位，在這樣的情況下混凝土企業該如何應對貨源緊缺和選擇優質水泥的這一矛盾？

趙恒樹（山東臨沂魯班混凝土有限公司，工程師）

在水泥貨源緊缺的情況下，要想購進優質水泥，必須做到以下幾點：

1、成立商品混凝土企業的技術聯盟，聯合向當地的大水泥廠提出技術要求：水泥比表面積小于360m2/kg；水泥標準稠度小于29%；水泥28天強度大于1.13倍的強度等級；混合材摻量應注明；助磨劑的摻量和品種要注明。因為商品混凝土企業是水泥企業的主要客戶，他們會重視技術聯盟所提出的要求，并能為此而努力

2、對于在夏天水泥出廠溫度過高問題，可由商品混凝土企業自行解決。當遇到大體積混凝土時，可提前一周把水泥倉裝滿，隨用隨裝，這樣便可解決水泥溫度過高問題。

黃清林（浙江芽芽控股集團，高級研究員）：

我們采取的措施是：

1、 選擇當地一家規模、實力、質量穩定的水泥生產企業簽定了長期供應合同，在合同履行過程中我們不違約，水泥廠沒有借口不予供應水泥。今年在政府要求能耗大的企業進行限電措施，水泥廠也不例外，實行停三開四的措施。水泥廠也千方百計要保證合同客戶的要求。但由于水泥少，粉磨好的水泥來不及在水泥庫中冷卻，就被發出去給客戶了，造成水泥出廠溫度過高，吸水量大，配制混凝土時坍落度損失大，要實驗室采取技術手段進行處理。

2、 建立了兩個1000噸的水泥儲藏罐。一可以在本地水泥價格高時到外地去采購，降低生產成本；二是在水泥緊缺時當作倉庫臨時儲存水泥，以免在水泥緊缺時措手不及。

3、 通過技術手段，降低水泥的用量。通過采用礦粉、粉煤灰、硅粉等摻合料及高效減水劑，來降低水泥的用量。

所以去年我們混凝土企業在水泥緊缺時沒有受到較大的影響。