談硅酸鹽水泥的強度

牛崇霞

(晉城市城區(qū)建筑工程質(zhì)量監(jiān)督站，山西 晉城 048000)

水泥的強度是評價水泥質(zhì)量的重要指標之一，28 d的強度是劃分硅酸鹽水泥強度等級的依據(jù)。通常按齡期28 d以前的強度為早期強度，28 d以后的強度為后期強度。水泥強度及其發(fā)展與熟料的礦物組成、水泥細度、水灰比、養(yǎng)護溫度、石膏摻量以及外加劑等因素有關(guān)。

1 水泥強度的產(chǎn)生和發(fā)展

在硅酸鹽水泥熟料中，其主要化學成分有CaO，SiO2，Al2O3，F(xiàn)e2O3，這四種氧化物不是單獨存在的，而是經(jīng)過高溫煅燒后，由兩種或兩種以上的氧化物反應(yīng)生成的集合體。即硅酸鹽水泥熟料中主要有硅酸三鈣、硅酸二鈣、鋁酸三鈣、鐵鋁酸四鈣四種礦物，這些熟料礦物結(jié)晶非常細小，由上可見硅酸鹽水泥熟料是一種由多礦物組成并且結(jié)晶細小的人造巖石。這四種主要礦物對硅酸鹽水泥的強度有著非常重要的影響。

有關(guān)硬化水泥漿體強度的產(chǎn)生，存在著不同的說法，一種說法認為，水泥加水拌和后，熟料礦物迅速水化，生成大量的水化產(chǎn)物C-S-H凝膠，并生成Ca(OH)2及鈣礬石晶體。經(jīng)過一定時間以后C-S-H也以長纖維晶體從熟料顆粒上長出，同時鈣礬石晶體逐漸長大，它們在水泥漿體中相互交織聯(lián)結(jié)，形成網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，從而產(chǎn)生強度。隨著水化的進一步進行，水化產(chǎn)物數(shù)量不斷增多，晶體尺寸不斷長大，從而使硬化漿體結(jié)構(gòu)更為致密，強度逐漸提高。另一種看法認為，硬化水泥漿體強度的產(chǎn)生，是由于水化產(chǎn)物尤其是C-S-H凝膠所具有的巨大表面能，導致顆粒產(chǎn)生范德華力或化學鍵力，吸引其他離子形成空間網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，從而具有強度。

2 影響水泥強度的因素

影響水泥強度的因素相當復(fù)雜，而且涉及面廣，有些機理目前還缺乏確切的結(jié)論，仍有待進一步的研究。下面從以下幾方面來論述。

2.1 熟料的礦物組成

在硅酸鹽水泥熟料中的四種主要礦物都分別以單獨的相存在，它們在水化反應(yīng)中顯示出各自不同的水化特性。因此，礦物組成及其含量對水泥的水化速度、水化物的形態(tài)和尺寸有直接的影響，也直接影響著水泥強度的形成和發(fā)展。可以說，影響水泥早期強度、強度增長速度和后期強度高低最為重要的原因就是硅酸鹽礦物的含量。根據(jù)大量的試驗表明，硅酸鹽礦物的含量決定著水泥強度的高低。其中若硅酸三鈣的含量大約占到50%，它的早期強度最大，28 d強度也基本依賴于硅酸三鈣的含量，所以其含量高，水泥的早期強度就高，但以后強度增長不大。而硅酸二鈣含量高的水泥雖然早期強度的提高比不上硅酸三鈣，但以后強度增長明顯，到一年以后可以趕上硅酸三鈣高的水泥。

鋁酸三鈣的早期強度增長很快，一般認為，鋁酸三鈣主要對早期強度有利，但強度絕對值不高，而且后期強度增長隨齡期延長逐漸減少，甚至有倒縮現(xiàn)象。

關(guān)于鐵鋁酸四鈣的強度，目前國內(nèi)外有關(guān)試驗表明，鐵鋁酸四鈣不僅對早期強度有利，而且也有利于后期強度的增長，其3 d，28 d抗壓強度遠比硅酸二鈣和鋁酸三鈣高，其一年強度甚至還能超過硅酸三鈣。

作為調(diào)凝劑加入的石膏，也能改變水泥的強度。石膏對強度的影響受細度、鋁酸三鈣含量和堿含量等因素控制。當加入適量的石膏時，有利于提高水泥的強度特別是早期強度，但石膏加入過多時，則會使水泥制品產(chǎn)生體積膨脹導致強度降低。

2.2 水泥細度

水泥的細度即水泥的粗細程度，水泥強度的增長速度和水泥的粗細程度有著十分密切的關(guān)系。如果水泥越細，顆粒分布范圍就越窄越均勻，其水化速度越快，而且水化反應(yīng)完全，水泥的強度特別是早期強度會越高。因此，應(yīng)適當增大水泥細度，并且還能改善漿體泌水性、和易性和粘結(jié)力等施工性能。當然也不是說水泥越細就越好，如果水泥過細，標準稠度需水量越大，增大了硬化漿體結(jié)構(gòu)的孔隙率，從而引起強度下降。因此，在實際生產(chǎn)中對水泥細度的控制也是一項非常重要的任務(wù)。

2.3 施工條件

水泥石結(jié)構(gòu)的強度與其施工過程密切相關(guān)。在施工過程中，水灰比、骨料級配、攪拌振搗的程度、養(yǎng)護溫度及是否用外加劑等對強度都有很大影響。

1)水灰比及密實程度。水泥的水化程度越高，單位體積內(nèi)水化產(chǎn)物就越多，水泥漿體內(nèi)毛細孔被水化產(chǎn)物填充的程度就高，水泥漿體的密實程度也就高些。許多研究表明，水泥石結(jié)構(gòu)中總孔隙率和大毛細孔減少時，其強度能得到較大程度的提高。

施工中攪拌與振搗是否充分，對漿體結(jié)構(gòu)強度尤其是抗折強度有很大的影響。攪拌不充分，漿體內(nèi)組分產(chǎn)生所謂離析現(xiàn)象，導致水泥漿分布不均，從而降低了強度。而施工中振搗不夠充分，使?jié){體不夠致密而產(chǎn)生氣泡孔、微裂縫，對強度影響更大。減少微裂縫的數(shù)量和尺寸，增大水泥石的致密程度，使強度特別是抗折強度有較大的提高。

2)養(yǎng)護溫度。在水泥水化過程中，提高養(yǎng)護溫度，可以使早期強度得到較快發(fā)展，但后期強度，特別是抗折強度反而會降低。一些研究表明，高溫下水化造成強度降低的主要原因是由于在高溫下水化迅速，生成的凝膠等水化產(chǎn)物得不到充分的擴散而均勻地沉析到水泥顆粒之間的空間中。這樣，凝膠分布稀疏的部位就成了結(jié)構(gòu)的弱點，從而影響強度的增強。

應(yīng)當注意的是，在提高養(yǎng)護溫度的同時，必須使?jié){體保持濕潤，否則水化將可能停止。一般宜用飽和或高壓飽和蒸汽養(yǎng)護。

3)外加劑。在現(xiàn)代建筑工程中，幾乎絕大部分混凝土及其制品中都采用外加劑。根據(jù)需要采用適當?shù)耐饧觿λ嗍Y(jié)構(gòu)的強度也會有一定影響。如采用摻入適當品種與摻量的減水劑，可使水灰比大幅度減小到0.25，穩(wěn)定地促進強度的增長;采用早強劑可大幅度提高早期強度;而采用另外一些外加劑如引氣劑、膨脹劑、速凝劑等則可能會引起后期強度降低，故在使用時應(yīng)嚴格控制其摻加量。無論在水泥的實際生產(chǎn)過程中，還是在施工中，我們都應(yīng)該注意影響水泥強度的這一系列因素，只有嚴格控制這些因素，才能保證水泥強度這項指標符合有關(guān)標準規(guī)定。

[1] 劉衛(wèi)中，陳熾鋒.水泥3 d強度與28 d強度相關(guān)性分析[J].山西建筑，2010，36(10):179-180.