浅识混凝土用水泥 | 混凝土知识小报 NO.3

最早在1824年，英格兰的一位砌砖工人约瑟夫·艾斯伯汀，首先使用“波特兰水泥”一词来描述将粘土、石灰石的混合物在锅炉中加热，直到温度足够将二氧化碳完全放出为止后所形成的产品。水泥作为建设的最基础材料，目前还没有一种可以代替的材料。我国自1985年水泥产量已稳居世界第一位，出现水泥产能过剩的现象。

对水泥广义的理解是粉状水硬性无机胶凝材料。加水搅拌成浆体后能在空气或水中硬化，用以将砂、石等散粒材料胶结成砂浆或混凝土。以下对其进行分类。

从组成有：

硅酸盐水泥（波特兰水泥）

铝酸盐水泥

硫铝酸盐水泥

氟氯酸盐水泥

铁铝酸盐水泥

熟料或无熟料水泥

从性能与用途有：

通用水泥

专用水泥

特种水泥

下文均以硅酸盐水泥（简称水泥）为例，进行说明。

-  认识水泥生产过程  -

水泥产品的生产工艺流程主要是“两磨一烧”，即原材料到生料的粉磨、生料到熟料的煅烧、熟料到水泥成品的粉磨。

水泥制造的“两磨一烧”工艺流程示意图

01 原材料-生料的过程

由于硅酸盐水泥的主要成分是硅酸钙，因此生产水泥的原材必须提供一定形态和比例的硅和钙。

• 钙质原料

凡是以碳酸钙、氧化钙、氢氧化钙为主要成分的原料都叫钙质原料。如石灰岩、泥灰岩、白垩、贝壳等。

• 硅质原料

以黄土和天然粘土应用最广。人工的(工业废渣)有煤矸石、粉煤灰、煤渣、磷渣等。一般均只代替部分粘土。

• 调节原料（铁、铝质材料）

如果主要原料中的Al2O3、Fe2O3含量不足，就需要有意识的加入矾土、铁矿等辅助性材料，以补充生料中的铝和铁。这样，除硅酸钙外，硅酸盐水泥熟料中还含有铝酸钙和铁铝酸钙。

原材料-生料的过程

为了消除或缩小入窑生料成分的波动，使生料化学成分均匀、稳定，在煅烧前需对生料进行均化。因此，原料需经过破碎、粉磨和混合等一系列工序的处理，才能进入生料库。

02 生料-熟料的过程

该过程的一个重要步骤就是回转窑中的熟料煅烧。回转窑是一个倾斜的钢制圆筒，内衬耐火砖。经过预热部分已分解的生料从回转窑高的一端进入窑体。回转窑不断旋转，物料被带到窑体较低的一端。

物料在窑内的速度由窑体的倾斜度和窑回转的速率所控制。煤粉或燃油或燃气从窑体低端喷入烧成带。烧成带温度在1450~1550℃左右，硅酸盐水泥形成就在这里完成。

回转窑中发生的化学反应

生料煅烧的物理、化学变化

03 熟料-水泥的过程

这是生产水泥的最后一道工序，将熟料粉磨至比表面积＞300m2/kg的水泥颗粒。粉磨在立磨中进行，粉磨时一般加入约5%的石膏或硫酸钙控制水泥早期的凝结和硬化。

水泥的整个制造流程

-  常见问题及解决办法  -

01 混凝土早期开裂、收缩

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-水泥细度太大-

随着水泥细度的增加，水泥的放热速率快，其早期强度增长快，后期强度增长缓慢，导致混凝土收缩开裂敏感性增加，后期强度不增长，甚至倒缩；

解决办法

进场水泥要尽量选择C3S、C3A含量较低的水泥，其后期强度增长较大。

-水泥的混合材超掺-

混合材超掺本身不是太大问题，但由于现在水泥生产厂家往往不公开自己品种、等级和掺量，而且经常变化，造成混凝土质量波动大，难以控制，不仅影响施工性能还对工程质量造成影响。

解决办法

不断和水泥生产厂家协商，控制水泥的比表面积不宜大于350m2/kg；

02 水泥与外加剂适应性问题

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- 原因 -

1. 水泥原材矿物组分不稳定；

2. 水泥生产工艺过程温度控制不稳定；

3. 水泥组分中吸附外加剂能力:C3A>C4AF>C3S>C2S，吸附外加剂能力强的组分多；

4. 水泥存放一段时间后，温度下降，游离CaO吸收空气中的水后转变成Ca(OH)2，吸收空气中的CO2后转变成CaCO3；

5. 温度、湿度高低直接影响混凝土用外加剂对水泥的适应性；

- 如何检验 -

通常进行净浆流动度试验检测，即同一批外加剂与新进的水泥和原用的水泥进行比较试验，以判别是否是外加剂的原因而出现的问题。在判明情况之后，一般采取调整外加剂掺量或适当调整混凝土配合比的办法，同时与外加剂厂家或水泥厂家联系。

03 混凝土易出现泌水、离析 

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- 原因 -  

1. 水泥细度大时易泌水；水泥中C3A含量低易泌水；水泥标准稠度用水量小易泌水；掺Ⅰ级粉煤灰易泌水；

2. 水泥用量小易泌水；

3. 低标号水泥比高标号水泥的混凝土易泌水(同掺量) ；  

4. 配同等级混凝土，使用高标号水泥的混凝土比低标号水泥的混凝土更易泌水；

5. 单位用水量偏大的混凝土易泌水、离析；

6. 强度等级低的混凝土易出现泌水(一般)；

7. 砂率小的混凝土易泌水、离析；

8. 单粒径碎石比连续粒径碎石更易泌水；

9. 混凝土用外加剂的保水性、增稠性、引气性差的混凝土易出现泌水；

10. 超掺混凝土用外加剂的砼易出现泌水、离析；

- 解决方法 -  

1. 根本途径是减少单位用水量。  

2. 增大水、水泥用量或掺适量的Ⅱ级粉煤灰。 

3. 增大砂率，选择合理的砂率。

4. 采用连续级配的碎石，且针片状含量小。

5. 改善砼外加剂性能，使其具有更好的保水、增稠性，或适量降低混凝土用外加剂掺量(仅限现场) ，搅拌站若降低砼外加剂掺量，又可能出现砼塌落度损失快的新问题。  

04 混凝土出现抓底或板结

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- 原因 - 

1. 严重泌水的混凝土易出现抓底或板结；

2. 水泥用量大的混凝土易出现抓底现象；

3. 混凝土用外加剂掺量大的砼易出现抓底现象；

4. 混凝土砂率小，混凝土易出现板结现象；

5. 混凝土外加剂减水率高，泌水率高，保水、增稠、引气效果差的混凝土易出现抓底或板结现象；

- 解决方法 -

1. 减少单位用水量。

2. 提高砂率。

3. 掺加适量的掺合料如粉煤灰，降低水泥用量。 

4. 降低混凝土外加剂的掺量。  

5. 增加混凝土外加剂的引气、增稠、保水功能。

作者 by    陈邦钺

编辑 by    张圆