试论水泥安定性对混凝土质量的影响与检测

【摘要】在建设工程中，水泥质量的好坏直接影响建筑结构安全，而水泥安定性是水泥检验指标中最主要的指标之一。介绍了水泥安定性的概念，分析了水泥安定性不合格的原因以及危害，并对检验水泥安定性的方法和水泥安定性不合理的处理方法进行了阐述，同时对混凝土稳定性的检测范围及检测方法进行了论述。
　　【关键词】：水泥；混泥土；质量；检测
　　1安定性不合格水泥的成因
　　1.1水泥安定性的概念
　　水泥浆硬化后体积变化的均匀性称为水泥体积安定性，即在水泥和水以后，逐渐水化硬化，水泥硬化浆体能保持一定形状，不开裂、不变形、不溃散的性质。一般来说，除了膨胀水泥这一类水泥在凝结硬化过程中体积稍有膨胀外，大多数水泥在此过程中体积稍有收缩，但这些膨胀和收缩都是硬化之前完成的。因此水泥石的体积变化均匀，即安定性良好。如果水泥中某些成分的化学反应不在硬化前完成而在硬化后发生，并伴随有体积变化，这时便会使已经硬化的水泥石内部产生有害的内应力。如果这种内应力大到足以使水泥石的强度明显降低，甚至开裂，导致水泥制品破坏，则造成水泥安定性不合格。
　　1.2安定性不合格的产生原因
　　造成水泥安定性不合格的主要原因是由于水泥熟料中的f-CaO（或者还有少量MgO、SO3）。水泥熟料中最主要的化学成分是CaO，它与SiO2生成硅酸钙，与Al2O3和Fe2O3生成铝酸盐和铁铝酸盐。要生产出高品位的优质水泥，就需要有足量的碱性氧化物来满足酸性氧化物的需要。但在生产过程中，由于配料比例失当或煅烧温度低以及熟料冷却方式不当，其中一部分CaO就不能完全与酸性氧化物化合或是已形成的C3S发生分解，从而以f-CaO的形式存在于水泥熟料中。这种经高温烧成的晶体颗粒呈死烧状，遇水后水化速度极慢。在水泥水化、硬化的过程中，f-CaO在水泥具有一定的强度后才开始水化，并伴随一定的体积膨胀，从而导致混凝土内部产生巨大的膨胀应力，致使混凝土的强度急剧下降。当膨胀应力超过混凝土的强度极限时，就会引起混凝土的开裂和损坏。
　　1.3安定性不合格水泥的处理
　　规范规定：安定性不合格的水泥应视为废品，禁止用于工程上。对初检和复检其安定性严重不良的不合格水泥，应遵守这一规定；但对初检和复检其试饼开裂、弯曲不严重或采用雷氏法两个试件煮后增加距离超过规范要求不多时，可尝试将水泥搁置一个月甚至两个月后再进行安定性检验，合格后可用于工程上。原因是低温f-CaO的结构疏松，在水泥存放的过程中能够自动吸收空气中的水分进行消解，随着水泥搁置时间的
　　延长，水泥中f-CaO含量不断减少。而高温f-CaO的密度大，结构致密，且表面包裹着玻璃釉状物质，不易吸收空气中的水分进行水化。若搁置一段时间后，安定性仍然不合格，应禁止使用。
　　2安定性不合格水泥对混凝土质量的影响与危害
　　主要是体积膨胀引起水泥石开裂，导致混凝土结构破坏。水泥的体积膨胀值与混凝土体积膨胀值是不同的，前者为净浆，后者为水泥、水和粗细骨料组成的集合体，而且用水量各不相同，水化情况也不尽相同，混凝土的孔隙远比净浆中的孔隙要高，所以水泥的体积变化不能全面地代表混凝土的体积变化。凡工程中使用了安定性不合格的水泥的，均造成了程度不同的质量问题。事故发生的部位和损坏程度如下：
　　2.1混凝土工程
　　用于混凝土工程的梁、板、柱，浇筑后凝结缓慢，混凝土表面出现不规则网状裂缝无强度，部分裂缝处混凝土酥松，尤其是承重部位的阳台、梁、挑檐板、雨蓬等随时间推移，即出现裂缝或损坏。
　　2.2砌体工程
　　轻者砂浆达不到设计强度，重者砂浆无强度，随着砂浆中的水分的析出干燥，砂灰变酥，墙体粘结强度达不到设计要求，甚至出现崩裂和损坏。
　　2.3装饰工程
　　使用在内外墙裙，抹灰层或地面，轻者装饰无强度、起皮、开裂、掉砂，重者大面积脱落掉皮，经不起风雨的冲刷，短期内毁坏。
　　3水泥安定性不合格对混凝土质量影响的检测
　　对已浇筑的混凝土所用水泥是否存在安定性不合格的问题，或是已使用了安定性不合格水泥的混凝土，如何进行检测、评估是工程技术人员和研究人员一直探索研究的课题。比较成熟并已被国家《建筑结构检测技术标准》采用的是“f-CaO对混凝土质量影响的检测”方法。该检测方法适用于判定f-CaO对混凝土质量的影响。f-CaO对混凝土质量影响
　　的检测可分为现场检查、薄片沸煮检测和芯样试件检测等。
　　3.1现场检查
　　可通过检查混凝土外观质量（有无开裂、疏松、崩溃等严重破坏症状）初步确定f-CaO对混凝土质量有影响的部位和范围。从外观判别用于混凝土工程的水泥的安定性是否合格，也可采用以下几种简易方法：
　　1）合格水泥浇筑的混凝土外表坚硬刺手，而安定性不合格水泥浇灌的混凝土给人以松软、冻后融化的感觉；2）安定性合格的水泥浇筑的混凝土多数呈青灰色且有光亮，而不合格水泥浇筑的混凝土多呈白色且黯淡无光；3）合格水泥拌制的混凝土与骨料的握裹力强、粘结牢，石子很难从构件表面剥离下来，而安定性不合格的水泥拌制的混凝土与骨料的握裹力差、粘结力小，石子容易从混凝土的表面剥离下来。
　　3.2在初步确定有f-CaO对混凝土质量有影响的部位上钻取混凝土芯样，芯样的直径可为70～100mm。在同一部位钻取的芯样数量不应少于2个，同一批受检混凝土至少应取得上述混凝土芯样3组。
　　3.3在每个芯样上截取1个无外观缺陷的10mm厚的薄片试件，同时将芯样加工成高径比为1．0的芯样试件，芯样试件的加工质量应符合《钻芯法检测混凝土强度技术规程(CECS03)》的要求。
　　3.4试件的检测应遵守下列规定
　　1）薄片沸煮检测：将薄片试件放入沸煮箱的试架上进行沸煮，沸煮制度应符合第（6）条的规定。对沸煮过的薄片试件进行外观检查；2）芯样试件检测：将同一部位钻取的2个芯样试件中的1个放入沸煮箱的试架上进行沸煮，沸煮制度应符合第（6）条的规定。对沸煮过的芯样试件进行外观检查。将沸煮过的芯样试件晾置3d，并与未沸煮的芯样试件同时进行抗压强度测试。芯样试件抗压强度测试应符合《钻芯法检测混凝土强度技术规程（CECS03）》的规定。计算每组芯样试件强度变化的百分率，并计算全部芯样试件抗压强度变换百分率的平均值。
　　3.5当出现下列情况之一时，可判定f-CaO对混凝土质量有影响1）有2个或2个以上沸煮试件（包括薄片试件和芯样试件）出现开裂、疏松或崩溃等现象；2）芯样试件强度变化百分率平均值大于30％；）仅有一个薄片试件出现开裂、疏松或崩溃等现象，并有一个芯样试件强度变化的百分率大于30％。
　　3.6沸煮制度调整好沸煮箱内的水位，使能保证在整个沸煮过程中都超过试件，不需中途添补试验用水，同时又能保证在（30±5）min内升至沸腾。将试样放在沸煮箱的试架上，在（30±5）min内加热至沸，恒沸6h，关闭沸煮箱自然降至室温。
　　4结论
　　由于安定性不合格水泥的成因复杂，程度不一，对混凝土质量的影响在时间、程度上也不一样，有的甚至没有明显影响，使得其危害具有隐蔽性，有的需要若干年后才会暴露，对混凝土的耐久性有很大影响。由此可见，对水泥这一有着关键作用的材料，使用前必须按规范要求进行复验，检验合格后方可使用。只有这样，才能有效避免工程质量事故的发生。