技术丨不同行业对通用硅酸盐水泥品质指标特殊要求的解析

水泥的种类繁多，目前生产和使用的水泥品种已达200余中，其中以通用硅酸盐水泥应用最广。通用硅酸盐水泥由硅酸盐硅酸盐水泥熟料、石膏调凝剂和混合材料三部分组成，包括硅酸盐水泥、普通硅酸盐水泥、矿渣硅酸盐水泥、火山灰质硅酸盐水泥、粉煤灰硅酸盐水泥、复合硅酸盐水泥六个品种。GB175-2007《通用硅酸盐水泥》规定的相关品质指标主要有：组分、不溶物、烧失量、氧化镁、三氧化硫、氯离子、碱含量、凝结时间、安定性、强度、细度。

应当引起水泥生产企业注意的是，一些行业根据本行业特点在GB175-2007《通用硅酸盐水泥》基础上增加了品质指标要求或对相关品质指标进行了修改或明确。下面就国内铁路、水电两个代表性行业对通用硅酸盐水泥品质指标的特殊要求，进行针对性解析。

1、不同行业品质指标的要求

各个行业对于不溶物、烧失量、氧化镁、三氧化硫、氯离子、凝结时间、安定性、强度要求，和GB175-2007《通用硅酸盐水泥》基本一致，多年来的工程实践证明这些指标在不同行业的应用是可行的，不再赘述。

1.1、铁路行业品质指标的特殊要求

TB10424-2010《铁路混凝土工程施工质量验收标准》表6.2.1-1规定了水泥性能检验项目，其特殊要求项目及相关说明如下：

比表面积是影响水泥一系列工程应用性能的重要指标。一些水泥生产企业为了提高早期强度，片面采用提高比表面积的方法。检测中发现，比表面积是不合格率最高的项目。同样成分的水泥，颗粒越细，与水接触的面积越大，水化反应速度越快，水化热越大。铁路混凝土如桥墩等部位，均为大体积混凝土，更容易产生温度裂纹。

GB50496-2009《大体积混凝土施工规范》规定：大体积混凝土施工所用水泥其3d天的水化热不宜大于240kJ/kg，7d天的水化热不宜大于270kJ/kg。铁路特别是高速铁路混凝土，为高性能混凝土，掺有如高效减水剂等外加剂，如果比表面积过大，水化速率增大，水化产物迅速包裹在未水化的水泥颗粒与减水剂表面，水泥颗粒对外加剂吸附能力增强，在减水剂掺量不变的情况下，削弱了减水剂的分散效果，造成工程中所谓的“不相容”现象，严重的会导致混凝土无法拌合或强度不合格。

游离氧化钙是指熟料中没有以化合状态存在而是以游离状态存在的氧化钙，又称游离石灰（f-CaO），为无色圆形颗粒。在水泥熟料的煅烧过程中，绝大部分CaO均能与酸性氧化物合成C2S,C3S,C3A.C3AF等矿物，但由于原料成分、生料细度、生料均匀性及煅烧温度等因素的影响，仍有少量的CaO没能与酸性氧化物SiO2,AL2O3和FE2O3他等结合形成矿物而以游离的氧化物（f-CaO)存在。水泥中游离氧化钙结构致密，且被包裹在熟料矿物中，水分子很难进入其颗粒内，所以遇水反应缓慢，

其水化反应式为：CaO+H2O=Ca（OH）2

固相体积增大约1倍。如果这个过程在水泥硬化前完成，则对混凝土不回产生危害。但由于水泥中游离氧化钙在常温下水化作用缓慢，至水泥混凝土硬化后较长一段时间（一般为3-6个月）内才能完全水化，使已经硬化的水泥石内部产生局部膨胀，导致安定性不合格及强度下降，严重时建筑物会开裂或崩溃。

研究表明，含有活性二氧化硅的粗、细骨料会与水泥中的碱发生反应，称为“碱—活性反应”。生成膨胀性的硅酸钠(钾)，建筑吸水泡胀，内部产生极大的膨胀力，水泥中的碱含量与膨胀大小呈正比例关系，产生的破坏性裂缝能在数天，数月甚至数年后出现，是影响混凝土耐久性最主要的因素之一。该反应不同于其他混凝土病害，其开裂破坏是整体性的。大部分铁路工程处于野外，湿度较大，满足反应需要的介质条件（碱—活性反应在干燥环境条件中不会发生）。同时，水泥碱含量过高，会造成凝结时间缩短现象，对于铁路大体积混凝土浇捣产生不利影响。

水泥熟料中含有含有四种主要矿物：硅酸三钙、硅酸二钙、铝酸三钙、铁铝酸四钙。其中铝酸三钙的特点是水化作用最快、发热量最高、强度发展很快但不高，体积收缩大，抗硫酸盐侵蚀性能差。对于铁路行业，水化作用最快会使混凝土坍落度损失过快，造成假凝；发热量最高容易产生温度裂缝；体积收缩大，容易产生收缩裂缝；铁路混凝土处于野外，环境条件恶劣，抗硫酸盐侵蚀性能差，降低混凝土耐久性。

1.2 水电行业品质指标的特殊要求

DL/T 5148-2001《水工建筑物水泥灌浆施工技术规范》第5.1.2条规定：帷幕灌浆与坝体接缝灌浆所用水泥的细度宜为通过80μm方孔筛的筛余量不大于5％。

在水利工程施工过程中，帷幕灌浆技术是一项重要的防渗手段，其原理是：借助地质钻机对地层实施钻孔，使之形成帷幕形钻孔，并向孔内高压灌注水泥浆，水泥浆深入渗透到地层缝隙，并逐渐的凝固，这样就使得钻孔与周围的水泥浆渗透凝结进而形成一个整体，底部深度直达地岩层内部，最终形成防水帷幕，并且具有较高的密实性。坝体接缝灌浆原理类似。由于地层缝隙与坝体接缝缝隙可能会较小，如果水泥细度过大，容易出现“塞缝”现象，即浆料无法进入缝隙中，失去防水效果。

结语：

在日常检测工作中，特别是检测不同行业建设工程所用水泥时，水泥生产单位和使用单位为水泥质量合格与否存在歧义的情况时有发生，其中很大一部分原因是水泥生产单位还是按照国家标准组织生产，没有深刻理解不同行业对水泥品质指标的特殊要求。随着我国经济的发展，一些新兴行业的发展会加速，如现在的高速铁路建设，这就促使水泥生产单位必须认真学习建设工程行业标准，理解不同行业对水泥的不同需求，才能搭上发展的高速列车。

作者：程杰 , 程彦 , 郑亚露

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