水泥安定性及其对混凝土构件的影响

【前言】水泥安定性及其对混凝土构件的影响由文秘帮小编整理而成，但愿对你的学习工作带来帮助。1.水泥安定性的影响因素 1.1游离氧化钙(f-Ca0)对安定性的影响 水泥熟料矿物是在1450℃左右高温下反应生成，反应程度受到生料的配合比、混合是否均匀、烧成温度、煅烧带停留时间等条件的影响。一些组份的反应不可能是很完全，或多或少地剩余一些氧化钙未被吸收化合，这...

摘要：水泥安定性关系到混凝土结构的安全性，是水泥在工程应用时的必测项目。文章分析了影响水泥安定性的因素及其机理,以及水泥安定性对混凝土构件的影响。

关键词水泥安定性试饼法雷氏法混凝土内应力

中图分类号：TU528文献标识码： A 文章编号：

引言水泥的安定性是水泥质量指标中最重要的指标之一。水泥在凝结硬化后，因为内部化学反应产生局部膨胀，而导致水泥石结构的破坏，就是所谓体积安定性不良。

水泥安定性不良的原因，一般是由于熟料中所含的游离氧化钙(f-CaO)、方镁石或掺入过量的石膏以及水泥中的Fe2O3造成的。游离氧化钙(f-Ca0)是影响水泥安定性的主要原因。

1.水泥安定性的影响因素

1.1游离氧化钙(f-Ca0)对安定性的影响

水泥熟料矿物是在1450℃左右高温下反应生成，反应程度受到生料的配合比、混合是否均匀、烧成温度、煅烧带停留时间等条件的影响。一些组份的反应不可能是很完全，或多或少地剩余一些氧化钙未被吸收化合，这些剩余的氧化钙称为游离氧化钙。游离氧化钙因产生的条件不同存在形态也不同。

第一种形态是低温游离氧化钙；其结构疏松多孔，遇水反应较快，相对水泥安定性危害不很大。表现为降低水泥或混凝土强度。

第二种形态是死烧状态的游离氧化钙；水化速度很慢，在硬化的水泥石中继续与水生成六方板状的Ca(OH)2晶体，体积增大近一倍，产生的膨胀应力以致破坏水泥石。

游离氧化钙的水化可以用下式表示：CaO+H2OCa(OH)2

游离氧化钙的水化膨胀有两个特征：一是在空间上的不规则性，难于预测结构变形和开裂前的方位；二是时间上的不确定性，使得难以预测结构破坏的期限。上述特征使其对混凝土结构的安全造成了严重的隐患。

1.2氧化镁(MgO)对安定性的影响

熟料中的氧化镁主要来源于石灰石(CaCO3，CaMg(C03)2)成分。温度为(600―650)℃时，就会迅速地分解为氧化镁，水泥熟料烧成温度1450℃左右，如此高的温度会使氧化镁严重过烧。过烧的氧化镁，晶粒较大，结构致密，包裹在熟料矿物中，极难在短期内水化。在水泥的其它成份已经硬化后，氧化镁在水的条件下，还会长期进行水化，水化后生成氢氧化镁(Mg(0H)2)，固相体积可增大到近2．5倍，由于体积膨胀，产生内应力。因此，MgO在熟料中含量超过规定值时，内应力过大，就极易引起水泥石破坏，这种破坏力将在很长时期里一直进行，甚至长达几十年，给混凝土结构带来危害。熟料中氧化镁的含量，水泥标准都有明确规定，如水泥压缩安定性合格，则熟料中氧化镁可放宽到6%。氧化镁的水化可以用下式表示：MgO+H2OMg(OH)2

1.3三氧化硫(SO3)对安定性的影响

为了延缓水泥中C3A的水化速度，调节水泥的凝结时问，达到便于施工的目的，在粉磨熟料时，需加入一定量(约5％)的石膏(CaSO4•H2O)。在石膏的条件下，熟料中的C3A水化形成钙矾石，固相体积可增大到2倍多。所以要求石膏应在水泥终凝之前消耗完。若加入的石膏超量，剩余石膏将继续与水和C3A形成钙矾石，引起体积膨胀，产生内应力，使水泥石开裂破坏。石膏与C3A水化形成钙矾石在硬化前是没有危害的，反而能起到补偿收缩作用，有利于提高密实度，改善抗渗、抗冻性能。

1.4三氧化二铁对安定性的影响

Fe2O3被还原成FeO, FeO和C3A形成钙橄榄石(CaO.FeO.SiO2), FeO被硫还原生成FeS能水化生成Fe(OH)3,体积膨胀约40%,同时Fe2O3在125℃时能促使C3S分解生成游离氧化钙(f-Ca0)。

2.水泥安定性检验中的有关问题

2.1影响水泥安定性因素的有效控制

水泥中的方镁石只有在压蒸条件下，才能加速其水化。故国家标准规定，用压蒸法处理工艺测定因方镁石的水化可能造成的水泥体积不均匀变化。因压蒸试验并不能使水泥中方镁石完全水化，所以国家水泥标准中还规定了熟料中氧化镁含量的上限，用化学分析法测定其含量来保证。水泥中石膏含量引起的安定性不良，无快速检验方法。蒸煮不仅不能加速其反应，反而会因为蒸煮时温度提高，Ca(0H)2、CaSO4的溶解度降低，使膨胀作用缓解；只能在常温水中养护条件下长时间(28天或更久)观察。因些，国家水泥产品标准中规定了SO3含量上限，用化学分析法测定其含量来保证。

2.2水泥安定性的物理检测

水泥中游离氧化钙引起的安定性问题是工程检测单位检测水泥的必做项目，《水泥标准稠度用水量、凝结时间、安定性检测方法》(GB/T l346―2011)规定，水泥安定性检验方法有两种，即试饼法和雷氏法。

雷氏法（标准法）

（1）将两个雷氏夹分别放在两块边长或直径为80mm厚度4mm～5mm的稍稍涂上油的玻璃板上，立即将拌好的标准稠度净浆装满雷氏夹。装模时一手轻扶雷氏夹，另一手用宽约25mm的直边刀在浆体表面轻轻插捣3次，然后抹平，最后盖上稍涂油的玻璃板。

（2）将成型好的试件立即放入养护箱内，养护24±2h。

（3）脱去玻璃板，先测量并记录每个试件雷氏夹两指针尖端间距（A），精确至0.5mm。

（4）将试件放入沸煮箱水中试件架上，指针朝上，然后，在30±5 min内煮沸，并维持180 min±5min。到时放水、开箱、待箱体冷却至室温。

（5）取出试件，测量并记录雷氏夹指针尖端间距（C），精确至0.5mm，当两个试件煮后增加距离（C-A）的平均值不大于5.0mm 时，判为安定性合格。当两个试件的（C-A）值相差大于5mm 时，应用同一样品立即重做试验。以复试结果为准。

试饼法（代用法）

（1）将标准稠度净浆取一部分分成两等份，使其呈球形，分别置于100 mm×100 mm的两块玻璃板上。轻轻振动玻璃板，并用湿布擦过的小刀由边缘向饼中央抹，做成直径70～80mm、中心厚约10mm边缘渐薄、表面光滑的试饼。试饼制作必须规范，直径过大、过小、边缘钝厚都会影响试验结果。

（2）将成型好的试饼立即放入养护箱内，养护24±2h。

（3）从玻璃板上取下试饼，检查有无裂缝，如有应查找原因。应注意火山灰水泥可能产生的干缩裂缝，矿渣水泥可能发生的起皮。

（4）将经检查无裂缝的试饼放入沸煮箱水中篦板上，在30±5 min 内煮沸，并维持180 min±5min。到时放水、开箱、箱体冷却至室温。

（5）取出试体，如目测观察无裂缝，直尺检查不弯曲（试饼与直尺间不透光），则安定性合格，反之，为不合格。当两块试饼一合格一不合格时，则判不合格。

2.3水泥安定性物理检测的注意事项

（1）试验室温度在20±2℃，相对湿度大于50％，湿气养护箱应能使温度控制在20±1℃，湿度大于90％。养护时间为24±2h。

（2）雷氏夹法操作注意事项：

1雷氏夹由于结构质薄圈小针长，且对弹性有严格要求，因此在操作中应小心谨慎，勿施大力，以免造成损坏变形。新雷氏夹在使用前应检查其弹性；正常使用的雷氏夹可每半年检查一次，当遇有距离增加超过30 mm的情况，应检查其弹性。上述检查只要弹性符合标准要求仍可继续使用。

（3）试饼法操作注意事项：

1、试饼法制作必须规范，直径过大、过小，边缘钝厚都会影响试验结果。一般直径为70～80L、中心厚约10L、边缘渐薄、表面光滑的试饼作为规范试饼。

2、当两个试饼判断结果有矛盾时，该水泥的安定性应判为不合格。

3、煮后安定性试饼用直尺检查不弯曲，用肉眼观察无裂纹的前提下，仅有少量脱皮现象，应判为安定性合格。

4、试饼煮沸前，应检查并记录有无裂纹或弯曲现像。要检查试饼养护温度时间与湿度是否符合要求（同雷氏法）。如养护温度太高（大于25℃）或湿度不够，可能在沸煮前就使试饼发生收缩裂纹；如养护温度过低（小于15℃），沸煮后可能产生脱皮现象

5、用有效长度为15M的平直钢尺，垂直横放在试饼平面处，平视并变换试饼角度检查水泥安定性试饼弯曲与否，裂纹用肉眼观察。如用目测未发现裂纹，用直尺检查月没有弯曲的 试饼，应判断为安定性合格。反之则判为不合格。

6、为区分水泥安定性程度，可将煮后安定性试饼分为崩溃、龟裂、松疏、弯曲、完整等五种情况。它们的安定性等级可定为5、4、3、2、1除了“完整”外，其余都属不合格。鉴定试饼要十分认真细心，特别是安定性在合格边缘时，更要细致，可以击打试饼，听其声音是否清脆。

2.4试饼法与雷氏法的区别:

试饼法是观察水泥净浆试饼沸煮后外形来检测水泥的体积安定性,是一种定性的方法.而雷氏法是测定水泥净浆在雷氏夹中沸煮后膨胀值来检验水泥体积安定性,是一种定量方法.标准规定试饼法为代用法,雷氏夹作为标准法。当用试饼法和雷氏法测量同一水泥样品出现争议时，以雷氏法结果为准。

3、使用安定性不良水泥对混凝土构件的影响

使用安定性不良的水泥生产混凝土构件，浇筑后凝结缓慢、强度下降甚至无强度，并且随着时间的推移，在构件的表面将出现不规范的裂纹。尤其是位于承重部位的混凝土构件，如大梁、阳台、挑檐板、雨篷等，如果使用了安定性不合格的水泥，在拆除模板的同时就有可能发生断裂或出现其它损坏现象。

由于造成水泥安定性不合格的四种化合物,有比水泥成分水化速度慢、延缓时间长的特点，因此,对误用了水泥安定性不合格的构件，一定要采取严肃认真的态度和科学合理的方法进行处理,即使直观未发现异常现象也不能说明对混凝土构件没有不良影响。凡是使用安定性不良的水泥，都在不同程度上降低了水泥石的强度,这些构件的强度都要进行复核。对强度的复核,不仅要用回弹法和钻芯法等检测其现有强度,而且应充分估计到,随着时间的推移,MgO等不断水化造成强度不断降低的长期影响。某些情况还应根据设计部门意见，采取拆除重建、加固等补救措施。

结束语 ：总之,根据影响水泥安定性的因素及其机理,作为一种重要的建筑材料, 我们必须加强质量控制,减少不合格品水泥的出现,杜绝安定性不合格的水泥在工程建设中使用，以确保建筑产品的质量和结构的安全，保证经济和社会的可持续发展以及人民群众的生命安全。

参考文献：

《水泥标准稠度用水量、凝结时间、安全性检测方法》(GB/Tl346―2011)