水泥安定性对混凝土强度的影响及检测方法探析

摘要：水泥安定性是判定水泥是否合格的重要指标之一，本文介绍了引起水泥安定性不合格的原因及安定性测定方法，进一步探析因使用了安定性不合格的水泥对混凝土强度的影响及检测方法。

关键词：安定性，游离氧化钙，影响，检测

中图分类号：TS736+.2 文献标识码：A 文章编号：

0 引言

水泥的体积安定性是反映水泥浆在硬化后因体积膨胀的不均匀而变形的情况，是评定水泥质量的重要指标之一，也是保证水泥制品、混凝土工程质量的必要条件。因此有必要对水泥强度检验中的误差进行分析，发现影响强度检验值的因素，并对这些因素进行控制，从而确保强度检验结果的准确性。同时水泥强度既是评定水泥质量好坏的一个重要指标，又是建筑工程设计混凝土配合比的重要依据。

1引起安定性不合格的原因

水泥熟料中游离氧化钙（fCaO）、氧化镁（MgO）及三氧化硫（SO3）的含量超过一定数量，都能使水泥安定性不合格。但氧化镁需要在蒸压条件下才会加速水化反应，三氧化硫则需要长期在常温水中才会与水化铝酸钙（3CaO·Al2O3·6H2O）发生反应，故两者均不便于快速检验。因此国家标准规定，用沸煮法检验由于fCaO引起的水泥安定性是否合格。

（1）低温游离氧化钙引起的不安定性

由低温游离氧化钙引起的不安定水泥在施工中表现为：混凝土不凝结、没强度。实际上这是水泥中的低温游离氧化钙水化后体积膨胀，破坏了混凝土的初始强度。正因为如此，低温游离氧化钙引起的安定性问题能较快发现，容易得到及时处理。

（2）高温游离氧化钙引起的不安定性

由高温游离氧化钙引起的不安定性水泥在施工中同正常水泥一样，早期强度并不低，28d强度一般均超过标准规定值，如果不做安定性试验，很难发现问题。这种高温游离氧化钙水化膨胀后表现为：一是水化速度慢，反应过程长，标准养护三个月的试件强度仍有增长，试件表面无异常，经加温沸煮后才出现强度降低，产生裂纹等现象；二是受外界条件的制约，高温水加速游离氧化钙的水化，使基体积膨胀加快，强度降低，一般沸煮6h后变化明显减小；三是体积膨胀率较大且裂纹没有规则。

（3）水泥生产中烧结温度不够

水泥生产中的烧结最高温度应达到1450℃后，再降到1300℃时，是水泥熟料的烧成阶段，此阶段铝酸三钙（3CaO·Al2O3）、铁铝酸四钙（4CaO·Al2O3·Fe2O3）烧至熔融状态，出现液相，把剩余的CaO及部分硅酸二钙（2CaO·SiO2）溶于其中，经反应生成硅酸三钙（3CaO·SiO2），这是烧结水泥的关键，必须达到足够的温度及停留足够的时间，才能使3CaO·SiO2 反应更为完全，如果烧结温度达不到1450℃，水泥熟料中就会存有较多的低温游离氧化钙，它结构疏松、多孔、水化时体积膨胀，使水泥安定性不合格。

（4）生产配料不合理

生产水泥时，含各种氧化物的原料配制要合理，烧结后生成适量的3CaO·SiO2 等有效成分，如果原料中含有的CaO成分较多，与酸性氧化物化合后还有剩余，此时过多的CaO成分在高温下以游离状态存在，即为高温游离氧化钙，它水化缓慢，在常温下几个月甚至更长的时间才开始水化，水化时体积膨胀，使混凝土构件出现裂缝，以至破坏。

（5）水泥熟料停放时间过短

水泥熟料烧成出窑后，应将其在仓库中存放10~15d，而后进行粉磨，停放这一时间的目的是使熟料中的一部分游离氧化钙吸收空气中的水分，进一步水化，减少或消除水泥中的不安定因素。如果生产商急功近利，存放时间过短，就会增加水泥中的不安定因素。

（6）水泥安定性的时效性

在水泥存放的过程中随着存放时间的延长，水泥中的低温游离氧化钙不断地吸收空气中的水分进行消解，含量减少，因此安定性不合格的水泥在存放一段时间后安定性可能会合格，但并不是所有的水泥存放一段时间后安定性都能合格。高温游离氧化钙的密度大，结构比较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，所以时效性的产生主要是由低温游离氧化钙引起的，不能一概而论。

2安定性测定方法

安定性的测定方法可以用饼法也可以用雷氏法，有争议时以雷氏法为准。饼法是观察水泥净浆试饼沸煮后的外形变化来检验水泥的体积安定性；雷氏法是测定水泥在雷氏夹中沸煮后的膨胀值。

（1）测定前准备工作

若采用雷氏法，每个雷氏夹需配备质量75～80g的玻璃板两块。若采用饼法，一个样品需准备两块约100mm×100mm的玻璃板。每种方法每个试样需要成型两个试件。凡与水泥浆将接触的玻璃板和雷氏夹表面都要稍稍涂上一层油。

（2）试饼的成型

1)以标准稠度用水量加水制成标准稠度净浆，将制好的净浆取出一部分分成两等份，使之呈球形，放在预先准备好的玻璃板上，轻轻振动玻璃板并用湿布擦过的小刀由边缘向中央抹动，做成直径70～80mm、中心厚约10mm、边缘渐薄、表面光滑的试饼，将试饼放入湿气养护箱内养护（24±2）h。

2)雷氏夹试件的制备方法

将预先准备好的雷氏夹放在已稍擦油的玻璃板上，并立刻将已制好的标准稠度净浆装满试模，装模时一只手轻轻扶持试模，另一只手用宽约10mm的小刀插捣15次左右，然后抹平，盖上稍涂油的玻璃板，接着立刻将试模移至湿气养护箱内养护（24±2）h。

（3）沸煮

调整好沸煮箱内的水位，能保证在整个沸煮过程中都没过试件，不需中途添补试验用水，同时又保证能在（30±5）min内升至沸腾。

（4）结果判定

1)若为试饼，目测未发现裂缝，用直尺检查也没有弯曲的试饼为安定性合格，反之为不合格。当两个试饼判别结果有矛盾时，该水泥的安定性为不合格。

2)若为雷氏夹，测量试件指针尖端间的距离（C），记录至小数点后一位，当两个试件煮后增加距离（C-A）的平均值不大于5.0mm时，即为安定性合格（注：A为试件指针尖端间的距离，精确到0.5mm）。当两个试件的（C-A）值相差超过4mm时，应用同一样品立即重做一次试验。

3对混凝土强度的影响及检测方法

水泥中游离氧化钙的水化是在水泥的其它成分凝结硬化后才开始的，水化后体积膨胀，破坏混凝土的内部结构，使混凝土强度降低。低温游离氧化钙形成的内应力接近或超过了混凝土的初始强度，使混凝土构件疏松、溃散。这种情况虽能较早发现，施工中可以及时更换水泥重新施工，但给工程带来一定的经济损失。高温游离氧化钙水化晚，其应力虽未超过混凝土已获得的强度，但在混凝土内部，膨胀应力逐渐加大，，使混凝土结构形成缺陷，强度降低，即使混凝土构件暂时没有破坏，但在内部已形成严重隐患，一旦外界条件变化，如遇到地震或高温等，就会使混凝土结构破坏，以至整个工程遭到破坏。

安定性不合格水泥对混凝土强度的影响建议按以下步骤和方法测定：

（1）查明水泥使用情况及混凝土浇注部位，检查混凝土外观情况。

（2）用现场制作的安定性不合格混凝土试块作强度比对试验，步骤如下：

1）同条件制作、养护的两组试块在水中浸泡24h；

2）取一组试块在水中沸煮6～8h（试块尺寸大者取8h），然后作抗压强度试验；

3）另一组试块从水中取出作抗压强度试验（同时分析与同配合比合格水泥混凝土强度的差别）；

4）计算两组试块强度及沸煮强度降低率：

混凝土强度降低率=（未煮强度-沸煮强度）÷未煮强度×100%

（3）用非破损法和钻芯法测定混凝土结构强度，操作如下：

1）选定测强和取芯部位，确定的部位要有代表性（必要时可同时选取合格水泥浇注的混凝土处，以供对比）；

2）在确定的部位按照规定进行非破损测强；

3）在非破损测强区附近钻取试件，每一部位同时钻取两组，对试件按规定加工处理，再按以下步骤作强度试验：

1.将试件在水中浸泡24h；

2.每一部位取一组试件在水中沸煮6～8h，取出后作抗压强度试验；

3.将各部位另一组试块从水中取出作抗压强度试验；

4.计算沸煮试块强度降低率。

4结语

安定性不良的水泥会使混凝土结构开裂，强度降低，甚至引起结构破坏。国家标准化规范中明文规定安定性不合格的水泥判定为废品。水泥安定性的检测受诸多因素的影响，要将它的内在因素及影响程度客观准确地反映出来并不

容易。因此，检验机构对于水泥安定性的检测决不能掉以轻心，唯利是图。

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