淺談水工建筑中水泥安定性對混凝土質(zhì)量的影響與檢測

許林英

廣東省潮州市水利工程質(zhì)量監(jiān)督站，廣東潮州 521000

0 引言

我國水泥相關(guān)國家標(biāo)準(zhǔn)中已作出明確規(guī)定，對于安定性不合格的水泥產(chǎn)品視為廢品處理，嚴(yán)禁在工程中使用。但在部分水工建筑的實際施工過程中，由于施工工期進(jìn)度要求非常緊張，再加上施工現(xiàn)場有相當(dāng)一部分技術(shù)人員的質(zhì)量意識淡薄，對使用的水泥安定性檢查沒有給予應(yīng)有的重視，未經(jīng)取樣復(fù)驗的水泥進(jìn)入施工現(xiàn)場，便直接用于工程的混凝土結(jié)構(gòu)的施工，這種現(xiàn)象比較普遍。應(yīng)充分認(rèn)識到水泥安定性不合格時會對混凝土性能產(chǎn)生嚴(yán)重的影響，現(xiàn)場使用過程中應(yīng)嚴(yán)格管理。對己使用了安定性不合格水泥的混凝土結(jié)構(gòu)，應(yīng)積極采取有效的辦法進(jìn)行檢測評估。

1 水泥安定性不合格原因分析

1.1 水泥安定性概述

通常情況下，除膨脹性水泥在凝結(jié)硬化的反應(yīng)變化過程中水泥體積會有一定程度的膨脹外，大多數(shù)水泥產(chǎn)品在凝結(jié)硬化的反應(yīng)變化過程中體積都會有不同程度的收縮，但水泥產(chǎn)品這些膨脹或收縮的體積上的變化都是在凝結(jié)硬化過程結(jié)束之前完成的。在水泥產(chǎn)品中，如果某些化學(xué)成分的化學(xué)反應(yīng)變化在凝結(jié)硬化的過程結(jié)束前不能結(jié)束，而且在水泥凝結(jié)硬化反應(yīng)結(jié)束后還在進(jìn)行，并且伴有體積上的明顯變化，這種情況下，便使得己經(jīng)結(jié)束凝結(jié)硬化反應(yīng)的水泥石內(nèi)部產(chǎn)生對混凝土有不利影響的內(nèi)部應(yīng)力。當(dāng)該應(yīng)力較大并足以使水泥石的強度明顯下降，甚至引起相關(guān)水泥制品發(fā)生開裂或破壞時，則該水泥產(chǎn)品的安定性視為不合格。

1.2 引起水泥安定性不合格主要因素

一般情況下，水泥產(chǎn)品安定性的不合格主要是由于產(chǎn)品熟料中游離氧化鈣（f-CaO）、氧游離化鎂（f-MgO）或摻入石膏(SO3)的含量過多等原因引起的，其中水泥產(chǎn)品中最常見，對相應(yīng)水泥制品質(zhì)量的影響最嚴(yán)重的物質(zhì)成分是f-CaO。過燒狀態(tài)的f-CaO，在水泥發(fā)生凝結(jié)硬化的反應(yīng)變化時其自身水化速度很慢，在水泥凝結(jié)硬化的反應(yīng)結(jié)束后還會繼續(xù)與水生成相應(yīng)的六方板狀Ca(OH)2晶體，發(fā)生反應(yīng)的整個過程中f-CaO的體積將近增大一倍，體積增大的結(jié)果是引起水泥制品內(nèi)部產(chǎn)生具有破壞作用的膨脹應(yīng)力，對水泥制品的質(zhì)量十分不利。其次是f-MgO，其自身水化速度比f-CaO更慢，反應(yīng)變化過程中生成的Mg(OH)2晶體使其體積增大將近150%。再次是水泥產(chǎn)品中SO3的含量過高，多余的SO3成分在水泥凝結(jié)硬化的反應(yīng)結(jié)束后繼續(xù)與水和C3A發(fā)生反應(yīng)生成鈣礬石，體積膨脹變化引起水泥制品產(chǎn)生較大的內(nèi)部應(yīng)力而使水泥產(chǎn)品的安定性受到影響。

1.3 水泥安定性檢驗方法

根據(jù)水泥產(chǎn)品生產(chǎn)和使用相關(guān)規(guī)范中的規(guī)定，水泥產(chǎn)品的體積安定性可用沸煮法進(jìn)行檢驗，該方法又可分為雷氏法和試餅法兩種，兩種方法應(yīng)用有爭議時采用雷氏法進(jìn)行。通過沸煮，水泥產(chǎn)品中Ca0成分的熟化反應(yīng)能得到充分加速，所以該方法也只能檢查出水泥產(chǎn)品中f-CaO導(dǎo)致的水泥產(chǎn)品體積不安定性。水泥產(chǎn)品中的f-Mg0成分，只有在高壓蒸氣環(huán)境條件下其熟化反應(yīng)速度才會加快，SO3對水泥制品質(zhì)量的影響需要更長的時間才能發(fā)現(xiàn)，這兩者都很難快速檢查出其引起的體積安定性不合格。

2 安定性不合格對水泥制品質(zhì)量的影響

工程中如使用了安定性不合格的水泥，在凝結(jié)硬化反應(yīng)結(jié)束后其體積還會增大膨脹從而引起水泥石的開裂，最終有可能導(dǎo)致混凝土結(jié)構(gòu)遭受破壞。安定性不合格的水泥產(chǎn)品，在其體積膨脹增大不是太多的情況下，不會引起混凝土結(jié)構(gòu)局部產(chǎn)生體積膨脹導(dǎo)致結(jié)構(gòu)內(nèi)部產(chǎn)生強大的內(nèi)力從而引起強度倒縮。相關(guān)研究表明，立窯水泥的雷氏夾膨脹值如果能控制在15mm的范圍內(nèi)，其相應(yīng)的水泥制品的質(zhì)量就不會受到明顯的影響和破壞，但如果是回轉(zhuǎn)窯水泥，其雷氏夾膨脹值超過10mm時，其混凝土制品的強度將出現(xiàn)明顯的倒縮。

3 水泥安定性不合格對混凝土質(zhì)量影響的檢測

當(dāng)前，行業(yè)內(nèi)應(yīng)用較多，技術(shù)相對較成熟、并己被國家相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)采用的是“f-CaO對混凝土質(zhì)量影響的檢測”方法，此法適用于判定f-CaO對混凝土結(jié)構(gòu)質(zhì)量是否有不利的影響。f-CaO對混凝土質(zhì)量影響的檢測，可大致分為現(xiàn)場檢查，芯樣試件檢測和薄片沸煮檢測等環(huán)節(jié)。

1）現(xiàn)場檢查：可通過對混凝土結(jié)構(gòu)的外觀狀態(tài)進(jìn)行檢查，包括對結(jié)構(gòu)表面有無開裂裂縫，有無疏松、崩潰等嚴(yán)重缺陷或破壞的癥狀，初步確定f-CaO對混凝土結(jié)構(gòu)質(zhì)量影響的區(qū)域范圍和程度。

2）在初步檢查出的f-CaO對混凝土結(jié)構(gòu)質(zhì)量有影響的區(qū)域范圍內(nèi)，鉆取相應(yīng)直徑為80～100mm的混凝土芯樣，在同一區(qū)域鉆取的混凝土芯樣的數(shù)量至少有兩個，一次至少應(yīng)鉆取3組相應(yīng)的混凝土芯樣。

3）在每個混凝土芯樣上，選擇無外觀缺陷的地方截取1個厚度約10mm的薄片試件，同時將剩余的芯樣部分做成高度和直徑相等的芯樣試件，芯樣試件的制作加工過程應(yīng)符合混凝土鉆芯法檢測的的相關(guān)規(guī)定和要求。

4）薄片沸煮檢測和芯樣試件檢測

（1）薄片沸煮檢測：將步驟3）過程中制出的薄片試件放入沸煮箱內(nèi)進(jìn)行沸煮，沸煮的方式和操作過程應(yīng)符合相應(yīng)的沸煮制度的規(guī)定，對沸煮處理過的混凝土薄片試件再次進(jìn)行外觀檢查和評估，判斷其中的f-CaO對混凝土的質(zhì)量是否有影響。

（2）芯樣試件檢測：將同一區(qū)域范圍內(nèi)鉆取的兩個混凝土芯樣試件中的一個，放入沸煮箱內(nèi)進(jìn)行沸煮，沸煮的方式和操作過程應(yīng)符合相應(yīng)的沸煮制度的規(guī)定，對沸煮處理過的混凝土芯樣試件再進(jìn)行外觀檢查和評估。根據(jù)芯樣試件抗壓強度測試試驗相應(yīng)的規(guī)定和要求，將沸煮過的混凝土芯樣試件晾置3d后，與同一區(qū)域內(nèi)未沸煮的另一個混凝土芯樣試件進(jìn)行相應(yīng)的抗壓強度對比測試試驗。按相應(yīng)的計算公式推算出取出的各組混凝土芯樣試件強度變化的百分率，并推算全部混凝土芯樣試件抗壓強度測出的變化百分率的平均值。

5）當(dāng)出現(xiàn)下列3種情況中的一種時，則可判定為水泥產(chǎn)品中的f-CaO成分對混凝土的質(zhì)量有影響。

（1）有多于兩個（包括兩個）混凝土沸煮試件(薄片試件或芯樣試件的任何一種)出現(xiàn)開裂裂縫、疏松、崩潰等嚴(yán)重缺陷或破壞現(xiàn)象；

（2）混凝土芯樣試件測出的強度變化百分率的平均值超過30%；

（3）只有一個混凝土薄片試件出現(xiàn)開裂裂縫、疏松、崩潰等嚴(yán)重缺陷或破壞現(xiàn)象，同時還有一個混凝土芯樣試件的強度變化百分率超過了30%。

4 結(jié)論

通過檢測水工建筑混凝土結(jié)構(gòu)本身或混凝土試件進(jìn)行試驗來判斷其是否受破壞的方法，來進(jìn)行水泥安定性不合格對混凝土質(zhì)量影響的檢測，無論檢測方法多么先進(jìn)，都是被動的。在水利工程施工管理中，加強對進(jìn)場原材料的復(fù)查管理，尤其是水泥這種對混凝土結(jié)構(gòu)施工質(zhì)量起著決定性作用的材料，使用前必須按規(guī)范嚴(yán)格進(jìn)行復(fù)查試驗，只有檢驗合格后才能使用于工程中，進(jìn)行主動管理在水利工程的施工管理中具有重要的意義。

[1]水泥標(biāo)準(zhǔn)稠度用水量、凝結(jié)時間、安定性檢驗方法GB/T1346-2001[S].

[2]鉆芯法檢測混凝土強度技術(shù)規(guī)程CECS-03[S].