三等奖：水泥安定性不合格的原因分析及检测试验中注意的问题

水泥安定性不合格的原因分析及
检测试验中应注意的问题
（乐山市建设工程质量检验测试中心王谊）
摘要：本文简述水泥安定性不合格的原因分析以及检测试验应注意的几个问题。

关键词：水泥体积安定性游离氧化钙（f-CaO）时效性
水泥的体积安定性，简称安定性，是指水泥浆体在凝结硬化过程中体积变化的均匀性，是评判水泥品质的“一票否决性”的指标之一，也是在水泥物理性能检测各项指标中最主要的一个指标。

事实上，水泥遇水后，在凝结硬化的过程中，体积必然要发生变化，但变化不能太大并应保持均匀。

因此，作为建设工程质量检测机构，对于水泥体积安定性的检测决不能掉以轻心。

水泥的安定性不合格，是指水泥中的不安定因素（游离氧化钙f-CaO和游离氧化镁f-MgO等）的水化反应，发生在水泥浆体凝结硬化以后，且水化时伴随着一定的体积膨胀，产生不均匀的体积变化，在已经硬化的水泥石内部产生内应力，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的情况。

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。

因此，无论何时实施的国家标准中都规定，安定性不合格的水泥是废品，是绝对不能用于工程上的。

1、水泥安定性不合格的原因分析
引起水泥安定性不合格的原因主要是由于水泥熟料中含有过多的游离氧化钙（f-CaO）和游离氧化镁（f-MgO）以及三氧化硫（SO3）；但是由于游离氧化镁需要在蒸压条件下才能加速水化反应，而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，所以这二者都不便于快速检验，故在水泥的生产过程中，国家标准中对水泥产品中游离氧化镁以及三氧化硫的含量都有严格的规定。

因此，可以说，通常在工程质检中出现安定性不合格主要是由于
游离氧化钙过多引起的。

我们知道，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（即CaO）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，从而以游离氧化钙（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，表面有玻璃釉状物质包裹，如果不做安定性试验，就很难发现。

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，引起水泥石固相体积的膨胀，从而导致混凝土内部产生巨大的膨胀应力，极易形成毛细孔或微裂，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。

2、水泥安定性的检测方法
GB/T1346-2001《水泥标准稠度用水量、凝结时间、安定性检验方法》中规定，水泥体积安定性的好坏，是以水泥净浆经特定试验条件处理后外形变化的结果来判断的。

主要的检测方法有以下两种。

⑴标准法（亦称雷氏法）：将标准稠度净浆装满两只雷氏夹，分别用75克~80克配重玻璃压上，放入湿气养护箱养护（24±2）小时后，沸煮3.5小时，测定两试件煮后增加值的平均值≤5.0mm时，且两个差值不得超过4.0mm，即可判定合格。

发生争议时，雷氏法为仲裁检测法。

⑵代用法：将标准稠度净浆做成直径70mm~80mm、中心厚大约10mm的球缺形状的试饼两块，在湿气养护箱养护（24±2）小时后进行沸煮，沸煮方法同标准法；用目测或用钢直尺检查，没有弯曲则判定安定性合格，反之为不合格。

3、检测过程中的应注意的几个问题
⑴取样应规范。

在水泥进入施工现场后，首先应该取样送检。

每
批水泥应至少取样一次，取样要有代表性，可连续取或者从20个以上的不同部位取等量样品，总量至少12kg。

样品取好后，应及时送往检验单位试验。

⑵试验操作应准确。

在试验过程中为了确保试验结果的准确性，应该严格按照国家标准进行操作，以减少人为因素造成的误差。

当雷氏法和饼法的试验结果出现矛盾时，以雷氏法为准。

A、标准法（亦称雷氏法）中要配重玻璃。

水泥的凝结硬化过程，其固相体积膨胀是多方向的。

将雷氏夹平放（即试针水平于地面），分为纵向和横向，标准测定的膨胀值只是横向的，而纵向的膨胀则以相同的配重玻璃压住，让雷氏夹内水泥尽量横向膨胀。

这就要求操作者尽量选择质量接近的两块（质量相差最好不超过1.5克）作为一个样品的检测配重玻璃。

若检测量大（每日超过20个样品），配重玻璃的配对工作须每月检查一次，以防止在试验中玻璃有所磨损，造成两试件（C-A）的差值过大。

水泥净浆应尽量充满雷氏夹，减少空洞；否则同样会使两试件差值过大。

B、同样，作为一个样品的检测，所选的两个雷氏夹的弹性值也要比较接近。

这样，就不会因弹性值相差太大造成两试件的煮后增加值超过4.0mm的情况出现。

当然，雷氏夹其余尺寸必须符合标准要求。

雷氏夹的弹性检查和配对工作也应每月一次；如果多次出现安定性不合格现象，就要相应增加检查次数。

⑶水泥净浆搅拌机同样要定期检查，特别是搅拌叶片与锅底、锅壁的间隙必须保持在规定的范围内。

还要检查仪器的程控时间是否符合标准，否则搅拌制得的水泥净浆水化不均匀，使得试饼变形造成误判，或是两雷氏夹煮后增加值超过4.0mm，给检测带来不必要的麻烦。

⑷养护最好使用恒温恒湿的养护箱（可自动控制），排除因养护条件不符而造成的结果误判；比如试饼的裂纹是由于养护温度过高、湿度太低造成的等等。

⑸养护时间的确定：即我们通常所指的脱模时间一定要掌握好。

试验人员通常习惯于批量测定（限逐一测量完再整批沸煮），所以脱
模时间要选择一个适中的时间，总之，当日检测样的养护时间必须在（24±2）小时范围内。

特别是标准法（雷氏法），如果养护时间不够，相应地增大了试件煮后的增加距（C-A），也可理解为A值被人为减小，合格品也就被判为废品。

反之，养护时间过长，A值被人为增大，（C-A）值相应减小，废品却被判为合格品。

同样，养护时间的长短也会使代用法（试饼法）的结果失真。

⑹通常情况凝结时间、安定性所用的水泥净浆是一起搅拌制作的；有些试验人员为了赶时间，认为试杆下沉超标准范围1~2mm无所谓，凭借多年经验测定凝结时间也许不会有多大误差；但用此净浆检测水泥安定性，所得结果会大大失真。

因此，所搅拌制作的检测水泥安定性所使用的净浆（标准稠度净浆）也必须符合标准要求，否则，同样造成结果误判。

⑺其他：除了以上几个方面，还应注意实验室所有与检验有关的仪器、样品、拌和水等等都必须符合标准要求。

4、对水泥安定性的简易判定方法
（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。

5、关于水泥安定性的时效性
有些体积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，对此，我们称为水泥体积安定性的时效性。

有时会出现这样的情况，同一批次的水泥在第一次送检时安定性不合格，但是在过几天的第二次送检中却是合格的；这种水泥的安定性随时间而发生变化的情况，就是水泥体积安定性的时效性的体现。

水泥的烧结温度不够，会使水泥熟料反应不完全，导致大量游离
氧化钙的残留，我们称之为“低温游离氧化钙”；它结构比较疏松，水化的速度快，在水泥存放的过程中能自动吸收空气中的水分进行消解，低温游离氧化钙含量将不断地减少。

而水泥配料不当、原料中的氧化钙成分过多，将导致在烧结阶段反应完全后，仍然余下过多的氧化钙成分以游离的状态存在，我们称之为“高温游离氧化钙”；它的密度大，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消解。

因此，水泥体积安定性的时效性的产生，主要是由“低温游离氧化钙”引起的。

但是，并不是所有的水泥存放一段时间后安定性都会合格。

当水泥中的“高温游离氧化钙”含量过多或者是由于游离氧化镁（f-MgO）以及三氧化硫（SO3）引起的安定性不合格则没有这种特性。

这就是说，存放一段时间有可能解决由于“低温游离氧化钙”而造成的水泥安定性不合格问题，但是，并不意味着水泥的安定性不合格，只要存放一段时间就可以了。

6、结束语
水泥的安定性不合格具有一定的隐蔽性，而有可能会因为时效性的影响而发生变化，如果不做检验一般很难被发现。

因此，施工、监理、建设、质检等各方必须对水泥的安定性应有足够的重视，必须加强水泥进入建筑市场使用前的复检工作，坚持实行见证取样送检制，保证水泥检验合格后再使用。

否则一旦出现质量问题则难以弥补，将给工程带来极大的隐患，或带来巨大的经济损失。

二○○六年九月十五日
1.GB/T1346-2001《水泥标准稠度用水量、凝结时间、安定性检验方法》；
2.GB 50204-92《钢筋混凝土工程施工及验收规范》；
3.JGJ 73-91《砖石工程施工及验收规范》。