防水之家讯：0 引言
混凝土是一种非匀质的复杂多相复合材料，提高混凝土的匀质性可以提高混凝土强度，改善其孔结构、界面结构，从而提高混凝土的耐久性。美国国家标准与技术研究院(NIST)和美国混凝土学会(ACI)联合主办的第一次国际高性能混凝土(HPC)会议提出的HPC定义中，突出强调了HPC的匀质性特征；同时强调使用传统的组分是不可能获得的。其主要原因即是传统材料的质量稳定性不能满足HPC的匀质性要求。高质量稳定性的水泥是生产优质混凝土的重要条件。目前还很少系统地提出有关水泥质量稳定性的要求。
1 水泥质量稳定性定义与内涵
水泥的质量稳定性通常以某项质量指标在一定时期内的标准偏差(变异系数)表示。水泥行业现有标准和法规对水泥质量稳定性的定义、要求仅限于28d抗压强度，目前水泥厂对水泥质量稳定性的检验与控制也仅限于此。对于28d抗压强度的稳定性，JC/T578-1995《评定水泥强度匀质性试验方法》规定了2个指标：①匀质性(Uniformity)：某一时期单一品种水泥28d强度变化的稳定程度。②均匀性(Homogeniety)：某一时期单一编号水泥10个分割样28d强度的均匀程度。GB/Tl2573-2008《水泥取样方法》和JC/T578-1995规定了匀质性、均匀性的取样、检验和计算方法。根据匀质性和均匀性的定义、取样方法可知，匀质性是指一个较长时期(至少一个月)内28d抗压强度的稳定性。均匀性是指一个较短时期(约几个小时，最多几十个小时)内同一个出厂编号的水泥各部分之间28d抗压强度的稳定性。两者的主要区别在于限定稳定性的时间尺度不同。
目前水泥行业有关水泥质量稳定性的规定，仅限定了28d抗压强度的匀质性和均匀性，反映了混凝土和水泥行业过去以强度为核心的观念。事实上几乎所有影响混凝土性能的水泥性能都应该具有稳定性的要求，而这些性能中多数与28d抗压强度的相关性是不确定的。换言之，即使能够保证水泥28d抗压强度的稳定性，并不一定能够保证其它质量指标的稳定性。从保证混凝土性能的角度考虑，水泥稳定性应该包含所有与混凝土性能相关的重要质量指标。相应的匀质性和均匀性的定义应该改为：①匀质性：某一时期单一品种水泥某项质量指标变化的稳定程度。②均匀性：某一时期单一编号水泥若干分割样某项质量指标的均匀程度。将JC/T578-1995规定的10个样品改为若干样品的原因在于，均匀性试验是通过对出厂水泥抽样检验估计出厂水泥的方差，抽取l0个样品明显抽样量不足。
2 水泥质量稳定性要求的内容
2.1混凝土性能与水泥的质量稳定性关系
混凝土的以下要求需要水泥的质量稳定性予以保证：①混凝土生产过程的稳定性；②混凝土的匀质性；③混凝土要求的特殊性能。混凝土生产过程稳定性是指混凝土连续生产的一定时期内的质量稳定性，水泥的质量稳定性是混凝土质量稳定性的重要保证。混凝土的匀质性可以划分为宏观、细观和微观3个层次，其中混凝土的宏观匀质性与水泥的质量稳定性相关，混凝土不泌水、不离析是宏观匀质性的主要内容。某些时候混凝土有一些特殊性能的要求，也会对水泥的质量稳定性提出要求。例如，对于清水饰面混凝土，水泥颜色的稳定性就是一个十分重要的指标，其重要程度甚至超过强度。为了满足混凝土生产稳定性和匀质性的要求，所有与混凝土性能有关的水泥性能均应该具有稳定性的要求。
2.2 混凝土搅拌站对水泥质量稳定性要求的内容
混凝土搅拌站是许多水泥厂典型的和主要的顾客，也是对水泥质量稳定性要求较高的顾客。笔者在十余年从事水泥厂质量管理和技术服务工作过程中，曾经就水泥质量稳定性与混凝土搅拌站技术人员有过广泛和深入的交流。据此提出通用水泥质量稳定性的基本要求。这些要求是针对混凝土搅拌站生产常用强度等级、无特殊要求的混凝土。
2.2.1 28d抗压强度
28d抗压强度一直是水泥质量稳定性的唯一指标，已得到水泥生产和使用双方的广泛认可。目前以标准偏差或变异系数限定的28d抗压强度没有考虑检验误差的影响，而检验误差的影响是不容忽视的。
2.2.2 水泥与减水剂相容性
水泥与减水剂相容性的较大变化，将直接影响混凝土坍落度的大小。相容性突然变差，混凝土坍落度会明显减小，影响混凝土的施工性能，如果是泵送混凝土则可能导致无法泵送；相容性突然变好，混凝土坍落度会明显增大，可能出现泌水、离析。
JC/T1083-2008《水泥与减水剂相容性试验方法》规定以净浆流动性(包括净浆流动度和Marsh筒时间)定量表征水泥与减水剂相容性，并规定了检验方法。水泥的净浆流动性既反映出水泥与减水剂相容性，也反映了水泥自身在减水剂存在条件下的流变性能。
2.2.3 保水性
水泥的保水性是指净浆或砂浆抵抗水从固-液悬浮体系中逐步分离的能力。水泥的保水性与混凝土的保水性相关。混凝土的泌水包括表面泌水和内部泌水。表面泌水会提高混凝土表面的水胶比，导致混凝土表面强度降低。在连续浇筑的混凝土中，表面泌水还会降低混凝土分次浇筑界面的强度。水由内部迁移到表面的泌水通道，形成硬化混凝土中较大的空隙，降低了混凝土的密实度，成为外部侵蚀介质侵入的通道，降低混凝土的耐久性。内部泌水是指在混凝土粗集料的周围特别是下部形成水的富集区，导致混凝土界面过渡区的各种不利影响加剧，形成结构缺陷。
2.2.4 新鲜度
新鲜度是与水泥粉磨后的储存时间相关联的一项指标。水泥粉磨后，随着储存时间延长，与减水剂相容性逐渐变好。有人认为其原因是随着储存时间延长，水泥中一些活性较高的组分如C3A、f-CaO，将吸收部分水分发生预水化。水分主要来自石膏的结晶水，还包括少量空气中的水分。笔者推测，新鲜度不同的水泥具有不同的性能，可能还有另外一个原因，即熟料颗粒表面静电荷的作用。多数减水剂属于表面活性剂，减水作用与熟料颗粒表面的静电荷有关。水泥粉磨过程使熟料颗粒内部的价键断裂，主要是Si-O共价键和Ca-O离子键被打断。这些键的断裂，使熟料颗粒表面产生静电荷。随着储存时间延长，静电荷逐渐减少。
新鲜度是一个难以定量表征的概念。粗略地可用水泥粉磨后的储存时间描述。应该指出，不同水泥与减水剂相容性随着储存时间延长而改善的程度是不同的。与减水剂相容性差的水泥，随储存时间延长，相容性的改善更加明显。
2.2.5 夏季出厂水泥温度
夏季出厂水泥温度过高，将导致混凝土入模温度过高(例如超过35℃)，劣化混凝土的工作性，增加混凝土的坍落度损失，加速混凝土放热，提高混凝土内部温升速率和温度峰值，加大热应力，增加开裂风险。
3 取样方法和检验误差的影响
3.1 取样方法
不同的取样方法会得到不同的稳定性检验结果，主要取决于是合并样品还是瞬时样品。例如JC/T578-1995和GB/T 12573-2008规定的检验出厂水泥匀质性的取样方法为，在一个出厂水泥编号内连续取样，或在20个取样点随机取样后合并。这样得到的匀质性是一段时间出厂水泥合并样品的波动程度。有些水泥厂规定，对出厂水泥按一定的时间间隔，例如24h取瞬时样品，用于评价匀质性。后者的标准偏差将大于前者。
3．2 检验误差对于出厂水泥28d抗压强度，《水泥企业质量管理规程》规定匀质性变异系数不大于4.1%，均匀性变异系数不大于3.0%。使用变异系数的意义在于，对28d抗压强度较高的水泥允许更高的标准偏差。以用户的实际使用要求而言，多数情况下强度等级较高的水泥，多用于制作强度等级较高的混凝土，用于重要的结构工程，对稳定性的要求更高。因此，从用户的使用要求角度，没有必要使用变异系数，宜直接使用标准偏差表征水泥28d抗压强度的稳定性。
《水泥企业质量管理规程》没有说明计算两个变异系数是否需要校正检验误差。水泥厂在实际操作中均没有考虑检验误差的影响。事实上检验误差的影响是不容忽略的。
将出厂水泥某质量指标的检验数据的标准偏差称为表观标准偏差S表观，是由水泥自身真实波动的标准偏差S真实与检验标准偏差S检验二者合成的结果。其关系可用下式表示：
(1)
确定了检验标准偏差S检验，即可由上式求得水泥自身真实波动的标准偏差S真实。其中S检验的确定方法，可以采用在相同试验条件下对同一个水泥样品连续检验至少15次，计算检验结果的标准偏差，也可以按照JC/T578-1995中方法确定。
GB/T17671-1999《水泥胶砂强度检验方法(ISO法)》规定，同一个试验室在试验条件基本相同的条件下，对同一个水泥样品多次试验的变异系数应在1%～3%。参照这一误差范围，以出厂水泥的28d抗压强度匀质性说明检验误差的影响程度。根据多数水泥厂的实际情况，设28d抗压强度的检验标准偏差的波动范围约0～2MPa(实际波动范围约0.5～2MPa，为了图示清楚，波动范围下限延至0MPa)。匀质性的真实波动范围约0.5～2MPa。在上述数值范围内，按式(1)计算检验标准偏差对表观标准偏差的影响，见图1。
图1 不同真实波动标准偏差情况下检验标准偏差
对表观标准偏差的影响
从图l可以看出，在工厂的实际数值波动范围内，28d抗压强度检验标准偏差的影响程度甚至可以超过水泥自身的真实波动。至少对于28d抗压强度，检验误差是不能忽视的。图l还显示，真实波动标准偏差越大，检验标准偏差的影响程度越小。
对于可用标准偏差定量表征的稳定性指标，均存在与28d抗压强度类似的检验误差的影响。由于不同试验室的检验标准偏差可能存在很大差别，为了更加清晰、准确地表示质量指标的波动，对于可以准确定量且检验误差不能忽视的稳定性指标：28d抗压强度、水泥与减水剂相容性宜按式(1)修正检验标准偏差的影响。
4 稳定性的现状
对生产规模1000t／d至2×5000t／d的12个新型干法水泥厂的出厂水泥质量稳定性进行了调查。表1列出了3个水泥厂28d抗压强度的调查结果，代表了所调查12个新型干法水泥厂质量稳定性较好、中等和较差的水平。
表1 3个水泥厂28d抗压强度的标准偏差、变异系数
表1数据表明，对于新型干法水泥厂的主要产品P·O42.5R水泥，28d抗压强度匀质性标准偏差的最小值为0.55MPa，最大值2.04MPa。28d抗压强度均匀性标准偏差的最小值为0.26MPa，最大值1.27MPa。
此次对12个新型干法水泥厂的出厂水泥质量稳定性的调查结果显示，目前国内新型干法水泥厂在出厂水泥质量稳定性方面存在的主要问题有：
1)对质量稳定性的认识和控制不够全面。多数水泥厂对质量稳定性的评价指标只有28d抗压强度，其它对混凝土性能有显著影响但水泥标准中没有规定的性能指标：水泥与减水剂相容性、保水性、新鲜度和出厂水泥温度等，几乎没有关注。
2)即使对于28d抗压强度，也存在标准偏差过大的问题。12个新型干法水泥厂中有8个厂在一年中出现过月标准偏差超过1.5MPa的情况。《水泥企业质量管理规程》规定:“28天抗压强度月(或一统计期)平均变异系数目标值不大于4.1%。”这一规定偏宽。以42.5强度等级水泥28d抗压强度50MPa计算，对应的标准偏差为2.05MPa，根据数理统计原理估算极差可达3×2.05×2=12.3MPa。这是一般用户难以接受的。
3)28d抗压强度存在个别显著偏低的数据。在提供了单个出厂编号检验结果的10个工厂中，有8个工厂在一年期间至少出现过一次单个编号28d抗压强度与月平均值相差大于5MPa的情况，有5个工厂出现过多次这样的情况。由于多数用户不是按照强度等级而是按照平均强度或比平均强度稍低的数值配制混凝土，出厂水泥出现比平均值显著偏低的数据会导致混凝土强度显著偏低，甚至不合格。
5 稳定性推荐指标
根据对十余个新型干法水泥厂生产数据的统计分析结果以及混凝土搅拌站对水泥质量稳定性要求，结合实际生产控制经验，提出水泥28d抗压强度、与减水剂相容性的稳定性要求见表2。
表2 水泥28d抗压强度、与减水剂相容性的稳定性要求
项目
指标
标准偏差推荐范围
28d抗压强度
匀质性/MPa
0.8～1.2
均匀性/MPa
0.5～0.8
与减水剂相容性
净浆流动度月标准偏差/mm
6～l0
注：28d抗压强度匀质性、均匀性标准偏差推荐范围均为校正检验误差后的数据。
表2数据的低限对应了国内新型干法水泥厂较高水平，高限对应了中等偏下的水平。保水性目前尚没有标准的检验方法，只有极少数水泥厂检验，没有广泛的具有可比性的数据可供统计，暂时无法给出推荐范围。因不同水泥厂的水泥储存、均化设备限制，新鲜度也难以给出推荐范围。
6 结束语
混凝土技术的发展对水泥质量提出了一系列新的要求，其中就包括水泥的质量稳定性。仅仅关注单一的28d抗压强度的稳定性，已经难以满足现代混凝土的要求。为了更好地满足混凝土性能的需要，有必要对水泥质量稳定性要求的内容进行补充。
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