0  引言
　　混凝土是一種非勻質(zhì)的復雜多相復合材料，提高混凝土的勻質(zhì)性可以提高混凝土強度，改善其孔結(jié)構(gòu)、界面結(jié)構(gòu)，從而提高混凝土的耐久性。美國國家標準與技術(shù)研究院(NIST)和美國混凝土學會(ACI)聯(lián)合主辦的第一次國際高性能混凝土(HPC)會議提出的HPC定義中，突出強調(diào)了HPC的勻質(zhì)性特征；同時強調(diào)使用傳統(tǒng)的組分是不可能獲得的。其主要原因即是傳統(tǒng)材料的質(zhì)量穩(wěn)定性不能滿足HPC的勻質(zhì)性要求。高質(zhì)量穩(wěn)定性的水泥是生產(chǎn)優(yōu)質(zhì)混凝土的重要條件。目前還很少系統(tǒng)地提出有關(guān)水泥質(zhì)量穩(wěn)定性的要求。

　　1  水泥質(zhì)量穩(wěn)定性定義與內(nèi)涵

　　水泥的質(zhì)量穩(wěn)定性通常以某項質(zhì)量指標在一定時期內(nèi)的標準偏差(變異系數(shù))表示。水泥行業(yè)現(xiàn)有標準和法規(guī)對水泥質(zhì)量穩(wěn)定性的定義、要求僅限于28d抗壓強度，目前水泥廠對水泥質(zhì)量穩(wěn)定性的檢驗與控制也僅限于此。對于28d抗壓強度的穩(wěn)定性，JC/T578-1995《評定水泥強度勻質(zhì)性試驗方法》規(guī)定了2個指標：①勻質(zhì)性(Uniformity)：某一時期單一品種水泥28d強度變化的穩(wěn)定程度。②均勻性(Homogeniety)：某一時期單一編號水泥10個分割樣28d強度的均勻程度。GB/Tl2573-2008《水泥取樣方法》和JC/T578-1995規(guī)定了勻質(zhì)性、均勻性的取樣、檢驗和計算方法。根據(jù)勻質(zhì)性和均勻性的定義、取樣方法可知，勻質(zhì)性是指一個較長時期(至少一個月)內(nèi)28d抗壓強度的穩(wěn)定性。均勻性是指一個較短時期(約幾個小時，最多幾十個小時)內(nèi)同一個出廠編號的水泥各部分之間28d抗壓強度的穩(wěn)定性。兩者的主要區(qū)別在于限定穩(wěn)定性的時間尺度不同。

　　目前水泥行業(yè)有關(guān)水泥質(zhì)量穩(wěn)定性的規(guī)定，僅限定了28d抗壓強度的勻質(zhì)性和均勻性，反映了混凝土和水泥行業(yè)過去以強度為核心的觀念。事實上幾乎所有影響混凝土性能的水泥性能都應該具有穩(wěn)定性的要求，而這些性能中多數(shù)與28d抗壓強度的相關(guān)性是不確定的。換言之，即使能夠保證水泥28d抗壓強度的穩(wěn)定性，并不一定能夠保證其它質(zhì)量指標的穩(wěn)定性。從保證混凝土性能的角度考慮，水泥穩(wěn)定性應該包含所有與混凝土性能相關(guān)的重要質(zhì)量指標。相應的勻質(zhì)性和均勻性的定義應該改為：①勻質(zhì)性：某一時期單一品種水泥某項質(zhì)量指標變化的穩(wěn)定程度。②均勻性：某一時期單一編號水泥若干分割樣某項質(zhì)量指標的均勻程度。將JC/T578-1995規(guī)定的10個樣品改為若干樣品的原因在于，均勻性試驗是通過對出廠水泥抽樣檢驗估計出廠水泥的方差，抽取l0個樣品明顯抽樣量不足。

　　2 水泥質(zhì)量穩(wěn)定性要求的內(nèi)容
　　2.1混凝土性能與水泥的質(zhì)量穩(wěn)定性關(guān)系
　　混凝土的以下要求需要水泥的質(zhì)量穩(wěn)定性予以保證：①混凝土生產(chǎn)過程的穩(wěn)定性；②混凝土的勻質(zhì)性；③混凝土要求的特殊性能。混凝土生產(chǎn)過程穩(wěn)定性是指混凝土連續(xù)生產(chǎn)的一定時期內(nèi)的質(zhì)量穩(wěn)定性，水泥的質(zhì)量穩(wěn)定性是混凝土質(zhì)量穩(wěn)定性的重要保證。混凝土的勻質(zhì)性可以劃分為宏觀、細觀和微觀3個層次，其中混凝土的宏觀勻質(zhì)性與水泥的質(zhì)量穩(wěn)定性相關(guān)，混凝土不泌水、不離析是宏觀勻質(zhì)性的主要內(nèi)容。某些時候混凝土有一些特殊性能的要求，也會對水泥的質(zhì)量穩(wěn)定性提出要求。例如，對于清水飾面混凝土，水泥顏色的穩(wěn)定性就是一個十分重要的指標，其重要程度甚至超過強度。為了滿足混凝土生產(chǎn)穩(wěn)定性和勻質(zhì)性的要求，所有與混凝土性能有關(guān)的水泥性能均應該具有穩(wěn)定性的要求。

　　2.2 混凝土攪拌站對水泥質(zhì)量穩(wěn)定性要求的內(nèi)容
　　混凝土攪拌站是許多水泥廠典型的和主要的顧客，也是對水泥質(zhì)量穩(wěn)定性要求較高的顧客。筆者在十余年從事水泥廠質(zhì)量管理和技術(shù)服務(wù)工作過程中，曾經(jīng)就水泥質(zhì)量穩(wěn)定性與混凝土攪拌站技術(shù)人員有過廣泛和深入的交流。據(jù)此提出通用水泥質(zhì)量穩(wěn)定性的基本要求。這些要求是針對混凝土攪拌站生產(chǎn)常用強度等級、無特殊要求的混凝土。

　　2.2.1 28d抗壓強度
　　28d抗壓強度一直是水泥質(zhì)量穩(wěn)定性的唯一指標，已得到水泥生產(chǎn)和使用雙方的廣泛認可。目前以標準偏差或變異系數(shù)限定的28d抗壓強度沒有考慮檢驗誤差的影響，而檢驗誤差的影響是不容忽視的。

　　2.2.2  水泥與減水劑相容性
　　水泥與減水劑相容性的較大變化，將直接影響混凝土坍落度的大小。相容性突然變差，混凝土坍落度會明顯減小，影響混凝土的施工性能，如果是泵送混凝土則可能導致無法泵送；相容性突然變好，混凝土坍落度會明顯增大，可能出現(xiàn)泌水、離析。

　　JC/T1083-2008《水泥與減水劑相容性試驗方法》規(guī)定以凈漿流動性(包括凈漿流動度和Marsh筒時間)定量表征水泥與減水劑相容性，并規(guī)定了檢驗方法。水泥的凈漿流動性既反映出水泥與減水劑相容性，也反映了水泥自身在減水劑存在條件下的流變性能。

　　2.2.3 保水性
　　水泥的保水性是指凈漿或砂漿抵抗水從固-液懸浮體系中逐步分離的能力。水泥的保水性與混凝土的保水性相關(guān)。混凝土的泌水包括表面泌水和內(nèi)部泌水。表面泌水會提高混凝土表面的水膠比，導致混凝土表面強度降低。在連續(xù)澆筑的混凝土中，表面泌水還會降低混凝土分次澆筑界面的強度。水由內(nèi)部遷移到表面的泌水通道，形成硬化混凝土中較大的空隙，降低了混凝土的密實度，成為外部侵蝕介質(zhì)侵入的通道，降低混凝土的耐久性。內(nèi)部泌水是指在混凝土粗集料的周圍特別是下部形成水的富集區(qū)，導致混凝土界面過渡區(qū)的各種不利影響加劇，形成結(jié)構(gòu)缺陷。

　　2.2.4 新鮮度
　　新鮮度是與水泥粉磨后的儲存時間相關(guān)聯(lián)的一項指標。水泥粉磨后，隨著儲存時間延長，與減水劑相容性逐漸變好。有人認為其原因是隨著儲存時間延長，水泥中一些活性較高的組分如C₃A、f-CaO，將吸收部分水分發(fā)生預水化。水分主要來自石膏的結(jié)晶水，還包括少量空氣中的水分。筆者推測，新鮮度不同的水泥具有不同的性能，可能還有另外一個原因，即熟料顆粒表面靜電荷的作用。多數(shù)減水劑屬于表面活性劑，減水作用與熟料顆粒表面的靜電荷有關(guān)。水泥粉磨過程使熟料顆粒內(nèi)部的價鍵斷裂，主要是Si-O共價鍵和Ca-O離子鍵被打斷。這些鍵的斷裂，使熟料顆粒表面產(chǎn)生靜電荷。隨著儲存時間延長，靜電荷逐漸減少。

　　新鮮度是一個難以定量表征的概念。粗略地可用水泥粉磨后的儲存時間描述。應該指出，不同水泥與減水劑相容性隨著儲存時間延長而改善的程度是不同的。與減水劑相容性差的水泥，隨儲存時間延長，相容性的改善更加明顯。

　　2.2.5 夏季出廠水泥溫度
　　夏季出廠水泥溫度過高，將導致混凝土入模溫度過高(例如超過35℃)，劣化混凝土的工作性，增加混凝土的坍落度損失，加速混凝土放熱，提高混凝土內(nèi)部溫升速率和溫度峰值，加大熱應力，增加開裂風險。

　　3 取樣方法和檢驗誤差的影響
　　3.1 取樣方法
　　不同的取樣方法會得到不同的穩(wěn)定性檢驗結(jié)果，主要取決于是合并樣品還是瞬時樣品。例如JC/T578-1995和GB/T 12573-2008規(guī)定的檢驗出廠水泥勻質(zhì)性的取樣方法為，在一個出廠水泥編號內(nèi)連續(xù)取樣，或在20個取樣點隨機取樣后合并。這樣得到的勻質(zhì)性是一段時間出廠水泥合并樣品的波動程度。有些水泥廠規(guī)定，對出廠水泥按一定的時間間隔，例如24h取瞬時樣品，用于評價勻質(zhì)性。后者的標準偏差將大于前者。

　　3．2  檢驗誤差對于出廠水泥28d抗壓強度，《水泥企業(yè)質(zhì)量管理規(guī)程》規(guī)定勻質(zhì)性變異系數(shù)不大于4.1%，均勻性變異系數(shù)不大于3.0%。使用變異系數(shù)的意義在于，對28d抗壓強度較高的水泥允許更高的標準偏差。以用戶的實際使用要求而言，多數(shù)情況下強度等級較高的水泥，多用于制作強度等級較高的混凝土，用于重要的結(jié)構(gòu)工程，對穩(wěn)定性的要求更高。因此，從用戶的使用要求角度，沒有必要使用變異系數(shù)，宜直接使用標準偏差表征水泥28d抗壓強度的穩(wěn)定性。

　　《水泥企業(yè)質(zhì)量管理規(guī)程》沒有說明計算兩個變異系數(shù)是否需要校正檢驗誤差。水泥廠在實際操作中均沒有考慮檢驗誤差的影響。事實上檢驗誤差的影響是不容忽略的。

　　將出廠水泥某質(zhì)量指標的檢驗數(shù)據(jù)的標準偏差稱為表觀標準偏差S表觀，是由水泥自身真實波動的標準偏差S真實與檢驗標準偏差S檢驗二者合成的結(jié)果。其關(guān)系可用下式表示：

　　確定了檢驗標準偏差S檢驗，即可由上式求得水泥自身真實波動的標準偏差S真實。其中S檢驗的確定方法，可以采用在相同試驗條件下對同一個水泥樣品連續(xù)檢驗至少15次，計算檢驗結(jié)果的標準偏差，也可以按照JC/T578-1995中方法確定。

　　GB/T17671-1999《水泥膠砂強度檢驗方法(ISO法)》規(guī)定，同一個試驗室在試驗條件基本相同的條件下，對同一個水泥樣品多次試驗的變異系數(shù)應在1%～3%。參照這一誤差范圍，以出廠水泥的28d抗壓強度勻質(zhì)性說明檢驗誤差的影響程度。根據(jù)多數(shù)水泥廠的實際情況，設(shè)28d抗壓強度的檢驗標準偏差的波動范圍約0～2MPa(實際波動范圍約0.5～2MPa，為了圖示清楚，波動范圍下限延至0MPa)。勻質(zhì)性的真實波動范圍約0.5～2MPa。在上述數(shù)值范圍內(nèi)，按式(1)計算檢驗標準偏差對表觀標準偏差的影響，見圖1。

圖1  不同真實波動標準偏差情況下檢驗標準偏差
對表觀標準偏差的影響

　　從圖l可以看出，在工廠的實際數(shù)值波動范圍內(nèi)，28d抗壓強度檢驗標準偏差的影響程度甚至可以超過水泥自身的真實波動。至少對于28d抗壓強度，檢驗誤差是不能忽視的。圖l還顯示，真實波動標準偏差越大，檢驗標準偏差的影響程度越小。

　　對于可用標準偏差定量表征的穩(wěn)定性指標，均存在與28d抗壓強度類似的檢驗誤差的影響。由于不同試驗室的檢驗標準偏差可能存在很大差別，為了更加清晰、準確地表示質(zhì)量指標的波動，對于可以準確定量且檢驗誤差不能忽視的穩(wěn)定性指標：28d抗壓強度、水泥與減水劑相容性宜按式(1)修正檢驗標準偏差的影響。

　　4 穩(wěn)定性的現(xiàn)狀
　　對生產(chǎn)規(guī)模1000t／d至2×5000t／d的12個新型干法水泥廠的出廠水泥質(zhì)量穩(wěn)定性進行了調(diào)查。表1列出了3個水泥廠28d抗壓強度的調(diào)查結(jié)果，代表了所調(diào)查12個新型干法水泥廠質(zhì)量穩(wěn)定性較好、中等和較差的水平。

　　6 結(jié)束語
　　混凝土技術(shù)的發(fā)展對水泥質(zhì)量提出了一系列新的要求，其中就包括水泥的質(zhì)量穩(wěn)定性。僅僅關(guān)注單一的28d抗壓強度的穩(wěn)定性，已經(jīng)難以滿足現(xiàn)代混凝土的要求。為了更好地滿足混凝土性能的需要，有必要對水泥質(zhì)量穩(wěn)定性要求的內(nèi)容進行補充。