混凝土耐久性提升中水泥工艺的优化分析

化工工程师论文（精选范文10篇）之第六篇

　　摘要：近年来， 随着我国建筑行业的高速发展， 各类建筑工程的施工质量都有着显着提升， 并为社会整体经济与各行业领域的发展提供了坚实基础。与此同时， 作为建筑工程最为主要与最为常见的施工材料， 混凝土的耐久性问题一直是制约建筑工程施工质量提升与缩减工程造价成本的主要因素。因此为完善这一问题， 从水泥工艺方向着手， 探讨水泥工艺对混凝土耐久性的具体影响， 以及针对性提出水泥工艺的优化策略建议。

　　关键词：水泥工艺； 混凝土； 耐久性； 影响分析；

　　在建筑工程的施工阶段以及竣工交付使用期间内，混凝土往往受到周边气候因素、人为因素等诸多因素影响干扰，不但时常出现混凝土结构性解封、伸缩性裂缝等问题，并且混凝土的耐久性也会随着建筑工程的应用时间推移而不断缩短。这一问题一定程度上降低了建筑工程的整体使用寿命与工程性价比，还增加了安全风险系数，威胁到了建筑业主的人身健康与财产安全，此外，在一些较为特殊的建筑工程项目中，对混凝土的耐久性要求也逐渐提升，例如地铁站等城市轨道交通系统建筑物等。因此对混凝土耐久性的优化提升刻不容缓。本文从水泥工艺对混凝土耐久性的影响为切入点开展研究。

　　1、研究水泥工艺对混凝土耐久性影响的必要性

　　1.1 对混凝土多元化发展的推进作用

　　近年来，随着建筑工程的多元化发展，不同建筑工程的使用用途都存有较强差异性，且对特定方向的施工质量提出了更高的、具有针对性的要求，而混凝土作为建筑工程建设过程中最为常用的施工材料，可以说混凝土的材质性能在一定程度上影响到建筑工程整体施工质量。近年来，混凝土在建筑行业都取得了一定的发展，例如混凝土抗氯离子渗透性、抗硫酸盐结晶破坏性能及抗碳化性能要求高的高性能混凝土、密实度极高的重混凝土、抗折性能出众的纤维混凝土、具有较强美观性的清水混凝土等。

　　然而在混凝土的耐久性层面上，在现阶段建筑工程常用的水泥混凝土中，各类混凝土的耐久性普遍较低，这也制约了在建筑工程整体施工质量与实际使用周期的进一步提升。因此，通过分析水泥工艺对混凝土耐久性的影响，可以从中针对性制定出混凝土耐久性的优化提升策略，从而促进混凝土的多元化发展，并实现对建筑工程施工质量与性价比的提升。

　　1.2 对建筑工程安全性的提升

　　在建筑工程竣工后交付使用期间，混凝土耐久性的下降往往伴随着一系列的问题出现，如结构混凝土碳化、保护层剥落、裂缝发展、钢筋锈蚀、渗透冻融破坏以及钢筋混凝土之间粘结锚固作用削弱等。从短期效果而言，这些问题直接影响结构的外观和使用功能；从长远看则为降低结构的安全度，成为发生事故的隐患，影响结构使用寿命。裂缝的出现还会造成结构内部的钢筋会提前锈蚀，影响结构安全且这一类风险概率会随着建筑使用寿命的接近而直线提升。根据分析水泥工艺对混凝土耐久性的影响，通过改善水泥工艺可以从根源上完善这一问题，降低建筑使用期间内由混凝土为诱因所引发各类安全事故的潜在风险系数。

　　2、混凝土耐久性降低的主要影响因素分析

　　混凝土在搅拌、浇筑施工、凝固与使用期间内，其耐久性降低的主要影响因素可分为两个层面加以阐述，分别为物理层面与化学层面。

　　2.1 混凝土耐久性降低的物理层面影响因素

　　⑴混凝土耐久性降低的磨损因素。这一类因素对于民用类建筑墙体所浇筑的混凝土影响系数较低，主要对城市道路、公路路面、工业厂房上所浇筑的混凝土的耐久性影响干扰系数较高。例如在公路运行过程中，过往车辆对混凝土的机械磨损、工业厂房中机械设备的振动、摩擦所造成的机械磨损。其次，气蚀磨损也是混凝土耐久性降低的主要因素之一。而根据相关检测试验数据信息所显示，C3S混凝土的抗磨损性能最为出众，其次便是C2A混凝土。而降低混凝土受磨损影响干扰系数的主要途径为对混凝土密实度的提升。其次施工水平对混凝土的密实度也有一定的影响，在浇筑过程中应避免漏振或过振，避免人为因素造成混凝土结构不密实。

　　⑵周边气候温湿度对混凝土耐久性的影响。在混凝土周边自然气候的空气湿度、温度出现较大程度波动时，也会对混凝土的耐久性造成一定程度的影响，例如在气候温度过高时，混凝土容易出现伸缩性裂缝等问题，为避免这一问题对混凝土耐久性的影响应提高混凝土结构的前期养护。此外，在室外气候温度较低，且空气湿度较高的自然环境下，混凝土表层会凝结出水雾、水珠，而所凝结的水分也会对混凝土造成一定程度的渗透、腐蚀问题，进一步降低混凝土的耐久性。

　　2.2 混凝土耐久性降低的化学层面影响因素

　　⑴在混凝土中C3A含量过高时，会降低混凝土的抗腐蚀性与抗盐酸性，从而导致混凝土耐久性的降低，针对这一问题，ASTM波兰特水泥便明确规定了，C3A+C4AF的含量便需要≤20%.此外，相较而言，向水泥中适当添加煤粉灰等材料可以适当提高水泥混凝土的抗腐蚀性与抗盐酸性，其主要原理在于，在火山灰反应过程中，水泥中氢氧化钙的含量有着大幅度降低，从而实现对混凝土抗腐蚀性与抗盐酸性的提升，但是值得注意的是，火山灰的反应时间较长，因此在水泥混凝土的搅拌过程中，相关人员应注重这一点。其次，向水泥中加入磨细矿渣粉，会产生与上述相同的化学反应，同样可以实现对水泥混凝土抗腐蚀性与抗盐酸性的提升，不过值得注意的是，向水泥中加入磨细矿渣，不但可以提高混凝土的抗腐蚀性，也提升了混凝土的密实性。

　　⑵混凝土结构内部钢筋腐蚀因素对混凝土耐久性的影响。在水泥混凝土的搅拌过程中，混凝土中具有较高含量的氢氧化钠，而氢氧化钠是一种二元中强碱，因此水泥混凝土中的碱性值较高，而在长时间的使用过程中，混凝土结构中的钢筋会受到碱性腐蚀，从而在钢筋表层产生锈蚀现象，形成一层较为薄弱的钝化膜。而由于钢筋表层所形成的这一层钝化膜较为薄弱，极易受到混凝土碳化因素影响而出现钝化膜破裂问题，因此在钝化膜破裂后，钢筋表层会持续出现简化锈蚀现象，从而降低了混凝土的耐久性。针对这一问题，建议应提高水泥混凝土中的氧化钙含量，这样就可以通过氧化钙与二氧化碳产生化学反应，从而降低混凝土中的二氧化碳含量，延缓混凝土碳化现象的出现。

　　3、水泥生产工艺对混凝土耐久性影响分析

　　3.1 水泥矿物构成成分对混凝土耐久性的具体影响分析

　　首先，以硅酸盐水泥为例，硅酸盐水泥中主要含有的矿物成分为四类，其分比为硅酸三钙3CaO·SiO2、硅酸二钙2CaO·SiO2铝酸三钙3CaO·Al2O3及铁铝酸四钙4CaO·Al2O3·Fe2O3.其中，在硅酸盐水泥中硅酸三钙的含量有着明显提升时，硅酸盐水泥在早期阶段中的强度系数有着显着的提升，但在水泥混凝土的长期角度来看，后续的强度系数与其耐久性都有着明显的下滑，会造成混凝土实际使用寿命的降低，也极易导致如混凝土裂缝问题的出现。而在硅酸二钙在硅酸盐水泥中的含量有着明显提升时，硅酸盐水泥的早期强度系数虽然没有明显的提升，但是在中后期水泥混凝土的结构性强度系数与耐久性都呈现出稳步提升态势。

　　其次，在硅酸盐水泥中提高铝酸三钙时，硅酸盐水泥的水化反应速度会提升，并且与硅酸盐水泥与减水剂所产生的反应出现一定程度的冲突，会严重降低水泥混凝土的耐久性与整体性能，例如降低了混凝土的抗冻性能，以及在水泥混凝土的凝固过程以及早期阶段中极易出现混凝土密集性开裂现象。而在硅酸盐水泥中铁铝酸四钙的含量提高时，虽然显着提升了水泥混凝土的抗拉抗弯性等性能，但在水泥混凝土的搅拌过程中，也使得水泥混凝土的搅拌温度上升。

　　通过对上述硅酸盐水泥中硅酸三钙3CaO·SiO2、硅酸二钙2CaO·SiO2铝酸三钙3CaO·Al2O3及铁铝酸四钙4CaO·Al2O3·Fe2O3四类主要构成的矿物成分提高添加含量时，水泥混凝土耐久性所出现的变化得出以下结论：在硅酸盐水泥的制备环节中，应适当提高C3S与C2S的含量，且需要C2S的添加含量适当高于C3S的添加含量，从而实现对水泥混凝土耐久性以及结构强度系数等诸多性能的提升。

　　3.2 水泥细度工艺对混凝土耐久性的影响分析

　　首先，水泥细度指水泥颗粒总体的粗细程度。水泥颗粒越细，与水发生反应的表面积越大，因而水化反应速度较快，而且较完全，早期强度也越高，但在空气中硬化收缩性较大，成本也较高。如水泥颗粒过粗则不利于水泥活性的发挥。例如，在水泥颗粒较粗时，在水泥混凝土的搅拌过程中，混凝土的内部结构中孔隙面积较大，而在水泥颗粒较细时，在水泥混凝土的搅拌过程中，混凝土的内部结构不会形成大范围的孔隙，反而会形成数量极多、面积较小的毛细孔隙。相较而言，混凝土内部结构中大面积的孔隙并不会显着提高混凝土的吸湿效率，而大量密布的毛细孔隙则会显着提升混凝土的吸湿效率。而在混凝土内部湿气含量过高时，会造成混凝土的开裂现象，且由于混凝土的吸湿周期相比较长，因此在建筑工程的施工阶段中，对于工程施工质量的检测也很难检测出混凝土吸湿效率过高、内部毛细孔隙过多的施工质量问题，从而极大提升了建筑工程在竣工交付施工期间的潜在风险系数，并在整体层面上降低了建筑工程的施工质量。

　　其次，水泥细度工艺对混凝土常压渗透性所造成的影响。首先，对水泥细度工艺对混凝土渗透性所造成的影响，应先对混凝土常压渗透性的含义加以阐述：混凝土常压渗透性主要指，在室外恒温前提下，混凝土受到内部不合理性结构因素干扰影响，所出现的混凝土开裂、渗透性能降低等问题，而这一问题也是现阶段我国水泥混凝土质量问题频发的主要影响因素之一。混凝土常压渗透性问题的出现，其根源在于水泥颗粒粗细程度的不一致，例如在水泥颗粒较细时，在水泥混凝土的搅拌过程中，混凝土内部结构中的搅拌材料颗粒之间的空隙距离、空间较小。水泥颗粒细度越细、吸水效率越高，因此在雨水的侵蚀下，混凝土的内部孔隙会吸入大量的水分，从而在常压环境下，混凝土的渗透性较强，防渗性能较低，这也是混凝土耐久性降低的主要表现形式与内在影响因素之一。在我国近年来的建筑行业发展过程中，一味追求更高的水泥强度，施工企业与施工人员往往通过提高水泥颗粒磨粉细度来实现，却没有根据实际施工状况来针对性开展水泥磨粉作业，这也是现阶段我国建筑工程混凝土材质质量耐久性不足的主要影响因素之一。

　　最后，水泥细度工艺对混凝土压力水渗透性所造成的影响。在水泥粉磨细度提升时，会提升水泥混凝土的结构强度系数，但也会造成混凝土吸水效率的提升以及耐久性的降低，具体表现为混凝土内部结构中毛细孔隙的增多。而在混凝土结构强度系数较高，但内部大面积的孔隙数量过少时，混凝土内部会产生向内伸缩的作用力，这一作用力也造成了混凝土表层结构出现大面积的龟裂、结构性裂缝以及细密性裂缝，从而导致混凝土耐久性的降低。综上所述，水泥细度工艺对混凝土耐久性的干扰影响，根源在于水泥粉磨细度与混凝土强度系数的不匹配。

　　4、优化水泥工艺、提高混凝土耐久性策略建议

　　首先，水泥混凝土后期耐久性与结构强度系数逐渐降低、抗冻性能的降低、水泥混凝土搅拌温度上升等问题的主要影响因素在于硅酸三钙、硅酸二钙、铝酸三钙、铁铝酸四钙四类主要水泥矿物成分的配置比例存在优化空间，因此提出以下针对性优化建议：一方面，上述水泥矿物成分的添加比重应为，C2S>C3S>C4AF>C3A,这才可以在适当保障水泥混凝土结构强度系数、抗冻性等性能的前提基础上，适当的提升水泥混凝土的耐久性；另一方面，施工人员与技术管理人员应根据建筑工程的实际施工情况与建筑主要用途，来适当调整上述四类水泥主要矿物成分的添加比重。

　　其次，针对上述第二个问题，提出以下两方面针对性优化策略建议：一方面，在水泥粉磨细度工艺应用环节中，工作人员注重于提高对水泥均匀性系数的控制力度，例如通过控制水泥颗粒细度的分布间距来加以优化；另一方面，施工人员与技术管理人员应注重于控制水泥特征颗粒的粉磨细度、更细致的了解水泥颗粒的粉磨细度、粉磨状况，以及对比表面积进行控制，通过对水泥粉磨微观程度来加以分析检测。

　　5、总结

　　为进一步提高混凝土的耐久性，从而实现在整体层面上对建筑工程的施工质量、建筑使用安全系数进行提升，因此以水泥工艺对混凝土耐久性的影响为本文切入点，深入分析了混凝土耐久性降低的主要影响因素以及水泥工艺对混凝土耐久性的主要影响，并针对性提出上述优化措施建议。

　　参考文献

　　[1] 张军。水泥工艺对混凝土耐久性的影响分析[J].水泥生产， 2017 （02） :3-5.
　　[2]马磊， 张文静， 李笑盈。投科搅拌工艺对嵌锁密实水泥混凝土性能的影响分析[J].武汉理工大学学报 （交通科学与工程版） , 2015 （02） :233-237.