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，改善其孔結構、界面結構，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(xué)會(huì )(ACI)聯(lián)合主辦的第一次國際高性能混凝土(HPC)會(huì )議提出的HPC定義中，突出強調了HPC的勻質(zhì)性特征；同時(shí)強調使用傳統的組分是不可能獲得的。其主要原因即是傳統材料的質(zhì)量穩定性不能滿(mǎn)足HPC的勻質(zhì)性要求。高質(zhì)量穩定性的水泥是生產(chǎn)優(yōu)質(zhì)混凝土的重要條件。目前還很少系統地提出有關(guān)水泥質(zhì)量穩定性的要求。

　　1  水泥質(zhì)量穩定性定義與內涵

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

　　目前水泥行業(yè)有關(guān)水泥質(zhì)量穩定性的規定，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(guò)去以強度為核心的觀(guān)念。事實(shí)上幾乎所有影響混凝土性能的水泥性能都應該具有穩定性的要求，而這些性能中多數與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抗壓強度的穩定性，并不一定能夠保證其它質(zhì)量指標的穩定性。從保證混凝土性能的角度考慮，水泥穩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(shí)期單一品種水泥某項質(zhì)量指標變化的穩定程度。②均勻性：某一時(shí)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規定的10個(gè)樣品改為若干樣品的原因在于，均勻性試驗是通過(guò)對出廠(chǎng)水泥抽樣檢驗估計出廠(chǎng)水泥的方差，抽取l0個(gè)樣品明顯抽樣量不足。

　　2 水泥質(zhì)量穩定性要求的內容
　　2.1混凝土性能與水泥的質(zhì)量穩定性關(guān)系
　　混凝土的以下要求需要水泥的質(zhì)量穩定性予以保證：①混凝土生產(chǎn)過(guò)程的穩定性；②混凝土的勻質(zhì)性；③混凝土要求的特殊性能?；炷辽a(chǎn)過(guò)程穩定性是指混凝土連續生產(chǎn)的一定時(shí)期內的質(zhì)量穩定性，水泥的質(zhì)量穩定性是混凝土質(zhì)量穩定性的重要保證?；炷恋膭蛸|(zhì)性可以劃分為宏觀(guān)、細觀(guān)和微觀(guān)3個(gè)層次，其中混凝土的宏觀(guān)勻質(zhì)性與水泥的質(zhì)量穩定性相關(guān)，混凝土不泌水、不離析是宏觀(guān)勻質(zhì)性的主要內容。某些時(shí)候混凝土有一些特殊性能的要求，也會(huì )對水泥的質(zhì)量穩定性提出要求。例如，對于清水飾面混凝土，水泥顏色的穩定性就是一個(gè)十分重要的指標，其重要程度甚至超過(guò)強度。為了滿(mǎn)足混凝土生產(chǎn)穩定性和勻質(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定性的要求。

　　2.2 混凝土攪拌站對水泥質(zhì)量穩定性要求的內容
　　混凝土攪拌站是許多水泥廠(chǎng)典型的和主要的顧客，也是對水泥質(zhì)量穩定性要求較高的顧客。筆者在十余年從事水泥廠(chǎng)質(zhì)量管理和技術(shù)服務(wù)工作過(guò)程中，曾經(jīng)就水泥質(zhì)量穩定性與混凝土攪拌站技術(shù)人員有過(guò)廣泛和深入的交流。據此提出通用水泥質(zhì)量穩定性的基本要求。這些要求是針對混凝土攪拌站生產(chǎn)常用強度等級、無(wú)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限定的28d抗壓強度沒(méi)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(huì )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(wú)法泵送；相容性突然變好，混凝土坍落度會(huì )明顯增大，可能出現泌水、離析。

　　JC/T1083-2008《水泥與減水劑相容性試驗方法》規定以?xún)魸{流動(dòng)性(包括凈漿流動(dòng)度和Marsh筒時(shí)間)定量表征水泥與減水劑相容性，并規定了檢驗方法。水泥的凈漿流動(dòng)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)?；炷恋拿谒ū砻婷谒蛢炔棵谒?。表面泌水會(huì )提高混凝土表面的水膠比，導致混凝土表面強度降低。在連續澆筑的混凝土中，表面泌水還會(huì )降低混凝土分次澆筑界面的強度。水由內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(shí)度，成為外部侵蝕介質(zhì)侵入的通道，降低混凝土的耐久性。內部泌水是指在混凝土粗集料的周?chē)貏e是下部形成水的富集區，導致混凝土界面過(guò)渡區的各種不利影響加劇，形成結構缺陷。

　　2.2.4 新鮮度
　　新鮮度是與水泥粉磨后的儲存時(shí)間相關(guān)聯(lián)的一項指標。水泥粉磨后，隨著(zhù)儲存時(shí)間延長(cháng)，與減水劑相容性逐漸變好。有人認為其原因是隨著(zhù)儲存時(shí)間延長(cháng)，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(lái)自石膏的結晶水，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(gè)原因，即熟料顆粒表面靜電荷的作用。多數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(guò)程使熟料顆粒內部的價(jià)鍵斷裂，主要是Si-O共價(jià)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(zhù)儲存時(shí)間延長(cháng)，靜電荷逐漸減少。

　　新鮮度是一個(gè)難以定量表征的概念。粗略地可用水泥粉磨后的儲存時(shí)間描述。應該指出，不同水泥與減水劑相容性隨著(zhù)儲存時(shí)間延長(cháng)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(shí)間延長(cháng)，相容性的改善更加明顯。

　　2.2.5 夏季出廠(chǎng)水泥溫度
　　夏季出廠(chǎng)水泥溫度過(guò)高，將導致混凝土入模溫度過(guò)高(例如超過(guò)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，提高混凝土內部溫升速率和溫度峰值，加大熱應力，增加開(kāi)裂風(fēng)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(huì )得到不同的穩定性檢驗結果，主要取決于是合并樣品還是瞬時(shí)樣品。例如JC/T578-1995和GB/T 12573-2008規定的檢驗出廠(chǎng)水泥勻質(zhì)性的取樣方法為，在一個(gè)出廠(chǎng)水泥編號內連續取樣，或在20個(gè)取樣點(diǎn)隨機取樣后合并。這樣得到的勻質(zhì)性是一段時(shí)間出廠(chǎng)水泥合并樣品的波動(dòng)程度。有些水泥廠(chǎng)規定，對出廠(chǎng)水泥按一定的時(shí)間間隔，例如24h取瞬時(shí)樣品，用于評價(jià)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(chǎng)水泥28d抗壓強度，《水泥企業(yè)質(zhì)量管理規程》規定勻質(zhì)性變異系數不大于4.1%，均勻性變異系數不大于3.0%。使用變異系數的意義在于，對28d抗壓強度較高的水泥允許更高的標準偏差。以用戶(hù)的實(shí)際使用要求而言，多數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，用于重要的結構工程，對穩定性的要求更高。因此，從用戶(hù)的使用要求角度，沒(méi)有必要使用變異系數，宜直接使用標準偏差表征水泥28d抗壓強度的穩定性。

　　《水泥企業(yè)質(zhì)量管理規程》沒(méi)有說(shuō)明計算兩個(gè)變異系數是否需要校正檢驗誤差。水泥廠(chǎng)在實(shí)際操作中均沒(méi)有考慮檢驗誤差的影響。事實(shí)上檢驗誤差的影響是不容忽略的。

　　將出廠(chǎng)水泥某質(zhì)量指標的檢驗數據的標準偏差稱(chēng)為表觀(guān)標準偏差S表觀(guān)，是由水泥自身真實(shí)波動(dòng)的標準偏差S真實(shí)與檢驗標準偏差S檢驗二者合成的結果。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(shí)波動(dòng)的標準偏差S真實(shí)。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(gè)水泥樣品連續檢驗至少15次，計算檢驗結果的標準偏差，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)》規定，同一個(gè)試驗室在試驗條件基本相同的條件下，對同一個(gè)水泥樣品多次試驗的變異系數應在1%～3%。參照這一誤差范圍，以出廠(chǎng)水泥的28d抗壓強度勻質(zhì)性說(shuō)明檢驗誤差的影響程度。根據多數水泥廠(chǎng)的實(shí)際情況，設28d抗壓強度的檢驗標準偏差的波動(dòng)范圍約0～2MPa(實(shí)際波動(dòng)范圍約0.5～2MPa，為了圖示清楚，波動(dòng)范圍下限延至0MPa)。勻質(zhì)性的真實(shí)波動(dòng)范圍約0.5～2MPa。在上述數值范圍內，按式(1)計算檢驗標準偏差對表觀(guān)標準偏差的影響，見(jiàn)圖1。

圖1  不同真實(shí)波動(dòng)標準偏差情況下檢驗標準偏差
對表觀(guān)標準偏差的影響

　　從圖l可以看出，在工廠(chǎng)的實(shí)際數值波動(dòng)范圍內，28d抗壓強度檢驗標準偏差的影響程度甚至可以超過(guò)水泥自身的真實(shí)波動(dòng)。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(shí)波動(dòng)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定性指標，均存在與28d抗壓強度類(lèi)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(dòng)，對于可以準確定量且檢驗誤差不能忽視的穩定性指標：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 穩定性的現狀
　　對生產(chǎn)規模1000t／d至2×5000t／d的12個(gè)新型干法水泥廠(chǎng)的出廠(chǎng)水泥質(zhì)量穩定性進(jìn)行了調查。表1列出了3個(gè)水泥廠(chǎng)28d抗壓強度的調查結果，代表了所調查12個(gè)新型干法水泥廠(chǎng)質(zhì)量穩定性較好、中等和較差的水平。

表1   3個(gè)水泥廠(chǎng)28d抗壓強度的標準偏差、變異系數

　　表1數據表明，對于新型干法水泥廠(chǎng)的主要產(chǎn)品P·O42.5R水泥，28d抗壓強度勻質(zhì)性標準偏差的最小值為0.55MPa，最大值2.04MPa。28d抗壓強度均勻性標準偏差的最小值為0.26MPa，最大值1.27MPa。

　　此次對12個(gè)新型干法水泥廠(chǎng)的出廠(chǎng)水泥質(zhì)量穩定性的調查結果顯示，目前國內新型干法水泥廠(chǎng)在出廠(chǎng)水泥質(zhì)量穩定性方面存在的主要問(wèn)題有：

　　1)對質(zhì)量穩定性的認識和控制不夠全面。多數水泥廠(chǎng)對質(zhì)量穩定性的評價(jià)指標只有28d抗壓強度，其它對混凝土性能有顯著(zhù)影響但水泥標準中沒(méi)有規定的性能指標：水泥與減水劑相容性、保水性、新鮮度和出廠(chǎng)水泥溫度等，幾乎沒(méi)有關(guān)注。

　　2)即使對于28d抗壓強度，也存在標準偏差過(guò)大的問(wèn)題。12個(gè)新型干法水泥廠(chǎng)中有8個(gè)廠(chǎng)在一年中出現過(guò)月標準偏差超過(guò)1.5MPa的情況?！端嗥髽I(yè)質(zhì)量管理規程》規定:“28天抗壓強度月(或一統計期)平均變異系數目標值不大于4.1%。”這一規定偏寬。以42.5強度等級水泥28d抗壓強度50MPa計算，對應的標準偏差為2.05MPa，根據數理統計原理估算極差可達3×2.05×2=12.3MPa。這是一般用戶(hù)難以接受的。

    3)28d抗壓強度存在個(gè)別顯著(zhù)偏低的數據。在提供了單個(gè)出廠(chǎng)編號檢驗結果的10個(gè)工廠(chǎng)中，有8個(gè)工廠(chǎng)在一年期間至少出現過(guò)一次單個(gè)編號28d抗壓強度與月平均值相差大于5MPa的情況，有5個(gè)工廠(chǎng)出現過(guò)多次這樣的情況。由于多數用戶(hù)不是按照強度等級而是按照平均強度或比平均強度稍低的數值配制混凝土，出廠(chǎng)水泥出現比平均值顯著(zhù)偏低的數據會(huì )導致混凝土強度顯著(zhù)偏低，甚至不合格。

　　5 穩定性推薦指標
　　根據對十余個(gè)新型干法水泥廠(chǎng)生產(chǎn)數據的統計分析結果以及混凝土攪拌站對水泥質(zhì)量穩定性要求，結合實(shí)際生產(chǎn)控制經(jīng)驗，提出水泥28d抗壓強度、與減水劑相容性的穩定性要求見(jiàn)表2。

表2 水泥28d抗壓強度、與減水劑相容性的穩定性要求

 注：28d抗壓強度勻質(zhì)性、均勻性標準偏差推薦范圍均為校正檢驗誤差后的數據。

　　表2數據的低限對應了國內新型干法水泥廠(chǎng)較高水平，高限對應了中等偏下的水平。保水性目前尚沒(méi)有標準的檢驗方法，只有極少數水泥廠(chǎng)檢驗，沒(méi)有廣泛的具有可比性的數據可供統計，暫時(shí)無(wú)法給出推薦范圍。因不同水泥廠(chǎng)的水泥儲存、均化設備限制，新鮮度也難以給出推薦范圍。

　　6 結束語(yǔ)
　　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)量穩定性。僅僅關(guān)注單一的28d抗壓強度的穩定性，已經(jīng)難以滿(mǎn)足現代混凝土的要求。為了更好地滿(mǎn)足混凝土性能的需要，有必要對水泥質(zhì)量穩定性要求的內容進(jìn)行補充。