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摘要：本文分析了水泥与混凝土耐久性的关系，并针对水泥生产工艺探讨了提高混凝土耐久性的方法和措施。
关键词：水泥生产工艺;混凝土耐久性;相关性
混凝土的耐久性通常是指混凝土在使用年限内，在周围环境中各种因素的长期作用下，仍然具有良好工作性能的能力。混凝土结构在自然环境和使用条件下，随着时间推移，不可避免地发生材料老化和结构性能劣化，甚至出现损伤或损坏，但只要不需要额外的维修和加固，而能保持完整的外观、正常的使用性能和结构安全性，都可称之为耐久的[1]。普通混凝土是由水泥、砂、石和水所组成，当水泥以适量水拌合后，形成的浆体能把砂、石黏结起来，随着浆体逐步凝结、硬化而结成具有一定强度的“人造石”[2]。可见，混凝土之所以具有强度，水泥发挥了关键的作用;同样，混凝土要保持长期稳定，水泥的性能也是极为关键的。所以，水泥与混凝土耐久性是相关的，而水泥性能又是由水泥生产工艺决定的，因而水泥生产工艺与混凝土耐久性也必然是相关的，这种相关性如何表现是本文要进行探讨和研究的问题。
1 水泥与混凝土耐久性关系
如上所述，混凝土耐久性的丧失是从混凝土材料劣化开始的，而材料劣化主要是受到环境因素影响而引起的，例如混凝土碳化、冻融破坏、化学侵蚀、表面磨损和钢筋锈蚀等;但也可能是混凝土自身材料劣化引起的，如碱-骨料反应。
1.1碳化反应
水泥熟料的主要成分是C3S、C2S、C3A和C4AF，当有石膏存在时，这4种矿物与水发生水化反应，除了生成水化凝胶（CSH）等物质以外，还产生Ca（OH）2。CSH与Ca（OH）2都能与环境中的CO2发生反应，即碳化反应。碳化反应生成CaCO3及其他固态物质，好的方面是孔隙填充作用使混凝土结构密实，结构强度也有所提高;不好的方面是孔隙水中Ca（OH）2浓度减小，pH值也随之降低，导致钢筋脱离钝化状态而锈蚀，所以总的说来碳化是有害的。混凝土碳化与材料、环境、混凝土结构状态、施工质量等多种因素都有关。其中与水泥有关的是可碳化物质的含量，硅酸盐水泥碳化最慢，其次是普硅水泥，而粉煤灰水泥、矿渣水泥、火山灰水泥等碳化较快。
1.2 钢筋锈蚀
影响混凝土中钢筋锈蚀的因素有水泥品种、外掺剂、pH值、温度、Cl-浓度、混凝土电阻抗、孔隙水饱和度、水灰比、养护龄期、保护层厚度等。其中与水泥有关的是：Cl-浓度越高，对钢筋钝化膜的破坏作用越大，所以Cl-是有害的;水泥碱性高对抵抗Cl-影响是有利的;水泥中C3A对Cl-吸附作用较强，所以C3A含量高对钢筋抗锈蚀是有利的;矿渣、粉煤灰、硅灰等的掺入，对抵抗Cl-引起的锈蚀也是有利的。
1.3 碱-骨料反应
一般将混凝土中的碱与碱活性骨料发生的膨胀反应称为碱-骨料反应。这种反应使混凝土膨胀、开裂，所以是非常有害的，更被称为混凝土的“癌症”。碱-骨料反应与水泥和骨料都有关系。水泥中的碱主要以Na2O、K2O形式存在，水化时生成OH-+Na++K+，高碱水泥含较多的Na2O、K2O，因而更容易发生碱-骨料反应。
1.4冻融破坏
混凝土会在保水状态下经过多次冻融循環而破坏。混凝土抗冻性也与多种因素有关，包括平均气泡间距、水灰比、外掺加剂、强度、骨料及水泥品种与用量等。一般认为水泥虽与抗冻性有关，但通过在混凝土中引气，可以很好地解决抗冻性问题，所以总的来说水泥与抗冻性关系不大。
1.5 化学侵蚀
混凝土处于侵蚀性介质中会因侵蚀作用而破坏。侵蚀性分为溶出性侵蚀、溶解性侵蚀和硫酸盐侵蚀。密实性差、渗透性大的混凝土易发生溶出性侵蚀;酸性环境及高浓度碱液条件下易发生溶解性侵蚀;硫酸盐侵蚀是因混凝土中钙矾石、石膏和钙硅石受到腐蚀膨胀而破坏。水泥中的C3A对硫酸盐侵蚀有决定性的影响，控制C3A含量可提高抗硫酸盐侵蚀能力，所以生产时尽量减少C3A含量。掺入粉煤灰、矿渣能显著增强混凝土抗硫酸盐侵蚀性。
1.6 表面磨损
混凝土表面磨损主要来自机械磨耗、冲磨和空蚀，后面两种情况反映了混凝土受到水流作用的耐磨效果。混凝土耐磨性与混凝土强度、集料性质、水泥及掺合料、养护条件等因素有关。在水泥熟料矿物中C3S耐磨性最好，其次是C3A和C4AF，而C2S耐磨性最差。所以，配制耐磨水泥一般要求C3S+C3A含量高，以硅灰为外掺料也有利于提高耐磨性。
1.7小结
综上，水泥对混凝土耐久性影响可归纳为水泥矿物组成、水泥细度（即水泥比表面积与颗粒分布）、水泥碱含量、水泥中SO3与f-CaO含量、水泥混合材、水泥品种等几方面，其中影响最大的是水泥矿物组成和水泥细度。
2 水泥生产工艺控制与混凝土耐久性的提高
2.1 水泥矿物组成控制
2.1.1 水泥矿物组成选择
由于不同矿物对不同耐久性项目贡献不一致，有些还会产生冲突和矛盾，要得到各种耐久性项目均佳的水泥是难以做到的，应根据混凝土用途而有所偏重。例如生产抗硫酸盐侵蚀水泥需要尽量减少C3A含量，而抗冲磨水泥希望C3A含量高一些，这就需要综合考虑各种矿物成分的影响。但是有害成分碱含量、SO3含量、f-CaO含量必须尽可能少些。
2.1.2 混凝土收缩控制
现代混凝土配合比中广泛使用高效减水剂和矿物细掺料，水灰比（水胶比）得到很好控制，混凝土硬化体的密实度和强度大为改善，在不产生裂缝的情况下混凝土耐久性能也得到极大提升，因此控制收缩对混凝土耐久性是重要的方向。在水泥熟料4种矿物中，C3A收缩率最高，远超过C2S和C4AF，所以C3A是需要控制的成分，一般要求C3A含量不超过10%。
2.1.3 水泥矿物组成控制
现代预分解干法窑采用“两高一中”或“三高”配料方法，即高硅酸率（2.4～2.7）、高铝氧率（1.4～1.7）、中高饱和系数（0.9～0.96），熟料缓冷容易产生较多的C3A，引起混凝土早期开裂，因此窑型尽量短粗些，并采用新型蓖冷机以加快熟料的冷却速度。如前所述，外掺矿渣、粉煤灰可以改进水泥性能，提高混凝土耐久性。这一方面是掺入混合材后，水化热得到抑制，早期不易开裂;另一方面控制了后期钙矾石生成的数量，也对耐蚀性有利。
2.2 水泥细度控制
同水泥矿物组成对混凝土耐久性的影响类似，对水泥各项性能产生有利影响的细度范围并不一致。例如小于30μm的颗粒对强度、抗冲、抗侵蚀和抗冻有利，但细颗粒多，水灰比增加，容易产生收缩开裂。因此，也需要像水泥矿物组成的控制一样，针对不同用途有所偏重。
细度控制主要通过调整粉磨的工作参数，如调整RRB曲线斜率，使该斜率（n值）保持在1.0附近。参数方面，通过均匀性系数、特征粒径、30μm筛余、比表面积等进行控制[3]，例如道路水泥应控制30μm筛余在70%左右较好，耐磨、抗冲、抗冻、抗侵蚀综合性能较好。
3 结语
我国每年用于混凝土结构的费用高达数千亿，其中因耐久性不佳而返修加固的比例相当高，因此重视混凝土的耐久性具有很现实的意义。诚然，影响混凝土耐久性的因素是多方面的，但水泥质量是非常关键的因素。本文针对水泥生产工艺对混凝土耐久性关系的研究，有助于水泥生产厂家更好地通过工艺控制提高混凝土耐久性。
参考文献：
[1]张誉，蒋利学，张伟平，等.混凝土结构耐久性概论[M].上海：上海科学技术出版社，2003.
[2]苏达根.水泥与混凝土工艺[M].北京：化学工业出版社，2004.
[3]沈广宗.水泥生产工艺对混凝土耐久性的影响[J].技术与市场，2014，21（4）：158-159.
关键词：水泥生产工艺;混凝土耐久性;相关性
混凝土的耐久性通常是指混凝土在使用年限内，在周围环境中各种因素的长期作用下，仍然具有良好工作性能的能力。混凝土结构在自然环境和使用条件下，随着时间推移，不可避免地发生材料老化和结构性能劣化，甚至出现损伤或损坏，但只要不需要额外的维修和加固，而能保持完整的外观、正常的使用性能和结构安全性，都可称之为耐久的[1]。普通混凝土是由水泥、砂、石和水所组成，当水泥以适量水拌合后，形成的浆体能把砂、石黏结起来，随着浆体逐步凝结、硬化而结成具有一定强度的“人造石”[2]。可见，混凝土之所以具有强度，水泥发挥了关键的作用;同样，混凝土要保持长期稳定，水泥的性能也是极为关键的。所以，水泥与混凝土耐久性是相关的，而水泥性能又是由水泥生产工艺决定的，因而水泥生产工艺与混凝土耐久性也必然是相关的，这种相关性如何表现是本文要进行探讨和研究的问题。
1 水泥与混凝土耐久性关系
如上所述，混凝土耐久性的丧失是从混凝土材料劣化开始的，而材料劣化主要是受到环境因素影响而引起的，例如混凝土碳化、冻融破坏、化学侵蚀、表面磨损和钢筋锈蚀等;但也可能是混凝土自身材料劣化引起的，如碱-骨料反应。
1.1碳化反应
水泥熟料的主要成分是C3S、C2S、C3A和C4AF，当有石膏存在时，这4种矿物与水发生水化反应，除了生成水化凝胶（CSH）等物质以外，还产生Ca（OH）2。CSH与Ca（OH）2都能与环境中的CO2发生反应，即碳化反应。碳化反应生成CaCO3及其他固态物质，好的方面是孔隙填充作用使混凝土结构密实，结构强度也有所提高;不好的方面是孔隙水中Ca（OH）2浓度减小，pH值也随之降低，导致钢筋脱离钝化状态而锈蚀，所以总的说来碳化是有害的。混凝土碳化与材料、环境、混凝土结构状态、施工质量等多种因素都有关。其中与水泥有关的是可碳化物质的含量，硅酸盐水泥碳化最慢，其次是普硅水泥，而粉煤灰水泥、矿渣水泥、火山灰水泥等碳化较快。
1.2 钢筋锈蚀
影响混凝土中钢筋锈蚀的因素有水泥品种、外掺剂、pH值、温度、Cl-浓度、混凝土电阻抗、孔隙水饱和度、水灰比、养护龄期、保护层厚度等。其中与水泥有关的是：Cl-浓度越高，对钢筋钝化膜的破坏作用越大，所以Cl-是有害的;水泥碱性高对抵抗Cl-影响是有利的;水泥中C3A对Cl-吸附作用较强，所以C3A含量高对钢筋抗锈蚀是有利的;矿渣、粉煤灰、硅灰等的掺入，对抵抗Cl-引起的锈蚀也是有利的。
1.3 碱-骨料反应
一般将混凝土中的碱与碱活性骨料发生的膨胀反应称为碱-骨料反应。这种反应使混凝土膨胀、开裂，所以是非常有害的，更被称为混凝土的“癌症”。碱-骨料反应与水泥和骨料都有关系。水泥中的碱主要以Na2O、K2O形式存在，水化时生成OH-+Na++K+，高碱水泥含较多的Na2O、K2O，因而更容易发生碱-骨料反应。
1.4冻融破坏
混凝土会在保水状态下经过多次冻融循環而破坏。混凝土抗冻性也与多种因素有关，包括平均气泡间距、水灰比、外掺加剂、强度、骨料及水泥品种与用量等。一般认为水泥虽与抗冻性有关，但通过在混凝土中引气，可以很好地解决抗冻性问题，所以总的来说水泥与抗冻性关系不大。
1.5 化学侵蚀
混凝土处于侵蚀性介质中会因侵蚀作用而破坏。侵蚀性分为溶出性侵蚀、溶解性侵蚀和硫酸盐侵蚀。密实性差、渗透性大的混凝土易发生溶出性侵蚀;酸性环境及高浓度碱液条件下易发生溶解性侵蚀;硫酸盐侵蚀是因混凝土中钙矾石、石膏和钙硅石受到腐蚀膨胀而破坏。水泥中的C3A对硫酸盐侵蚀有决定性的影响，控制C3A含量可提高抗硫酸盐侵蚀能力，所以生产时尽量减少C3A含量。掺入粉煤灰、矿渣能显著增强混凝土抗硫酸盐侵蚀性。
1.6 表面磨损
混凝土表面磨损主要来自机械磨耗、冲磨和空蚀，后面两种情况反映了混凝土受到水流作用的耐磨效果。混凝土耐磨性与混凝土强度、集料性质、水泥及掺合料、养护条件等因素有关。在水泥熟料矿物中C3S耐磨性最好，其次是C3A和C4AF，而C2S耐磨性最差。所以，配制耐磨水泥一般要求C3S+C3A含量高，以硅灰为外掺料也有利于提高耐磨性。
1.7小结
综上，水泥对混凝土耐久性影响可归纳为水泥矿物组成、水泥细度（即水泥比表面积与颗粒分布）、水泥碱含量、水泥中SO3与f-CaO含量、水泥混合材、水泥品种等几方面，其中影响最大的是水泥矿物组成和水泥细度。
2 水泥生产工艺控制与混凝土耐久性的提高
2.1 水泥矿物组成控制
2.1.1 水泥矿物组成选择
由于不同矿物对不同耐久性项目贡献不一致，有些还会产生冲突和矛盾，要得到各种耐久性项目均佳的水泥是难以做到的，应根据混凝土用途而有所偏重。例如生产抗硫酸盐侵蚀水泥需要尽量减少C3A含量，而抗冲磨水泥希望C3A含量高一些，这就需要综合考虑各种矿物成分的影响。但是有害成分碱含量、SO3含量、f-CaO含量必须尽可能少些。
2.1.2 混凝土收缩控制
现代混凝土配合比中广泛使用高效减水剂和矿物细掺料，水灰比（水胶比）得到很好控制，混凝土硬化体的密实度和强度大为改善，在不产生裂缝的情况下混凝土耐久性能也得到极大提升，因此控制收缩对混凝土耐久性是重要的方向。在水泥熟料4种矿物中，C3A收缩率最高，远超过C2S和C4AF，所以C3A是需要控制的成分，一般要求C3A含量不超过10%。
2.1.3 水泥矿物组成控制
现代预分解干法窑采用“两高一中”或“三高”配料方法，即高硅酸率（2.4～2.7）、高铝氧率（1.4～1.7）、中高饱和系数（0.9～0.96），熟料缓冷容易产生较多的C3A，引起混凝土早期开裂，因此窑型尽量短粗些，并采用新型蓖冷机以加快熟料的冷却速度。如前所述，外掺矿渣、粉煤灰可以改进水泥性能，提高混凝土耐久性。这一方面是掺入混合材后，水化热得到抑制，早期不易开裂;另一方面控制了后期钙矾石生成的数量，也对耐蚀性有利。
2.2 水泥细度控制
同水泥矿物组成对混凝土耐久性的影响类似，对水泥各项性能产生有利影响的细度范围并不一致。例如小于30μm的颗粒对强度、抗冲、抗侵蚀和抗冻有利，但细颗粒多，水灰比增加，容易产生收缩开裂。因此，也需要像水泥矿物组成的控制一样，针对不同用途有所偏重。
细度控制主要通过调整粉磨的工作参数，如调整RRB曲线斜率，使该斜率（n值）保持在1.0附近。参数方面，通过均匀性系数、特征粒径、30μm筛余、比表面积等进行控制[3]，例如道路水泥应控制30μm筛余在70%左右较好，耐磨、抗冲、抗冻、抗侵蚀综合性能较好。
3 结语
我国每年用于混凝土结构的费用高达数千亿，其中因耐久性不佳而返修加固的比例相当高，因此重视混凝土的耐久性具有很现实的意义。诚然，影响混凝土耐久性的因素是多方面的，但水泥质量是非常关键的因素。本文针对水泥生产工艺对混凝土耐久性关系的研究，有助于水泥生产厂家更好地通过工艺控制提高混凝土耐久性。
参考文献：
[1]张誉，蒋利学，张伟平，等.混凝土结构耐久性概论[M].上海：上海科学技术出版社，2003.
[2]苏达根.水泥与混凝土工艺[M].北京：化学工业出版社，2004.
[3]沈广宗.水泥生产工艺对混凝土耐久性的影响[J].技术与市场，2014，21（4）：158-159.