201501几种及时鉴别预拌混凝土用原材料的方法及应用

1、几种及时鉴别预拌混凝土用原材料的方法及应用摘要：本文针对当今预拌混凝土公司日供给混凝土量大，常规原材料检验往往滞后于生产的条件下，提出了几种及时鉴别预拌混凝土用原材料的方法和应用。提出了采用烧失量法和密度法可以快速鉴别矿渣、粉煤灰和石灰石，采用XRF和XRD分析法可以快速鉴别水泥、膨胀剂、矿渣、粉煤灰和石灰石以及多种伪劣的原材料。拒绝使用不明真相的材料，确保混凝土的质量。关键词：预拌混凝土；鉴别；原材料；烧失量；XRD 许多预拌混凝土搅拌站经历了单日供给2000方以上的混凝土，特别是根底混凝土工程。以供给2500方混凝土为例，大约需要8501100吨胶凝材料水泥、矿渣、粉煤灰和膨胀剂等和202

2、5吨泵送剂。有时，当天凌晨到的水泥、矿渣、粉煤灰和膨胀剂等，到了下午就可能已用完。在没有得到可靠的检验结论的条件下，就已把原材料拌制成混凝土并已用于实体工程，这总让人不踏实。常规的检验需要较长的时间，急迫需要及时鉴别或及时检验。 因此，本文在总结了多家预拌混凝土公司日常及时鉴别或检验原材料工作的根底上，介绍几种行之有效的及时鉴别方法，以供大家参考。1 及时鉴别的方法1.1烧失量试验法 参考?水泥化学分析方法GB/T176?1中的烧失量试验法。 水泥试样经高温炉95025，保温1520 min灼烧, 冷却, 称量。反复灼烧，直至恒重。得到的灼烧物与试样的质量百分比，即为烧失量的质量百分数。控制烧

3、失量的目的在于限制水泥中水自由水、结晶水和二氧化碳碳酸盐等的含量。 本文采用烧失量试验法用于鉴别胶凝材料水泥、矿渣、粉煤灰和膨胀剂和石灰石粉。方法具体又简化为，胶凝材料和石灰石粉必要时经1055烘干称量为5或10 g，天平精度为0.01 g。原标准为1 g，天平精度为0.0001 g。经高温炉95025，保温3060 min灼烧, 冷却, 称量，即为烧失量。采用此方法一般只需要23 h就能完成鉴别。编号材料名称烧失量（%）密度（g/cm3）标准要求某次测定值经典值1硅酸盐水泥PI3.02.73.152硅酸盐水泥PII3.53.03.103普通水泥5.04.33.104复合水泥不限5.52.90

4、5II级粉煤灰8.04.52.306（纯）矿渣粉3.00%或负值2.857膨胀剂不限5.08石灰石粉39.02.709伪普通水泥7.610伪粉煤灰36.011伪矿渣粉15.012伪膨胀剂39.0表1 常用胶凝材料、石灰石粉和伪劣材料的烧失量和密度 现把常用胶凝材料和石灰石粉等的烧失量控制要求和某次实测结果，列于表1。 对于普通水泥，烧失量的标准控制值为5.0%。如果某种普通水泥的烧失量测定值为4.3%，这属于正常范围，而且同水泥厂同品种水泥的烧失量值是比较稳定的。例如，某种普通水泥的烧失量测定值为7.6%，这属于不正常范围，后经调查确认是在运输途中水泥散装车司机卸去了约三分之一的水泥，取而代之

5、的是III级粉煤灰。 对于II级粉煤灰，烧失量的标准控制值为8.0%。如果某种粉煤灰的烧失量测定值为4.5%，这属于正常范围，而且同一火电厂粉煤灰的烧失量值是比较稳定的。例如，某种粉煤灰的烧失量测定值为39%，这属于不正常范围，后经调查确认是石灰石粉。 对于S95级矿渣粉，烧失量的标准控制值为3.0%。如果某种矿渣的烧失量测定值为1.0% 0.5%，这属于正常范围，而且同一来源矿渣的烧失量值是比较稳定的。例如，某种矿渣粉的烧失量测定值为12%，这属于不正常范围，后经调查确认是外掺了30%的石灰石粉。 对于膨胀剂，一般不要求控制烧失量。如果某种膨胀剂的烧失量测定值为5.0%，这可能属于正常范围，

6、而且同一来源同一品种膨胀剂的烧失量值是比较稳定的。例如，某种膨胀剂的烧失量测定值为39%，这属于不正常范围，后经调查确认是石灰石粉。 对于石灰石粉，其烧失量一般在30%44%。如果某种石灰石粉的烧失量测定值为37%，这属于正常范围，而且同一来源石灰石粉的烧失量值是比较稳定的。1.2密度法 参考?水泥密度测定方法李氏瓶法GB/T 208?2进行或参考?普通混凝土用砂、石质量及检验方法标准JGJ 52?3中砂的表观密度试验法容量瓶法进行。 采用密度法，特别适用于鉴别真假粉煤灰，这是由于粉煤灰的密度较小，只有2.202.40 g/cm3。本公司试验室经常采用“砂的表观密度试验法来推测被测物质。而且采

7、用此方法一般只需要5 min就能完成检验。 现把常用胶凝材料和石灰石粉等的密度经典值，列于表1。 如果某种粉煤灰的密度测定值为2.30 g/cm3，这属于粉煤灰密度的正常范围，而且同一火电厂粉煤灰的密度值是比较稳定的。例如，某种粉煤灰的密度测定值为2.70 g/cm3，这属于不正常范围，后经调查确认是磨细石灰石粉。 如果某种膨胀剂或者矿渣的密度测定值为2.30 g/cm3，可以判定这种膨胀剂或者矿渣是假的，这一被测物质可能就是粉煤灰。1.3 X射线荧光光谱分析XRF 一台典型的X射线荧光光谱分析XRF仪器由激发源X射线管和探测系统构成。X射线管产生入射一次X射线，激发被测样品。受激发的样品中的

8、每一种元素几乎都会放射出二次X射线荧光X射线，并且不同的元素所放射出的二次X射线具有特定的能量特性或波长特性4。 因此，只要测出这种荧光X射线的波长或者能量，就可以知道元素的种类，这就是荧光X射线定性分析的根底。此外，荧光X射线的强度与相应元素的含量有一定的关系，据此，还可以进行元素得定量分析。利用X射线荧光原理，在实际应用中，有效的元素测量范围为11号钠到92号铀元素。 X 射线荧光光谱分析是一种快速而全面的全分析。目前已在许多大型水泥厂中得到应用，用作在线控制，已取代化学全分析。 但是，在一般情况下仅依据化学成分是不能确定某一物质的。例如，化学成分均为SiO2的物质，就有石英、方石英、水晶

9、、纳米氧化硅和石英玻璃等。 由表2可知，由X射线荧光光谱分析XRF得到的试样1、2、3和4的化学成分。如果试样1、2和3这三个试样是粉煤灰、矿渣和普通水泥，只是标签搞混了，那么依据上述由X射线荧光光谱分析得到的化学成分就可确定试样1、2和3分别为普通水泥、矿渣和粉煤灰。当然通过目测法、密度法和烧失量法也能确定或推定。 对于试样4，几年前曾以普通水泥的名义进入某混凝土公司，当时经目测法、密度法和烧失量法预检均对此水泥存有疑问，因此拒收。根据由X射线荧光光谱分析得到的化学成分，其CaO含量为32.59%，不可能是水泥，也不可能是粉煤灰；其Fe2O3含量为6.01%，也不可能是矿渣。试样X射线荧光光

10、谱分析得到的化学成分（%）推定SiO2Al2O3Fe2O3CaOMgOSO3K2ONa2O121.635.854.9059.532.022.200.650.23普通水泥233.5114.201.0241.316.651.710.360.22矿渣346.9128.677.135.652.870.370.290.12粉煤灰434.2717.266.0132.592.441.280.470.17伪水泥512.078.120.98260.798.148.250.4700.404膨胀剂B表2 水泥、矿渣和粉煤灰等的化学成分XRF1.4 X射线衍射物相分析XRD 固态物质分为晶体和非晶体。水泥熟料、石灰石

11、和二水石膏等为晶体，纯矿渣为非晶体或玻璃体，粉煤灰中主要含有玻璃体还含有晶体如石英和莫来石等。 晶体内部原子的排列是规那么的，可形成规那么的几何空间点阵，这种排列可以使晶体内部出现假设干个晶面，引起了晶体各向不同的物理性质。非晶体内部原子的排列是无规那么的，形不成空间点阵，故表现为各向同性。 将具有一定波长的X射线照射到晶体上时，X射线因在晶体内遇到规那么排列的原子而发生散射，散射的X射线在某些方向上得到加强，从而显示与晶体结构相对应的特有的衍射现象。利用晶体形成的X射线衍射，就可以对晶体进行内部原子在空间分布状况的结构分析，鉴别其晶型直至定性地确定其为某种确定的晶体。还可由衍射X射线强度的比

12、较，可进行半定量分析。5 晶体的X射线衍射图实质上是晶体微观结构的一种精细复杂的变换，每种晶体的结构与其X射线衍射图之间都有着一一对应的关系，其特征X射线衍射图谱不会因为它种物质混聚在一起而产生变化，这就是X射线衍射物相分析方法的依据。 由图1可知硅酸盐水泥的XRD图，该水泥中主要含有大量的C3S, 还含有C2S、C3A、C4AF、CaSO4.H2O石膏，属于经典的硅酸盐水泥。进场的硅酸盐系列水泥，如要进行XRD试验，那么所得XRD图的衍射峰必须与图1中的一一对应，而且有标识的峰不能少一个；如果衍射峰增加了，说明该水泥中添加了其它混合材料，如石灰岩会出现方解石的衍射峰和砂岩会出现石英的衍射峰等

13、。A-C3S, B-C2S, C-C3A, D-C4AF, G-CaSO4.2H2O图1 试验用硅酸盐水泥的XRD图摘自作者的日常检验 由图2可知粉煤灰的XRD图，该粉煤灰中主要含有大量的玻璃体1535度的馒头峰，还有莫来石和石英，属于经典的粉煤灰。进场的粉煤灰，如要进行XRD试验，那么所得XRD图的衍射峰大致与图2中的一致，必须有馒头峰，可以没有莫来石峰；如果衍射峰增加了，说明该粉煤灰中添加了其它材料，如石灰石粉，会出现方解石的衍射峰等。M-莫来石，Q-石英图2 试验用粉煤灰的XRD图摘自作者的日常检验 由图3可知纯矿渣微粉的XRD图，该矿渣中主要含有大量的玻璃体2535度的馒头峰，几乎不含

14、其它晶体矿物，属于经典的水淬矿渣。进场的矿渣，如要进行XRD试验，那么所得XRD图的衍射峰大致与图3中的一致，必须有馒头峰，可以有二水石膏可掺，但一般均不掺的衍射峰，不应有其它衍射峰。如果衍射峰增加了，说明该矿粉中添加了其它材料，如石灰石粉，会出现方解石的衍射峰等。图3 试验用矿渣的XRD图摘自作者的日常检验 Q石英，L-方解石图4 试验用石灰石粉的XRD图摘自作者的日常检验 由图4可知石灰石微粉的XRD图，该微粉中主要含有大量的方解石, 还含有少量的石英此处为杂质，属于经典的石灰石微粉。q-石英图5 试验用石英粉的XRD图摘自作者的日常检验由图5可知石英砂微粉的XRD图，该微粉中主要含有石英

15、，属于经典的石英砂微粉。2 应用实例2.1矿渣微粉A的鉴别 对于矿渣微粉A，测得其烧失量为6.1%，密度为2.5g/cm3。由分析可推测该矿渣微粉不是纯矿渣，可能掺加了粉煤灰。再由其XRD图见图6可知，该矿渣不是纯矿渣，含方解石石灰石粉约3%5%和含石英约3%5%。 进一步分析可知，在该矿渣中人为掺入了约20%30%的粉煤灰，因为粉煤灰中常含有石英，因此在该矿渣中含有的石英是由粉煤灰带入的；石灰石粉也是人为掺入的，但数量较少。由于20%30%粉煤灰的参加，这种矿渣微粉的质量将会下降。Q-石英，L-方解石图5 矿渣微粉A的XRD图摘自作者的日常检验2.2矿渣微粉B的鉴别 对于矿渣微粉B，测得其烧

16、失量为15.1%，密度为2.75g/cm3。由分析可推测该矿渣微粉不是纯矿渣，可能掺加了25%40%的石灰石粉。再由其XRD图见图7可知，该矿渣微粉不是纯矿渣，其中石灰石粉含量约为35%。 如果不进行及时鉴别，把矿渣微粉B当作纯矿渣用，当每方混凝土C35或C40中掺加100kg矿渣微粉B取代100kg普通水泥时，那么混凝土的抗压强度将降低至少5MPa，这种矿渣微粉的质量令人担忧。L-方解石图6 矿渣微粉B的XRD图摘自作者的日常检验2.3膨胀剂A的鉴别 对于膨胀剂A，测得其烧失量为41.0%，密度为2.70g/cm3。由分析可推测该膨胀剂可能就是石灰石粉。再由其XRD图见图4可知，该膨胀剂中主

17、要含方解石即石灰石粉。 如果不进行及时鉴别，把膨胀剂A当作合格的膨胀剂用，当每方混凝土C35或C40中外掺3040kg膨胀剂A时，那么该混凝土非但没有膨胀而且其抗压强度将降低至少5MPa；如果是取代水泥用量的内掺，那么该混凝土的抗压强度将降低至少710MPa。2.4膨胀剂B的鉴别 对于膨胀剂B，测得其烧失量为4.1%，密度为2.83g/cm3；由其X射线荧光光谱分析XRF得到的化学成分见表2，其中CaO、MgO、SO3、SiO2和Al2O3，分别为60.79%、8.14%、8.25%、12.07%和8.12%；再由其XRD图见图7可知，在膨胀剂B中主要含有游离氧化钙CaO、硬石膏CaSO4和方

18、镁石MgO等。这与现有正规膨胀剂的说明书或质保单或鉴定资料或推广证等的内容不符合。C-游离氧化钙、S-硬石膏、P-方镁石和Y-氢氧化钙图7 膨胀剂B的XRD图摘自作者的日常检验 该膨胀剂组成复杂，含有三个膨胀源，主要为由游离氧化钙转化为氢氧化钙的膨胀源，其次为由硬石膏等转化为钙矾石的膨胀源，还有由方镁石转化为水镁石的膨胀源。这种含有多个膨胀源的膨胀剂，由于膨胀机理复杂和膨胀可控性差，一般不建议使用。在百度等网站上搜索可知，北京市自2004年6月1日开始已禁止使用含氧化钙类的混凝土膨胀剂6，北京市自2021年1月1日开始已禁止使用多功能复合型2种或2种以上功能混凝土膨胀剂7。 目前，进场的膨胀剂

19、品种多，真假难辨。而且膨胀剂往往又用于高楼的根底局部。因此，在浇筑根底前应设法确认该膨胀剂的品种、优劣和真假。2.5水泥中游离氧化钙的鉴别 游离氧化钙的XRD衍射主峰出现在22 THETA等于37.30度处，详见图7中的最顶峰。再看图1，试验用硅酸盐水泥的XRD图，在2等于37.3度处以及左右正好是没有其它衍射峰的。因此，只有当有游离氧化钙存在时，只要有1%，就会有游离氧化钙的主峰出现。如果没有出现此峰，那么游离氧化钙约在1%以下，一般不会引起该水泥的体积安定性不良。如果明显地出现此峰，那么游离氧化钙约在1%以上，有可能会引起该水泥的体积安定性不良，需要警惕。3结束语 按照标准和标准，对水泥、

20、矿渣、粉煤灰和膨胀剂等的常规检验，往往需要时间，少的三天，多的二十八天可能还不够。这已不适应当今预拌混凝土的生产和其原材料的供给。 因此，预拌混凝土公司一定要做好水泥、矿渣、粉煤灰和膨胀剂等采购工作，监控供给商的生产和运输全过程。一定要采用行之有效的及时鉴别法对它们进行检验。在进场到使用前的短时间内应设法确认它们的品种、优劣和真假，坚决拒绝不明材料。参考文献1国家标准. 水泥化学分析方法GB/T1762国家标准. 水泥密度测定方法GB/T 2083行业标准. 普通混凝土用砂、石质量及检验方法标准(JGJ 52)4吉昂, 陶光仪, 卓尚军等著. X射线荧光光谱分析M. 北京：科学出版社，2002

21、5腾凤恩, 王昱明. X射线分析原理与晶体衍射实验M. 长春：吉林大学出版社，20006京建材2007837号文件，?关于发布北京市第五批禁止和限制使用建筑材料及施工工艺目录的通知?，从2021年1月1日起实施7京建材200416号文件，?关于公布第四批禁止和限制使用建材产品目录的通知?，从2004年6月1日起实施Several methods of timelyrawmaterial identification for ready mixed concreteand its application Institute of Architecture and Engineering, Zhejiang University of Technology,Hangzhou, 310014, ChinaAbstract: Aim