引言

　　我國(guó)北方地區(qū)霜凍期一般較長(zhǎng)，如神東水泥廠所在區(qū)長(zhǎng)達(dá)4個(gè)月，施工部門大多在0℃以下就停止戶外施工，使水泥用量銳減，市場(chǎng)價(jià)格下降，水泥銷售極為困難。多數(shù)企業(yè)不得不因水泥滯銷而停產(chǎn)，年生產(chǎn)僅為9～10個(gè)月，生產(chǎn)能力只能發(fā)揮75%～85%左右。但到施工黃金季節(jié)(每年4～10月份)，企業(yè)開足馬力也難以滿足市場(chǎng)需求，水泥價(jià)格要比冬季高50～60元/t。因此，在冬季較多地貯存些水泥是充分發(fā)揮企業(yè)生產(chǎn)能力，平衡水泥淡季與旺季的供求矛盾，提高企業(yè)經(jīng)濟(jì)效益的有效措施。
　　

但是，過去絕大多數(shù)水泥技術(shù)資料、論文都認(rèn)為水泥強(qiáng)度會(huì)隨著貯存時(shí)間的延長(zhǎng)而明顯下降。下降的幅度說法不一，有的資料^〔1〕認(rèn)為:用4層紙袋封存水泥試樣15d后，28d抗壓強(qiáng)度下降約10%左右，用普通塑料袋(聚氯乙烯塑料制品)存放1個(gè)月，其抗壓強(qiáng)度下降12%；也有資料^〔2〕認(rèn)為:普通水泥存放3個(gè)月活性下降約20%，存放半年下降約30%，存放1年下降約40%。受此影響，水泥廠一般都不長(zhǎng)時(shí)間存放水泥，存放最多不超過1個(gè)月。但神東水泥廠幾年來(lái)冬貯水泥實(shí)踐證實(shí)，在我國(guó)北方的冬春季節(jié)貯存3～6個(gè)月，強(qiáng)度無(wú)明顯下降，有的還有不同程度升高，尤其3d抗壓強(qiáng)度升高最為顯著。文獻(xiàn)〔3〕也證實(shí)了這一點(diǎn)。本文針對(duì)北方地區(qū)冬貯水泥的特點(diǎn)，總結(jié)神東水泥廠經(jīng)驗(yàn)，對(duì)冬貯中有關(guān)問題進(jìn)行試驗(yàn)和研究，對(duì)冬貯水泥強(qiáng)度變化原因進(jìn)行了初步探討。

1　不同存放條件下水泥物理性能的變化

　　
1.1　在相對(duì)密封條件下散裝水泥變化情況
1.1.1　在密封筒中長(zhǎng)期貯存
　　封存樣可以說是水泥比較理想的密封環(huán)境，通過2組封存樣與封存6個(gè)月后水泥強(qiáng)度進(jìn)行對(duì)比看出，水泥強(qiáng)度均無(wú)明顯降低，有些強(qiáng)度還有不同程度提高，尤其3d抗壓強(qiáng)度平均升高20%左右，見表1。

表1 水泥封存樣與封存6個(gè)月的物理性能對(duì)比

編號(hào)	成型日期	凝結(jié)時(shí)間/(h:min)		安定性	抗折強(qiáng)度/MPa		抗壓強(qiáng)度/MPa
		初凝	終凝		3d	28d	3d	28d
237－0	1998.12.2	2:40	4:05	松	5.29	7.80	25.08	53.40
237－6	1999.6.1	2:28	3:58	合格	5.47	8.15	30.81	51.15
237－0/237－6		100/92.5	100/97.1		100/103	100/104	100/123	100/96
251－0	1998.12.17			裂	5.43	7.40	25.40	49.10
251－6	1999.6.1			合格	5.42	8.57	30.17	54.28
251－0/251－6					100/100	100/116	100/119	100/111

1.1.2　在圓庫(kù)內(nèi)長(zhǎng)期貯存
　　

圓庫(kù)內(nèi)散裝水泥除庫(kù)中最上層與不流動(dòng)大氣接觸較多外，其余均可視為在密封條件較好情況下貯存。將入庫(kù)水泥與在圓庫(kù)內(nèi)貯存3個(gè)月的水泥進(jìn)行強(qiáng)度比較看出，水泥在圓庫(kù)內(nèi)強(qiáng)度變化同封存樣基本相同，結(jié)果見表2。

表2 入庫(kù)水泥與圓庫(kù)內(nèi)貯存3個(gè)月水泥物理性能比較

成型時(shí)間	凝結(jié)時(shí)間/(h:min)		安定性	抗折強(qiáng)度/MPa		抗壓強(qiáng)度/MPa		備注
	初凝	終凝		3d	28d	3d	28d
1998.12.26	2:42	4:17	曲	5.26	7.87	25.71	48.2	入庫(kù)樣品
1999.3.12	2:57	4:58	合格	5.04	7.98	26.57	51.77	出庫(kù)樣品
入庫(kù)/出庫(kù)	100/109	100/116		100/96	100/101	100/103	100/107

注：入庫(kù)樣品為3個(gè)人庫(kù)編號(hào)平均值；出庫(kù)樣品為包裝該庫(kù)3個(gè)編號(hào)平均值。

　　有資料介紹，水泥凝結(jié)時(shí)間與空氣中CO₂濃度有關(guān)。從表1、2中看出凝結(jié)有快、有慢，本文不再探討。
　　結(jié)論一:散裝水泥在密封條件相對(duì)較好情況下長(zhǎng)期貯存，水泥強(qiáng)度無(wú)明顯降低，多數(shù)齡期還有不同程度提高，尤其3d抗壓強(qiáng)度升高概率與幅度最大。
1.2　袋裝水泥不同存放條件下物理性能變化

1.2.1　成品庫(kù)房?jī)?nèi)長(zhǎng)期貯存
　　試驗(yàn)條件:包裝袋為單層聚氯乙烯編織袋；成品庫(kù)房為兩側(cè)敞開式庫(kù)房，水泥垛上無(wú)遮蓋物，庫(kù)內(nèi)通風(fēng)狀況良好。
　　成品庫(kù)中長(zhǎng)期存放袋裝水泥的物理性能變化見表3。長(zhǎng)期存放水泥質(zhì)檢部門抽檢結(jié)果見表4。

表3 成品庫(kù)中長(zhǎng)期存袋裝水泥物理性能變化

編號(hào)	成型日期	安定性	抗折強(qiáng)度/MPa		抗壓強(qiáng)度/MPa		備注
			3d	28d	3d	28d
230－0	1998.11.28	合格	5.16	8.11	24.12	52.06	封存樣
230－3	1999.3.16	合格	5.37	7.87	27.40	50.20	垛內(nèi)樣
230－0/230－3			100/104	100/97	100/114	100/97
238－0	1998.12.3	松	5.40	7.20	27.06	54.80	封存樣
238－3	1999.3.19	合格	5.30	8.08	28.10	54.43	垛內(nèi)樣
238－0/238－3			100/98	100/112	100/104	100/99
255－0	1998.12.19	裂	4.71	7.1	23.69	45.30	封存樣
255－5	1999.5.27	合格	5.48	8.03	29.83	53.16	垛內(nèi)樣
255－0/255－5			100/116	100/113	100/126	100/117

表4 長(zhǎng)期貯存水泥質(zhì)檢部門抽檢結(jié)果和兄弟廠長(zhǎng)期貯存試驗(yàn)結(jié)果

編號(hào)	成型日期	安定性	抗折強(qiáng)度/MPa		抗壓強(qiáng)度/MPa		備注
			3d	28d	3d	28d
246－0	1998.12.12	彎	5.48	8.30	26.05	53.80	本廠封存樣
246－3	1999.3.25	合格	5.72	8.07	29.03	53.16	現(xiàn)場(chǎng)3個(gè)月后復(fù)檢
246－抽	1999.3.29	合格	5.35	8.65	29.40	55.20	質(zhì)檢站現(xiàn)場(chǎng)抽樣
246－0/246－3			100/104	100/97	100/111	100/99
246－0/246－抽			100/98	100/104	100/113	100/103
2－25	2.25	不合格	4.4	7.2	21.7	50.6	牡丹江水泥廠〔3〕
3個(gè)月后復(fù)檢	5.21	合格	5.1	7.8	25.0	50.2	牡丹江水泥廠
2－25/復(fù)檢			100/116	100/108	100/115	100/99

　　袋裝水泥在成品庫(kù)內(nèi)長(zhǎng)期貯存，水泥強(qiáng)度均無(wú)明顯下降，多數(shù)齡期強(qiáng)度有所增長(zhǎng)，質(zhì)檢部門抽查結(jié)果和牡丹江水泥廠試驗(yàn)的結(jié)果驗(yàn)證了以上結(jié)論。從表3中還可以發(fā)現(xiàn)長(zhǎng)期貯存水泥強(qiáng)度增長(zhǎng)與水泥安定性有關(guān)，即安定性愈差的水泥，隨貯存時(shí)間的延長(zhǎng)，強(qiáng)度增長(zhǎng)的概率和幅度也增大。

1.2.2　露天長(zhǎng)期貯存
　　試驗(yàn)條件:包裝袋同上。
　　袋裝水泥露天，高于地面80cm水泥平臺(tái)存放，蓬布遮蓋。
　　袋裝水泥露天長(zhǎng)期貯存，強(qiáng)度無(wú)明顯降低，與成品庫(kù)內(nèi)存放效果基本相同。需要指出的是:由于雨淋，該編號(hào)5%左右水泥袋結(jié)為硬塊，然而垛內(nèi)未硬結(jié)的袋裝水泥強(qiáng)度依然沒有降低，多數(shù)還有所增長(zhǎng)(見表5中編號(hào)258-5)。

表5 露天存放袋裝水泥長(zhǎng)期貯存物理性能變化

編號(hào)	成型日期	安定性	抗折強(qiáng)度/MPa		抗壓強(qiáng)度/MPa		備注
			3d	28d	3d	28d
258－0	1998.12.21	潰	5.31	8.10	29.99	48.4	封存樣
258－3	1999.3.4	松	5.11	7.45	24.47	49.9	垛表層樣
258－5	1999.5.30	合格	5.77	8.11	30.48	51.93	垛內(nèi)樣
258－0/258－3			100/96	100/92	100/82	100/103
258－0/258－5			100/107	100/100	100/102	100/107

　　結(jié)論二:1)袋裝水泥庫(kù)房?jī)?nèi)長(zhǎng)期貯存與露天長(zhǎng)期貯存其貯存效果基本一樣，水泥強(qiáng)度均無(wú)明顯下降，多數(shù)有所增長(zhǎng)。
　　2)水泥長(zhǎng)期貯存強(qiáng)度增長(zhǎng)概率和幅度與水泥安定性有一定相關(guān)關(guān)系。

1.3　水泥強(qiáng)度與接觸大氣程度的關(guān)系

1.3.1　袋裝水泥在成品垛不同位置上強(qiáng)度變化
　　我們?cè)陂L(zhǎng)期冬貯水泥實(shí)踐中發(fā)現(xiàn):無(wú)論是庫(kù)房還是露天存放，水泥垛最表層水泥與垛內(nèi)水泥強(qiáng)度差別甚大，垛第二層與垛內(nèi)差別就不大了(見表6)。我們認(rèn)為，垛表層水泥強(qiáng)度降低原因是接觸大氣流動(dòng)空氣最多，吸收空氣中水分進(jìn)行水化的概率最大，故強(qiáng)度有所降低。垛內(nèi)水泥接觸空氣面積較少，而且是相對(duì)不流動(dòng)的空氣，吸收空氣中水蒸氣進(jìn)行水化可能性較小，所以強(qiáng)度值較高。

表6 存放3個(gè)月水泥垛最表層與垛內(nèi)水泥強(qiáng)度對(duì)比

編號(hào)	成型時(shí)期	抗折強(qiáng)度/MPa		抗壓強(qiáng)度/MPa
		3d	28d	3d	28d
230－表層	1999.3.7	4.25	7.91	19.59	49.41
230－垛內(nèi)	1999.3.17	5.37	7.87	27.40	50.20
表層/垛內(nèi)		100/126	100/99	100/139	100/102
238－表層	1999.3.7	4.93	8.00	25.59	51.30
238－垛內(nèi)	1999.3.19	5.30	8.08	28.10	54.43
表層/垛內(nèi)		100/108	100/101	100/110	100/106

1.3.2　垛最表層水泥袋中不同位置水泥強(qiáng)度變化
　　為探究最表層袋裝水泥袋內(nèi)不同位置強(qiáng)度值的變化，我們按照接觸大氣程度，對(duì)袋內(nèi)水泥進(jìn)行分類強(qiáng)度試驗(yàn)。
　　試驗(yàn)方法:抽取10袋存放期3個(gè)月以上，垛最表層水泥，按照接觸大氣程度進(jìn)行分組強(qiáng)度試驗(yàn)。分組方法見表7和圖1。 表7 最表層袋裝水泥袋內(nèi)不同位置水泥強(qiáng)度試驗(yàn)

編號(hào)	存放時(shí)間	取樣位置	抗折強(qiáng)度/MPa		抗壓強(qiáng)度/MPa
			3d	28d	3d	28d
D0	包裝時(shí)	密封樣	5.40	7.91	25.21	54.87
D1	3個(gè)月	接觸大氣最多袋表皮樣	4.73	8.02	23.64	49.50
D2	3個(gè)月	接觸大氣袋頭樣	5.10	8.37	24.96	52.36
D3	3個(gè)月	不接觸大氣袋中心樣	5.09	8.36	26.60	53.70
D4	3個(gè)月	D1～D310袋混合樣	5.14	7.92	26.18	53.67

   

　

　圖1　袋內(nèi)水泥取樣位置示意圖
　　(陰影為直接接觸大氣部位，即取樣部位)

　　從表7可以看出，袋內(nèi)水泥強(qiáng)度的高低與大氣接觸面積呈負(fù)相關(guān)。D₁接觸面積最多，強(qiáng)度下降幅度也最大；D₂次之；D₃袋中心樣不直接接觸空氣，強(qiáng)度值與密封樣基本持平，3d強(qiáng)度還有所升高。需要指出一點(diǎn)，10袋樣品混合在一起，水泥強(qiáng)度與封存樣相比卻無(wú)明顯降低。說明由于水泥是粉狀物料，對(duì)空氣流動(dòng)阻力較大，空氣中水蒸氣僅能與袋裝水泥中表層化合，難以再往里滲透，所以袋水泥中因水化強(qiáng)度降低水泥所占比例很少，故混合樣強(qiáng)度無(wú)明顯下降。
　

　結(jié)論三:1)水泥長(zhǎng)期貯存強(qiáng)度下降與大氣直接接觸程度有關(guān)。對(duì)每垛水泥來(lái)說，最外層水泥比垛內(nèi)水泥強(qiáng)度要低；具體到每袋水泥來(lái)說，直接接觸流動(dòng)空氣表層水泥比袋中心強(qiáng)度要低。
　　

2)裝袋水泥水化僅發(fā)生在袋表層水泥中，所占比例很少，整袋水泥平均強(qiáng)度無(wú)明顯下降。

2　水泥強(qiáng)度變化原因探析

　　
2.1　水泥強(qiáng)度下降的原因
　　

水泥長(zhǎng)期貯存強(qiáng)度會(huì)下降主要因?yàn)樗嗍腔钚晕镔|(zhì)，水泥細(xì)粉與空氣中水蒸氣和CO₂發(fā)生化學(xué)反應(yīng)所造成。反應(yīng)在水泥顆粒表面薄薄一層進(jìn)行，顆粒中未水化的大部分被已水化的部分包裹，發(fā)揮不了作用，從而造成強(qiáng)度損失。反應(yīng)雖然較慢，但由于長(zhǎng)時(shí)間持續(xù)不斷進(jìn)行也會(huì)發(fā)生量變到質(zhì)變的過程。據(jù)此，可把影響長(zhǎng)期貯存水泥強(qiáng)度下降因素分為二大類，一是對(duì)水泥本身來(lái)說:水泥礦物組成、細(xì)度和水分。二是水泥貯存環(huán)境:空氣含水量、環(huán)境溫度、空氣流動(dòng)度、水泥與空氣接觸的面積和貯存時(shí)間等。通過本文試驗(yàn)，我們認(rèn)為影響水泥長(zhǎng)期貯存強(qiáng)度降低的首要因素是空氣濕度、溫度和流動(dòng)度。其次是水泥與大氣直接接觸的程度。北方地區(qū)冬春長(zhǎng)期貯存水泥強(qiáng)度無(wú)明顯下降主要是氣溫較低，空氣干燥，為減少水泥水化提供有利條件，見表8。

表8 陜西省府谷縣1998年月平均溫度、降水量和平均相對(duì)溫度

月份	1	2	3	4	5	6	7	8	9	10	11	12
平均溫度/℃	－9	0.1	4.5	15.6	16.7	23.0	24.1	22.2	19.8	11.0	4.3	－2.9
降水量/ml	5.4	2.1	18.4	44.4	59.2	91.5	117.9	60.0	51.8	27.6	0	0.9
相對(duì)濕度/%	53	51	46	47	53	45	65	62	53	56	38	44

2.2　我國(guó)北方地區(qū)冬貯水泥強(qiáng)度升高原因
　　

我國(guó)北方地區(qū)冬春季節(jié)水泥長(zhǎng)期貯存強(qiáng)度不但不下降，反而有所升高的原因，至今還在探索之中。本文認(rèn)為水泥中fCaO在長(zhǎng)貯中得到充分消解，大大減少了fCaO水化時(shí)體積膨脹對(duì)強(qiáng)度的不利影響，尤其對(duì)fCaO膨脹比較敏感的早期強(qiáng)度效果最為顯著，故3d抗壓強(qiáng)度增長(zhǎng)幅度最大(見本文結(jié)論二)。