關(guān)于水泥品質(zhì)和混凝土質(zhì)量關(guān)系的探討

王玉敏

【摘要】在傳統(tǒng)上，混凝土是按強(qiáng)度進(jìn)行設(shè)計(jì)，對(duì)混凝土的質(zhì)量的最終標(biāo)準(zhǔn)主要是強(qiáng)度。因此混凝土生產(chǎn)者對(duì)水泥品質(zhì)的要求也是強(qiáng)調(diào)強(qiáng)度；強(qiáng)度越高的水泥被認(rèn)為質(zhì)量也越高。如此的發(fā)展，造成近年來(lái)混凝土結(jié)構(gòu)出現(xiàn)裂縫尤其是早期開裂的現(xiàn)象日益普遍。其原因很復(fù)雜。單從水泥來(lái)說(shuō)，比表面積、礦物組成中C3A、C3S、堿含量的增加，熱水泥的出廠，都增加了開裂的敏感性，降低了流變性能，是原材料中影響混凝土質(zhì)量主要原因。應(yīng)當(dāng)把抗裂性作為水泥品質(zhì)的重要要求，并限制出廠水泥的溫度。

【關(guān)鍵詞】水泥品質(zhì) 抗裂性 含堿量

【中圖分類號(hào)】TU525 【文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼】A 【文章編號(hào)】1672-5158（2013）01—0230-01

一、水泥礦物組成

硅酸鹽水泥主要的組成礦物有四種，它們的水化性質(zhì)不同，在水泥中所占比例不同時(shí)影響對(duì)水泥整體的性質(zhì)。C3A的水化熱是其他礦物水化熱的數(shù)倍，尤其在早期。C3S的水化熱雖然比C3A的小很多，但在3天卻是C2S水化熱的幾乎5倍，因其含量在熟料中約占一半，故影響也很大；C3A的收縮率是C2S收縮率的3倍，是C4AF的幾乎5倍。因此C3A含量較大的早強(qiáng)水泥容易因早期的溫度收縮、自收縮和干燥收縮而開裂。

二、水泥細(xì)度對(duì)混凝土工作性的影響

目前我國(guó)混凝土尤其是中等以上強(qiáng)度等級(jí)的混凝土普遍使用高效減水劑和其他外加劑。當(dāng)高效減水劑產(chǎn)品一定時(shí)，水泥的成分（主要是含堿量、C3A及其相應(yīng)的SO3含量）和細(xì)度是影響水泥和高效減水劑相容性的主要因素。水泥細(xì)度的變化加劇了水泥與高效減水劑相容性問(wèn)題。

隨水泥比表面積的增加，與相同高效減水劑的相容性變差，飽和點(diǎn)提高，為減小流動(dòng)度損失需要增加更多摻量的高效減水劑。不僅增加施工費(fèi)用，而且可導(dǎo)致混凝土中水泥用量的增加，影響混凝土的耐久性。

三、水泥細(xì)度對(duì)混凝土開裂的影響

在目前我國(guó)大多數(shù)水泥粉磨條件下，水泥磨得越細(xì)，其中的細(xì)顆粒越多。增加水泥的比表面積能提高水泥的水化速率，提高早期強(qiáng)度，但是粒徑在1μm以下的顆粒水化很快，幾乎對(duì)后期強(qiáng)度沒(méi)有任何貢獻(xiàn)。倒是對(duì)早期的水化熱、混凝土的自收縮和干燥收縮有貢獻(xiàn)——水化快的水泥顆粒水化熱釋放得早；因水化快消耗混凝土內(nèi)部的水分較快，引起混凝土的白干燥收縮；細(xì)顆粒容易水化充分，產(chǎn)生更多的易于干燥收縮的凝膠和其他水化物。粗顆粒的減少，減少了穩(wěn)定體積的未水化顆粒，因而影響到混凝土的長(zhǎng)期性能。

水泥細(xì)度還會(huì)影響混凝土的抗凍性。細(xì)水泥的易裂性可能與其低抗拉強(qiáng)度有關(guān)。

四、水泥中含堿量和混凝土開裂的關(guān)系

出于對(duì)預(yù)防堿骨料反應(yīng)的考慮對(duì)水泥中含堿量進(jìn)行了限制。Burrows在美國(guó)克羅里達(dá)的青山壩對(duì)104種混凝土的面板進(jìn)行了53年的調(diào)查研究，發(fā)現(xiàn)開裂嚴(yán)重的劣化了的混凝土中，有的水泥含堿量高，但所用骨料并沒(méi)有堿活性；還有的使用高堿水泥同時(shí)所用骨料也有活性，但是檢測(cè)的結(jié)果卻沒(méi)有堿骨料反應(yīng)的產(chǎn)物，而混凝土卻開裂而裂化了；這表明堿能促進(jìn)水泥的收縮開裂。圖7為Blaine用環(huán)形收縮測(cè)定儀測(cè)定水泥中含堿量對(duì)水泥開裂情況的影響以及1996年相應(yīng)水泥混凝土狀況，圖中的好和差表示抗裂性的好壞。在圖中，注意當(dāng)Na2O當(dāng)量在0.6以下時(shí)混凝土狀況的改善，還要注意水泥的細(xì)度和C3A、C3S影響。用粗磨、低堿水泥時(shí)，引氣混凝土可經(jīng)受住550次凍融循環(huán)，但用磨的、高堿水泥則經(jīng)受不到100次循環(huán)。

大量的發(fā)現(xiàn)是堿和細(xì)度、C3A和C4AF的因素一起極大地影響水泥的抗裂性。即使水泥有相同水化率（強(qiáng)度）和相同的自由收縮，顯然低堿水泥有內(nèi)在的抵抗開裂的能力。當(dāng)含堿量從低于0.6%Na2O當(dāng)量時(shí)，水泥的抗裂性明顯增加，當(dāng)進(jìn)一步降低到趨向于0時(shí)，這種能力會(huì)進(jìn)一步改善，盡管這一點(diǎn)是做不到的。

由于堿骨料反應(yīng)必須在混凝土中有足夠的含堿量、足夠數(shù)量的活性骨料和足夠的水分供應(yīng)，三個(gè)條件同時(shí)存在的情況下才會(huì)發(fā)生，并不要求任何情況下都限制水泥的含堿量，但是，促進(jìn)混凝土收縮裂縫的生成和發(fā)展以至造成混凝土結(jié)構(gòu)物的劣化，卻是高含堿量對(duì)混凝土更大的威脅。不管是否使用活性骨料，必須將水泥中的含堿量減到最少。

五、對(duì)水泥抗裂性評(píng)價(jià)和選擇方法的推薦

用環(huán)形約束試驗(yàn)評(píng)價(jià)水泥或混凝土抗裂性的方法已有60多年的歷史。世界許多國(guó)家的學(xué)者對(duì)鋼環(huán)的材料、尺寸、信息收集和處理方法、評(píng)價(jià)指標(biāo)，以至基于彈性力學(xué)的力學(xué)模型等都有研究，并分別用此方法研究過(guò)影響水泥和混凝土開裂敏感性的因素。Burrows建議使用Blaine的方法評(píng)價(jià)水泥：開裂時(shí)間<1h的是很差的水泥，>15h的為優(yōu)。清華大學(xué)建材研究所覃維祖教授指導(dǎo)研究生對(duì)此方法進(jìn)行了研究，結(jié)果表明用他們?cè)O(shè)計(jì)的材料和尺寸的環(huán)試驗(yàn)評(píng)價(jià)混凝土所用膠凝材料的抗裂性是有效的。使用熱膨脹系數(shù)小的材料時(shí)，不僅可檢測(cè)水泥的干縮開裂性能，還可檢測(cè)由于溫度收縮引起的開裂性能。

【結(jié)束語(yǔ)】

眾所周知，凡是能提高混凝土早期強(qiáng)度的因素，都會(huì)影響混凝土后期強(qiáng)度的增長(zhǎng)，目前在配制混凝土?xí)r都有較大的強(qiáng)度富余，以期補(bǔ)償這種后期強(qiáng)度的損失。這無(wú)疑造成很大的浪費(fèi)。現(xiàn)在看來(lái)，問(wèn)題遠(yuǎn)比此更嚴(yán)重，早期的高強(qiáng)度所帶來(lái)的后患是混凝土結(jié)構(gòu)物提早劣化。因此，除非工程有特別特殊需要，應(yīng)盡量避免使用早強(qiáng)水泥。