水泥質(zhì)量品質(zhì)和外加劑對混凝土質(zhì)量影響的研究

摘要:按照傳統(tǒng)理論方式混凝土是按強度進行設計，衡量混凝土質(zhì)量的最終標準主要是混凝土的強度。因此混凝土生產(chǎn)商對水泥質(zhì)量品質(zhì)的要求也就是強調(diào)其強度；推而言之，認為強度越高的水泥其質(zhì)量也就越高。依照如此觀點，造成近年來混凝土結構出現(xiàn)裂縫尤其是早期開裂的現(xiàn)象日益普遍。其原因很復雜。單從水泥來說，比表面積、礦物組成中C3A、C3S、堿含量的增加，外加劑的摻入量和外加劑的品種性能，d．溫度過高的出廠水泥用于混凝土攪拌站，生產(chǎn)預拌混凝土，都增加了開裂的敏感性，降低了混凝土的流變性能，這是混凝土的原材料中影響混凝土產(chǎn)品質(zhì)量的主要原因。因此，應當把抗裂性作為水泥質(zhì)量品質(zhì)的重要要求，并對外加劑的摻入量和外加劑的品種性能作出嚴格的規(guī)定。

1、前言

水泥和混凝土的關系，前者是后者產(chǎn)品質(zhì)量的賴以生存的根基。水泥的強度，尤其是早期強度越來越高，雖然也是生產(chǎn)技術進步的一種表現(xiàn)，但也是一種盲目地追求市場結果的商業(yè)性行為——即滿足混凝土早期強度不斷提高的要求。從過去的習慣性思維來講，由于人們對工程質(zhì)量所注重的就是混凝土的強度表征，自然對水泥的要求也主要注重強度。盡管由于混凝土的耐久性問題開始顯現(xiàn)，人們開始重視混凝土結構物的耐久性，但在實踐中仍然把強度作為混凝土質(zhì)量要求和驗收的標準。尤其近兩年來，混凝土施工中高效減水劑與水泥相容性不好的問題發(fā)生得比過去更多，地下連續(xù)墻和樓板甚至大梁開裂問題頻頻發(fā)生。其原因很復雜，涉及多方面因素，包括開發(fā)商、業(yè)主、建筑結構設計商、材料供應商、施工管理商等等。即使這些問題避開不談，就材料本身來說，混凝土的質(zhì)量不只是配合比的問題。設計的混凝土配合比只要是與原材料性質(zhì)相匹配，質(zhì)量差的原材料也很難做出高質(zhì)量的混凝土商品，因此，有必要追溯原材料方面的原因。

只要混凝土骨料的質(zhì)量品質(zhì)滿足設計的配合比要求，在原材料中，影響混凝土抗裂性的主要因素是水泥。購進水泥時只檢驗強度(當然有時還可能復驗一下凝結時間)是不能判斷水泥對混凝土抗裂性影響的。例如，兩個不同廠家生產(chǎn)的相同品種水泥，B廠水泥的混凝土在約束條件下由于自收縮而產(chǎn)生較大的拉應力，使其對開裂敏感；A廠的水泥則稍有膨脹而有較小的約束應力，抗裂性較好。因此水泥、混凝土工作者應當除了關心按現(xiàn)行水泥標準規(guī)定的水泥性質(zhì)外，更加關心水泥在混凝土中的行為，即對混凝土抗裂性能的影響。

隨著商品混凝土的普及，混凝土的早期開裂現(xiàn)象普遍增多，一般情況無外乎以下兩種現(xiàn)象：

1.1塑性開裂

由于塑性階段混凝土失水速度大于泌水速度，造成表層混凝土的失水收縮，受內(nèi)部混凝土與鋼筋的約束造成受拉開裂。現(xiàn)今水泥的早強特性及外加劑的摻加使用不適當，使得混凝土較快或者過于緩慢凝結。凝結較快時易造成塑性開裂；當混凝土長時間處于塑性狀態(tài)，將增加其塑性開裂的可能性，塑性開裂時對鋼筋硅耐久性，特別是砼碳化導致的鋼筋銹蝕有很大危害。

1.2早期硬化開裂

瑞典水泥和混凝土研究所研究人員1980年發(fā)現(xiàn)，混凝土成型后水化塑性減小，彈性模量E增加，成型后4—8小時，E值從不起10MPa～102MPa迅速增大到104MPa—105MPa，增加了3個數(shù)量級。而此時抗壓和抗拉強度只以正常的速度增長，因此極限應變由2h的4．0×10—3急劇下降，6h～8h的應變降到最低值0．04×10—3左右，隨后又逐步增大到硬化后混凝土的正常極限拉應變0.1×10—3。早期硬化混凝土有一個極限拉應變最低的時段，而現(xiàn)在水泥高早期產(chǎn)生的水化熱，水泥膠凝材料的高細度和低水膠比，因高效減水劑造成的濕潤角和毛細孔水力半徑的降低，使得毛細孔壓力增加，早期收縮(包括自收縮)可能在混凝土凝固初期就超過它的極限應變值而造成開裂。研究表明：24h抗壓強度值越小，則早期收縮值、彈性模量E也越低，而徐變則較大，有利于減小早期開裂風險。有研究表明24h混凝土抗壓強度值為12MPa時是拐點。因此，為保障混凝土的后期性能，選擇合適的早期性能水泥、摻合料(品種、摻量)、外加劑對混凝土的凝結影響是極其重要的。

出現(xiàn)這種現(xiàn)象主要是隨著水泥強度不斷提高后才發(fā)生的，不同水泥廠家采用不同的方法滿足強度(尤其足早期強度)的要求，例如提高比表面積，增加C3S、C3A的含量等，我國有的水泥廠甚至還采用一些什么“增強劑”之類的措施(注意正像—些食品添加劑，短期無害，長期不一定安全)。

由于建筑業(yè)市場需求的變化，現(xiàn)代水泥的組成和細度發(fā)生廠很大變化。美國從1920年到1999年，70年中水泥和混凝土主要參數(shù)的變化的趨勢是水泥中C3S含量從35％增加到50～60％，比表面積從220cm2／kg增加到340～600m2／kg，混凝土的水灰比從0．56～0．8降低至0．26～0．56。水泥的7d抗壓強度增長了幾乎2．5倍。近年來國外許多專家根據(jù)實際調(diào)查研究，對這種趨勢提出了批評，指出當前混凝土結構不斷增多的過早劣化現(xiàn)象主要原因是與此趨勢有關。認為：“20世紀混凝土業(yè)為滿足越來越高的強度要求，不可避免地違背了材料科學的基本規(guī)律——即開裂與耐久性之間存在的密切關系。為了實現(xiàn)建設項目的混凝土結構強度可持續(xù)發(fā)展的這個目標，有必要更新一些觀念和建設實踐。”

我國水泥標準的修訂的方針是“與國際接軌”，因此也是在按此趨勢發(fā)展。回顧這段發(fā)展，分析其與混凝土結構耐久性的關系，會有助于我們更新觀念，從關注強度轉(zhuǎn)變到關注耐久性，從耐久性的角度來評價水泥和混凝土的質(zhì)量。