水泥標準修訂后對混凝土質量的影響（二）
發布時間：2014-02-25 共1頁
2.水泥的礦物組成
眾所周知，硅酸鹽水泥主要的組成礦物有四種，它們的水化性質不同，在水泥中所占比例不同時影響對水泥整體的性質。表2為水泥中四種主要礦物的水化熱，表3為四種主要礦物的收縮率。
C3A的水化熱是其他礦物水化熱的數倍，尤其是在早期。&考&試大$C3S的水化熱雖然比C3A小很多，但在3d時卻幾乎是C2S水化熱的5倍，因其含量在熟料中約占一半，故影響也很大。C3A的收縮率是C2S收縮率的3倍，幾乎是C4AF的5倍。因此C3A含量較大的早強水泥易因早期的溫度收縮、自收縮和干燥收縮而開裂。
水泥熟料四種主要礦物的水化熱齡期 礦物發熱量（J/g）
C3S C2S C3A C4AF
3d 244±34 50±21 890±118 290±113
7d 223±46 42±29 1562±164 496±155
28d 378±29 105±17 1382±164 496±92
3個月 437±21 176±13 1306±71 412±67
1年 491±29 227±17 1172±97 378±92
6.5年 491±29 223±21 1378±105 466±101
水泥熟料四種主要礦物的收縮率
①礦物 收縮率；
C3A 0.00234±0.000100
C3S 0.00079±0.000036
C2S 0.00077±0.000036
C4AF 0.00049±0.000114
②準稠度用水量；
③以GB175-77的確號和525號水泥為例，按統計計算；
④表內未列出成型方法、試模形狀和尺寸等重要的變化。
3.水泥細度的影響
3.1.水泥細度對水泥與高效減水劑相容性的影響目前我國混凝土尤其是中等以上強度等級的混凝土普遍使用高效減水劑和其他外加劑。當高效減水劑產品一定時，水泥的成分（&考&試大$主要是含堿量、C3A及其相應的SO3含量）和細度是影響水泥和高效減水劑相容性的主要因素。水泥細度的變化加劇了水泥與高效減水劑的相容性問題。近兩年高效減水劑用戶和廠家的糾紛時有發生，為此天津雍陽外加劑廠丘漢用不同細度的天津P.O525號水泥和拉法基P.O525號水泥分別摻入不同量的UNF-5AS，進行相容性試驗。采用水灰比為0.29的凈漿，分別在攪拌后5min和60min量測其流動度。
高效減水劑與不同細度水泥的相容性試驗結果細度（cm2/g） 3014 3486 3982 4445 5.54飽和點/% 0.8 1.2 1.2 1.6 2流動度無損失時的摻量/% 1.6 2.2 1.8 ＞2.4 找不到隨水泥比表面積增加，與相同高效減水劑的相容性變差，飽和點提高，為減小流動度損失需要增加更大摻量的高效減水劑。這樣不僅增加了施工費用，而且可導致混凝土中水泥用量的增加，影響混凝土的耐久性。
3.2.水泥細度對強度的影響在目前我國大多數水泥粉磨條件下，水泥磨得越細，其中的細顆粒越多。增加水泥的比表面積能提高水泥的水化速率，提高早期強度，但粒徑在1μm以下的顆粒水化很快，幾乎對后期強度沒有任何貢獻，倒是對早期的水化熱、混凝土的自收縮和干燥收縮有貢獻——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部的水分較快，引起混凝土的自干燥收縮；細顆粒容易水化充分，產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，&考&試大$減少了穩定體積的未水化顆粒，因而影響到混凝土的長期性能。在美國1937年按特快硬水泥生產的水泥I與現今水泥的平均水平的組成和細度相當，當時采用這種快硬水泥的混凝土10年后強度倒縮了；而1923年使用粗水泥的混凝土，直到50年后強度還在增長。水泥細度還會影響混凝土的抗凍性。細水泥的易裂性可能與其低抗拉強度有關。
4.水泥中含堿量和開裂的關系
GB175-1999出于對預防堿骨料反應的考慮對水泥中含堿量進行限制。Burrows在美國佛羅里達的肯山壩對104種混凝土的面板進行了53年的調查研究，發現開裂嚴重的劣化了的混凝土中，有的水泥含堿量高，但所用骨料并沒有堿活性；還有的使用高堿水泥同時所用骨料也有活性，但是檢測的結果卻沒有堿骨料反應的產物，而混凝土卻開裂而劣化了；低堿、&考&試大$雖高堿但低C3A和低C3S的水泥則完好。這表明堿能促進水泥的收縮開裂。用粗磨、低堿水泥時，引氣混凝土可經受住550次凍融循環，但用細磨、高堿水泥則經受不住100次循環。
美國國家標準局對199種水泥進行了18年以上的調研，大量的發現是堿和細度、C3A和C4AF的因素一起極大地影響水泥的抗裂性。即使有相同水化率（強度）和相同的自由收縮，顯然低堿水泥有內在的抵抗開裂的能力。當含堿量低于0.6%Na2O當量時，水泥的抗裂性明顯增加，當進一步降低到趨向于0時，這種能力會進一步改善，盡管這一點是做不到的。
由于堿骨料反應必須在混凝土中具有足夠的含堿量、足夠數量的活性骨料和足夠的水分供應三個條件同時存在的情況下才會發生，并不要求任何情況下都限制水泥的含堿量&考&試大$，但是，促進混凝土收縮裂縫的生成和發展以致造成混凝土結構物的劣化，卻是高含堿量對混凝土更大的威脅。所以無論是否使用活性骨料，必須將水泥中的含堿量減少到最小。
5.討論和建議
（1）眾所周知，凡是能提高混凝土早期強度的因素，都會影響混凝土后期強度的增長，所以目前在配制混凝土時都有較大的強度富余，以期補償這種后期強度的損失，這無疑會造成很大的浪費。現在看來，問題遠比此更嚴重，早期的高強度所帶來的后患是混凝土結構物提早劣化。因此，除非工程有特殊需要，應盡量避免使用早強水泥。
（2）混凝土早期高強度的需求促使了水泥向高C3S和高C3A、&考&試大$高比表面積發展，再加上低水灰比、高水泥用量、超細礦物摻合料的使用，造成在約束狀態下的混凝土因溫度收縮、自收縮、干燥收縮和較高的早期彈性模量而產生較大的內部應力，早期的低徐變無法緩解這種應力而產生早期裂縫；內部不可見的微裂縫在混凝土長期使用過程干燥環境中繼續發展，是混凝土提早劣化的主要原因。
（3）高含堿量的水泥會生成抗裂性能差的凝膠，加重混凝土后期的干燥收縮，所以不論骨料是否有活性，都應當限制水泥和混凝土中的含堿量。
（4）建議對水泥和混凝土質量增加抗裂性的要求（&考&試大$國內外都已有對抗裂性評價方法的研究和使用）。
（5）建議對基礎、高層建筑底（低）層柱等部位結構物的混凝土盡量延長驗收期（如56d或90d），以盡量避免過高的早期強度。
（6）建議對不同強度等級和不同結構部位的混凝土分別建立不同的養護制度，以避免產生過多的體積不穩定的水化物。
（7）從耐久性出發，建議在混凝土中減少水泥用量，代之以抗裂性較好的礦物摻合料（如粉煤灰）。粉煤灰中的粗顆粒可在混凝土中起穩定體積的作用，故不必追求細度。碳會降低粉煤灰的抗裂性，故對粉煤灰重點應控制燒失量。
眾所周知，硅酸鹽水泥主要的組成礦物有四種，它們的水化性質不同，在水泥中所占比例不同時影響對水泥整體的性質。表2為水泥中四種主要礦物的水化熱，表3為四種主要礦物的收縮率。
C3A的水化熱是其他礦物水化熱的數倍，尤其是在早期。&考&試大$C3S的水化熱雖然比C3A小很多，但在3d時卻幾乎是C2S水化熱的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，幾乎是C4AF的5倍。因此C3A含量較大的早強水泥易因早期的溫度收縮、自收縮和干燥收縮而開裂。
水泥熟料四種主要礦物的水化熱齡期 礦物發熱量（J/g）
C3S C2S C3A C4AF
3d 244±34 50±21 890±118 290±113
7d 223±46 42±29 1562±164 496±155
28d 378±29 105±17 1382±164 496±92
3個月 437±21 176±13 1306±71 412±67
1年 491±29 227±17 1172±97 378±92
6.5年 491±29 223±21 1378±105 466±101
水泥熟料四種主要礦物的收縮率
①礦物 收縮率；
C3A 0.00234±0.000100
C3S 0.00079±0.000036
C2S 0.00077±0.000036
C4AF 0.00049±0.000114
②準稠度用水量；
③以GB175-77的確號和525號水泥為例，按統計計算；
④表內未列出成型方法、試模形狀和尺寸等重要的變化。
3.水泥細度的影響
3.1.水泥細度對水泥與高效減水劑相容性的影響目前我國混凝土尤其是中等以上強度等級的混凝土普遍使用高效減水劑和其他外加劑。當高效減水劑產品一定時，水泥的成分（&考&試大$主要是含堿量、C3A及其相應的SO3含量）和細度是影響水泥和高效減水劑相容性的主要因素。水泥細度的變化加劇了水泥與高效減水劑的相容性問題。近兩年高效減水劑用戶和廠家的糾紛時有發生，為此天津雍陽外加劑廠丘漢用不同細度的天津P.O525號水泥和拉法基P.O525號水泥分別摻入不同量的UNF-5AS，進行相容性試驗。采用水灰比為0.29的凈漿，分別在攪拌后5min和60min量測其流動度。
高效減水劑與不同細度水泥的相容性試驗結果細度（cm2/g） 3014 3486 3982 4445 5.54飽和點/% 0.8 1.2 1.2 1.6 2流動度無損失時的摻量/% 1.6 2.2 1.8 ＞2.4 找不到隨水泥比表面積增加，與相同高效減水劑的相容性變差，飽和點提高，為減小流動度損失需要增加更大摻量的高效減水劑。這樣不僅增加了施工費用，而且可導致混凝土中水泥用量的增加，影響混凝土的耐久性。
3.2.水泥細度對強度的影響在目前我國大多數水泥粉磨條件下，水泥磨得越細，其中的細顆粒越多。增加水泥的比表面積能提高水泥的水化速率，提高早期強度，但粒徑在1μm以下的顆粒水化很快，幾乎對后期強度沒有任何貢獻，倒是對早期的水化熱、混凝土的自收縮和干燥收縮有貢獻——水化快的水泥顆粒水化熱釋放得早；因水化快消耗混凝土內部的水分較快，引起混凝土的自干燥收縮；細顆粒容易水化充分，產生更多的易于干燥收縮的凝膠和其他水化物。粗顆粒的減少，&考&試大$減少了穩定體積的未水化顆粒，因而影響到混凝土的長期性能。在美國1937年按特快硬水泥生產的水泥I與現今水泥的平均水平的組成和細度相當，當時采用這種快硬水泥的混凝土10年后強度倒縮了；而1923年使用粗水泥的混凝土，直到50年后強度還在增長。水泥細度還會影響混凝土的抗凍性。細水泥的易裂性可能與其低抗拉強度有關。
4.水泥中含堿量和開裂的關系
GB175-1999出于對預防堿骨料反應的考慮對水泥中含堿量進行限制。Burrows在美國佛羅里達的肯山壩對104種混凝土的面板進行了53年的調查研究，發現開裂嚴重的劣化了的混凝土中，有的水泥含堿量高，但所用骨料并沒有堿活性；還有的使用高堿水泥同時所用骨料也有活性，但是檢測的結果卻沒有堿骨料反應的產物，而混凝土卻開裂而劣化了；低堿、&考&試大$雖高堿但低C3A和低C3S的水泥則完好。這表明堿能促進水泥的收縮開裂。用粗磨、低堿水泥時，引氣混凝土可經受住550次凍融循環，但用細磨、高堿水泥則經受不住100次循環。
美國國家標準局對199種水泥進行了18年以上的調研，大量的發現是堿和細度、C3A和C4AF的因素一起極大地影響水泥的抗裂性。即使有相同水化率（強度）和相同的自由收縮，顯然低堿水泥有內在的抵抗開裂的能力。當含堿量低于0.6%Na2O當量時，水泥的抗裂性明顯增加，當進一步降低到趨向于0時，這種能力會進一步改善，盡管這一點是做不到的。
由于堿骨料反應必須在混凝土中具有足夠的含堿量、足夠數量的活性骨料和足夠的水分供應三個條件同時存在的情況下才會發生，并不要求任何情況下都限制水泥的含堿量&考&試大$，但是，促進混凝土收縮裂縫的生成和發展以致造成混凝土結構物的劣化，卻是高含堿量對混凝土更大的威脅。所以無論是否使用活性骨料，必須將水泥中的含堿量減少到最小。
5.討論和建議
（1）眾所周知，凡是能提高混凝土早期強度的因素，都會影響混凝土后期強度的增長，所以目前在配制混凝土時都有較大的強度富余，以期補償這種后期強度的損失，這無疑會造成很大的浪費。現在看來，問題遠比此更嚴重，早期的高強度所帶來的后患是混凝土結構物提早劣化。因此，除非工程有特殊需要，應盡量避免使用早強水泥。
（2）混凝土早期高強度的需求促使了水泥向高C3S和高C3A、&考&試大$高比表面積發展，再加上低水灰比、高水泥用量、超細礦物摻合料的使用，造成在約束狀態下的混凝土因溫度收縮、自收縮、干燥收縮和較高的早期彈性模量而產生較大的內部應力，早期的低徐變無法緩解這種應力而產生早期裂縫；內部不可見的微裂縫在混凝土長期使用過程干燥環境中繼續發展，是混凝土提早劣化的主要原因。
（3）高含堿量的水泥會生成抗裂性能差的凝膠，加重混凝土后期的干燥收縮，所以不論骨料是否有活性，都應當限制水泥和混凝土中的含堿量。
（4）建議對水泥和混凝土質量增加抗裂性的要求（&考&試大$國內外都已有對抗裂性評價方法的研究和使用）。
（5）建議對基礎、高層建筑底（低）層柱等部位結構物的混凝土盡量延長驗收期（如56d或90d），以盡量避免過高的早期強度。
（6）建議對不同強度等級和不同結構部位的混凝土分別建立不同的養護制度，以避免產生過多的體積不穩定的水化物。
（7）從耐久性出發，建議在混凝土中減少水泥用量，代之以抗裂性較好的礦物摻合料（如粉煤灰）。粉煤灰中的粗顆粒可在混凝土中起穩定體積的作用，故不必追求細度。碳會降低粉煤灰的抗裂性，故對粉煤灰重點應控制燒失量。
