水泥对高强度混凝土早期裂缝的影响

水泥对高强度混凝土早期裂缝的影响

袁忠新

哈尔滨德武商品混凝土制造有限公司黑龙江哈尔滨150000

摘要：在本文中，探讨了水泥矿物组分以及细度产生的影响，并且分析了水泥含碱量与裂缝之间的关系。

关键词：水泥；高强度；混凝土；早期裂缝；影响

相较于国外水泥参数性质变化等，我国水泥与之有较多相同之处。在特征方面，主要表现为C3S与C3A增加，细度减小，所以在较大程度上提高了强度，特别是早期强度。除此之外，从上世纪七十年代末期开始，逐渐将国际先进水泥生产干法工艺引入国内，水泥含碱量由此提高。我国相关法律法规已经针对水泥含碱量高的问题做出了限制，不过仅仅是为了预防碱骨料反应[1]。

1、水泥矿物组分产生的影响

从硅酸盐水泥的角度来说，主要有C3S、C2S、C3A以及C4AF四种矿物组分，其水化性质存在差异，当它们在水泥中所占比重各不相同的时候，会对水泥整体性质产生影响[2]。

相较于C3S、C2S以及C4AF的水化热，C3A是其数倍之多，在早期更是如此。针对C3S而言，虽然这一水泥组分的水化热要远远小于C3A，不过在三个小时的时候，可以达到C2S水化热的五倍，主要原因是在熟料中，该水泥组分的含量所占比重可以达到一半，所以产生较大影响。相较于C2S的收缩率，C3A更大，几乎是它的三倍，甚至可以达到C4AF的五倍。所以如果高强水泥含有较多C3A，容易因为早期的温度收缩以及干燥收缩等出现开裂的现象。

2、水泥细度产生的影响

现如今，在我国大部分水泥为粉磨，其中的细颗粒随着水泥研磨细度的增加而增多。所增加水泥的表面积与体积的比发挥着非常重要的作用，有利于水化速率以及早期强度的提高，不过如果颗粒粒径小于1μm，会以较快速度水化，在后期强度方面甚至不发挥作用，通常有利于早期水化热以及混凝土自收缩与干燥收缩，对于水化快的水泥颗粒来说，其水化热也会较早释放。由于水化快，消耗混凝土内部的水分比较快，使得混凝土发生自干燥收缩。细颗粒水化较为充分，从而出现大量容易干燥收缩的凝胶以及其它水化物[3]。

相关研究人员以我国相关法律法规为依据，包括《水泥砂浆强度检验方法》以及《水泥砂浆干缩试验方法》，部分水泥砂浆由各个细度的中热硅酸盐水泥制成，针对这些水泥砂浆开展强度试验与干缩试验。通过试验发现，在砂浆早期抗压与抗折方面，水泥细度对其强度产生显著影响，特别是三小时龄期前的强度，强度随着细度的增加而提高，不过在细度达到相应程度之后，对于强度的影响便有所减小，尤其是七小时龄期之后的强度。随着龄期的增长，干缩速度在较短时间中减缓，水泥砂浆最终干缩率在水泥细度不断增加的条件下逐步增大，各个细度的水泥砂浆，七小时龄期之前的干缩速度差异较小，不过在七小时龄期之后，细度有所增大，同一龄期的水泥砂浆干缩速度更快。

在粗颗粒减少的情况下，体积较为稳定的没有水化的颗粒随之减少，所以对混凝土长期性能产生影响。上世纪三十年代后期，美国按照特快硬水泥生产的水泥，相较于目前的水泥平均水平组成以及细度，基本相同，在十年之后，当时所应用的快硬水泥混凝土强度有所缩小。在上世纪二十年代所应用的粗水泥混凝土，在应用五十年之后，其强度仍旧处于增长状态[4]。此外，对于混凝土抗冻性，水泥细度也产生一定影响。细水泥抗拉强度较低，可能导致易裂性增大。

3、水泥含碱量和裂缝之间的关系

《水泥砂浆强度检验方法》考虑了预防碱骨料的反应，所以对水泥含碱量做出相应限制。在五十三年中，美国研究者调查探究了104种混凝土面板，从中发现，在出现严重开裂的混凝土中，部分水泥出现较高含碱量，不过应用的骨料缺乏碱活性。此外，所应用的部分水泥具有高碱性，并且所应用的骨料也具有一定活性，不过通过检测结果来看缺少碱骨料反应的产物，更为严重的是混凝土由于开裂而劣化。处于完好状态的水泥不仅包括低碱水泥，还包括虽然含碱量高但是C3A、C3S低的水泥。由此可见对于水泥而言，碱产生一定消极作用，导致其收缩开裂。在对粗磨以及含碱量低的水泥进行应用的时候，可以使混凝土承受五百五十次冻融循环，不过细磨以及含碱量高的水泥所承受的冻融循环次数要少的多，通常不超多一百次。

在长达十八年的时间中，针对199种水泥，美国国家标准局对其进行调查研究，从中发现，对于水泥抗裂性来说，碱与细度、C3A以及C4AF等因素对其产生重大影响。在强度以及自由收缩相一致的条件下，含碱量低的水泥具有更强内在抵抗开裂能力。在含碱量小于0.6%过氧化钠当量的时候，水泥抗裂性显著增加，在含碱量开始降低，逐渐趋于零时，抵抗开裂的能力会有所改善[5]。

在混凝土中，充足含碱量、活性骨料以及水分供应是碱骨料反应必不可少的，必须满足三项条件，在此条件下才能够发生，不对所有情况做出要求，部分情况可以不对含碱量产生限制作用。不过，由于混凝土收缩裂缝的生成与发展，进而导致混凝土结构物劣化，含碱量高的水泥对混凝土构成更大威胁。因此在应用活性骨料或者不应用活性骨料的条件下，都需要尽可能降低水泥中的含碱量，使其处于最低状态。

4、高强度混凝土早期裂缝防治对策

4.1控制原材料

在配比方面，高强度混凝土需要合理降低水泥用量，同时选择合适的水泥品种，具有低水热化以及含碱量，从而有效减少温度收缩以及自生收缩等，这是防止早期裂缝的首选对策。部分粗骨料具有较低膨胀系数，对其进行有效应用，同时将更多优质粉煤灰掺入其中，避免由于粗骨料级配问题致使收缩增大等危害出现。针对骨料含泥量，需要对其进行更加严格的控制，同时制定合适水胶比。在水化进程减缓以及水化热释放速度减缓方面，缓凝剂发挥着比较重要的作用，可以防止硬化混凝土开裂，不过将导致浇筑初期塑性裂缝风险。将微膨胀剂加入其中，能够降低普通混凝土开裂的可能性。在早期裂缝防裂方面，纤维混凝土发挥着不容小觑的作用，能够有效避免早期塑性开裂。在高强度混凝土早期裂缝预防方面，将低价聚丙烯纤维加入其中是非常重要的一项对策，广泛

应用于多种工程中，并且取得较好成果。

4.2控制施工温度

通过相关经验发现，对于防止早期裂缝开裂来说，混凝土浇筑温度降低的重要性不言而喻。将硅粉掺加其中并不利于防止开裂。将粉煤灰掺入其中可以有效防止开裂。高强度混凝土存在开裂风险，加入引气剂可以避免开裂。水灰比的增大也有重要作用，有利于避免温度收缩开裂。

针对高强度混凝土而言，通常水泥用量较多，水化热释放量大，相较于普通混凝土，高强度混凝土的水化温升较高，温升速率较大。因此，在设计高强度混凝土以及施工过程中，考虑温度控制极为必要。虽然构件尺寸并不大，但是也需要类似于大体积混凝土施工，以工程特征为依据，制定并应用专门对策，严格控制混凝土浇筑温度以及温降最大速率等。水泥水化热释放速度以及温升随着浇筑温度升高而提升。一般情况下，在拌合水方面，主要应用冷却骨料，使浇筑温度有所降低。在大型工程结构中，确定温度控制指标时，充分分析温度场与温度应力，同时以此为依据，制定与应用裂缝控制设计与施工对策。

结束语：综上所述，通过水泥矿物组分与细度所产生的影响以及水泥含碱量和裂缝之间关系的研究，从中发现，如果工程没有做出特别要求，尽可能降低水泥的应用率，在水泥强度等级相同的条件下，所选择与应用的水泥不仅表面积与体积的比小，而且C3S、C3A与含碱量低。

参考文献：

[1]陆斌斌.水泥对高强混凝土早期裂缝的影响[J].四川水泥，2018(05)：7.

[2]牛永胜，沈骥，谷少东.高强混凝土应力分析与裂缝控制[J].商品混凝土，2011(07)：41-43.

[3]孙丽霞.早期养护对高强混凝土和泵送混凝土早期裂缝控制[J].铁道建筑技术，2011(S1)：238-240.

[4]刘敏，邓宏.高强混凝土结构裂缝防治技术研究[J].重庆建筑，2014，13(08)：47-49.

[5]林兴胜.浅析某超高层剪力墙结构墙体裂缝的形成机理[J].工程与建设，2012，26(04)：516-517+520.