水泥品质对混凝土抗裂性影响

水泥品质对混凝土抗裂性影响

1.引言

传统理论方式商品混凝土是按强度进行设计，衡量商品混凝土质量的最终标准主要是商品混凝土的强度。因此商品混凝土生产商对水泥质量品质的要求也就是强调其强度，造成近年来商品混凝土结构出现裂缝尤其是早期开裂的现象日益普遍。

其原因很复杂。单从水泥来说，比表面积、矿物组成中C

3A、C

3

S、碱含量的增加，

外加剂的掺入量和外加剂的品种性能，温度过高的出厂水泥用于商品混凝土商砼站，都增加了开裂的敏感性，降低了商品混凝土的流变性能，这是商品混凝土的原材料中影响商品混凝土产品质量的主要原因。因此，应当把抗裂性作为水泥质量品质的重要要求。

随着商品商品混凝土的普及，商品混凝土的早期开裂现象普遍增多，一般情况无外乎以下两种现象：

（1）塑性开裂

由于塑性阶段商品混凝土失水速度大于泌水速度，造成表层商品混凝土的失水收缩，受内部商品混凝土与钢筋的约束造成受拉开裂。现今水泥的早强特性及外加剂的掺加使用不适当，使得商品混凝土较快或者过于缓慢凝结。凝结较快时易造成塑性开裂；当商品混凝土长时间处于塑性状态，将增加其塑性开裂的可能性。（2）早期硬化开裂

早期硬化商品混凝土有一个极限拉应变最低的时段，而现在水泥早期产生的水化热，水泥胶凝材料的高细度和低水胶比，因高效减水剂造成的湿润角和毛细孔水力半径的降低，使得毛细孔压力增加，早期收缩(包括自收缩)可能在商品混凝土

凝固初期就超过它的极限应变值而造成开裂。因此，为保障商品混凝土的后期性能，选择合适的早期性能水泥、掺合料(品种、掺量)、外加剂对商品混凝土的凝结影响是极其重要的。

2下面将要分别研究水泥比表面积、矿物组成中C

3A、C

3

S、碱含量，外加剂的品

种性能等因素对商品混凝土抗裂性造成的影响：2.1水泥矿物组成的影响

硅酸盐水泥主要的组成矿物有四种，C

3A、C

3

S、C

2

S、C

4

AF它们的水化性质不同，

在水泥中所占比例不同时将影响对水泥整体的性质。C

3

A的水化热是其他矿物水

化热的数倍，尤其在商品混凝土早期强度的发挥时期。C

3

S的水化热虽然比C3A

的小很多，但在3天却是C

2

S水化热的几乎5倍，因其含量在熟料中约占一半，

故影响也很大；C

3A的收缩率是C

2

S收缩率的3倍，是C

4

AF的4～5倍。因此用

C

3

A含量较大的早强水泥浇筑的商品混凝土容易因早期的温度收缩、自收缩和干燥收缩而开裂。

2.2各种外加剂对商品混凝土性能的影响

2.2.1减水剂

当高效减水剂产品一定时，水泥的成分(主要是含碱量、C

3A及其相应的SO

3

含量)

和细度是影响水泥和高效减水剂相容性的主要因素。近年来随着水泥细度的变化

加剧了水泥与高效减水剂的相容性问题。商品混凝土干缩主要与商品混凝土中5～30nm孔径毛细孔所保持的水分有关；减水剂在商品混凝土中的作用，是使硬化商品混凝土中的毛细孔孔经减小。掺加高效减水剂后，低水灰比使集料和水泥

石间的弹性模量减小，集料水膜层厚度减薄，过渡区Ca(OH)

2

及AFt的大小及趋向程度大大减小，导致过渡区毛细孔细化，增强过渡区收缩而开裂。

2.2.2膨胀剂

膨胀剂因钙矾石(C

3A·3CaSO

4

·32H

2

O)的生成产生体积膨胀，从而补偿商品混凝

土的收缩。掺膨胀剂商品混凝土只有在限制条件下，才能使商品混凝土硬化浆体

和界面至密，存储膨胀能，因此，限制膨胀率是使用膨胀剂的基本指标。硫铝酸盐类膨胀剂，水泥水化后形成的钙矾石，其结晶水的吸附和脱离是可逆过程。在干燥条件下比一般水化矿物更易脱水，因此干缩较大。为了防止收缩裂缝，应选择膨胀结束后收缩较小的膨胀剂。钙矾石的生成需要大量的水，当水分供应不充

分时，会消耗内部会与水泥争夺水份，加剧自收缩。较多的SO

3

含量会造成延迟钙矾石的形成，导致商品混凝土的后期开裂。

2.2.3低水胶比商品混凝土的自收缩

随着商品混凝土技术的进步，高效减水剂的使用，出现了低水胶商品混凝土，随着水化的进行试件表面的水分向内部迁移，水胶比越小，在商品混凝土硬化后这种迁移越困难，内外差别越小，内部含水率也越低。硬化后的商品混凝土，水泥水化的化学减缩会使商品混凝土的内部形成毛细孔。当孔隙水的迁移速率低于毛细孔的形成速率时，则内部含水率自发地降低，孔隙湿度降低，引起毛细管压力增大，而加重自干燥收缩。自干燥产生的原始裂缝，将影响商品混凝土的强度和耐久性。

2.2.4粉煤灰

粉煤灰加入水泥商品混凝土中，将降低水化速率，使导水化较快的膨胀剂的膨胀

效率降低。粉煤灰与Ca(OH)

2

的火山灰效应将增大商品混凝土中的凝胶份额，使更多的膨胀能消耗在凝胶的粘性流动中。粉煤灰等量替代硅酸盐水泥，在粉煤灰浆体有相同的水胶比下与硅酸盐水泥相比，由于早期粉煤灰反应程度较小，粉煤

灰水泥浆体的空隙率明显大于硅酸盐水泥浆体。在商品混凝土凝结后期，粉煤灰

与水泥水化生成的Ca(COH)

2

亦生成C-S-H凝胶。这部分水化生成物一部分沉积

在粉煤灰颗粒表面，另一部分填充在水泥水化生成物如Ca(COH)

2

粗晶体与C-S-H 凝胶之间的粗空中，使整个浆体孔发生细化，整个收缩将向硅酸盐水泥商品混凝土靠近，能够有效地提高商品混凝土早期的抗裂性能。

2.2.5矿粉

现今一般使用的超细矿粉，使整个胶结材料的粒径分布发生变化，改进基体与界面的孔结构。矿粉的粒径远远小于水泥，则产生填充作用，使得商品混凝土的孔洞结构细化。超细矿粉从几乎是由玻璃体组成，高钙玻璃相与高铝中硅玻璃相的

复合体系水化液相主要为Ca2+、AlO2-和SiO

2-4。当有SiO

2

-4存在时，则生成稳定性

好，溶积度小的AFt，这又促使两种玻璃体失去稳定性，加上较大的比表面积，

使超细矿粉具有较高的活性，与Ca(OH)

2

反应生成较多的成C-S-H凝胶，并使得过渡区和基体的孔隙细化，有实验证明其等量替代商品混凝土的早期自干燥收缩较大，后期收缩与未掺矿粉的商品混凝土相当。

2.2.6合成纤维

在商品混凝土的塑性收缩状态下，若在其中掺加适量的细纤维，并使细纤维成三维网络状分布，则可承受因不一致的变形而引起的内应力，从而抑制塑性裂缝的生成与发展。纤维在塑性商品混凝土阶段的阻裂效应，可以看作是纤维对塑性商品混凝土的增强作用，这种增强作用的有效性主要和纤维在商品混凝土中的分散程度有关，即纤维愈细，纤维间距愈小，增强作用愈有效。

2.3水泥细度对商品混凝土开裂的影响

目前，在我国大多数水泥粉磨条件下，水泥磨得越细，其中的细颗粒越多。增加