本文摘要：摘要：為明確抗裂水泥對(duì)于現(xiàn)代混凝土的適用性與技術(shù)優(yōu)勢(shì)，針對(duì)抗裂水泥與普通硅酸鹽水泥配制的混凝土強(qiáng)度、和易性、抗裂性能等進(jìn)行了對(duì)比研究。試驗(yàn)結(jié)果表明，抗裂水泥對(duì)減水劑的相容性優(yōu)于普通水泥，水化熱低，在凈漿和混凝土中開(kāi)裂敏感性低，抗裂水泥配制
摘要：為明確抗裂水泥對(duì)于現(xiàn)代混凝土的適用性與技術(shù)優(yōu)勢(shì)，針對(duì)抗裂水泥與普通硅酸鹽水泥配制的混凝土強(qiáng)度、和易性、抗裂性能等進(jìn)行了對(duì)比研究。試驗(yàn)結(jié)果表明，抗裂水泥對(duì)減水劑的相容性優(yōu)于普通水泥，水化熱低，在凈漿和混凝土中開(kāi)裂敏感性低，抗裂水泥配制的混凝土和易性良好，強(qiáng)度低于普通水泥混凝土，但均滿足各強(qiáng)度等級(jí)要求，且有一定的強(qiáng)度保證率，對(duì)提升混凝土抗裂性能有利。
關(guān)鍵詞：抗裂水泥;混凝土;外加劑相容性;開(kāi)裂敏感性;抗壓強(qiáng)度
水泥方向論文投稿刊物：《四川水泥》是四川省的建筑類論文期刊，專門(mén)報(bào)導(dǎo)水泥工業(yè)實(shí)用技術(shù)及經(jīng)驗(yàn)，雜志1979年成都市創(chuàng)刊發(fā)行，內(nèi)容豐富實(shí)用，在1997年獲國(guó)家建材局的《全國(guó)建材優(yōu)秀科技期刊》獎(jiǎng)。
0前言
目前，我國(guó)城市化進(jìn)程飛速發(fā)展，全國(guó)各地的混凝土用量大幅增長(zhǎng)，在工程和項(xiàng)目不斷增長(zhǎng)的同時(shí)，混凝土的開(kāi)裂問(wèn)題層出不窮�；炷撂幱谟不A段的早期開(kāi)裂是困擾現(xiàn)代混凝土工程界的一個(gè)普遍問(wèn)題�；炷恋拈_(kāi)裂容易引致鋼筋銹蝕，從而降低鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的承載力、耐久性和抗?jié)B性，降低建筑的使用壽命，同時(shí)也會(huì)影響建筑物的美觀。裂縫是導(dǎo)致混凝土結(jié)構(gòu)耐久性和使用壽命降低的主要因素。因此，混凝土的裂縫問(wèn)題倍受關(guān)注。在工程中各種類型混凝土結(jié)構(gòu)的開(kāi)裂問(wèn)題尤其是早期開(kāi)裂非常突出。在眾多影響混凝土結(jié)構(gòu)開(kāi)裂的原因中，水泥無(wú)疑是重要因素之一。當(dāng)前水泥存在的主要問(wèn)題包括早期強(qiáng)度偏高，細(xì)度過(guò)細(xì)，熟料中C3A和C3S含量偏高，堿含量偏高，這會(huì)導(dǎo)致水泥早期收縮增加，水化熱增高，開(kāi)裂敏感性增加[1-4]。
針對(duì)近代混凝土開(kāi)裂破壞的原因，MEHTA、NEVILLE和AITCIN等[5-7]認(rèn)為主要是由于過(guò)分追求施工速度從而力求發(fā)展早強(qiáng)高強(qiáng)的水泥而造成的，這種水泥的主要特點(diǎn)是C3S含量高和比表面積大[8];美國(guó)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)局對(duì)199種水泥進(jìn)行了18年以上的調(diào)研，通過(guò)大量試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，堿含量、細(xì)度、C3A和C4AF對(duì)水泥的抗裂性能有極大影響[9]�，F(xiàn)代工程施工的泵送工藝也決定著混凝土的膠凝材料用量更大，水泥用量也相應(yīng)增大，收縮和水化熱會(huì)更大，極有可能引起開(kāi)裂，抗裂技術(shù)也更難把握[10-11]。
本試驗(yàn)用抗裂型普通硅酸鹽水泥(以下簡(jiǎn)稱抗裂水泥)是中國(guó)民航機(jī)場(chǎng)建設(shè)集團(tuán)中心試驗(yàn)室楊文科等人研發(fā)的一種低堿、熟料低C3A含量，控制C3S含量，相應(yīng)C2S和C4AF含量較高的硅酸鹽系列水泥。抗裂水泥是由山西省朔州市水泥廠生產(chǎn)的符合42.5級(jí)水泥，2016年首次在北京新機(jī)場(chǎng)侯機(jī)樓底板使用抗裂水泥便使裂縫減少了70%，受到使用單位的認(rèn)可。本文針對(duì)抗裂水泥和常規(guī)普通硅酸鹽水泥配制的混凝土性能進(jìn)行對(duì)比研究與分析。
1原材料與試驗(yàn)方法
1.1原材料性能
試驗(yàn)的研究對(duì)象是經(jīng)優(yōu)化配比的抗裂水泥，對(duì)照組為北京某公司生產(chǎn)的P·O42.5級(jí)水泥(以下簡(jiǎn)稱普通水泥)。針對(duì)普通水泥的一些問(wèn)題，抗裂水泥主要存在以下幾個(gè)方面優(yōu)勢(shì)：①比表面積相較于普通水泥稍低，延長(zhǎng)終凝時(shí)間，降低早期強(qiáng)度(3d)，降低堿含量，水泥總堿含量為0.6%;②降低C3S和C3A含量，提高C2S含量，并適當(dāng)提高M(jìn)gO含量;③設(shè)計(jì)合理的混合材摻量，使水泥強(qiáng)度有一個(gè)持續(xù)、長(zhǎng)期地增長(zhǎng)。抗裂水泥28d膠砂抗壓強(qiáng)度達(dá)到47.1MPa，能保證相應(yīng)工程質(zhì)量要求的強(qiáng)度等級(jí)，選用燒失量低、活性高、需水量比低的活性混合材，以降低其對(duì)干縮的不利影響。試驗(yàn)用砂為河北寬城縣機(jī)制砂，空隙率41%，細(xì)度模數(shù)2.4，屬于Ⅱ區(qū)中砂;粗骨料采用公稱粒級(jí)為5~10mm和10~20mm以3∶7比例組合的石灰?guī)r碎石;減水劑含固量15%，減水率26%，pH值4.5。
1.2試驗(yàn)配合比
檢測(cè)抗裂水泥時(shí)采用5g水泥與2.5g水在試管中均勻混合，用TONITechnik3314等溫差分量熱儀測(cè)定水化熱;減水劑飽和點(diǎn)在0.29水膠比的凈漿基礎(chǔ)上按0.1%逐步增大減水劑摻量，直至擴(kuò)展度不再增大或泌水;凈漿開(kāi)裂試驗(yàn)水膠比為0.29，在專用模具中測(cè)首次開(kāi)裂時(shí)間、裂縫數(shù)量和最大寬度。為了更直觀地觀察抗裂水泥對(duì)膠砂和混凝土各方面的影響。試驗(yàn)組(KL組)所用抗裂水泥為100%替代基準(zhǔn)組(P·O組)的普通水泥，其他組分保持不變。進(jìn)而結(jié)合水膠比和砂率以及用水量得出混凝土試驗(yàn)的初步配合比。混凝土試驗(yàn)水膠比采用0.43和0.33，用于成型C35和C50強(qiáng)度等級(jí)混凝土，經(jīng)過(guò)混凝土試配，通過(guò)調(diào)整減水劑的摻量，對(duì)混凝土和易性進(jìn)行調(diào)整，得出最終混凝土配合比�；炷翉�(qiáng)度和混凝土開(kāi)裂試驗(yàn)采用相同的配比。
1.3試驗(yàn)方法
混凝土試驗(yàn)采用100mm×100mm×100mm混凝土試塊，依據(jù)GB/T50081—2002《普通混凝土力學(xué)性能試驗(yàn)方法標(biāo)準(zhǔn)》進(jìn)行立方體抗壓強(qiáng)度試驗(yàn)，按照GB/T2419—2005《水泥膠砂流動(dòng)度測(cè)定方法》測(cè)定水泥膠砂的擴(kuò)展度。依據(jù)JC/T1083—2008《水泥與減水劑相容性試驗(yàn)方法》進(jìn)行水泥的減水劑飽和點(diǎn)研究試驗(yàn)。采用設(shè)計(jì)的抗裂模具進(jìn)行混凝土抗裂試驗(yàn)，成型24h后拆掉模具四周的擋板，并開(kāi)始觀察混凝土抗裂試塊的開(kāi)裂情況，試塊于室外實(shí)際環(huán)境下平整的地面存放。在其基礎(chǔ)上，可以按比例縮小模具尺寸評(píng)價(jià)水泥凈漿抗裂性能，此外，還可以根據(jù)要求改變模具內(nèi)部的形狀和大小，以起到增大應(yīng)力集中的作用，使同樣抗裂性能優(yōu)異的混凝土得以區(qū)分。
2試驗(yàn)結(jié)果與分析
2.1減水劑飽和點(diǎn)的確定
為了更好的研究?jī)煞N水泥與外加劑的相容性，進(jìn)行了兩種水泥的減水劑飽和點(diǎn)試驗(yàn)，普通水泥和抗裂水泥外加劑摻量飽和點(diǎn)分別是1.02%和0.79%，相比于普通水泥，抗裂水泥與減水劑的相容性更好，在達(dá)到相同擴(kuò)展度的情況下，飽和點(diǎn)更低，即在保證最大流動(dòng)度的同時(shí)使用較少的減水劑。
2.2水化熱
為了避免水泥顆粒溶解速率對(duì)試驗(yàn)的影響，試驗(yàn)環(huán)境溫度保持在25℃。早期放熱速率的增加是由于水泥和水接觸，水泥中的礦物溶解，水泥與水開(kāi)始反應(yīng)放出大量的熱，誘導(dǎo)期結(jié)束的時(shí)間與水泥的凝結(jié)時(shí)間較為一致，由于抗裂水泥中C3S和C3A礦物含量較少，且加速期出現(xiàn)的時(shí)間要明顯遲于普通水泥，普通水泥組早期放熱速率峰值為64.82J/g·h，遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于抗裂水泥組的42.27J/g·h;3d放熱總量抗裂水泥組為258.9J/g，明顯低于普通水泥組�？沽阉嗟脑缙谒^(guò)程中放熱速率和放熱量均低于普通水泥，水化進(jìn)程較為緩慢。
2.3凈漿抗裂試驗(yàn)
凈漿抗裂試驗(yàn)分為普通水泥和抗裂水泥兩組，試驗(yàn)觀察凈漿試塊的開(kāi)裂時(shí)間，凈漿由于沒(méi)有骨料抑制收縮的作用，自生收縮和干燥收縮較大，相對(duì)于砂漿和混凝土最易開(kāi)裂，從凈漿成型開(kāi)始，直至模具內(nèi)某一角出現(xiàn)裂縫的時(shí)間即為裂縫出現(xiàn)時(shí)間，水泥凈漿試塊一經(jīng)開(kāi)裂，集中部分的應(yīng)力得以釋放，在其他幾個(gè)應(yīng)力集中點(diǎn)上并未出現(xiàn)裂縫。由圖表可知，普通組凈漿的裂縫要早于抗裂組25.5h出現(xiàn)，寬度也明顯大于抗裂組;說(shuō)明在開(kāi)裂敏感性較大的水泥凈漿體系中，抗裂水泥能明顯抑制開(kāi)裂，且開(kāi)裂時(shí)間較晚，寬度較小。
2.4抗裂水泥對(duì)混凝土抗壓強(qiáng)度的影響
抗裂水泥的抗壓強(qiáng)度在C35和C50強(qiáng)度等級(jí)的各個(gè)齡期中均低于普通水泥組，這是因?yàn)榭沽阉嘣缙谒煌耆�，早期�?qiáng)度低，強(qiáng)度增長(zhǎng)慢。但值得注意的是，抗裂水泥組28d抗壓強(qiáng)度滿足C35和C50強(qiáng)度等級(jí)要求，C35等級(jí)混凝土28d抗壓強(qiáng)度高達(dá)58.6MPa，普通水泥組強(qiáng)度增長(zhǎng)則過(guò)快對(duì)混凝土抗裂性能不利，易產(chǎn)生大量水化熱，在大體積工程中由于溫度應(yīng)力產(chǎn)生裂縫。
抗裂水泥代替普通水泥后，在30%粉煤灰和15%礦渣粉的膠凝材料體系中的抗壓強(qiáng)度能夠滿足C35和C50強(qiáng)度等級(jí)的要求，且強(qiáng)度增長(zhǎng)速度相較于普通水泥更慢，在早齡期強(qiáng)度發(fā)展緩慢的情況下，依然能有一定的強(qiáng)度保證率，在60d抗壓強(qiáng)度有接近普通水泥組的趨勢(shì)。這是由于抗裂水泥水化進(jìn)程緩慢，在粉煤灰和礦渣的二次水化過(guò)程中能提供的氫氧化鈣較少，抗壓強(qiáng)度發(fā)展較慢，導(dǎo)致其低于普通水泥組。
2.5抗裂水泥對(duì)混凝土和易性的影響
C35、C50強(qiáng)度等級(jí)的抗裂水泥混凝土拌合物坍落度和擴(kuò)展度均大于普通水泥組，且由于對(duì)減水劑相容性更好，能減少減水劑用量，說(shuō)明抗裂水泥在此種膠凝材料體系下對(duì)混凝土和易性有一定改善作用。
2.6抗裂水泥對(duì)混凝土抗裂性能的影響
C35PO組混凝土于40d出現(xiàn)第一條裂縫，C50PO組混凝土于39d出現(xiàn)第一條裂縫，抗裂組混凝土均未發(fā)生開(kāi)裂，裂縫寬度由于過(guò)細(xì)都無(wú)法精準(zhǔn)測(cè)量，在C35普通水泥混凝土中由于干燥收縮產(chǎn)生一條未貫穿的裂縫，C50普通水泥混凝土在自收縮和干燥收縮共同作用下，使混凝土出現(xiàn)一條貫穿裂縫。所以，代替普通水泥加入混凝土中的抗裂水泥的干燥收縮和自收縮都較低，能有效的發(fā)揮抗裂作用。
3結(jié)論與展望
(1)抗裂水泥和普通硅酸鹽水泥對(duì)比，與減水劑相容性更好，飽和點(diǎn)更低;抗裂水泥的3d水化速率和水化放熱均明顯低于普通水泥，且立方抗壓強(qiáng)度略低于普通水泥混凝土;抗裂水泥能在一定程度上抑制凈漿開(kāi)裂，開(kāi)裂時(shí)間更長(zhǎng)，裂縫更細(xì);且能有效得抑制混凝土裂縫的出現(xiàn)，對(duì)改善混凝土耐久性有利。
(2)抗裂水泥在滿足一定和易性和強(qiáng)度等級(jí)要求下，可以嘗試應(yīng)用于凝結(jié)時(shí)間較長(zhǎng)、有較低開(kāi)裂敏感性和開(kāi)裂風(fēng)險(xiǎn)要求的工程，能在工程發(fā)揮其優(yōu)勢(shì)，因地制宜得到最好的效果。
(3)可以在本試驗(yàn)基礎(chǔ)上增加不利于抗裂如高溫干燥等條件，在高開(kāi)裂風(fēng)險(xiǎn)的情況下繼續(xù)探究抗裂水泥的應(yīng)用前景。
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