关于水泥品质和混凝土质量关系的探讨

王玉敏

【摘要】在传统上，混凝土是按强度进行设计，对混凝土的质量的最终标准主要是强度。因此混凝土生产者对水泥品质的要求也是强调强度；强度越高的水泥被认为质量也越高。如此的发展，造成近年来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C3A、C3S、碱含量的增加，热水泥的出厂，都增加了开裂的敏感性，降低了流变性能，是原材料中影响混凝土质量主要原因。应当把抗裂性作为水泥品质的重要要求，并限制出厂水泥的温度。

【关键词】水泥品质 抗裂性 含碱量

【中图分类号】TU525 【文献标识码】A 【文章编号】1672-5158（2013）01—0230-01

一、水泥矿物组成

硅酸盐水泥主要的组成矿物有四种，它们的水化性质不同，在水泥中所占比例不同时影响对水泥整体的性质。C3A的水化热是其他矿物水化热的数倍，尤其在早期。C3S的水化热虽然比C3A的小很多，但在3天却是C2S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；C3A的收缩率是C2S收缩率的3倍，是C4AF的几乎5倍。因此C3A含量较大的早强水泥容易因早期的温度收缩、自收缩和干燥收缩而开裂。

二、水泥细度对混凝土工作性的影响

目前我国混凝土尤其是中等以上强度等级的混凝土普遍使用高效减水剂和其他外加剂。当高效减水剂产品一定时，水泥的成分（主要是含碱量、C3A及其相应的SO3含量）和细度是影响水泥和高效减水剂相容性的主要因素。水泥细度的变化加剧了水泥与高效减水剂相容性问题。

随水泥比表面积的增加，与相同高效减水剂的相容性变差，饱和点提高，为减小流动度损失需要增加更多掺量的高效减水剂。不仅增加施工费用，而且可导致混凝土中水泥用量的增加，影响混凝土的耐久性。

三、水泥细度对混凝土开裂的影响

在目前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。增加水泥的比表面积能提高水泥的水化速率，提高早期强度，但是粒径在1μm以下的颗粒水化很快，几乎对后期强度没有任何贡献。倒是对早期的水化热、混凝土的自收缩和干燥收缩有贡献——水化快的水泥颗粒水化热释放得早；因水化快消耗混凝土内部的水分较快，引起混凝土的白干燥收缩；细颗粒容易水化充分，产生更多的易于干燥收缩的凝胶和其他水化物。粗颗粒的减少，减少了稳定体积的未水化颗粒，因而影响到混凝土的长期性能。

水泥细度还会影响混凝土的抗冻性。细水泥的易裂性可能与其低抗拉强度有关。

四、水泥中含碱量和混凝土开裂的关系

出于对预防碱骨料反应的考虑对水泥中含碱量进行了限制。Burrows在美国克罗里达的青山坝对104种混凝土的面板进行了53年的调查研究，发现开裂严重的劣化了的混凝土中，有的水泥含碱量高，但所用骨料并没有碱活性；还有的使用高碱水泥同时所用骨料也有活性，但是检测的结果却没有碱骨料反应的产物，而混凝土却开裂而裂化了；这表明碱能促进水泥的收缩开裂。图7为Blaine用环形收缩测定仪测定水泥中含碱量对水泥开裂情况的影响以及1996年相应水泥混凝土状况，图中的好和差表示抗裂性的好坏。在图中，注意当Na2O当量在0.6以下时混凝土状况的改善，还要注意水泥的细度和C3A、C3S影响。用粗磨、低碱水泥时，引气混凝土可经受住550次冻融循环，但用磨的、高碱水泥则经受不到100次循环。

大量的发现是碱和细度、C3A和C4AF的因素一起极大地影响水泥的抗裂性。即使水泥有相同水化率（强度）和相同的自由收缩，显然低碱水泥有内在的抵抗开裂的能力。当含碱量从低于0.6%Na2O当量时，水泥的抗裂性明显增加，当进一步降低到趋向于0时，这种能力会进一步改善，尽管这一点是做不到的。

由于碱骨料反应必须在混凝土中有足够的含碱量、足够数量的活性骨料和足够的水分供应，三个条件同时存在的情况下才会发生，并不要求任何情况下都限制水泥的含碱量，但是，促进混凝土收缩裂缝的生成和发展以至造成混凝土结构物的劣化，却是高含碱量对混凝土更大的威胁。不管是否使用活性骨料，必须将水泥中的含碱量减到最少。

五、对水泥抗裂性评价和选择方法的推荐

用环形约束试验评价水泥或混凝土抗裂性的方法已有60多年的历史。世界许多国家的学者对钢环的材料、尺寸、信息收集和处理方法、评价指标，以至基于弹性力学的力学模型等都有研究，并分别用此方法研究过影响水泥和混凝土开裂敏感性的因素。Burrows建议使用Blaine的方法评价水泥：开裂时间<1h的是很差的水泥，>15h的为优。清华大学建材研究所覃维祖教授指导研究生对此方法进行了研究，结果表明用他们设计的材料和尺寸的环试验评价混凝土所用胶凝材料的抗裂性是有效的。使用热膨胀系数小的材料时，不仅可检测水泥的干缩开裂性能，还可检测由于温度收缩引起的开裂性能。

【结束语】

众所周知，凡是能提高混凝土早期强度的因素，都会影响混凝土后期强度的增长，目前在配制混凝土时都有较大的强度富余，以期补偿这种后期强度的损失。这无疑造成很大的浪费。现在看来，问题远比此更严重，早期的高强度所带来的后患是混凝土结构物提早劣化。因此，除非工程有特别特殊需要，应尽量避免使用早强水泥。