不同系列水泥混凝土高温性能实验比较研究

陈 明 明

（陕西铁路工程职业技术学院， 陕西 渭南 714099）

硅酸盐水泥、铝酸盐水泥和硫铝酸盐在工程中应用最为广泛，其中硅酸盐水泥由于适用性较广、强度高及耐久性较好，成为应用最为广泛的水硬性交接建筑材料。本文主要进行硅酸盐水泥混凝土、铝酸盐水泥混凝土和硫铝酸盐水泥混凝土同强度下高温高热后其残余抗压强度变化情况及其变化破坏机理的比较，并提出改善不同水泥混凝土受高温后性能的措施[1-4]。

1 试验部分

1.1 硅酸盐水泥

正试验选用P.O 42.5普通硅酸盐水泥，下面是是该水泥的物理、化学检测数据，和水泥砂浆强度试验结果和数据。

水泥的物理、化学检测数据：比表面积国家标准是大于等于300 m³/kg,实际测量值为340 m³/kg；凝结时间国家标准为初凝大于等于45 min，终凝小于等于6.5 h，实测分别为106 min和2.8 h；安定性雷氏法国家标准为小于等于5.0 mm，实测值为0.5 mm。

水泥砂浆强度试验结果和数据：龄期3 d和28 d抗压强度标准值需要大于等于17 MPa和大于等于42.5 MPa，实测值为27.5 MPa和53.2 MPa。故材料满足要求。

1.2 铝酸盐水泥

试验选用度等级为CA-50的铝酸盐水泥，下面为该水泥的物理、化学检测数据和水泥砂浆强度试验结果和数据。

水泥的物理、化学检测数据：比表面积国家标准是大于等于300 m³/kg,实际测量值为324 m³/kg；凝结时间国家标准为初凝大于等于30 min，终凝小于等于6.0 h，实测分别为42 min和1.6 h；安定性雷氏合格。

水泥砂浆强度试验结果和数据：龄期1 d和3 d抗压强度标准值需要大于等于40 MPa和大于等于50 MPa，实测值为44.8和53.4 MPa。故材料满足要求。

1.3 硫铝酸盐水泥

试验选用快硬42.5硫铝酸盐水泥，下面为该水泥的物理、化学检测数据和水泥砂浆强度试验结果和数据。

水泥的物理、化学检测数据：比表面积国家标准是大于等于350 m³/kg,实际测量值为401 m³/kg；凝结时间国家标准为初凝大于等于25 min，终凝小于等于3 h，实测分别为51 min和1.3 h。

水泥砂浆强度试验结果和数据：龄期1 d、3 d和28 d抗压强度标准值需要大于等于30、42.5和45 MPa，实测值为46.8、60和69.7 MPa。故材料满足要求。

2 高温后不同系列水泥混凝土力学性能

混凝土的残余抗压强度作为混凝土安全评价基本指标，其数值的高低决定受力结构的极限承载能力和安全等级，因此具有重要的作用。混凝土受高温后其残余抗压强度的变化，国内外大量学者研究实验表明:三种水泥混凝土在 400 ℃后强度开始迅速降低，200 ℃后其残余强度亦随与温度的升高呈反比例关系。

2.1 硅酸盐水泥混凝土高温作用下的残余抗压强度分析

分析可知，两种水灰比（0.26、0.6）下的硅酸盐水泥混凝土，高温后残余抗压强度变化规律相似，220 ℃后其残余抗压强度与温度呈十分明显的反比例关系，并随着温度的升高而不断变小，1 000 ℃时其残余抗压强度基本等于 0；其次，水灰比对残余抗压强度影响较大，水灰比越小，其对应的残余抗压强度相对较高，因此施工时因尽量降低混凝土的水灰比。

2.2 铝酸盐水泥混凝土高温作用下的残余抗压强度分析

分析可知：两种水灰比（0.27、0.668）下的铝酸盐水泥混凝土，高温后残余抗压强度变化规律相似，200 ℃后其残余抗压强度与温度呈较明显的反比例关系，200～800 ℃之间其残余抗压前度下降幅度较少，特别是水灰比为0.68时，此温度区间的残余抗压前度变化很小，基本未发生变化，因此在200～800 ℃高温作用下其表现了较好的残余抗压强度稳定，但其抗压强度等级较低；1 000 ℃高温后，混凝土基本没有残余抗压强度，此时的混凝土十分脆弱，稍有外力即发生粉碎破坏。

2.3 铝酸盐水泥混凝土高温作用下的残余抗压强度分析

硫铝酸盐水泥的水化产物为钙矾石，分析可知：铝酸盐水泥凝土高温试验后残余抗压强度与温度的变化呈现反比例关系，温度在200 ℃以下时，其残余抗压强度基本未发生变化，原因可能为硫铝酸盐水泥水化反应不充分，但钙矾石已与水分子分离而转变为单硫型的水化硫铝酸钙，从而引起160 ℃左右的吸热峰[5], 因此 200 ℃后其残余抗压强度迅速减低，但29 cs相对于71cs降低幅度较大，29cs在400 ℃后残余抗压强度基本维持在 10～20 MPa之间，此时的强度等级较少，结构的整体稳定性和安全系数下降较为明显；1 000 ℃时，残余抗压强度为0。

2.4 强度等级响度时三种不同水泥混凝土高温作用后残余抗压强度对比分析

分析可知：高温作用下，三种高强度水泥混凝土的残余抗压强度值与温度都有明显的反比例关系，但由于水泥成分的差异，三种水泥混泥土残余抗压强度的下降幅度有很大的区别，200 ℃左右后，硅酸盐是你混凝土的残余残余抗压强度不降反升，其原因为常温条件下硅酸盐水泥未得到充分的水化，高温作用后促进了水泥进程；硫铝酸盐水泥混凝土的水化产物为钙矾石，但200 ℃后，钙矾石已与水分子分离而转变为单硫型的水化硫铝酸钙，从而引起 160 ℃左右的吸热峰[5], 因此强度在 200 ℃高温作用后强度有部分下降；相对前两种水泥混凝土，硫铝酸盐水泥在200 ℃是降低程度最大，损失的强度约为总抗压强度的20%。与前期大量学者试验研究结论一致，三种水泥在400 ℃高温后抗压强度损失迅速发生，但三种相差的程度并不明显，400℃高温作用后，硅酸盐水泥混凝土和铝酸盐水泥混凝土抗压强度十分明显，400 ℃到800 ℃时，铝酸盐水泥混凝土残余抗压强度损失较小，且相应的残余抗压强度明显大于硅酸盐水泥混泥土和硫铝酸盐水泥混凝土；1 000 ℃时，三种水泥混凝土表现出一致的共性，即残余抗压强度基本为零，已无任何承载能力。

3 结 论

根据上述数据和分析结果有如下结论：

（1）从0 ℃至1 000 ℃之间三种水泥混泥土的变化规律具有类似性，即三种高强度水泥混凝土的残余抗压强度值与温度都有明显的反比例关系，但由于水泥成分的差异，三种水泥混泥土残余抗压强度的下降幅度有很大的区别。

（2）温度是水泥混凝泥土强度损失的直接原因，但不同水灰比对其强度损失亦有一定影响，水灰比越低相应的残余抗压强度越高，因此因此施工时应该尽量降低混凝土的水灰比；

（3）硫铝酸盐水泥在200 ℃是降低程度最大，损失的强度约为总抗压强度的20%，400 ℃到800℃时，铝酸盐水泥混凝土残余抗压强度损失较小，且相应的残余抗压强度明显大于硅酸盐水泥混泥土和硫铝酸盐水泥混凝土；

800 ℃后残余抗压轻度损失基本完成，1 000℃时混泥土已无任何承载能力。

［1］侯高峰，韦军.高温后不同强度等级混凝土力学性能的试验研究[J].工程质量，2010（03）：68－70.

［2］谢狄敏，钱在兹.高温（明火）作用后混凝土强度与变形试验研究[J].工程力学增刊，1996（05）：54－58.

［3］曹万智，孙庆霞，周茗茹，等.胶凝材料与骨料品种对混凝土耐高温性能的影响规律研究[J].新型建筑材料，2009（03）：17－20.

［4］李卫，过镇海.高温下混凝土的强度和变形性能试验研究[J].建筑结构学报，1993（01）：8－16.

［5］谢狄敏，钱在兹，金贤玉.混凝土受明火高温作用后的抗拉强度和粘结强度的试验研究[J].工程力学增刊，1997（02）：01－05.