浅谈高温水泥对混凝土的影响

侯庆亮，马永胜，殷继伟

（哈尔滨佳连混凝土技术开发有限公司，黑龙江 哈尔滨 150070）

0 引言

水泥是预拌混凝土中非常重要的组成材料，混凝土的质量与水泥的质量息息相关。不同温度的水泥对混凝土的影响是不同的。GB 50164—2011《混凝土质量控制标准》中要求用于生产混凝土的水泥温度不宜高于 60℃，DL/T 5144—2015《水工混凝土施工规范》中要求运至现场的散装水泥入罐温度不宜高于 65℃。但多数情况下，水泥进厂温度都达到 80℃ 以上。夏季高温季节，很多时候进厂的水泥温度，甚至高达 100℃ 以上。

水泥温度过高时，对混凝土的质量及各方面性能都很不利。首先对混凝土工作性能的影响，高温水泥可使混凝土的工作度降低，满足不了施工要求。其次是对混凝土早期及后期的强度影响。还有对混凝土裂缝的影响。但使用高温水泥已经成为许多混凝土企业的常态。下文主要与大家分享水泥温度与混凝土质量的相关性，及应对高温水泥带来的危害。

1 试验原材料性能

本文试验所用原材料性能指标如表 1～5，试验配合比见表 6。

表1 P·O 42.5 水泥性能指标

表2 Ⅱ级粉煤灰性能指标

表3 天然砂（河砂）性能指标

表4 粗骨料（碎石）复检性能指标

表5 混凝土泵送剂性能指标

表6 试验配合比k g/m3

2 水泥温度对混凝土拌合物性能的影响

2.1 水泥温度对混凝土工作性的影响

水泥温度对混凝土工作性的影响，主要体现为水泥温度过高，导致混凝土的温度上升、混凝土坍落度减小。其次是因为高温水泥，导致混凝土原材料与外加剂相容性变差，混凝土的坍落度损失变大，混凝土拌合物粘度变大、流动性差。表 7 为某试验中，水泥温度对其标准稠度用水量以及对混凝土拌合物工作性能的影响结果。

表7 水泥温度对混凝土工作性的影响

根据表 7 的试验结果可以看出相同的水泥，在其他条件不变的情况下，随着水泥温度的升高，水泥的标准稠度用水量变大，混凝土的初始坍落度降低。

随着水泥的温度不同，混凝土的坍落度经时损失也不一样。当水泥温度从 45～62℃ 时，混凝土的经时损失变化不大。当水泥温度达到 62℃ 以上时，混凝土的经时损失逐渐变大。可以得出结论，当水泥温度在60℃ 以下时，经时损失变化不明显；当水泥温度超过60℃以上时，经时损失开始变大；水泥温度达到 92℃以上时，混凝土极易出现瞬时失去塑性的现象（急凝）。图 1 是 003# 混凝土初始与半小时后的状态。

主要是由于水泥过热，造成水泥中的石膏脱水、二水石膏脱水成半水石膏甚至脱水成无水石膏。此时混凝土很有可能出现急凝、假凝的现象，导致混凝土在瞬间或是短时间内失去塑性；另一方面是因为水泥过热，在相同稠度的情况下，混凝土所需的拌合用水也就越高，外加剂对混凝土的塑化效果也就越差，铝酸三钙反应速度更快，吸附外加剂效果也就越强。

图1 003# 混凝土初始 (左) 和 30 mi n (右) 的状态

2.2 水泥温度对混凝土凝结时间的影响

同一厂家、同一批次的水泥，分别用不同温度的水泥，进行对比试验。按 GB/T 1346—2011《水泥标准稠度用水量、凝结时间、安定性》中的要求，测试水泥的凝结时间，分析水泥温度对水泥凝结时间的影响。

在进行水泥试验的同时，按照 GB/T 50080—2016《普通混凝土拌合物性能试验方法标准》的要求，使用不同温度的水泥，进行混凝土凝结时间的试验。对比水泥温度对混凝土凝结时间的影响，试验结果见表 8。

通过表 8 的试验数据，可以看出，水泥温度越高水泥的凝结时间越短，混凝土的凝结也越短。GB 175—2007《通用硅酸盐水泥》中要求普通硅酸盐水泥初凝时间不小于 45min。当水泥温度达到 100℃ 以上时，此时水泥出现急凝的现象。水泥急凝指的是一种水泥不正常的早期水化，在水泥遇水后短时间内凝结，并且后期经过搅拌无法恢复一定的塑性。

由于水泥过热，混凝土同样的出现了急凝的现象，混凝土在 1～1.5h 内凝结，无法振捣出浆体。待混凝土在 2～2.5h 时混凝土达到终凝的状态，用尖锐的铁器都无法划出印痕。

表8 水泥温度对水泥和混凝土凝结时间的影响

3 水泥温度对混凝土强度的影响

按照表 6 的配合比，在其他原材料相同的情况下，分别将不同温度的同批次水泥，按照 GB/T 50081—2016《普通混凝土力学性能试验方法标准》进行成型试验，对比各温度水泥制成的混凝土 3d、7d、28d 和 60d抗压强度，结果见表 9。

表9 水泥温度对混凝土强度的影响

通过表 9 的数据可以看出，混凝土的各龄期强度波动不大，计算混凝土各龄期 16 组数据的标准差都小于2.5。

所以通过试验可以证明水泥温度对混凝土的各龄期强度影响很小。

4 水泥温度对混凝土裂缝的影响

4.1 工程实例

2017 年哈尔滨市某工程，该工程设计为 32 层钢筋混凝土结构，混凝土由某预拌混凝土企业供应。在进行E 栋 F 栋楼板混凝土浇筑时，发现到达现场的混凝土坍落度较小，混凝土工作性能无法满足施工要求。工人私自向混凝土罐车中加水后，才能刚刚能泵送。

经调查，混凝出厂坍落度很大，达到 240mm。但混凝土坍落度损失较快。10min 中内混凝土的损失大于40mm，60min 时混凝土坍落度损失大于 100mm。现场人员在混凝土罐车，罐口观察混凝土状态时，发现混凝土呈抱团的状态，罐车内部传来大量的热气。且在近日气温变化不大的情况下，混凝土凝结时间提前了很多，初凝时间由原来的 6 小时提前至 2 小时，终凝时间由原来的 9 小时提前至 4 小时。

现场技术负责人与预拌混凝土企业技术负责人进行沟通，混凝土企业总工告知因为混凝土企业使用的是早强型的水泥，所以混凝土的凝结时间提前，混凝土坍落度损失大。但混凝土质量并无问题。

次日发现混凝土楼板表面出现大量的不规则裂缝，走向纵横交错，裂缝多数为贯通裂缝。并伴随着许多的网状的裂缝。专家组介入调查，调查混凝土的配合比设计原始记录及报告、生产配合比记录、混凝土的原材料复检记录、混凝土出厂拌合物性能检验记录。

从混凝土的配合比设计来看，配合比符合标准要求，并不是造成裂缝的主要原因。混凝土的生产记录，与开盘鉴定单相符，并未出现阴阳配合比的情况。混凝土原材料的复检性能均符合要求，其中水泥的性能满足 P·O42.5 的要求。但从水泥取样记录时发现，近几日水泥进厂温度高达 100℃ 以上。由于正值每年的高峰季节，所以水泥到达混凝土企业后，没有等到温度下降之后，就用于生产中。

4.2 案例分析

4.2.1 裂缝形成的原因

第一由于水泥过热，石膏出现脱水现象，抑制不了铝酸三钙的反应速度。混凝土反应速度过快，出现了急凝的现象。混凝土水化放热过于集中，早期混凝土的抗拉强度抵抗不了水化放热带来的拉应力，混凝土出现了开裂。

第二水泥温度过高，直接影响了混凝土的温度。根据大量数据表明，水泥温度每提高 10℃，混凝土的温度提高 1～2℃。由于正值夏季高温季节，此时混凝土的入模温度已经超过 35℃。而且，混凝土未采取原浆覆盖的养护方法，混凝土失水速度过快，形成失水收缩裂缝。

第三由于混凝土到达现场，肆意加水，促使混凝土的水胶比变大，导致混凝土浆体变多、早期收缩变大，同时降低了混凝土的抗拉应力，增加了混凝土开裂的几率。由于混凝土中自由水变多，更是加大了混凝土的干燥收缩。

4.2.2 混凝土企业存在问题

第一水泥的温度不符合标准。GB 50164—20011《混凝土质量控制标准》中要求，“用于生产混凝土的水泥温度不宜高于 60℃”。用高温水泥拌制混凝土对混凝土的质量非常不利。

第二质检人员责任心差。质检人员发现混凝土出现异常，坍落度损失快，应及时通知技术负责人，予以调整，不合格的混凝土不能出厂。

第三没有做好混凝土跟踪工作。混凝土到达现场，工作度不满足要求时，可以添加二次硫化剂（须满足GB 50119—2013《混凝土外加剂应用技术规范》的要求），不得在现场任意加水，导致混凝土的抗拉强度、抗压强度同时降低。

4.2.3 施工方存在问题

（1）混凝土到达施工现场需要进行验收。如到达现场混凝土拌合物性能不符合要求，应及时通知混凝土企业进行调整。发现拌合物质量异常的情况应拒绝签收。不得任意加水。

（2）若处于高温季节，混凝土浇筑完毕后应采取原浆覆盖，避免出现混凝土因早期失水而产生收缩裂缝。

（3）当发现混凝土表面出现裂缝时，应进行灌浆或封堵处理，避免裂缝继续发展。

5 应对水泥温度过高的措施

5.1 降低水泥用量，提高掺合料掺量

降低水泥用量提高掺合料的掺量，第一是为了降低混凝土拌合物的温度。第二是当水泥过热时，混凝土流变性能会变差，混凝土更粘稠，适当提高矿渣粉、石灰石粉的掺量，可改善混凝土的流变性能。第三是因为提高掺合料的掺量，不但可以延长混凝土的凝结时间，同时可以让水化放热释放的更缓慢。

此方法的弊端：对控制混凝土的坍落度经时损失，效果不明显。

5.2 合理使用水泥罐

预拌混凝土企业常有 4～6 个水泥储存罐，为降低水泥温度，可将进厂水泥静置一段时间后用于生产。采用循环使用法，当一个储存罐的水泥用净之后，使用下一个水泥罐的水泥。此时向用空的水泥罐打入水泥。

此方法的弊端：当生产量较大时，或是储存罐紧张时，仍不能从根本上解决问题。

5.3 改变生产工艺

通过改变混凝土生产时，原材料的投放顺序，使水泥与骨料、2/3 的拌合用水，先搅拌 20～30s 使水泥的温度降低，最后将剩下 1/3 的水和外加剂投入混凝土搅拌机中，再次进行搅拌直至搅拌均匀。

此方法的弊端：由于搅拌时间的延长，以及投料顺序的改变，混凝土生产效率降低、混凝土耗电量变大。

5.4 通过补硫解决混凝土的坍落度损失

因为硫酸根离子可以抑制部分 C3A 的水化速度与吸附外加剂的能力，通过向混凝土中加入一定量的硫酸钠，可以有效的解决混凝土坍落度损失问题。

此方法的弊端：虽然硫酸钠可解决混凝土的坍落度损失问题，但硫酸钠属早强剂，与热水泥共同使用时，若不能达到有效的湿养护，则更会加重混凝土的开裂问题。

6 结论

通过本文一系列的试验数据、工程实际案例图片，可以得知高温水泥给混凝土带来的诸多不利因素。但很多时候又不得不应用于工程中，所以在使用高温水泥时应更注意混凝土凝结时间的变化，混凝土坍落度损失问题，要着重注意混凝裂缝现象的发生。

本文介绍了 4 种解决高温水泥的措施，笔者建议将4 种方法复合使用，因不同的工程，不同的浇筑部位，不同温湿环境来选择办法。

高温水泥并不可怕，可怕的是技术人员的不重视，消极的态度，以及对原材料的情况掌握不充分。