淺談有關(guān)高堿水泥對砼性能影響的分析研究

李黨義，李曦，張慶鵬

（1.中建五局混凝土公司， 湖南 長沙 410000 2.中建五局三公司西北分公司興隆大廈項(xiàng)目部，陜西 渭南 714000）

1 前言

本文論述項(xiàng)目地處我國西北地區(qū)，該項(xiàng)目規(guī)劃建筑面積80000m3，樓高 168 米。主樓 39 層，其中地下 2 層，裙樓 4層。設(shè)計(jì)強(qiáng)度標(biāo)號最高為 C60。

初期在基礎(chǔ)施工過程中，項(xiàng)目方即遇到高標(biāo)號混凝土因工作性能損失過快而造成的施工停滯。多方查找原因未果，損失甚巨。后經(jīng)專家實(shí)地勘察，查明原因如下。

強(qiáng)度及坍落度是砼非常重要的兩個關(guān)鍵性的指標(biāo)，不同的生產(chǎn)廠家在生產(chǎn)的過程中因?yàn)楣に嚨牧鞒碳霸牧线x擇的不同,生產(chǎn)出來的水泥性能差別很大，這樣就直接的影響到了砼的使用效果及砼的性能，當(dāng)砼坍落度很小時(shí)，搗實(shí)以及泵送都變的非常的困難；當(dāng)砼產(chǎn)生嚴(yán)重的泌水時(shí)，搗實(shí)以及泵送也變的非常的困難；一旦砼不能達(dá)到規(guī)定的砼標(biāo)準(zhǔn)強(qiáng)度級別，就很容易出現(xiàn)建筑物的耐久性及安定性問題，本文通過對不同廠家水泥進(jìn)行適配處理以及對 AAR 進(jìn)行分析，探討水泥中堿的含量多少對混凝土強(qiáng)度、坍落度以及外加劑對水泥的影響，這樣可以對水泥廠家生產(chǎn)高堿水泥有一定的指導(dǎo)作用。

2 水泥中堿含量對砼性能及減水劑的減水率影響作用

堿在水泥中含有很多種不同的存在形態(tài)，堿的含量對減水劑減水率具有很大的影響。通過大量試驗(yàn)顯示，水泥里堿的含量越高，減水劑減水率就會越低，這就說明水泥里的堿含量對減水劑有“毒化”效果。大量實(shí)踐也表明，水泥里堿的含量越多，砼單位的用水量就越大，與此同時(shí)，高堿水泥里面的砼表面很容易產(chǎn)生白色的沫狀，砼很容易發(fā)生泌水的現(xiàn)象，外加劑適應(yīng)高堿水泥是很難的。

水泥里的堿含量對砼的性能有很大的影響，主要表現(xiàn)在下面幾點(diǎn)：①砼的坍落度損失開始加大，水泥里的堿含量越高的時(shí)候，砼的坍落度的損失就表現(xiàn)的越明顯，為了確保有利施工的進(jìn)行以及可泵送性的順利實(shí)現(xiàn)，生產(chǎn)砼的時(shí)候外加劑里的緩凝的成分應(yīng)該相應(yīng)的增加。②發(fā)生砼假凝的現(xiàn)象。砼發(fā)生假凝現(xiàn)象是一種很不正常的早期的固化現(xiàn)象，在很短的時(shí)間里用水拌合物料，砼就表現(xiàn)出來凝結(jié)的現(xiàn)象，但是通過劇烈的攪拌之后，砼卻恢復(fù)了塑性并且發(fā)生了正常的凝結(jié)現(xiàn)象。假凝現(xiàn)象的出現(xiàn)和很多因素都有關(guān)系，除了水泥里石膏摻量太大產(chǎn)生假凝的現(xiàn)象之外，水泥里面堿的含量很高時(shí)，通過反應(yīng)，產(chǎn)生鉀石膏的結(jié)晶加速變大，也可能是發(fā)生假凝現(xiàn)象的一種原因。除此之外，水泥里堿的含量很高的時(shí)候，還可能造成砼早期的強(qiáng)度提升而后期的強(qiáng)度變低，還可能發(fā)生堿-骨料的反應(yīng)等現(xiàn)象，相應(yīng)的造成預(yù)分解窯發(fā)生結(jié)皮的重要的一個因素就是堿循環(huán)富集，所以現(xiàn)在很多國家都在努力的去生產(chǎn)低堿的水泥。

3 AAR對混凝土的影響

對混凝土的耐久性影響很大的一個關(guān)鍵性的因素就是AAR，由于它的膨脹作用造成的混凝土的工程發(fā)生的嚴(yán)重破壞給越來越多的國家造成了不利的影響，為此付出了慘重的代價(jià)。研究 AAR 并對其進(jìn)行防治的問題已經(jīng)被越來越多的國家重視起來。混凝土要發(fā)生 AAR，必須具備三個條件：①集料必須具備潛在的活性；②混凝土的孔溶液達(dá)到一定高的堿度數(shù)；③混凝土的環(huán)境是高濕度的。混凝土在使用活性的集料的時(shí)候，使用堿含量低于百分之零點(diǎn)六的低堿的水泥或者將堿的含量控制在一定的范圍內(nèi)，這些措施被公認(rèn)為防止混凝土產(chǎn)生 AAR 破壞的一個很好的方法。有的混凝土的集料富含很高的堿量，以前都認(rèn)為這些堿只會在混凝土里面溶出來很少的一部分，可以忽略對 AAR 的影響，但是在很多工程里發(fā)現(xiàn)這樣一種現(xiàn)象，雖然使用的是低堿的水泥，可是還是會有 AAR 的破壞現(xiàn)象發(fā)生并且伴隨著產(chǎn)生很多的可溶性堿存在于混凝土的孔溶洞里，這些事實(shí)情況的出現(xiàn)，讓人開始考慮集料堿的析出可能會促進(jìn) AAR 的膨脹。混凝土主要的組成部分就是集料，集料里的堿析出雖然很少，但是仍然可引起混凝土里孔溶液的堿含量大量的增加，這些問題才出現(xiàn)，使AAR 的研究領(lǐng)域發(fā)起了對集料堿的析出進(jìn)行評估這一問題的研究。

不同的含堿礦物的里面都存在著集料里面的堿，集料不同，含堿礦物的類型及含量等也存在著很大的差距，混凝土里析出的堿的含量自然也存在著很大的差距，這就對客觀的評估集料堿的析出對 AAR 產(chǎn)生什么樣的影響作用帶來很多麻煩，這也是現(xiàn)階段為什么針對不同的集料進(jìn)行了不同的研究，但卻一直不能達(dá)到一致認(rèn)同的最關(guān)鍵因素。

4 水灰比對砼的耐久性性能產(chǎn)生的影響

砼在外界長久的具備經(jīng)久耐用的性質(zhì)就叫做砼的耐久性，它包括了抗凍、抗蝕、抗?jié)B、抗碳化的能力等。砼密實(shí)度和砼耐久性具有很密切的關(guān)系，而影響砼的密實(shí)度很重要的一個因素就是水灰比。

砼抵擋壓力水或者其他的流體的滲透性能就叫做砼抗?jié)B性。滲透系數(shù)可反映滲透的性能好壞。滲透的系數(shù)越小，砼抗?jié)B透性能就越好。對水化程度相同的水化石，決定滲透性的就是水灰比，因?yàn)楫?dāng)水灰比比較大的時(shí)候，水泥在水化的時(shí)候會留下很多的毛細(xì)孔，在低水灰比水泥石里，毛細(xì)孔被凝膠體分隔或填充。

砼抵抗住凍融發(fā)生循環(huán)作用的能力就是砼抗凍性。砼孔隙里面的水結(jié)成冰，體積發(fā)生膨脹致使砼開裂產(chǎn)生破壞就是砼凍害。砼水灰比越大，產(chǎn)生的孔隙率就越大，填充的水分就可能很多，這樣對抗凍性就會非常的不利。

砼如果不密實(shí)，外部的介質(zhì)就會通過毛細(xì)管道路以及內(nèi)部的孔隙侵入硬化的水泥漿里面發(fā)生化學(xué)反應(yīng)產(chǎn)生砼腐蝕現(xiàn)象。這樣可以產(chǎn)生物質(zhì)，這種物質(zhì)易溶于水，或者產(chǎn)生不同的化合物，體積也就隨之發(fā)生膨脹，砼隨著也就發(fā)生破壞。水灰的比值是孔隙的特征及砼密實(shí)度受到影響最主要的因素。

除此之外，水灰比還嚴(yán)重的影響砼碳化速率，砼的碳化可產(chǎn)生致密的附著表面的方解石的微結(jié)晶層，這樣可以增加砼的抗壓性能，從這點(diǎn)看砼的碳化應(yīng)該是有利的。但是隨著砼的碳化的進(jìn)行，PH值會變小，當(dāng)PH的值低于10的時(shí)候，水泥漿會發(fā)生碳化，鋼筋就會銹蝕，強(qiáng)度就會降低，生了銹的鋼筋，體積自然就會變大，砼的保護(hù)層就容易引起破壞，從這點(diǎn)看，砼的碳化又是有害的。隨著水灰比的增加，砼碳化速率是跟著加快的，原因就是當(dāng)水灰比開始增加的時(shí)候，形成毛細(xì)孔的結(jié)構(gòu)更多，砼碳化的速率加快。

以上可以看出，在確保要求的坍落度前提下，要盡量減小水灰比值，這樣砼的耐久性才會更持久。

5 外加劑對砼性能的影響

將膠結(jié)材料（有機(jī)的、無機(jī)的以及有機(jī)無機(jī)復(fù)合的）、顆粒狀的集料及一定的情況下加入礦物的摻合料及化學(xué)的外加劑組分組成混合料，經(jīng)過硬化的形成具堆聚結(jié)構(gòu)類型的復(fù)合結(jié)構(gòu)材料被稱為混凝土，簡寫成砼。砼的外加劑是在砼攪拌前或者攪拌中加入用來改善硬化砼及新拌砼性能的某些材料。摻量一般都是很小，卻能提升砼的耐久性以及強(qiáng)度，減少水泥的用量，減小了建筑物的尺寸長度，進(jìn)而達(dá)到改善環(huán)境、節(jié)約能耗的作用。

6 試驗(yàn)方法及配合比，以及水泥中堿量的測定、水泥性能和混凝土的性能檢測

用硅灰和沸石復(fù)合作用而成的水泥混合材，用透氣的方法可測出磨細(xì)沸石的比的表面積是 600 平方米每千克。試驗(yàn)的方法是采用快速砂漿棒法，這是一種很好的評價(jià)堿集料反應(yīng)的抑制效果方法，試件的配制應(yīng)該選用百分之二十的永定河的活性集料以及百分之八十的由標(biāo)準(zhǔn)砂所組成的集料，永定河的集料粒徑為 0.3 至 0.6 毫米時(shí)，配制出試件具有最大的膨脹率，故應(yīng)該選用這樣的集料。成型后的水泥應(yīng)該帶模在標(biāo)準(zhǔn)的養(yǎng)護(hù)箱里養(yǎng)護(hù)一天，脫模并且測出原始的長度，隨后放在水溫八十度的水里養(yǎng)護(hù)一天，水和試件的體積比是四比一，從水里取出試件迅速測長度，此時(shí)測出的就是基準(zhǔn)長度。然后再將試件放入 80 度的水溫以及 1M 氫氧化鈉溶液里面養(yǎng)護(hù) 14 天，堿液和試件的體積比也是四比一，在一定的齡期，去測定試件的長度以及計(jì)算其膨脹率。

水泥里的堿的種類可分為三種：可溶性堿、有效堿及總堿量。用酸溶法可測定總的堿量，這種測出的是水泥里所有堿總的數(shù)量。把水泥全部放入水中，經(jīng)過充分的攪拌，能夠溶出的堿就是可溶性堿，又稱為水溶性堿。當(dāng)水泥硬化了以后，存在硬化水泥漿里面孔溶洞里的堿才叫有效堿。大量的試驗(yàn)及實(shí)踐證明，孔溶液里堿的含量高低 AAR 膨脹反應(yīng)有密切的關(guān)系，若能降低孔溶液里面堿的含量就能抑制 AAR 的發(fā)生，進(jìn)而影響到砼的性能。

通過大量試驗(yàn)顯示，加入硅灰及沸石粉，水泥比的表面積會相應(yīng)增加，水泥安定性都合格， 凝結(jié)的時(shí)間也正常，只是標(biāo)準(zhǔn)的稠度 用水量稍微有些增加，抗折的強(qiáng)度會稍微降低，抗壓的強(qiáng)度會明顯的提高，這就說明了，加入硅灰及沸石對于水泥的物理性能的各項(xiàng)指標(biāo)沒有什么不好的影響作用。

新拌的混凝土主要就是檢查坍落度以及粘聚性這兩個指標(biāo)，大量試驗(yàn)表明，在具有一樣的配合比的前提下，摻硅灰以及沸石的由水泥配備的混凝土，坍落度有所增加，并且粘聚性能非常的好，混凝土的強(qiáng)度也不同程度的有所提高。

7 結(jié)語

高堿的水泥，可造成砼的坍落度的損失加快、減水劑減水率也有所降低，并且還增加了外加劑適應(yīng)水泥的難度，用硅灰及沸石復(fù)合而成的水泥混合材，能夠有效的降低水泥孔溶洞里有效堿量以及水泥里可溶性的堿量，抑制了堿-集料反應(yīng)膨脹造成的破壞性。硅灰及沸石對砼的性能沒有不好的影響，關(guān)鍵就是高堿會對砼性能造成影響。所以在使用高堿水泥配制砼的時(shí)候應(yīng)該先加入外加劑做水泥適應(yīng)性的試驗(yàn)，適應(yīng)之后才能使用。于此同時(shí)，采取預(yù)防抑制堿-集料反應(yīng)有限措施輔助進(jìn)行。

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