不同系列水泥混凝土高溫性能實驗比較研究

陳 明 明

（陜西鐵路工程職業技術學院， 陜西 渭南 714099）

硅酸鹽水泥、鋁酸鹽水泥和硫鋁酸鹽在工程中應用最為廣泛，其中硅酸鹽水泥由于適用性較廣、強度高及耐久性較好，成為應用最為廣泛的水硬性交接建筑材料。本文主要進行硅酸鹽水泥混凝土、鋁酸鹽水泥混凝土和硫鋁酸鹽水泥混凝土同強度下高溫高熱后其殘余抗壓強度變化情況及其變化破壞機理的比較，并提出改善不同水泥混凝土受高溫后性能的措施[1-4]。

1 試驗部分

1.1 硅酸鹽水泥

正試驗選用P.O 42.5普通硅酸鹽水泥，下面是是該水泥的物理、化學檢測數據，和水泥砂漿強度試驗結果和數據。

水泥的物理、化學檢測數據：比表面積國家標準是大于等于300 m3/kg,實際測量值為340 m3/kg；凝結時間國家標準為初凝大于等于45 min，終凝小于等于6.5 h，實測分別為106 min和2.8 h；安定性雷氏法國家標準為小于等于5.0 mm，實測值為0.5 mm。

水泥砂漿強度試驗結果和數據：齡期3 d和28 d抗壓強度標準值需要大于等于17 MPa和大于等于42.5 MPa，實測值為27.5 MPa和53.2 MPa。故材料滿足要求。

1.2 鋁酸鹽水泥

試驗選用度等級為CA-50的鋁酸鹽水泥，下面為該水泥的物理、化學檢測數據和水泥砂漿強度試驗結果和數據。

水泥的物理、化學檢測數據：比表面積國家標準是大于等于300 m3/kg,實際測量值為324 m3/kg；凝結時間國家標準為初凝大于等于30 min，終凝小于等于6.0 h，實測分別為42 min和1.6 h；安定性雷氏合格。

水泥砂漿強度試驗結果和數據：齡期1 d和3 d抗壓強度標準值需要大于等于40 MPa和大于等于50 MPa，實測值為44.8和53.4 MPa。故材料滿足要求。

1.3 硫鋁酸鹽水泥

試驗選用快硬42.5硫鋁酸鹽水泥，下面為該水泥的物理、化學檢測數據和水泥砂漿強度試驗結果和數據。

水泥的物理、化學檢測數據：比表面積國家標準是大于等于350 m3/kg,實際測量值為401 m3/kg；凝結時間國家標準為初凝大于等于25 min，終凝小于等于3 h，實測分別為51 min和1.3 h。

水泥砂漿強度試驗結果和數據：齡期1 d、3 d和28 d抗壓強度標準值需要大于等于30、42.5和45 MPa，實測值為46.8、60和69.7 MPa。故材料滿足要求。

2 高溫后不同系列水泥混凝土力學性能

混凝土的殘余抗壓強度作為混凝土安全評價基本指標，其數值的高低決定受力結構的極限承載能力和安全等級，因此具有重要的作用。混凝土受高溫后其殘余抗壓強度的變化，國內外大量學者研究實驗表明:三種水泥混凝土在 400 ℃后強度開始迅速降低，200 ℃后其殘余強度亦隨與溫度的升高呈反比例關系。

2.1 硅酸鹽水泥混凝土高溫作用下的殘余抗壓強度分析

分析可知，兩種水灰比（0.26、0.6）下的硅酸鹽水泥混凝土，高溫后殘余抗壓強度變化規律相似，220 ℃后其殘余抗壓強度與溫度呈十分明顯的反比例關系，并隨著溫度的升高而不斷變小，1 000 ℃時其殘余抗壓強度基本等于 0；其次，水灰比對殘余抗壓強度影響較大，水灰比越小，其對應的殘余抗壓強度相對較高，因此施工時因盡量降低混凝土的水灰比。

2.2 鋁酸鹽水泥混凝土高溫作用下的殘余抗壓強度分析

分析可知：兩種水灰比（0.27、0.668）下的鋁酸鹽水泥混凝土，高溫后殘余抗壓強度變化規律相似，200 ℃后其殘余抗壓強度與溫度呈較明顯的反比例關系，200～800 ℃之間其殘余抗壓前度下降幅度較少，特別是水灰比為0.68時，此溫度區間的殘余抗壓前度變化很小，基本未發生變化，因此在200～800 ℃高溫作用下其表現了較好的殘余抗壓強度穩定，但其抗壓強度等級較低；1 000 ℃高溫后，混凝土基本沒有殘余抗壓強度，此時的混凝土十分脆弱，稍有外力即發生粉碎破壞。

2.3 鋁酸鹽水泥混凝土高溫作用下的殘余抗壓強度分析

硫鋁酸鹽水泥的水化產物為鈣礬石，分析可知：鋁酸鹽水泥凝土高溫試驗后殘余抗壓強度與溫度的變化呈現反比例關系，溫度在200 ℃以下時，其殘余抗壓強度基本未發生變化，原因可能為硫鋁酸鹽水泥水化反應不充分，但鈣礬石已與水分子分離而轉變為單硫型的水化硫鋁酸鈣，從而引起160 ℃左右的吸熱峰[5], 因此 200 ℃后其殘余抗壓強度迅速減低，但29 cs相對于71cs降低幅度較大，29cs在400 ℃后殘余抗壓強度基本維持在 10～20 MPa之間，此時的強度等級較少，結構的整體穩定性和安全系數下降較為明顯；1 000 ℃時，殘余抗壓強度為0。

2.4 強度等級響度時三種不同水泥混凝土高溫作用后殘余抗壓強度對比分析

分析可知：高溫作用下，三種高強度水泥混凝土的殘余抗壓強度值與溫度都有明顯的反比例關系，但由于水泥成分的差異，三種水泥混泥土殘余抗壓強度的下降幅度有很大的區別，200 ℃左右后，硅酸鹽是你混凝土的殘余殘余抗壓強度不降反升，其原因為常溫條件下硅酸鹽水泥未得到充分的水化，高溫作用后促進了水泥進程；硫鋁酸鹽水泥混凝土的水化產物為鈣礬石，但200 ℃后，鈣礬石已與水分子分離而轉變為單硫型的水化硫鋁酸鈣，從而引起 160 ℃左右的吸熱峰[5], 因此強度在 200 ℃高溫作用后強度有部分下降；相對前兩種水泥混凝土，硫鋁酸鹽水泥在200 ℃是降低程度最大，損失的強度約為總抗壓強度的20%。與前期大量學者試驗研究結論一致，三種水泥在400 ℃高溫后抗壓強度損失迅速發生，但三種相差的程度并不明顯，400℃高溫作用后，硅酸鹽水泥混凝土和鋁酸鹽水泥混凝土抗壓強度十分明顯，400 ℃到800 ℃時，鋁酸鹽水泥混凝土殘余抗壓強度損失較小，且相應的殘余抗壓強度明顯大于硅酸鹽水泥混泥土和硫鋁酸鹽水泥混凝土；1 000 ℃時，三種水泥混凝土表現出一致的共性，即殘余抗壓強度基本為零，已無任何承載能力。

3 結 論

根據上述數據和分析結果有如下結論：

（1）從0 ℃至1 000 ℃之間三種水泥混泥土的變化規律具有類似性，即三種高強度水泥混凝土的殘余抗壓強度值與溫度都有明顯的反比例關系，但由于水泥成分的差異，三種水泥混泥土殘余抗壓強度的下降幅度有很大的區別。

（2）溫度是水泥混凝泥土強度損失的直接原因，但不同水灰比對其強度損失亦有一定影響，水灰比越低相應的殘余抗壓強度越高，因此因此施工時應該盡量降低混凝土的水灰比；

（3）硫鋁酸鹽水泥在200 ℃是降低程度最大，損失的強度約為總抗壓強度的20%，400 ℃到800℃時，鋁酸鹽水泥混凝土殘余抗壓強度損失較小，且相應的殘余抗壓強度明顯大于硅酸鹽水泥混泥土和硫鋁酸鹽水泥混凝土；

800 ℃后殘余抗壓輕度損失基本完成，1 000℃時混泥土已無任何承載能力。

［1］侯高峰，韋軍.高溫后不同強度等級混凝土力學性能的試驗研究[J].工程質量，2010（03）：68－70.

［2］謝狄敏，錢在茲.高溫（明火）作用后混凝土強度與變形試驗研究[J].工程力學增刊，1996（05）：54－58.

［3］曹萬智，孫慶霞，周茗茹，等.膠凝材料與骨料品種對混凝土耐高溫性能的影響規律研究[J].新型建筑材料，2009（03）：17－20.

［4］李衛，過鎮海.高溫下混凝土的強度和變形性能試驗研究[J].建筑結構學報，1993（01）：8－16.

［5］謝狄敏，錢在茲，金賢玉.混凝土受明火高溫作用后的抗拉強度和粘結強度的試驗研究[J].工程力學增刊，1997（02）：01－05.