砼的裂縫與水泥性能的關系

劉衛亞/新疆天山水泥股份有限公司

?

砼的裂縫與水泥性能的關系

劉衛亞/新疆天山水泥股份有限公司

【摘 要】砼是由膠凝材料、水和粗、細骨料按適當比例配合、拌制成拌合物，經一定時間硬化而成的人造石材，是一種非均質脆性材料。由于砼施工和本身變形、約束等一系列問題，硬化成型的砼中存在著眾多的微孔隙，氣穴和微裂縫，所以建筑結構產生裂縫是很普遍的現象，從理論上說，砼結構尤其是受彎構件總是帶裂縫工作的，在使用荷載不大的情況下，沒有裂縫或這類結構性裂縫非常細微，不易被肉眼所察覺。但在現實的建筑中，只要仔細觀察不難發現，普遍的砼結構又一般都是帶裂縫受力工作的，隨著裂縫的發展變化，結構構件的耐久性和適用性會不同程度的降低，嚴重的甚至會導致結構構件超過正常使用極限狀態而破壞。

【關鍵詞】裂縫；水泥性能

常見裂縫原因分析：人為因素：設計考慮不周、材料使用不當、施工方法不規范；客觀原因：砼收縮（砼澆筑以后即開始產生一系列的收縮：泌水收縮、干燥收縮、化學減縮，這些收縮如果發生在砼硬化之前，會因砼的徐變而將應變松弛；如果發生在砼初凝以后，則成為產生裂縫的因素。同時，與上述這些收縮同時作用的是，砼早期的水化熱引起的溫升，造成的表面（外部）與內部存在溫度梯度導致的溫度應力等等。

水泥安定性不良

1.典型現象

典型的水泥安定性不良，有一個明顯發生體積膨脹的中心區域，以中心區域為圓心，裂縫呈同心圓狀。水泥安定性不良裂縫不會沿某一個方向延伸發展，裂縫長度一般不超過10cm。

2.常見原因

由于f-cao、方鎂石、過量石膏這些發生體積膨脹化學反應的物質所導致的砼裂縫寬度、深度不定。

2.1水泥中f-cao含量偏高，水泥安定性不良。原因一：是熟料中的f-cao偏高；一種少見的情況是水泥中添加了較多高鈣粉煤灰。

2.2水泥中MgO含量超過5%，SO3含量超過4%。

2.3砼裂縫無論出現的時機如何，其原因皆為早期砼漿體硬化后產生的內應力因為受到約束無法釋放。大部分后期裂縫的產生也因為早期內應力的積聚或早期已經產生了可見和不可見的裂縫

影響砼開裂的因素，涉及水泥的有4高：高R2O、高C3S、高C3A、高SO3。實際中還有水泥過細的不利影響。

水泥的抗裂性能目前還沒有比較全面、可靠的檢驗方法，砼的開裂與水泥性能的關系大部分是定性的分析結果

1）水泥的水化熱。水泥的水化熱特別是早期水化熱高是引起砼裂縫的來自水泥主要原因。主要熟料礦物的水化熱見表1。水泥的水化熱與熟料的礦物組成、水泥細度、水泥中堿含量、混合材料摻量有關。將中熱水泥用于普通砼工程，產生裂縫的危險顯著減小。

2）早期水化速率。水泥早期水化速率快，容易出現裂紋。過高的比表面積、堿含量（特別是可溶性堿）可以提高水泥的早期水化速率，但砼出現裂紋的危險性增加。通過摻入細度明顯小于水泥的混合材料來改善水泥粒度分布，減低顆粒堆積的空隙率，可以明顯提高早期強度。這種提高主要依賴的是物理的因素，水泥的水化熱可以幾乎保持不變，砼的開裂危險性沒有增加。

3）堿含量。水泥的堿含量對于混凝土的開裂非常敏感，當水泥堿含量大于0.7%即顯著增加混凝土開裂危險。其原因，一方面堿可以加速水泥的早期水化，加大水泥化學減縮；另一方面，堿使得水泥的水化產物C-H-S凝膠結構疏松，抗裂性差。

4）水泥中的細顆粒含量。水泥中的細顆粒（小于10μ m）可以明顯增加砼開裂的危險性。比表面積對水泥的細顆粒比較敏感，可以用來表征水泥中細顆粒含量。

5）水泥的化學減縮。水泥化學減縮的產生與外界濕度變化無關，與熟料礦物組成、水泥細度、堿含量有關。是指水化產物的絕對體積小于水化前水泥和水的總體積。化學減縮是通用水泥固有的性質，但不同的水泥收縮率不同。主要熟料礦物的收縮率見表2。

6）水泥的早期強度。砼的開裂是由于砼的拉應力大于砼的抗拉強度，因此有一種觀點認為提高水泥的強度有助于提高抗裂性。

事實正好相反，從實際工程的角度表征早期(也包括后期)砼易開裂性的最佳指標是砼的24h抗壓強度值，這個值與收縮、彈模、極限拉應變、徐變度都密切相關。24h抗壓強度越小，則早期收縮、彈模也越小，而徐變則較大，均有利于減小早期開裂風險。因此24h抗壓強度可以看作是評價早期易開裂性的一個綜合指標，對后期開裂性也應有重要參考意義。

24h抗壓強度與開裂概率(風險)的關系曲線見右圖。試驗數據經回歸得到的曲線拐點的24h抗壓強度值大致在12MPa左右。美國和德國的一些作者建議用12h強度作為控制值，要求12h抗壓強度不超過6MPa。雖然離開水灰比難以確定水泥強度與砼強度的關系，但是至少可以確定一個定性的趨勢，即早期強度越高的水泥越容易開裂。建議42.5R水泥1d抗壓強度最好不大于15.0MPa。

7）石膏的種類與摻量。我國水泥中石膏摻量多數是根據SO3－強度曲線確定的，沒有考慮石膏對水泥的抗裂性、減水劑相容性的影響。從水泥的抗裂性、減水劑相容性的角度考慮，現在水泥的SO3含量（約2%左右）偏低。

8）夏季出廠水泥溫度。夏季出廠水泥溫度較高會提高砼的入模溫度。較高的砼入模溫度會提高水泥的早期水化速率。夏季砼的入模溫度控制在30℃－35℃以下，是一個非常勉強的指標，但實際上由于水泥溫度偏高，砼的出盤溫度連這個非常勉強的要求也難以達到。如果水泥廠在夏季將水泥溫度降至55℃－65℃，情況會大為好轉。