淺談高溫水泥對混凝土的影響

侯慶亮，馬永勝，殷繼偉

（哈爾濱佳連混凝土技術(shù)開發(fā)有限公司，黑龍江 哈爾濱 150070）

0 引言

水泥是預(yù)拌混凝土中非常重要的組成材料，混凝土的質(zhì)量與水泥的質(zhì)量息息相關(guān)。不同溫度的水泥對混凝土的影響是不同的。GB 50164—2011《混凝土質(zhì)量控制標準》中要求用于生產(chǎn)混凝土的水泥溫度不宜高于 60℃，DL/T 5144—2015《水工混凝土施工規(guī)范》中要求運至現(xiàn)場的散裝水泥入罐溫度不宜高于 65℃。但多數(shù)情況下，水泥進廠溫度都達到 80℃ 以上。夏季高溫季節(jié)，很多時候進廠的水泥溫度，甚至高達 100℃ 以上。

水泥溫度過高時，對混凝土的質(zhì)量及各方面性能都很不利。首先對混凝土工作性能的影響，高溫水泥可使混凝土的工作度降低，滿足不了施工要求。其次是對混凝土早期及后期的強度影響。還有對混凝土裂縫的影響。但使用高溫水泥已經(jīng)成為許多混凝土企業(yè)的常態(tài)。下文主要與大家分享水泥溫度與混凝土質(zhì)量的相關(guān)性，及應(yīng)對高溫水泥帶來的危害。

1 試驗原材料性能

本文試驗所用原材料性能指標如表 1～5，試驗配合比見表 6。

表1 P·O 42.5 水泥性能指標

表2 Ⅱ級粉煤灰性能指標

表3 天然砂（河砂）性能指標

表4 粗骨料（碎石）復(fù)檢性能指標

表5 混凝土泵送劑性能指標

表6 試驗配合比k g/m3

2 水泥溫度對混凝土拌合物性能的影響

2.1 水泥溫度對混凝土工作性的影響

水泥溫度對混凝土工作性的影響，主要體現(xiàn)為水泥溫度過高，導(dǎo)致混凝土的溫度上升、混凝土坍落度減小。其次是因為高溫水泥，導(dǎo)致混凝土原材料與外加劑相容性變差，混凝土的坍落度損失變大，混凝土拌合物粘度變大、流動性差。表 7 為某試驗中，水泥溫度對其標準稠度用水量以及對混凝土拌合物工作性能的影響結(jié)果。

表7 水泥溫度對混凝土工作性的影響

根據(jù)表 7 的試驗結(jié)果可以看出相同的水泥，在其他條件不變的情況下，隨著水泥溫度的升高，水泥的標準稠度用水量變大，混凝土的初始坍落度降低。

隨著水泥的溫度不同，混凝土的坍落度經(jīng)時損失也不一樣。當水泥溫度從 45～62℃ 時，混凝土的經(jīng)時損失變化不大。當水泥溫度達到 62℃ 以上時，混凝土的經(jīng)時損失逐漸變大。可以得出結(jié)論，當水泥溫度在60℃ 以下時，經(jīng)時損失變化不明顯；當水泥溫度超過60℃以上時，經(jīng)時損失開始變大；水泥溫度達到 92℃以上時，混凝土極易出現(xiàn)瞬時失去塑性的現(xiàn)象（急凝）。圖 1 是 003# 混凝土初始與半小時后的狀態(tài)。

主要是由于水泥過熱，造成水泥中的石膏脫水、二水石膏脫水成半水石膏甚至脫水成無水石膏。此時混凝土很有可能出現(xiàn)急凝、假凝的現(xiàn)象，導(dǎo)致混凝土在瞬間或是短時間內(nèi)失去塑性；另一方面是因為水泥過熱，在相同稠度的情況下，混凝土所需的拌合用水也就越高，外加劑對混凝土的塑化效果也就越差，鋁酸三鈣反應(yīng)速度更快，吸附外加劑效果也就越強。

圖1 003# 混凝土初始 (左) 和 30 mi n (右) 的狀態(tài)

2.2 水泥溫度對混凝土凝結(jié)時間的影響

同一廠家、同一批次的水泥，分別用不同溫度的水泥，進行對比試驗。按 GB/T 1346—2011《水泥標準稠度用水量、凝結(jié)時間、安定性》中的要求，測試水泥的凝結(jié)時間，分析水泥溫度對水泥凝結(jié)時間的影響。

在進行水泥試驗的同時，按照 GB/T 50080—2016《普通混凝土拌合物性能試驗方法標準》的要求，使用不同溫度的水泥，進行混凝土凝結(jié)時間的試驗。對比水泥溫度對混凝土凝結(jié)時間的影響，試驗結(jié)果見表 8。

通過表 8 的試驗數(shù)據(jù)，可以看出，水泥溫度越高水泥的凝結(jié)時間越短，混凝土的凝結(jié)也越短。GB 175—2007《通用硅酸鹽水泥》中要求普通硅酸鹽水泥初凝時間不小于 45min。當水泥溫度達到 100℃ 以上時，此時水泥出現(xiàn)急凝的現(xiàn)象。水泥急凝指的是一種水泥不正常的早期水化，在水泥遇水后短時間內(nèi)凝結(jié)，并且后期經(jīng)過攪拌無法恢復(fù)一定的塑性。

由于水泥過熱，混凝土同樣的出現(xiàn)了急凝的現(xiàn)象，混凝土在 1～1.5h 內(nèi)凝結(jié)，無法振搗出漿體。待混凝土在 2～2.5h 時混凝土達到終凝的狀態(tài)，用尖銳的鐵器都無法劃出印痕。

表8 水泥溫度對水泥和混凝土凝結(jié)時間的影響

3 水泥溫度對混凝土強度的影響

按照表 6 的配合比，在其他原材料相同的情況下，分別將不同溫度的同批次水泥，按照 GB/T 50081—2016《普通混凝土力學(xué)性能試驗方法標準》進行成型試驗，對比各溫度水泥制成的混凝土 3d、7d、28d 和 60d抗壓強度，結(jié)果見表 9。

表9 水泥溫度對混凝土強度的影響

通過表 9 的數(shù)據(jù)可以看出，混凝土的各齡期強度波動不大，計算混凝土各齡期 16 組數(shù)據(jù)的標準差都小于2.5。

所以通過試驗可以證明水泥溫度對混凝土的各齡期強度影響很小。

4 水泥溫度對混凝土裂縫的影響

4.1 工程實例

2017 年哈爾濱市某工程，該工程設(shè)計為 32 層鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，混凝土由某預(yù)拌混凝土企業(yè)供應(yīng)。在進行E 棟 F 棟樓板混凝土澆筑時，發(fā)現(xiàn)到達現(xiàn)場的混凝土坍落度較小，混凝土工作性能無法滿足施工要求。工人私自向混凝土罐車中加水后，才能剛剛能泵送。

經(jīng)調(diào)查，混凝出廠坍落度很大，達到 240mm。但混凝土坍落度損失較快。10min 中內(nèi)混凝土的損失大于40mm，60min 時混凝土坍落度損失大于 100mm。現(xiàn)場人員在混凝土罐車，罐口觀察混凝土狀態(tài)時，發(fā)現(xiàn)混凝土呈抱團的狀態(tài)，罐車內(nèi)部傳來大量的熱氣。且在近日氣溫變化不大的情況下，混凝土凝結(jié)時間提前了很多，初凝時間由原來的 6 小時提前至 2 小時，終凝時間由原來的 9 小時提前至 4 小時。

現(xiàn)場技術(shù)負責(zé)人與預(yù)拌混凝土企業(yè)技術(shù)負責(zé)人進行溝通，混凝土企業(yè)總工告知因為混凝土企業(yè)使用的是早強型的水泥，所以混凝土的凝結(jié)時間提前，混凝土坍落度損失大。但混凝土質(zhì)量并無問題。

次日發(fā)現(xiàn)混凝土樓板表面出現(xiàn)大量的不規(guī)則裂縫，走向縱橫交錯，裂縫多數(shù)為貫通裂縫。并伴隨著許多的網(wǎng)狀的裂縫。專家組介入調(diào)查，調(diào)查混凝土的配合比設(shè)計原始記錄及報告、生產(chǎn)配合比記錄、混凝土的原材料復(fù)檢記錄、混凝土出廠拌合物性能檢驗記錄。

從混凝土的配合比設(shè)計來看，配合比符合標準要求，并不是造成裂縫的主要原因。混凝土的生產(chǎn)記錄，與開盤鑒定單相符，并未出現(xiàn)陰陽配合比的情況。混凝土原材料的復(fù)檢性能均符合要求，其中水泥的性能滿足 P·O42.5 的要求。但從水泥取樣記錄時發(fā)現(xiàn)，近幾日水泥進廠溫度高達 100℃ 以上。由于正值每年的高峰季節(jié)，所以水泥到達混凝土企業(yè)后，沒有等到溫度下降之后，就用于生產(chǎn)中。

4.2 案例分析

4.2.1 裂縫形成的原因

第一由于水泥過熱，石膏出現(xiàn)脫水現(xiàn)象，抑制不了鋁酸三鈣的反應(yīng)速度。混凝土反應(yīng)速度過快，出現(xiàn)了急凝的現(xiàn)象。混凝土水化放熱過于集中，早期混凝土的抗拉強度抵抗不了水化放熱帶來的拉應(yīng)力，混凝土出現(xiàn)了開裂。

第二水泥溫度過高，直接影響了混凝土的溫度。根據(jù)大量數(shù)據(jù)表明，水泥溫度每提高 10℃，混凝土的溫度提高 1～2℃。由于正值夏季高溫季節(jié)，此時混凝土的入模溫度已經(jīng)超過 35℃。而且，混凝土未采取原漿覆蓋的養(yǎng)護方法，混凝土失水速度過快，形成失水收縮裂縫。

第三由于混凝土到達現(xiàn)場，肆意加水，促使混凝土的水膠比變大，導(dǎo)致混凝土漿體變多、早期收縮變大，同時降低了混凝土的抗拉應(yīng)力，增加了混凝土開裂的幾率。由于混凝土中自由水變多，更是加大了混凝土的干燥收縮。

4.2.2 混凝土企業(yè)存在問題

第一水泥的溫度不符合標準。GB 50164—20011《混凝土質(zhì)量控制標準》中要求，“用于生產(chǎn)混凝土的水泥溫度不宜高于 60℃”。用高溫水泥拌制混凝土對混凝土的質(zhì)量非常不利。

第二質(zhì)檢人員責(zé)任心差。質(zhì)檢人員發(fā)現(xiàn)混凝土出現(xiàn)異常，坍落度損失快，應(yīng)及時通知技術(shù)負責(zé)人，予以調(diào)整，不合格的混凝土不能出廠。

第三沒有做好混凝土跟蹤工作。混凝土到達現(xiàn)場，工作度不滿足要求時，可以添加二次硫化劑（須滿足GB 50119—2013《混凝土外加劑應(yīng)用技術(shù)規(guī)范》的要求），不得在現(xiàn)場任意加水，導(dǎo)致混凝土的抗拉強度、抗壓強度同時降低。

4.2.3 施工方存在問題

（1）混凝土到達施工現(xiàn)場需要進行驗收。如到達現(xiàn)場混凝土拌合物性能不符合要求，應(yīng)及時通知混凝土企業(yè)進行調(diào)整。發(fā)現(xiàn)拌合物質(zhì)量異常的情況應(yīng)拒絕簽收。不得任意加水。

（2）若處于高溫季節(jié)，混凝土澆筑完畢后應(yīng)采取原漿覆蓋，避免出現(xiàn)混凝土因早期失水而產(chǎn)生收縮裂縫。

（3）當發(fā)現(xiàn)混凝土表面出現(xiàn)裂縫時，應(yīng)進行灌漿或封堵處理，避免裂縫繼續(xù)發(fā)展。

5 應(yīng)對水泥溫度過高的措施

5.1 降低水泥用量，提高摻合料摻量

降低水泥用量提高摻合料的摻量，第一是為了降低混凝土拌合物的溫度。第二是當水泥過熱時，混凝土流變性能會變差，混凝土更粘稠，適當提高礦渣粉、石灰石粉的摻量，可改善混凝土的流變性能。第三是因為提高摻合料的摻量，不但可以延長混凝土的凝結(jié)時間，同時可以讓水化放熱釋放的更緩慢。

此方法的弊端：對控制混凝土的坍落度經(jīng)時損失，效果不明顯。

5.2 合理使用水泥罐

預(yù)拌混凝土企業(yè)常有 4～6 個水泥儲存罐，為降低水泥溫度，可將進廠水泥靜置一段時間后用于生產(chǎn)。采用循環(huán)使用法，當一個儲存罐的水泥用凈之后，使用下一個水泥罐的水泥。此時向用空的水泥罐打入水泥。

此方法的弊端：當生產(chǎn)量較大時，或是儲存罐緊張時，仍不能從根本上解決問題。

5.3 改變生產(chǎn)工藝

通過改變混凝土生產(chǎn)時，原材料的投放順序，使水泥與骨料、2/3 的拌合用水，先攪拌 20～30s 使水泥的溫度降低，最后將剩下 1/3 的水和外加劑投入混凝土攪拌機中，再次進行攪拌直至攪拌均勻。

此方法的弊端：由于攪拌時間的延長，以及投料順序的改變，混凝土生產(chǎn)效率降低、混凝土耗電量變大。

5.4 通過補硫解決混凝土的坍落度損失

因為硫酸根離子可以抑制部分 C3A 的水化速度與吸附外加劑的能力，通過向混凝土中加入一定量的硫酸鈉，可以有效的解決混凝土坍落度損失問題。

此方法的弊端：雖然硫酸鈉可解決混凝土的坍落度損失問題，但硫酸鈉屬早強劑，與熱水泥共同使用時，若不能達到有效的濕養(yǎng)護，則更會加重混凝土的開裂問題。

6 結(jié)論

通過本文一系列的試驗數(shù)據(jù)、工程實際案例圖片，可以得知高溫水泥給混凝土帶來的諸多不利因素。但很多時候又不得不應(yīng)用于工程中，所以在使用高溫水泥時應(yīng)更注意混凝土凝結(jié)時間的變化，混凝土坍落度損失問題，要著重注意混凝裂縫現(xiàn)象的發(fā)生。

本文介紹了 4 種解決高溫水泥的措施，筆者建議將4 種方法復(fù)合使用，因不同的工程，不同的澆筑部位，不同溫濕環(huán)境來選擇辦法。

高溫水泥并不可怕，可怕的是技術(shù)人員的不重視，消極的態(tài)度，以及對原材料的情況掌握不充分。