水泥細度對水泥水化及混凝土早期開裂影響分析

王永金

(貴州省交通科學研究院股份有限公司)

1 引 言

隨著新技術(shù)的不斷創(chuàng)新，目前，我國水泥工業(yè)技術(shù)正處于不斷發(fā)展的狀態(tài)，水泥細度也在不斷的變化。近年來，我國多次對水泥的比表面積進行相應(yīng)的調(diào)節(jié)，增加了其相應(yīng)的抗壓強度，從而提高了水泥的強度要求。從經(jīng)濟利益出發(fā)，生產(chǎn)廠家為了更好地滿足水泥等級要求，普遍提高了水泥的細度。由于水泥比表面積的規(guī)格是小于350 m2/kg，而在實際的工程中，并沒有嚴格按照相應(yīng)的施工指南和驗收標準進行加工制作，從而使得混凝土在投入使用中不能達到經(jīng)久耐用的標準。其主要原因是由水泥過細而造成的。水泥過細也對水泥水化和混凝土早期收縮與開裂也具有一定的影響。因此，改變水泥的細度是實現(xiàn)混凝土長期性和耐久性的重點工作。

2 實驗原材料及方法

首先，根據(jù)不同性質(zhì)的水泥的細度進行實驗，如硅酸鹽水泥，根據(jù)不同的比例將孰料與二水石膏攪拌均勻，并對其進行磨細。其次是采用模數(shù)達到2.9 的細集材料，如中砂。它的的表觀密度為2.64 g/cm3，而其中含泥量則占總量的1.4%。而粗集料是由石灰石碾壓而成的碎石子，其含泥量則為0.3%。在實驗中，按3∶7 的比例將5 ～10 mm 和10 ～20 mm 兩種粒徑的石灰石進行混合使用。對其減水劑主要采用市面上在售的萘系高效減水劑，氣減水率可達到28%，在實驗中，摻入其占水泥的相應(yīng)的質(zhì)量分數(shù)。

針對測定的方法而言，主要有以下幾點:

(1)水化熱的測定。水化熱的測定是通過相關(guān)的微量熱儀測定方式而進行相應(yīng)的測定，結(jié)合國內(nèi)外先進的測定技術(shù)，將微量熱儀置于實驗室中，其實驗室的溫度主要在(20 ±2)℃，在其實驗前將室內(nèi)恒溫至少4 h，當微量熱儀各個通道曲線相對穩(wěn)定后開始相關(guān)的實驗。主要過程為將水灰比為0.4 的水泥凈漿快速攪拌至均勻為止，與此同時，將對比式樣放入其中，在實驗的前后取其相應(yīng)的始末基線，其前提是要在在規(guī)定時間范圍內(nèi)對其基線進行設(shè)定。由此可以得出相應(yīng)的結(jié)論，如:初始基線和結(jié)束基線之間對應(yīng)的熱流值可得到相應(yīng)的水化放熱速率，而其兩者間的熱流圖積分即可得到水化熱。

(2)混凝土早期收縮。以《普通混凝土長期性能和耐久性能試驗方法》作為早期收縮變形的依據(jù)，利用非接觸式激光位移傳感器進行相應(yīng)的測試。具體過程如下:將適量的潤滑油涂抹于試模內(nèi)，在鋪兩層塑料的薄膜，并涂一層潤滑油在試模與薄膜之間，并將混凝土的拌和物澆注至試模內(nèi)，其主要占試模的1/2，且將試模進行上下震動，然后對其安裝反射靶，將試模內(nèi)填滿并再次震動、抹平，最后帶入恒溫室內(nèi)，半小時后，計算機將對其進行數(shù)據(jù)采集，每組的實驗時間要達到24 h。

(3)混凝土早期開裂。主要采用集中約束平板裝置對混凝土進行早期開裂實驗。實驗的風速、溫度和濕度分別為8 m/s，(20 ±2)℃，(60 ±5)%.將拌勻的混凝土置入模具當中，振實抹平后將其置于測試地點，將風扇開啟。利用圓盤模具測定混凝土的水分蒸發(fā)速率，其大小最好為直徑200 mm，高30 mm。經(jīng)過6 h 后，對其進行水分損失的稱量，并測量裂縫的寬度，估測其平均寬度，并用鋼尺對裂縫的長度進行測量，采用相關(guān)的公式對裂縫的面積進行相應(yīng)的計算。

(4)實驗中原材料的配合比例主要是通過調(diào)整相應(yīng)的減水劑在原材料經(jīng)過混合后的混合材料中的摻量，使得混凝土的坍落度維持在規(guī)定的范圍以內(nèi)，因此，充分說明配合比在實驗中是十分重要的。

3 實驗結(jié)果分析

(1)針對細度對水泥水化的影響，隨著細度的不斷增加，其水泥的水化熱則呈遞減的趨勢，例如，當細度為275、337、385、410 m2/kg 時，則水泥的水化熱在整體上有明顯的變化，其對應(yīng)以上細度，分別遞減為206.3、226.2、240.0、248.5 J/g，而水化熱的最低值與其最高值之間的差值為18.7%。其中，水化放熱速率隨水泥的細度的變化產(chǎn)生對應(yīng)的變化，也就是說水泥的細度對水化放熱速率具有一定的影響。并且由于水泥的細度不同，使得在不同時間下放熱峰值有所不同，其水化放熱速率也會受到其變化而變化。但是，當水熱化放熱峰值達到相對穩(wěn)定的時候，水化放熱速率也就慢慢地緩慢下來，最后處于穩(wěn)定狀況，對此不再發(fā)生其他反應(yīng)。總體說來，隨著細度的變化，水化放熱速率和放熱峰值就會隨之而改變，而放熱峰值隨著細度的變化，在出現(xiàn)的時間上有一定的調(diào)整。相應(yīng)的研究表明:水化放熱速率受水泥細度影響較大，從相關(guān)的化學角度考慮，當參與反應(yīng)的物體的表面積越大，那么發(fā)生反應(yīng)的速率就會隨著物體面積的加大而不斷加快。也就說明，當水泥細度加大，其比表面積也就相應(yīng)地發(fā)生變化，其與水的接觸面積也就不斷增加，從而使得水化放熱峰值在時間上有所提前。

(2)水泥細度對混凝土早期的收縮影響，在很大的程度上，水泥的比表面積的加大，會直接影響混凝土的早期收縮，使得混凝土的質(zhì)量受到一定的影響。從時間上來看，在開始的2 ～10 h 范圍內(nèi)，混凝土的收縮速度快速增加，又尤其是在水泥細度對應(yīng)下的比表面積較大的混凝土表現(xiàn)較為突出，而在之后的10 ～24 間，其速度相對減緩，從大體上說，前十小時內(nèi)的收縮量所占比例較大，其主要原因是由于水泥的比表面積而形成的。

(3)細度對早期開裂的影響。隨著水泥細度的增加，使得其水分蒸發(fā)較慢，這種情況的產(chǎn)生主要是由比表面積過大而導致的，比表面積大的水泥混凝土，其早期開裂的裂縫細而不通，反之，水泥混凝土比表面積小的，其裂縫寬且相互連通。從而使水分蒸發(fā)受到很大的影響，這就充分說明水泥的細度在整個環(huán)節(jié)中對水泥水化和早期收縮具有很大的影響。

4 結(jié)束語

水泥細度對其水熱化、水化放熱速度、水化熱峰值具有很大的影響，并且相應(yīng)的新拌混凝土早期收縮隨之而增大，影響了單位裂縫的面積和水分蒸發(fā)速度。

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