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(biāo)準(zhǔn)》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(jìn)廠溫度都達(dá)到 80℃ 以上。夏季高溫季節(jié)，很多時候進(jìn)廠的水泥溫度，甚至高達(dá) 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(qiáng)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(biāo)如表 1～5，試驗配合比見表 6。

表1 P·O 42.5 水泥性能指標(biāo)

表2 Ⅱ級粉煤灰性能指標(biāo)

表3 天然砂（河砂）性能指標(biāo)

表4 粗骨料（碎石）復(fù)檢性能指標(biāo)

表5 混凝土泵送劑性能指標(biāo)

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(biāo)準(zhǔn)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(biāo)準(zhǔn)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(dāng)水泥溫度從 45～62℃ 時，混凝土的經(jīng)時損失變化不大。當(dāng)水泥溫度達(dá)到 62℃ 以上時，混凝土的經(jīng)時損失逐漸變大?？梢缘贸鼋Y(jié)論，當(dāng)水泥溫度在60℃ 以下時，經(jīng)時損失變化不明顯；當(dāng)水泥溫度超過60℃以上時，經(jīng)時損失開始變大；水泥溫度達(dá)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(qiáng)。

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(jìn)行對比試驗。按 GB/T 1346—2011《水泥標(biāo)準(zhǔn)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(jìn)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(biāo)準(zhǔn)》的要求，使用不同溫度的水泥，進(jìn)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(dāng)水泥溫度達(dá)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(dá)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(qiáng)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(biāo)準(zhǔn)》進(jìn)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(qiáng)度，結(jié)果見表 9。

表9 水泥溫度對混凝土強(qiáng)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(qiáng)度波動不大，計算混凝土各齡期 16 組數(shù)據(jù)的標(biāo)準(zhǔn)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(qiáng)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(jìn)行E 棟 F 棟樓板混凝土澆筑時，發(fā)現(xiàn)到達(dá)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(dá)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?，F(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(tuán)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(fù)責(zé)人與預(yù)拌混凝土企業(yè)技術(shù)負(fù)責(zé)人進(jìn)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(qiáng)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(biāo)準(zhǔn)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(jìn)廠溫度高達(dá) 100℃ 以上。由于正值每年的高峰季節(jié)，所以水泥到達(dá)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?；炷练磻?yīng)速度過快，出現(xiàn)了急凝的現(xiàn)象?；炷了艧徇^于集中，早期混凝土的抗拉強(qiáng)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(hù)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(dá)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(biāo)準(zhǔn)。GB 50164—20011《混凝土質(zhì)量控制標(biāo)準(zhǔn)》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(fù)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(dá)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(qiáng)度、抗壓強(qiáng)度同時降低。

4.2.3 施工方存在問題

（1）混凝土到達(dá)施工現(xiàn)場需要進(jìn)行驗收。如到達(dá)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(jìn)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(dāng)發(fā)現(xiàn)混凝土表面出現(xiàn)裂縫時，應(yīng)進(jìn)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(dāng)水泥過熱時，混凝土流變性能會變差，混凝土更粘稠，適當(dāng)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(jìn)廠水泥靜置一段時間后用于生產(chǎn)。采用循環(huán)使用法，當(dāng)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(dāng)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(jī)中，再次進(jìn)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(bǔ)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(qiáng)劑，與熱水泥共同使用時，若不能達(dá)到有效的濕養(yǎng)護(hù)，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。