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技術(shù) | 低熱低堿商品混凝土專用水泥P·O 42.5研發(fā)及生產(chǎn)實(shí)踐

發(fā)布時(shí)間：2024-11-11

0　引言

商品混凝土亦稱預(yù)拌混凝土，是指預(yù)先拌好的質(zhì)量合格的混凝土拌和物，以商品的形式出售給施工單位，并運(yùn)到施工現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行澆筑的混凝土拌和物。隨著預(yù)拌商品混凝土的發(fā)展，混凝土裂縫成為引起預(yù)拌混凝土企業(yè)質(zhì)量投訴的主要問(wèn)題之一。產(chǎn)生混凝土裂縫原因比較復(fù)雜，混凝土原材料、配合比、土建施工、養(yǎng)護(hù)等因素一個(gè)或多個(gè)不當(dāng)造成。本文研究改進(jìn)水泥性能，制造低熱低堿商品混凝土專用水泥P·O 42.5（以下簡(jiǎn)稱專用水泥）用于混凝土使用，以減少混凝土裂縫的發(fā)生。

1　水泥水化熱高、堿含量高對(duì)混凝土的影響

水泥水化熱高會(huì)引起混凝土1~10 d期間開裂，水泥堿含量高則會(huì)加速混凝土早期開裂，并且發(fā)生堿集料反應(yīng)引起混凝土2~20年中后期開裂?；炷恋脑缙陂_裂，有人認(rèn)為是1 d內(nèi)的開裂，有人認(rèn)為是3 d內(nèi)的開裂，但認(rèn)為1 d內(nèi)的開裂者居多。大多數(shù)學(xué)者認(rèn)為，混凝土的早期開裂是由于塑性收縮、自收縮以及干燥收縮引起。以往的研究只將混凝土的早期開裂與自由收縮聯(lián)系，不符合工程的實(shí)際情況。近年混凝土界采用抗裂性能的研究方法，即研究混凝土在有約束狀態(tài)下的開裂性能，比較符合工程實(shí)際。黃士元從混凝土最早期的力學(xué)性能分析了早期裂縫的成因。他認(rèn)為，對(duì)受約束的混凝土，其開裂條件為：ε=Rp/E>εL 式中：ε為混凝土的應(yīng)變；Rp為混凝土的抗拉強(qiáng)度；E為混凝土的彈性模量；εL為混凝土的極限應(yīng)變。即當(dāng)混凝土所產(chǎn)生的應(yīng)變ε大于它的極限應(yīng)變εL時(shí)，混凝土就產(chǎn)生開裂。他認(rèn)為，表征混凝土開裂參數(shù)不是收縮值，而是極限抗拉應(yīng)變值。

溫度應(yīng)力是目前預(yù)拌混凝土早期開裂的一個(gè)很重要的因素。混凝土的2/3應(yīng)力來(lái)自于溫度變化，1/3來(lái)自干縮和濕脹。水泥水化熱是混凝土早期溫度應(yīng)力的主要來(lái)源。從減少混凝土早期溫度應(yīng)變出發(fā)，應(yīng)盡量減少水泥水化熱，國(guó)內(nèi)外混凝土專家要求混凝土1 d抗壓強(qiáng)度不大于12 MPa，或12 h抗壓強(qiáng)度不大于6 MPa，其實(shí)質(zhì)是降低早期水化速率和水化熱，減少溫度應(yīng)變所產(chǎn)生的應(yīng)力。

近年來(lái)混凝土開裂現(xiàn)象日趨嚴(yán)重，水泥界和混凝土界開展了大量的研究工作，以求降低混凝土的開裂。對(duì)于導(dǎo)致現(xiàn)代混凝土開裂的原因，除了現(xiàn)代混凝土技術(shù)所采用的減水劑、低水膠比和低骨膠比以及施工管理的原因外，就是水泥品質(zhì)的影響。經(jīng)研究表明水泥的高堿含量、熟料中的高C3A含量和C3S含量、高細(xì)化是導(dǎo)致現(xiàn)代混凝土早期開裂增加的主要因素。

堿-骨料反應(yīng)是指混凝土液相中的堿與活性骨料發(fā)生反應(yīng)，生成了堿-硅酸凝膠或其他可以引起膨脹的產(chǎn)物，產(chǎn)物在有水或者潮濕的環(huán)境下吸水膨脹，使混凝土內(nèi)部產(chǎn)生較大的應(yīng)力，嚴(yán)重時(shí)引起開裂。堿-骨料反應(yīng)的潛伏期普遍較長(zhǎng)，一般為幾年到幾十年之間，而且反應(yīng)一旦發(fā)生，幾乎沒有修護(hù)的方法，因此被稱作混凝土的“癌癥”，嚴(yán)重影響混凝土結(jié)構(gòu)耐久性。

2　專用水泥內(nèi)控質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)

以減少混凝土開裂、提高混凝土建筑結(jié)構(gòu)物耐久性為目的，結(jié)合安福南方原材料、裝備、生產(chǎn)技術(shù)等因素，經(jīng)過(guò)一年多的試驗(yàn)研究，制定了安福南方低熱低堿商品混凝土專用水泥P·O 42.5質(zhì)量?jī)?nèi)控標(biāo)準(zhǔn)，見表1。

表1　低熱低堿商品混凝土專用水泥P·O 42.5質(zhì)量?jī)?nèi)控指標(biāo)

3　商品混凝土專用水泥生產(chǎn)

3.1　降低水泥熟料水化熱、水泥堿含量

用安福南方礦山高硅低鈣石灰石制造高硅率、低C3A熟料，熟料率值為KH=0.90~0.92、n=3.4~3.6、P=1.2~1.4；熟料礦物：硅酸鹽礦物C3S+C2S=80.0%左右，鋁酸三鈣C3A 5.5%左右，熟料C3A含量比通常企業(yè)熟料降低30%以上，該熟料水化熱低。水泥熟料中的堿主要來(lái)源于石灰石、黏土和鐵粉等原料，黏土堿含量一般比較高，生產(chǎn)熟料要減少黏土摻量，安福南方使用低鈣高硅骨料石取代黏土用于生料配料，降低了熟料堿含量。

3.2　專用水泥粉磨生產(chǎn)

專用水泥使用低水化熱、低堿含量、早強(qiáng)不高后期強(qiáng)度高的熟料（3 d抗壓強(qiáng)度R3=29 MPa左右、28 d抗壓強(qiáng)度R28=59 MPa左右），粉磨水泥的材料配比為：熟料84%、石膏5%、石灰石5%、煤渣6%；水泥粉磨比表面積按（340±20）m2/kg控制。

3.3　專用水泥生產(chǎn)技術(shù)指標(biāo)

專用水泥水化熱達(dá)到中熱水泥要求（C3A≤6.0%；3 d水化熱≤251 kJ/kg，7 d水化熱≤293 kJ/kg）。水泥堿含量為0.25%左右，符合低堿水泥要求，并且堿含量較低。

4　不同品牌水泥物理化學(xué)性能指標(biāo)對(duì)比

主要選本地混凝土攪拌站常用水泥：AHL牌、BHS牌與專用水泥對(duì)比，有關(guān)檢測(cè)數(shù)據(jù)見表2。

表2　不同品牌水泥物理化學(xué)性能檢測(cè)數(shù)據(jù)

由表2可見，專用水泥比一般水泥水化熱低，堿含量低，早期強(qiáng)度略低，凝結(jié)時(shí)間略長(zhǎng)，后期強(qiáng)度增長(zhǎng)多。該專用水泥屬高硅率水泥，其硅酸鹽礦物總量比一般企業(yè)水泥要高4%左右，使得28 d后強(qiáng)度增長(zhǎng)率高，半年和一年的強(qiáng)度明顯高于一般水泥，用該專用水泥建設(shè)的建筑結(jié)構(gòu)物耐久性能更優(yōu)良。

5　不同品牌水泥配制C30混凝土性能對(duì)比

5.1　混凝土物理性能對(duì)比

AHL牌水泥、BHS牌水泥、專用水泥按相同配合比配制C30混凝土（見表3），物理性能對(duì)比見表4。

表3　混凝土配比