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技术 | 低热低碱商品混凝土专用水泥P·O 42.5研发及生产实践

发布时间：2024-11-11

0　引言

商品混凝土亦称预拌混凝土，是指预先拌好的质量合格的混凝土拌和物，以商品的形式出售给施工单位，并运到施工现场进行浇筑的混凝土拌和物。随着预拌商品混凝土的发展，混凝土裂缝成为引起预拌混凝土企业质量投诉的主要问题之一。产生混凝土裂缝原因比较复杂，混凝土原材料、配合比、土建施工、养护等因素一个或多个不当造成。本文研究改进水泥性能，制造低热低碱商品混凝土专用水泥P·O 42.5（以下简称专用水泥）用于混凝土使用，以减少混凝土裂缝的发生。

1　水泥水化热高、碱含量高对混凝土的影响

水泥水化热高会引起混凝土1~10 d期间开裂，水泥碱含量高则会加速混凝土早期开裂，并且发生碱集料反应引起混凝土2~20年中后期开裂。混凝土的早期开裂，有人认为是1 d内的开裂，有人认为是3 d内的开裂，但认为1 d内的开裂者居多。大多数学者认为，混凝土的早期开裂是由于塑性收缩、自收缩以及干燥收缩引起。以往的研究只将混凝土的早期开裂与自由收缩联系，不符合工程的实际情况。近年混凝土界采用抗裂性能的研究方法，即研究混凝土在有约束状态下的开裂性能，比较符合工程实际。黄士元从混凝土最早期的力学性能分析了早期裂缝的成因。他认为，对受约束的混凝土，其开裂条件为：ε=Rp/E>εL 式中：ε为混凝土的应变；Rp为混凝土的抗拉强度；E为混凝土的弹性模量；εL为混凝土的极限应变。即当混凝土所产生的应变ε大于它的极限应变εL时，混凝土就产生开裂。他认为，表征混凝土开裂参数不是收缩值，而是极限抗拉应变值。

温度应力是目前预拌混凝土早期开裂的一个很重要的因素。混凝土的2/3应力来自于温度变化，1/3来自干缩和湿胀。水泥水化热是混凝土早期温度应力的主要来源。从减少混凝土早期温度应变出发，应尽量减少水泥水化热，国内外混凝土专家要求混凝土1 d抗压强度不大于12 MPa，或12 h抗压强度不大于6 MPa，其实质是降低早期水化速率和水化热，减少温度应变所产生的应力。

近年来混凝土开裂现象日趋严重，水泥界和混凝土界开展了大量的研究工作，以求降低混凝土的开裂。对于导致现代混凝土开裂的原因，除了现代混凝土技术所采用的减水剂、低水胶比和低骨胶比以及施工管理的原因外，就是水泥品质的影响。经研究表明水泥的高碱含量、熟料中的高C3A含量和C3S含量、高细化是导致现代混凝土早期开裂增加的主要因素。

碱-骨料反应是指混凝土液相中的碱与活性骨料发生反应，生成了碱-硅酸凝胶或其他可以引起膨胀的产物，产物在有水或者潮湿的环境下吸水膨胀，使混凝土内部产生较大的应力，严重时引起开裂。碱-骨料反应的潜伏期普遍较长，一般为几年到几十年之间，而且反应一旦发生，几乎没有修护的方法，因此被称作混凝土的“癌症”，严重影响混凝土结构耐久性。

2　专用水泥内控质量标准

以减少混凝土开裂、提高混凝土建筑结构物耐久性为目的，结合安福南方原材料、装备、生产技术等因素，经过一年多的试验研究，制定了安福南方低热低碱商品混凝土专用水泥P·O 42.5质量内控标准，见表1。

表1　低热低碱商品混凝土专用水泥P·O 42.5质量内控指标

3　商品混凝土专用水泥生产

3.1　降低水泥熟料水化热、水泥碱含量

用安福南方矿山高硅低钙石灰石制造高硅率、低C3A熟料，熟料率值为KH=0.90~0.92、n=3.4~3.6、P=1.2~1.4；熟料矿物：硅酸盐矿物C3S+C2S=80.0%左右，铝酸三钙C3A 5.5%左右，熟料C3A含量比通常企业熟料降低30%以上，该熟料水化热低。水泥熟料中的碱主要来源于石灰石、黏土和铁粉等原料，黏土碱含量一般比较高，生产熟料要减少黏土掺量，安福南方使用低钙高硅骨料石取代黏土用于生料配料，降低了熟料碱含量。