水泥水化熱對混凝土早期開裂的影響

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1、5/5水泥水化熱對混凝土早期開裂的影響`引言　　對于預拌混凝土應用過程出現(xiàn)的早期開裂現(xiàn)象,有些混凝土專家歸因于水泥比表面積太大和早期強度太高;而水泥界則認為,我國目前水泥的比表面積和早期強度并不比國外的高,混凝土的早期開裂主要是混凝土施工和養(yǎng)護不當所致。筆者認為,必須通過混凝土生產者和水泥生產商溝通,對早期裂縫的成因達成共識,在水泥生產、混凝土配制及施工養(yǎng)護等環(huán)節(jié)共同采取措施加以解決?！案邚娫鐝姟⒏弑缺砻娣e”及“水泥磨得太細”,這些都是表面現(xiàn)象,其本質是早期水化熱太高及混凝土溫度應力大的緣故。1水化熱高是混凝土早期開裂的重要原因　　混凝土早期開裂主要是由于初凝前后干燥失

2、水引起的收縮應變和水化熱產生的熱應變所引起。關于混凝土的開裂,大家都已接受如下認識:抗拉強度越高,則混凝土開裂的危險性越小;彈性模量大、收縮大則開裂的危險性大;徐變大則開裂的危險性小。彈性模量越低,一定收縮量(或應變)產生的拉應力越小?！　』炷撂幱谒苄誀顟B(tài)時彈性模量幾乎為零,任何收縮或應變都不會產生拉應力,只有凝結固化具有一定強度后才有彈性模量,混凝土彈性模量隨強度增加而增大。因此,混凝土強度的發(fā)展既有利于減少混凝土的開裂又因彈性模量增大而增加混凝土的開裂性。根據美國ACI建筑法規(guī)318-83,混凝土彈性模量與標準圓柱體28d抗壓強度的平方根成正比[1]?；炷列熳冊?/p>

3、大,應力松弛量越大,純拉應力越小。因此,彈性模量低、徐變大及收縮小的混凝土開裂的危險小。高強混凝土因收縮較大和徐變較小而較易開裂,而低強混凝土可能因收縮小和徐變大,而往往裂縫較少。關于干燥收縮及其避免或減少收縮的措施,大家都已達成共識,本文不擬贅述,但對于溫度應變引起的應力往往認識不足?！　囟葢κ悄壳邦A拌混凝土早期開裂的一個很重要的因素。R.Springenschmid[2]認為,混凝土的2/3應力來自于溫度變化,1/3來自干縮和濕脹。水泥水化熱是混凝土早期溫度應力的主要來源。按照瑞典學者J.Byfors[3]的觀點,“混凝土拌和物成型的最初幾個小時,還沒有形成凝聚

4、結構,此時主要表現(xiàn)為黏塑性。隨著水化進行,塑性減少,彈性模量增大,成型后4～8h,彈性模量從10～102MPa迅速增長至104～105MPa,增加了3個數(shù)量級,而此期間抗壓和抗拉強度以正常速度增長,因此極限抗拉應變由2h的4.0×10-3急劇下降至6～8h的0.04×10-3左右,即極限應變減小到原來的1/100,因此成型后6～8h極限抗拉應變達到最低值”?！　≡诨炷两K凝時,抗壓強度只有0.7MPa[1],抗拉強度只有0.07MPa,混凝土彈性模量按1.0×104MPa計,只要產生大于0.07/(1.0×104)=7×10-6的應變即可使混凝土開裂?；炷恋臒崤蛎浵禂?shù)

5、為10×10-6/℃[1],只要混凝土內外溫差為1℃就足可使此時混凝土開裂。國外為使混凝土的早期不開裂,要求12h抗壓強度不大于6MPa,相應的抗拉強度約0.6MPa,即使彈性模量仍按1.0×104MPa計,此時應變不應大于6×10-5,相當于內外溫度梯度不大于6℃。而國內學者要求24h抗壓強度不大于12MPa,相應的抗拉強度約1.2MPa,此時應變不應大于12×10-5,相當于內外溫差不大于12℃。不幸的是,5/5水泥的水化熱釋放主要集中在早期,文獻[1]認為,水泥加水拌和后,立即出現(xiàn)放熱(稱為第一個放熱峰),持續(xù)幾分鐘,這可能是鋁酸鹽和硫酸鹽的溶解熱。下一階段是形成

6、鈣礬石所放出的熱量,對于大部分波特蘭水泥,大約在4～8h后,會達到第二個放熱峰頂點,除鈣礬石形成熱外它也包括C3S的一些溶解熱和C-S-H的形成熱。典型的波特蘭水泥在開始3d內大致會放出50%的水化熱。某P·O42.5水泥1d水化熱為188kJ/kg,3d為231kJ/kg,按混凝土密度2400kg/m3、比熱0.96kJ/(kg·℃)計,混凝土1d和3d的絕熱溫升相應為24.4℃和30.1℃?；炷翜厣母叻逡话愠霈F(xiàn)在澆注后的3～4d,摻粉煤灰后可推遲至第5～6d,因此,從減少混凝土早期溫度應變出發(fā),應盡量減少水泥水化熱。筆者認為,國內外混凝土專家要求混凝土1d抗壓強

7、度不大于12MPa或12h抗壓強度不大于6MPa,其實質是降低早期水化速率和水化熱,減少溫度應變所產生的應力。有些施工人員反映細度太細強度太高的水泥配制的混凝土容易開裂,其實質也是這些水泥早期水化快,水化熱大,使混凝土溫度應力大的結果?；炷脸尚秃笊w濕麻袋養(yǎng)護不開裂是因為它起到保濕保溫的作用?！　【C上所述,對混凝土的早期開裂必須具體分析,不能一概歸咎于水泥。筆者認為,對于低強度等級的混凝土特別是C30以下的混凝土,其早期開裂主要是由于養(yǎng)護不當所引起,而對低水膠比高強度等級的混凝土,除此之外,水泥水化熱也起著重要的作用。2減少水泥水化熱和混