浅谈有关高碱水泥对砼性能影响的分析研究

李党义，李曦，张庆鹏

（1.中建五局混凝土公司， 湖南 长沙 410000 2.中建五局三公司西北分公司兴隆大厦项目部，陕西 渭南 714000）

1 前言

本文论述项目地处我国西北地区，该项目规划建筑面积80000m³，楼高 168 米。主楼 39 层，其中地下 2 层，裙楼 4层。设计强度标号最高为 C60。

初期在基础施工过程中，项目方即遇到高标号混凝土因工作性能损失过快而造成的施工停滞。多方查找原因未果，损失甚巨。后经专家实地勘察，查明原因如下。

强度及坍落度是砼非常重要的两个关键性的指标，不同的生产厂家在生产的过程中因为工艺的流程及原材料选择的不同,生产出来的水泥性能差别很大，这样就直接的影响到了砼的使用效果及砼的性能，当砼坍落度很小时，捣实以及泵送都变的非常的困难；当砼产生严重的泌水时，捣实以及泵送也变的非常的困难；一旦砼不能达到规定的砼标准强度级别，就很容易出现建筑物的耐久性及安定性问题，本文通过对不同厂家水泥进行适配处理以及对 AAR 进行分析，探讨水泥中碱的含量多少对混凝土强度、坍落度以及外加剂对水泥的影响，这样可以对水泥厂家生产高碱水泥有一定的指导作用。

2 水泥中碱含量对砼性能及减水剂的减水率影响作用

碱在水泥中含有很多种不同的存在形态，碱的含量对减水剂减水率具有很大的影响。通过大量试验显示，水泥里碱的含量越高，减水剂减水率就会越低，这就说明水泥里的碱含量对减水剂有“毒化”效果。大量实践也表明，水泥里碱的含量越多，砼单位的用水量就越大，与此同时，高碱水泥里面的砼表面很容易产生白色的沫状，砼很容易发生泌水的现象，外加剂适应高碱水泥是很难的。

水泥里的碱含量对砼的性能有很大的影响，主要表现在下面几点：①砼的坍落度损失开始加大，水泥里的碱含量越高的时候，砼的坍落度的损失就表现的越明显，为了确保有利施工的进行以及可泵送性的顺利实现，生产砼的时候外加剂里的缓凝的成分应该相应的增加。②发生砼假凝的现象。砼发生假凝现象是一种很不正常的早期的固化现象，在很短的时间里用水拌合物料，砼就表现出来凝结的现象，但是通过剧烈的搅拌之后，砼却恢复了塑性并且发生了正常的凝结现象。假凝现象的出现和很多因素都有关系，除了水泥里石膏掺量太大产生假凝的现象之外，水泥里面碱的含量很高时，通过反应，产生钾石膏的结晶加速变大，也可能是发生假凝现象的一种原因。除此之外，水泥里碱的含量很高的时候，还可能造成砼早期的强度提升而后期的强度变低，还可能发生碱-骨料的反应等现象，相应的造成预分解窑发生结皮的重要的一个因素就是碱循环富集，所以现在很多国家都在努力的去生产低碱的水泥。

3 AAR对混凝土的影响

对混凝土的耐久性影响很大的一个关键性的因素就是AAR，由于它的膨胀作用造成的混凝土的工程发生的严重破坏给越来越多的国家造成了不利的影响，为此付出了惨重的代价。研究 AAR 并对其进行防治的问题已经被越来越多的国家重视起来。混凝土要发生 AAR，必须具备三个条件：①集料必须具备潜在的活性；②混凝土的孔溶液达到一定高的碱度数；③混凝土的环境是高湿度的。混凝土在使用活性的集料的时候，使用碱含量低于百分之零点六的低碱的水泥或者将碱的含量控制在一定的范围内，这些措施被公认为防止混凝土产生 AAR 破坏的一个很好的方法。有的混凝土的集料富含很高的碱量，以前都认为这些碱只会在混凝土里面溶出来很少的一部分，可以忽略对 AAR 的影响，但是在很多工程里发现这样一种现象，虽然使用的是低碱的水泥，可是还是会有 AAR 的破坏现象发生并且伴随着产生很多的可溶性碱存在于混凝土的孔溶洞里，这些事实情况的出现，让人开始考虑集料碱的析出可能会促进 AAR 的膨胀。混凝土主要的组成部分就是集料，集料里的碱析出虽然很少，但是仍然可引起混凝土里孔溶液的碱含量大量的增加，这些问题才出现，使AAR 的研究领域发起了对集料碱的析出进行评估这一问题的研究。

不同的含碱矿物的里面都存在着集料里面的碱，集料不同，含碱矿物的类型及含量等也存在着很大的差距，混凝土里析出的碱的含量自然也存在着很大的差距，这就对客观的评估集料碱的析出对 AAR 产生什么样的影响作用带来很多麻烦，这也是现阶段为什么针对不同的集料进行了不同的研究，但却一直不能达到一致认同的最关键因素。

4 水灰比对砼的耐久性性能产生的影响

砼在外界长久的具备经久耐用的性质就叫做砼的耐久性，它包括了抗冻、抗蚀、抗渗、抗碳化的能力等。砼密实度和砼耐久性具有很密切的关系，而影响砼的密实度很重要的一个因素就是水灰比。

砼抵挡压力水或者其他的流体的渗透性能就叫做砼抗渗性。渗透系数可反映渗透的性能好坏。渗透的系数越小，砼抗渗透性能就越好。对水化程度相同的水化石，决定渗透性的就是水灰比，因为当水灰比比较大的时候，水泥在水化的时候会留下很多的毛细孔，在低水灰比水泥石里，毛细孔被凝胶体分隔或填充。

砼抵抗住冻融发生循环作用的能力就是砼抗冻性。砼孔隙里面的水结成冰，体积发生膨胀致使砼开裂产生破坏就是砼冻害。砼水灰比越大，产生的孔隙率就越大，填充的水分就可能很多，这样对抗冻性就会非常的不利。

砼如果不密实，外部的介质就会通过毛细管道路以及内部的孔隙侵入硬化的水泥浆里面发生化学反应产生砼腐蚀现象。这样可以产生物质，这种物质易溶于水，或者产生不同的化合物，体积也就随之发生膨胀，砼随着也就发生破坏。水灰的比值是孔隙的特征及砼密实度受到影响最主要的因素。

除此之外，水灰比还严重的影响砼碳化速率，砼的碳化可产生致密的附着表面的方解石的微结晶层，这样可以增加砼的抗压性能，从这点看砼的碳化应该是有利的。但是随着砼的碳化的进行，PH值会变小，当PH的值低于10的时候，水泥浆会发生碳化，钢筋就会锈蚀，强度就会降低，生了锈的钢筋，体积自然就会变大，砼的保护层就容易引起破坏，从这点看，砼的碳化又是有害的。随着水灰比的增加，砼碳化速率是跟着加快的，原因就是当水灰比开始增加的时候，形成毛细孔的结构更多，砼碳化的速率加快。

以上可以看出，在确保要求的坍落度前提下，要尽量减小水灰比值，这样砼的耐久性才会更持久。

5 外加剂对砼性能的影响

将胶结材料（有机的、无机的以及有机无机复合的）、颗粒状的集料及一定的情况下加入矿物的掺合料及化学的外加剂组分组成混合料，经过硬化的形成具堆聚结构类型的复合结构材料被称为混凝土，简写成砼。砼的外加剂是在砼搅拌前或者搅拌中加入用来改善硬化砼及新拌砼性能的某些材料。掺量一般都是很小，却能提升砼的耐久性以及强度，减少水泥的用量，减小了建筑物的尺寸长度，进而达到改善环境、节约能耗的作用。

6 试验方法及配合比，以及水泥中碱量的测定、水泥性能和混凝土的性能检测

用硅灰和沸石复合作用而成的水泥混合材，用透气的方法可测出磨细沸石的比的表面积是 600 平方米每千克。试验的方法是采用快速砂浆棒法，这是一种很好的评价碱集料反应的抑制效果方法，试件的配制应该选用百分之二十的永定河的活性集料以及百分之八十的由标准砂所组成的集料，永定河的集料粒径为 0.3 至 0.6 毫米时，配制出试件具有最大的膨胀率，故应该选用这样的集料。成型后的水泥应该带模在标准的养护箱里养护一天，脱模并且测出原始的长度，随后放在水温八十度的水里养护一天，水和试件的体积比是四比一，从水里取出试件迅速测长度，此时测出的就是基准长度。然后再将试件放入 80 度的水温以及 1M 氢氧化钠溶液里面养护 14 天，碱液和试件的体积比也是四比一，在一定的龄期，去测定试件的长度以及计算其膨胀率。

水泥里的碱的种类可分为三种：可溶性碱、有效碱及总碱量。用酸溶法可测定总的碱量，这种测出的是水泥里所有碱总的数量。把水泥全部放入水中，经过充分的搅拌，能够溶出的碱就是可溶性碱，又称为水溶性碱。当水泥硬化了以后，存在硬化水泥浆里面孔溶洞里的碱才叫有效碱。大量的试验及实践证明，孔溶液里碱的含量高低 AAR 膨胀反应有密切的关系，若能降低孔溶液里面碱的含量就能抑制 AAR 的发生，进而影响到砼的性能。

通过大量试验显示，加入硅灰及沸石粉，水泥比的表面积会相应增加，水泥安定性都合格， 凝结的时间也正常，只是标准的稠度 用水量稍微有些增加，抗折的强度会稍微降低，抗压的强度会明显的提高，这就说明了，加入硅灰及沸石对于水泥的物理性能的各项指标没有什么不好的影响作用。

新拌的混凝土主要就是检查坍落度以及粘聚性这两个指标，大量试验表明，在具有一样的配合比的前提下，掺硅灰以及沸石的由水泥配备的混凝土，坍落度有所增加，并且粘聚性能非常的好，混凝土的强度也不同程度的有所提高。

7 结语

高碱的水泥，可造成砼的坍落度的损失加快、减水剂减水率也有所降低，并且还增加了外加剂适应水泥的难度，用硅灰及沸石复合而成的水泥混合材，能够有效的降低水泥孔溶洞里有效碱量以及水泥里可溶性的碱量，抑制了碱-集料反应膨胀造成的破坏性。硅灰及沸石对砼的性能没有不好的影响，关键就是高碱会对砼性能造成影响。所以在使用高碱水泥配制砼的时候应该先加入外加剂做水泥适应性的试验，适应之后才能使用。于此同时，采取预防抑制碱-集料反应有限措施辅助进行。

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