砼的裂缝与水泥性能的关系

刘卫亚/新疆天山水泥股份有限公司



砼的裂缝与水泥性能的关系

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【摘 要】砼是由胶凝材料、水和粗、细骨料按适当比例配合、拌制成拌合物，经一定时间硬化而成的人造石材，是一种非均质脆性材料。由于砼施工和本身变形、约束等一系列问题，硬化成型的砼中存在着众多的微孔隙，气穴和微裂缝，所以建筑结构产生裂缝是很普遍的现象，从理论上说，砼结构尤其是受弯构件总是带裂缝工作的，在使用荷载不大的情况下，没有裂缝或这类结构性裂缝非常细微，不易被肉眼所察觉。但在现实的建筑中，只要仔细观察不难发现，普遍的砼结构又一般都是带裂缝受力工作的，随着裂缝的发展变化，结构构件的耐久性和适用性会不同程度的降低，严重的甚至会导致结构构件超过正常使用极限状态而破坏。

【关键词】裂缝；水泥性能

常见裂缝原因分析：人为因素：设计考虑不周、材料使用不当、施工方法不规范；客观原因：砼收缩（砼浇筑以后即开始产生一系列的收缩：泌水收缩、干燥收缩、化学减缩，这些收缩如果发生在砼硬化之前，会因砼的徐变而将应变松弛；如果发生在砼初凝以后，则成为产生裂缝的因素。同时，与上述这些收缩同时作用的是，砼早期的水化热引起的温升，造成的表面（外部）与内部存在温度梯度导致的温度应力等等。

水泥安定性不良

1.典型现象

典型的水泥安定性不良，有一个明显发生体积膨胀的中心区域，以中心区域为圆心，裂缝呈同心圆状。水泥安定性不良裂缝不会沿某一个方向延伸发展，裂缝长度一般不超过10cm。

2.常见原因

由于f-cao、方镁石、过量石膏这些发生体积膨胀化学反应的物质所导致的砼裂缝宽度、深度不定。

2.1水泥中f-cao含量偏高，水泥安定性不良。原因一：是熟料中的f-cao偏高；一种少见的情况是水泥中添加了较多高钙粉煤灰。

2.2水泥中MgO含量超过5%，SO3含量超过4%。

2.3砼裂缝无论出现的时机如何，其原因皆为早期砼浆体硬化后产生的内应力因为受到约束无法释放。大部分后期裂缝的产生也因为早期内应力的积聚或早期已经产生了可见和不可见的裂缝

影响砼开裂的因素，涉及水泥的有4高：高R2O、高C3S、高C3A、高SO3。实际中还有水泥过细的不利影响。

水泥的抗裂性能目前还没有比较全面、可靠的检验方法，砼的开裂与水泥性能的关系大部分是定性的分析结果

1）水泥的水化热。水泥的水化热特别是早期水化热高是引起砼裂缝的来自水泥主要原因。主要熟料矿物的水化热见表1。水泥的水化热与熟料的矿物组成、水泥细度、水泥中碱含量、混合材料掺量有关。将中热水泥用于普通砼工程，产生裂缝的危险显著减小。

2）早期水化速率。水泥早期水化速率快，容易出现裂纹。过高的比表面积、碱含量（特别是可溶性碱）可以提高水泥的早期水化速率，但砼出现裂纹的危险性增加。通过掺入细度明显小于水泥的混合材料来改善水泥粒度分布，减低颗粒堆积的空隙率，可以明显提高早期强度。这种提高主要依赖的是物理的因素，水泥的水化热可以几乎保持不变，砼的开裂危险性没有增加。

3）碱含量。水泥的碱含量对于混凝土的开裂非常敏感，当水泥碱含量大于0.7%即显著增加混凝土开裂危险。其原因，一方面碱可以加速水泥的早期水化，加大水泥化学减缩；另一方面，碱使得水泥的水化产物C-H-S凝胶结构疏松，抗裂性差。

4）水泥中的细颗粒含量。水泥中的细颗粒（小于10μ m）可以明显增加砼开裂的危险性。比表面积对水泥的细颗粒比较敏感，可以用来表征水泥中细颗粒含量。

5）水泥的化学减缩。水泥化学减缩的产生与外界湿度变化无关，与熟料矿物组成、水泥细度、碱含量有关。是指水化产物的绝对体积小于水化前水泥和水的总体积。化学减缩是通用水泥固有的性质，但不同的水泥收缩率不同。主要熟料矿物的收缩率见表2。

6）水泥的早期强度。砼的开裂是由于砼的拉应力大于砼的抗拉强度，因此有一种观点认为提高水泥的强度有助于提高抗裂性。

事实正好相反，从实际工程的角度表征早期(也包括后期)砼易开裂性的最佳指标是砼的24h抗压强度值，这个值与收缩、弹模、极限拉应变、徐变度都密切相关。24h抗压强度越小，则早期收缩、弹模也越小，而徐变则较大，均有利于减小早期开裂风险。因此24h抗压强度可以看作是评价早期易开裂性的一个综合指标，对后期开裂性也应有重要参考意义。

24h抗压强度与开裂概率(风险)的关系曲线见右图。试验数据经回归得到的曲线拐点的24h抗压强度值大致在12MPa左右。美国和德国的一些作者建议用12h强度作为控制值，要求12h抗压强度不超过6MPa。虽然离开水灰比难以确定水泥强度与砼强度的关系，但是至少可以确定一个定性的趋势，即早期强度越高的水泥越容易开裂。建议42.5R水泥1d抗压强度最好不大于15.0MPa。

7）石膏的种类与掺量。我国水泥中石膏掺量多数是根据SO3－强度曲线确定的，没有考虑石膏对水泥的抗裂性、减水剂相容性的影响。从水泥的抗裂性、减水剂相容性的角度考虑，现在水泥的SO3含量（约2%左右）偏低。

8）夏季出厂水泥温度。夏季出厂水泥温度较高会提高砼的入模温度。较高的砼入模温度会提高水泥的早期水化速率。夏季砼的入模温度控制在30℃－35℃以下，是一个非常勉强的指标，但实际上由于水泥温度偏高，砼的出盘温度连这个非常勉强的要求也难以达到。如果水泥厂在夏季将水泥温度降至55℃－65℃，情况会大为好转。