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技術 | 低熱低堿商品混凝土專用水泥P·O 42.5研發及生產實踐

發布時間：2024-11-11

0　引言

商品混凝土亦稱預拌混凝土，是指預先拌好的質量合格的混凝土拌和物，以商品的形式出售給施工單位，并運到施工現場進行澆筑的混凝土拌和物。隨著預拌商品混凝土的發展，混凝土裂縫成為引起預拌混凝土企業質量投訴的主要問題之一。產生混凝土裂縫原因比較復雜，混凝土原材料、配合比、土建施工、養護等因素一個或多個不當造成。本文研究改進水泥性能，制造低熱低堿商品混凝土專用水泥P·O 42.5（以下簡稱專用水泥）用于混凝土使用，以減少混凝土裂縫的發生。

1　水泥水化熱高、堿含量高對混凝土的影響

水泥水化熱高會引起混凝土1~10 d期間開裂，水泥堿含量高則會加速混凝土早期開裂，并且發生堿集料反應引起混凝土2~20年中后期開裂。混凝土的早期開裂，有人認為是1 d內的開裂，有人認為是3 d內的開裂，但認為1 d內的開裂者居多。大多數學者認為，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系，不符合工程的實際情況。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下的開裂性能，比較符合工程實際。黃士元從混凝土最早期的力學性能分析了早期裂縫的成因。他認為，對受約束的混凝土，其開裂條件為：ε=Rp/E>εL 式中：ε為混凝土的應變；Rp為混凝土的抗拉強度；E為混凝土的彈性模量；εL為混凝土的極限應變。即當混凝土所產生的應變ε大于它的極限應變εL時，混凝土就產生開裂。他認為，表征混凝土開裂參數不是收縮值，而是極限抗拉應變值。

溫度應力是目前預拌混凝土早期開裂的一個很重要的因素。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。從減少混凝土早期溫度應變出發，應盡量減少水泥水化熱，國內外混凝土專家要求混凝土1 d抗壓強度不大于12 MPa，或12 h抗壓強度不大于6 MPa，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。

近年來混凝土開裂現象日趨嚴重，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。對于導致現代混凝土開裂的原因，除了現代混凝土技術所采用的減水劑、低水膠比和低骨膠比以及施工管理的原因外，就是水泥品質的影響。經研究表明水泥的高堿含量、熟料中的高C3A含量和C3S含量、高細化是導致現代混凝土早期開裂增加的主要因素。

堿-骨料反應是指混凝土液相中的堿與活性骨料發生反應，生成了堿-硅酸凝膠或其他可以引起膨脹的產物，產物在有水或者潮濕的環境下吸水膨脹，使混凝土內部產生較大的應力，嚴重時引起開裂。堿-骨料反應的潛伏期普遍較長，一般為幾年到幾十年之間，而且反應一旦發生，幾乎沒有修護的方法，因此被稱作混凝土的“癌癥”，嚴重影響混凝土結構耐久性。

2　專用水泥內控質量標準

以減少混凝土開裂、提高混凝土建筑結構物耐久性為目的，結合安福南方原材料、裝備、生產技術等因素，經過一年多的試驗研究，制定了安福南方低熱低堿商品混凝土專用水泥P·O 42.5質量內控標準，見表1。

表1　低熱低堿商品混凝土專用水泥P·O 42.5質量內控指標

3　商品混凝土專用水泥生產

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含量比通常企業熟料降低30%以上，該熟料水化熱低。水泥熟料中的堿主要來源于石灰石、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。