[ 應(yīng)用實例 1]
混凝土外加劑與水泥適應(yīng)性
1 、前言
隨著現(xiàn)代建筑技術(shù)的不斷發(fā)展，特別是預(yù)拌混凝土的不斷商品化，對混凝土的技術(shù)要求也越來越高，已不僅僅是滿足于達到設(shè)計強度即可，而是必須滿足環(huán)保性、安全性、耐久性以及工程的一些特殊要求，如：抗?jié)B、抗凍、防輻射、自密實等。這就使得混凝土的攪拌生產(chǎn)適應(yīng)不了現(xiàn)代生產(chǎn)技術(shù)的發(fā)展需要。在這種情況下，各種摻合料及以減水和緩凝為主要組分配制的混凝土外加劑已經(jīng)成為現(xiàn)代混凝土中不可缺少的組分。 ( 本文以后提到的外加劑均指減水和緩凝型外加劑 )
我們都知道，混凝土外加劑能改善新拌混凝土的工作性能，從而提高混凝土質(zhì)量及滿足某些復(fù)雜構(gòu)件及特殊環(huán)境對混凝土的要求，同時也能節(jié)約水泥，降低成本，加快施工速度。化學外加劑和礦物摻合料的發(fā)展為預(yù)拌混凝土的生產(chǎn)和應(yīng)用提供了必要的技術(shù)保障。
混凝土外加劑即指在混凝土、砂漿和凈漿的制備過程中，摻入少量 ( 不超過水泥用量的 5 ％ ) 的能對混凝土、砂漿或凈漿改變性能的—種產(chǎn)品。
盡管在現(xiàn)代混凝土中已廣泛應(yīng)用混凝土外加劑，但就我國現(xiàn)狀而言，各地區(qū)的經(jīng)濟、技術(shù)發(fā)展不均衡，預(yù)拌混凝土步伐和對混凝土技術(shù)水平的認識差別很大，因此在實際生產(chǎn)過程中—直存在著外加劑與水泥不適應(yīng)的問題。我們可以這樣理解混凝土外加劑與水泥的適應(yīng)性的概念：按照混凝土外加劑應(yīng)用技術(shù)規(guī)范，將經(jīng)檢驗符合有關(guān)標準的某種外加劑摻加到按規(guī)定可以使用該品種外加劑的水泥所配制的混凝土 ( 或砂漿 ) 中，若能夠產(chǎn)生應(yīng)有的效果，就認為該水泥與這種外加劑足適應(yīng)的；相反，如果不能產(chǎn)生應(yīng)有的效果，就認為該水泥與這種外加劑不適應(yīng)。在實際工程中因外加劑與水泥不適應(yīng)帶來的技術(shù)難題和質(zhì)量事故也較為普遍，因此在混凝上的技術(shù)發(fā)展過程中首先應(yīng)解決混凝上外加劑與水泥適應(yīng)性的問題。
2 、混凝土外加劑與水泥適應(yīng)性分析
混凝土外加劑與水泥不適應(yīng)主要表現(xiàn)在以下幾個方面：新拌混凝土的和易性 ( 流動性、保水性、粘聚性 ) 差，不能滿足工作要求，坍落度經(jīng)時損失大；混凝土出現(xiàn)速凝、假凝或過度緩凝。所有這些現(xiàn)象均會對混凝土的質(zhì)量及正常生產(chǎn)產(chǎn)生較為嚴重的影響。
外加劑與水泥的作用機理為：水泥粒子對外加劑具有吸附作用以及外加劑對水泥具有分散作用。水泥加水轉(zhuǎn)變成水泥漿后形成一種絮凝狀結(jié)構(gòu)，當外加劑分子被漿體中的水泥粒子吸附，即在其表面形成擴散雙電層，成為一個個極性分子或分子團，憎水端吸附于水泥顆粒表面而親水端朝向水溶液，形成單分子層或多分子層的吸附膜。這就降低了水的表面張力釋放出絮凝體中被包裹的水分子。同時，出于表面活性劑的定向吸附，使水泥顆粒朝外一側(cè)帶有同種電荷，產(chǎn)生了相斥作用。其結(jié)果使水泥漿體形成一種不很穩(wěn)定的懸浮狀態(tài)。同時使水泥顆粒表面具有潤滑作用：外加劑的極性親水端朝向水溶液，多以氫鍵形式與水分子締合，再加上水分子之間的氫鍵締合，構(gòu)成了水泥微粒表面的一層水膜，阻止水泥顆粒間的直接接觸，起到潤滑作用。因此分析外加劑與水泥適應(yīng)性可以從“分散”和“吸附”考慮。
2 ． 1 外加劑自身特性對水泥塑化效果的影響 ( 分散作用 )
混凝土外加劑主要有木質(zhì)素磺酸鹽 ( 簡稱木鈣 ) 、萘系、密胺和聚羧酸鹽高效外加劑。從外加劑的組成上分析，外加劑分子是由極性的親水官能團 (SO 3 H 、 COOH) 和非極性的憎水基兩部分組成。含有 SO 3 H 官能閉的外加劑具有顯著的坍落度保持值、適宜的引氣性和減水率；含 COOH 則具有緩凝保坍性能。在所有的高性能外加劑中，不是含 SO 3 H ，就是含有 COOH ，或者同時有之。 SO 3 H 、 COOH 官能團主宰著外加劑的關(guān)鍵性能，并反映出該外加劑所起的主要作用，因此外加劑也可以分成：磺酸、羧酸及磺酸—羧酸：三大系列，它們對水泥的分散作用取決于分子特性、聚合性質(zhì) ( 碳鏈、碳環(huán)或雜環(huán)甚至還含有 NH 、 OH 等極性基 ) 。高效外加劑的品種從總產(chǎn)量來看， 90 ％以上是萘系外加劑。目前萘系外加劑由于其原料供應(yīng)充分，價格也較為適中，預(yù)計在今后一段時間內(nèi)，仍將成為我國高效外加劑的主要品種。就萘系外加劑自身的特性來講，它屬于磺酸類外加劑，影響其對水泥塑化效果的因素有：磺化度、平均分子量、分子量分布及聚合性質(zhì)。實驗表明：萘系外加劑在合成時的磺化越完全，則轉(zhuǎn)化帶有磺酸性的萘環(huán)就越多，對水泥的分散作用也越強；分子量的大小 ( 也即聚合度大小 ) 對其塑化效果的影響非常顯著，當聚合度為 10 左右時塑化效果最理想；聚合性質(zhì)自接關(guān)系到親水官能團 (SO 3 H) ，和非極性的憎水基的組成，對水泥塑化效果影響也非常顯著。
表 1 中的兩組數(shù)據(jù)是兩種不同的外加劑與兩種不同的水泥的適應(yīng)性交叉試驗。工程名稱：浙江清華長三角研究院創(chuàng)業(yè)大廈 A 段樓面；混凝土： C35 。
( 水泥： 1 — 6 湖州達強 P.O.42.5 ， I — Ⅵ浙江桐星 P.O.42.5 ；外加劑：杭構(gòu) SP403 ，湖州大東吳 JH — 2 ；粉煤灰：嘉興電廠Ⅱ；石：中石（ 5 － 25 ）；砂：中砂（ M X =2.6 ）；水：自來水。 )
表 1 外加劑與二種水泥的適應(yīng)性試驗
|
編號 |
配合比（㎏ /m 3 ） |
實測坍落度（㎜） |
坍落度損失值（㎜） |
結(jié)論 |
|
水泥 |
粉煤灰 |
礦粉 |
石 |
砂 |
水 |
外加劑 |
1h |
2h |
4h |
|
1 |
330 |
80 |
40 |
1120 |
660 |
190 |
5.1(SP403) |
180 |
10 |
30 |
60 |
適應(yīng) |
|
2 |
330 |
80 |
40 |
1129 |
658 |
183 |
6.4(SP403) |
190 |
10 |
30 |
55 |
適應(yīng) |
|
3 |
330 |
80 |
40 |
1137 |
657 |
176 |
7.7(SP403) |
185 |
5 |
20 |
55 |
適應(yīng) |
|
4 |
330 |
80 |
40 |
1120 |
660 |
190 |
5.1(J H － 2) |
180 |
10 |
30 |
55 |
適應(yīng) |
|
5 |
330 |
80 |
40 |
1129 |
658 |
183 |
6.4(J H － 2) |
195 |
10 |
25 |
55 |
適應(yīng) |
|
6 |
330 |
80 |
40 |
1137 |
657 |
176 |
7.7(J H － 2) |
195 |
10 |
25 |
50 |
適應(yīng) |
|
Ⅰ |
330 |
80 |
40 |
1120 |
660 |
190 |
5.1(SP403) |
175 |
10 |
35 |
60 |
適應(yīng) |
|
Ⅱ |
330 |
80 |
40 |
1129 |
658 |
183 |
6.4(SP403) |
175 |
10 |
30 |
60 |
適應(yīng) |
|
Ⅲ |
330 |
80 |
40 |
1137 |
657 |
176 |
7.7(SP403) |
185 |
5 |
30 |
50 |
適應(yīng) |
|
Ⅳ |
330 |
80 |
40 |
1120 |
660 |
190 |
5.1(J H － 2) |
180 |
100 |
180 |
— |
不適應(yīng) |
|
Ⅴ |
330 |
80 |
40 |
1129 |
658 |
183 |
6.4(J H － 2) |
180 |
80 |
180 |
— |
不適應(yīng) |
|
Ⅵ |
330 |
80 |
40 |
1137 |
657 |
176 |
7.7(J H － 2) |
185 |
80 |
185 |
— |
不適應(yīng) |
試驗表明， SP403 對兩種水泥的適應(yīng)性均較好，而 JH — 2 對達強水泥的適應(yīng)性較好對桐星水泥的適應(yīng)性較差。對桐星水泥進行化學分析，發(fā)現(xiàn)水泥中摻加了一種鐵礦渣 ( 后經(jīng)水泥廠證實 ) ，它對 TH — 2 產(chǎn)生強烈的吸附作用， TH — 2 是低鈉型萘磺酸鹽改性復(fù)合產(chǎn)品，是以磺酸為主導的親水官能團和以脂肪酸得來的直鏈烷基為主導的憎水基聚合而成。根據(jù)這一信息對 TH — 2 進行配方調(diào)整，調(diào)整后的 TH — 2 對桐星水泥的適應(yīng)性較好，在工程的實際使用中混凝土的流動性、保水性等各項指標均滿足工程要求，混凝土 3 天平均強度已達 73 ％， 28 天平均強度達到 138 ％。實例說明，單憑外加劑本身我們難以評價其好壞，關(guān)鍵是要先做適應(yīng)性試驗，然后在工程上應(yīng)用。
2 ． 2 水泥特性對減水劑塑化效果的影響 ( 吸附作用 )
在混凝土外加劑和礦物摻合料方面我國已制定了較齊全的標準和規(guī)范，有些地區(qū)也制定廠相應(yīng)的地方標準。但我國混凝土外加劑廠有 500 家以上，水泥，生產(chǎn)廠家更是超過 2000 家，生產(chǎn)質(zhì)量不穩(wěn)定。在不同廠家生產(chǎn)的水泥中，熟料的礦物組成、水泥中石膏形態(tài)和摻量、水泥堿含量、水泥細度、摻合料種類及摻雖、水泥新鮮程度和溫度都對混凝土外加劑與水泥的適應(yīng)性產(chǎn)生較大的影響。
2 ． 2 ． 1 水泥熟料礦物組成的影響
硅酸鹽水泥是建筑：工程中最常用的水泥，它由硅酸鹽水泥熟料、石膏調(diào)凝劑和混合材料三部分組成。硅酸鹽水泥熟料主要由硅酸三鈣 (C 3 S) 、硅酸二鈣 (C 2 S) 、鋁酸三鈣 (C 3 A ) 和鐵鋁酸四鈣 (C 4 AF) 組成，它們對混凝土外加劑的吸附能力，對于混凝土的流動性及強度增長都有很大的影響。其吸附混凝上外加劑能力的順序為： C 3 A >C 4 AF> C 3 S > C 2 S 。總的來說鋁酸鹽 (C 3 A ， C 4 AF) 在水化初期其動電位呈正值，對外加劑分子 ( 陰離子表面活性劑 ) 吸附較強，而 C 3 S ， C 2 S 在水化初期其動電位呈負值，因此吸附外加劑的能力較弱。所以，在混凝土外加劑摻量相同的情況下， C 3 A 和 C 4 AF 含量高的水泥漿體中，混凝土外加劑的分散效果就較差，混凝土單方用水量大幅增加，坍落度損失加快。水泥熟料礦物組成的變化將對外加劑的作用效果產(chǎn)生很大的影響。
2 ． 2 ． 2 水泥中石膏形態(tài)和摻量的影響
石膏在水泥生產(chǎn)中用于調(diào)節(jié)水泥凝結(jié)時間，常采用天然的或合成 CaSO 4 · 2H 2 O ，石膏摻量控制在 1.3 ％～ 2.5 ％ ( 以 SO 3 ％計 ) 。但如果石膏摻量不夠或細度不夠會使石膏不能充分溶解，當溶解度含量小于 1.3 ％時，不能阻止水泥快凝，則容易產(chǎn)生速凝的現(xiàn)象，但如果溶解度含量大于 2.5 ％時，凝結(jié)時間的增長也很少。而在混凝土中， CaSO 4 · 2H 2 O 的調(diào)凝效果優(yōu)， CaSO 4 · 1/2H 2 O ，但在水泥的生產(chǎn)過程中，石膏與熟料的粉磨溫度通常較高，使二水石膏脫水成半水石膏再脫水成硬石膏，從而影響了石膏的調(diào)凝效果。另外有些水泥廠為廠節(jié)約成本，采用無水石膏代替， CaSO 4 · 2H 2 O ，這種水泥在碰到以木鈣和糖鈣為主要成分的外加劑時會表現(xiàn)出嚴重的不適應(yīng)性，因為對木鈣和糖鈣的吸附能力為 CaSO 4 > CaSO 4 · 1/2H 2 O > CaSO 4 · 2H 2 O 因此在無水石；特表面會大量吸附木鈣、糖鈣分子，被吸附膜層嚴密的包圍起來無法溶出為水泥漿體系統(tǒng)提供必要的 SO 造成 C 3 A 大量水化，形成大量水化鋁酸鈣結(jié)晶體并相互連接。這一結(jié)果輕者導致混凝土坍落度損失過快，嚴重者將導致混凝土異常快凝。因而石膏的成分、溶解度含量直接影響混凝土的凝結(jié)時間，也影響混凝土外加劑與水泥的適應(yīng)性。
2 ． 2 ． 3 水泥堿含量的影響
水泥中堿含量主要來源于生產(chǎn)所用的原材料，是按 Na 2 O+0.658K 2 O 計算的重量百分率來表示。水泥中過量的堿會和集料中的活性物質(zhì) SiO 2 反應(yīng)，生成膨脹性的堿硅酸鹽凝膠，一方面會導致混凝土開裂，另——方面堿含量的增大降低了外加劑對水泥漿體的塑化作用，使水泥漿體流動性損失加快，凝結(jié)時間急劇縮短，減弱了高效外加劑的作用。但當可溶性堿的含量過低時，不僅在外加劑劑量不足時坍落度損失較快，而且當劑量稍高于飽和點時，會出現(xiàn)嚴重的離析與泌水。大量實驗數(shù)據(jù)表明，堿含量在 0.4 ％～ 0.8 ％以內(nèi)時，其對外加劑與水泥的適應(yīng)性影響很小，而在國家標準中，低堿水泥的堿含量不得大于 0.6 ％，因此為了使外加劑與水泥的適應(yīng)性較好，堿含量宜控制在 0.4 ％～ 0.6 ％。
2 ． 2 ． 4 水泥細度的影響
圖 1 取自嘉興某水泥熟料與 CaSO 4 · 2H 2 O 的配料進行粉磨后的試驗結(jié)果。
圖 1 水泥細度對外加劑塑化效果的影響
試驗表明：隨著水泥細度的增加，外加劑塑化效果下降。在水泥生產(chǎn)過程中，許多廠家為了滿足強度的要求，一味地提高水泥的細度。細度越小比表面積越大，而水泥對外加劑的吸附性隨比表面積的增加而增加，在相同的外加劑摻量下，水泥的需水量隨比表面積的增大而增大，同樣混凝土坍落度損失也隨比表面積的增大而加快，所以，本來在一定摻量下表現(xiàn)為適應(yīng)的外加劑在水泥細度的提高下會表現(xiàn)出不適應(yīng)現(xiàn)象。
2 ． 2 ． 5 摻合料種類及摻量的影響
在水泥及混凝土的生產(chǎn)過程中，均摻有一定量的摻合料，如礦渣粉、粉煤灰等。由于這些摻合料的品質(zhì)及摻量的不同，對混凝土外加劑的作用效果也會產(chǎn)生一定的影響。例如，單摻一定量的粉煤灰，由于粉煤灰中富含的球狀玻璃體對漿體起到“滾珠軸承作用”，隨著摻量的增加混凝土流動性增加，外加劑的適應(yīng)性表現(xiàn)較好。另外由于粉煤灰中的碳會吸附較多的外加劑而使混凝土坍落度下降，因此，當粉煤灰摻量一定時， I 級粉煤灰燒失量較小 ( 含碳量低 ) ，對外加劑的適應(yīng)性表現(xiàn)較好，而Ⅱ、Ⅲ級粉煤灰燒失量大 ( 含碳量高 ) ，對外加劑的適應(yīng)性表現(xiàn)就差。單摻礦粉對外加劑的適應(yīng)性與粉煤灰相似但沒有粉煤灰表現(xiàn)得這么明顯。由于礦粉的粒徑比水泥小，從而產(chǎn)生“微集料效應(yīng)”，填充了水泥顆粒間的空隙，使水泥顆粒間水分得到釋放，提高了混凝土的流動性。但摻量超過—定量時，隨著比表面積的增加會表現(xiàn)出坍落度損失加快等不適應(yīng)現(xiàn)象。而當粉煤灰和礦粉以一定比例摻加到混凝土中去時，二者的作用可互相促進。試驗表明，雙摻 40 ％，礦粉：粉煤灰＝ 2 ： 1 時最佳，此時表現(xiàn)出的混凝土與外加劑的適應(yīng)性最好。
2 ． 2 ． 6 水泥新鮮程度、溫度的影響
由于粉磨時會產(chǎn)生電荷，新鮮的水泥出磨時間短，顆粒間相互吸附凝聚的能力強，正電性強，吸附陰離子表面活性劑多，因此表現(xiàn)出外加劑減水率低，混凝土坍落度損失快的現(xiàn)象，因此新鮮水泥與外加劑的適應(yīng)性差。另一方面剛磨出來的水泥溫度很高，當水泥溫度小于 7 0 ℃ 時對外加劑的塑化效果影響不大，當水泥溫度超過 8 0 ℃ 時對外加劑的塑化效果降低明顯，當水泥溫度更高時，可能會造成 CaSO 4 · 2H 2 O 脫水變成無水石膏，需水量及外加劑吸附量明顯增大，坍落度損失也會明顯加快，使外加劑適應(yīng)性明顯變差。
3 、結(jié)束語
綜上所述，混凝土外加劑對水泥的擴散作用和水泥對外加劑的吸附作用是影響水泥與外加劑適應(yīng)性的兩大關(guān)鍵因素，為了使外加劑與水泥達到最佳適應(yīng)度，對水泥和外加劑做適應(yīng)性試驗和化學分析是非常必要的。
[ 應(yīng)用實例 2]
水泥品質(zhì)對預(yù)拌混凝土的影響
水泥和預(yù)拌混凝土是由兩個完全獨立的生產(chǎn)者分別提供的產(chǎn)品，水泥又是預(yù)拌混凝土的原材料。它們都要執(zhí)行國家相關(guān)標準。由于生產(chǎn)者們難以完全溝通，以至于對各自的產(chǎn)品質(zhì)量有相當?shù)母糸u，甚至互相誤導。他們都以強度為第一需求，其結(jié)果是高強、早強水泥更受歡迎，從而高鈣、高鋁、高比表面積的水泥應(yīng)運而生。然而，預(yù)拌混凝土的水化熱越來越大，抗裂性、抗腐蝕性越來越差，混凝土強度的后期增長緩慢甚至倒縮，從而嚴重地影響了混凝土結(jié)構(gòu)抵抗環(huán)境作用的耐久性能。
面對可持續(xù)發(fā)展的挑戰(zhàn)，水泥和混凝土生產(chǎn)者雙方能否轉(zhuǎn)變思維方式和傳統(tǒng)觀念，互相溝通、互相了解、互相支持、共同前進，這關(guān)系到我國工程建設(shè)的百年大計。
本文主要從水泥的強度、三氧化硫含量、細度、凝結(jié)時間和影響水泥強度的水泥熟料礦物質(zhì)組成成分的波動，探討對預(yù)拌混凝土的影響。
一、水泥的特性和現(xiàn)狀
( 一 ) 水泥的特性
硅酸鹽水泥和普通硅酸鹽水泥國家標準 (GBl75 — 1999) 技術(shù)要求共有 9 項，其中：不溶物、燒失量、氧化鎂三項指標，在控制上，應(yīng)該是越低越好；安定性和堿含量兩項指標，應(yīng)該合格；強度指標應(yīng)該在標準值以上，盡量減少各批號之間的強度差別和標準偏差，并確保有足夠的富余強度；三氧化硫、細度和凝結(jié)時間三項指標，要求比較靈活，控制的“技術(shù)含量”較高。它們一方面要符合標準要求，即水泥中三氧化硫的含量不得超過 3.5 ％，硅酸鹽水泥比表面積大于 300m 2 /kg( 普通水泥 80μm 孔篩篩余不得超過 10.0 ％ ) ，凝結(jié)時間不得遲于 6 ． 5h( 硅酸鹽水泥 ) 或 10h( 普通硅酸鹽水泥 ) ；一方面要充分考慮混凝土生產(chǎn)的要求。符合標準要求，只能說是合格產(chǎn)品；符合混凝土生產(chǎn)的要求，才是好水泥。
( 二 ) 水泥的現(xiàn)狀
水泥作為一種工業(yè)產(chǎn)品，為了追求自身的“高質(zhì)量”，在符合“國際”的前提下，—般采取“高強”和“早強”的工藝措施。“高強”的措施主要有：提高水泥熟料中 C 3 S 的比例，但其難度是熟料難以燒制，并容易出現(xiàn)不利水泥安定性的 fCaO 。“早強”的措施主要有：提高水泥熟料中 C 3 S 和 C 3 A 的比例，提高水泥的細度。“早強”水泥由于早期強度發(fā)揮快，對施工進度是有利的，在一段時期內(nèi)深受廣大用戶的歡迎。但同時也存在著嚴重的缺陷：混凝土水化熱高，且有浮漿現(xiàn)象，后期強度增長率低。高水化熱和水泥浮漿不利于施工，尤其是大體積工程的施工，同時由于該混凝土的膨脹和收縮率高，是出現(xiàn)混凝土裂縫的主要原因，不利于工程的質(zhì)量；后期強度增長率低甚至倒縮，對工程的質(zhì)量更是不利。另外，水泥生產(chǎn)者無法提供水泥在混凝土中與外加劑的相容性，出廠水泥 ( 尤其是散裝水泥 ) 溫度太高一一對混凝土的拌制和混凝土結(jié)構(gòu)的溫度應(yīng)力控制有不良的影響等，都是存在的問題。
二、預(yù)拌混凝土的特性及其存在的問題
( 一 ) 特性
高效減水劑等外加劑的使用，大大改變了預(yù)拌混凝土的配制、性能和生產(chǎn)工藝，它使混凝土能在低水灰比下，達到比水泥強度高得多的強度 ( 如 C100 以上高強混凝土已成為可能 ) ，而施工性能卻很好，改變了傳統(tǒng)混凝土的強度不能高于水泥強度而依賴于水泥強度的規(guī)律。水泥強度對混凝土的強度不再起主導作用，水泥的性質(zhì)也不再代表混凝土的性質(zhì)。預(yù)拌混凝土有如下特性：
1 ．預(yù)拌混凝土是一種產(chǎn)品，也是建筑工程的材料，它必須按國家標準要求，進行工廠化集中生產(chǎn)，并在規(guī)定時間內(nèi)，由專用運輸車輸送到施工現(xiàn)場，經(jīng)驗收合格，才準予澆筑施工。
2 ．使用外加劑，而不完全依靠水泥的特性進行混凝土改性，已越來越普遍。特別是摻加高效減水劑，能大大改善混凝土的流動性；摻加增強劑，能有效提高混凝土的強度；摻加抗?jié)B劑，能有效提高混凝土的抗?jié)B性能。
3 ．使用摻和料，進一步改善混凝土的性能。摻加粉煤灰和磨制礦渣等，能明顯減少水泥用量，并且有降低水泥水化熱的作用，有利于提高混凝土質(zhì)量和改善施工進程。
( 二 ) 存在的問題
1 ．混凝土配比的多組分，增大了生產(chǎn)和質(zhì)量控制的復(fù)雜性。隨著技術(shù)的不斷進步，混凝土生產(chǎn)除了水泥、砂、石、水等 4 種傳統(tǒng)材料之外，為了工程及施工的需要，不斷增加了外加劑和摻和料，它們有無機物，也有有機物，可以是單摻，也可以是多摻。因此，對水泥的性能和適應(yīng)性，提出更高的新要求。
2 ．攪拌的勻質(zhì)性問題。預(yù)拌混凝土普遍要求較低的水灰比和適當?shù)奶涠龋@就對在規(guī)定攪拌時間內(nèi)，達到充分的勻質(zhì)性，提出了難題。
3 ．礦物摻和料的大量使用，會消耗水泥中的 SO 3 ，致使 SO 3 不足，而水泥的水化和礦物摻和料活性的激發(fā)都需要 SO 3 ，因此，不當量的摻和物，會影響水泥的水化進程和混凝土強度的正常發(fā)揮，同時還會使混凝土的凝結(jié)時間難以控制。
三、水泥品質(zhì)對預(yù)拌混凝土生產(chǎn)和質(zhì)量的影響
作為預(yù)拌混凝土原材料的水泥，不但要符合自身的質(zhì)量標準 ( 基本要求 ) ，更要適應(yīng)預(yù)拌混凝土的特殊要求。水泥質(zhì)量對預(yù)拌混凝土的生產(chǎn)過程、質(zhì)量控制、施工工藝等，都有不同程度的影響。
( 一 ) 水泥強度的影響
水泥基材料的強度是在一定的標準條件下測得的。如果水灰比、試件尺寸、養(yǎng)護條件、試驗方法都相同，按傳統(tǒng)理論，則認為凈漿強度高于砂漿強度，砂漿強度高于混凝土強度。然而，事實是水泥強度和混凝土強度的定義不同，檢測強度的標準條件不同。預(yù)拌混凝土生產(chǎn)時，高效減水劑等外加劑的摻和，使混凝土的水灰比降到比檢測水泥強度時的水灰比低得多，從而使混凝土的強度比水泥的強度高得多，即強度等級為 32.5 的水泥，能配制 C60 混凝土已是事實。
提高水泥強度的工藝技術(shù)措施，主要是改善水泥熟料的礦物組成，提高 C 3 S 和 C 3 A 的含量，增大水泥的比表面積。但是，高 C 3 A 和高比表面積，出現(xiàn)的高水化熱和后期強度增長緩慢甚至倒縮，給混凝土質(zhì)量和施工帶來的后果已是弊大于利。雖然提高混凝土強度能有效減少構(gòu)件斷面的面積，減少“肥梁、胖柱、厚板”的現(xiàn)象，減少建筑物的自身重量，提高有效面積和空間，但由于混凝土構(gòu)件斷面不能小到超過保證構(gòu)件穩(wěn)定的極限，所以，過高的混凝土強度等級其實是浪費。再說，混凝土施工技術(shù)已今非昔比，有了很大的進步，模板不再是木板拼湊的，而是鋼模或整體模板，而且是多套模板輪翻上；模板的支柱也已是鋼管代替木支柱。所以，片面追求水泥的早強，確實是沒有必要了。
( 二 ) 水泥細度的影響
水泥的粉磨細度與時間、強度、干縮以及水化放熱速度率等一系列性能都有密切的關(guān)系。水泥細度越細或比表面積越大，水泥水化熱反應(yīng)就越快，早期強度發(fā)揮就越快。同時，水泥粉磨采取“窄級配”，即水泥顆粒大小越均勻時，水泥強度也越高。因此水泥的細度相對細得多，且可能采取“窄級配”。但是，其水化熱就越大越集中，水泥標準稠度需水量越大，混凝土的水灰比也越大，與外加劑相容性越差，開裂敏感性越大。而且，水化后漿體內(nèi)凝膠含量增多，是引起干縮率增大的一個原因。
水泥細度是影響水泥流變性能的重要因素，水泥流變性能對混凝土施工和工程質(zhì)量有重要影響。水泥中粒徑在 3 ～ 30μm 的顆粒起強度增長的主要作用；大于 50μm 的顆粒則對強度基本不起作用，但有穩(wěn)定體積的作用；小于 3μm 的顆粒，水化時需水量大，反應(yīng)很快，水化熱很高，只起促進早期強度的作用，對后期強度基本沒有貢獻。水泥比表面積相對較大且顆粒級配恰當?shù)乃啵傻玫搅己玫牧髯冃阅埽瑢炷梁凸こ藤|(zhì)量有利。
( 三 ) 水泥凝結(jié)時間的影響
凝結(jié)時間對混凝土施工有很大的影響。初凝結(jié)時間過短，往往來不及施工，甚至來不及運送到施工工地；終凝時間太長，又會使施工人員難以適應(yīng)，妨礙工程進展。影響凝結(jié)時間的水泥礦物成份主要是 C 3 S 和 C 3 A ，而在水泥磨制時摻加適當?shù)亩?( 水泥中三氧化硫的來源 ) ，不僅可以調(diào)節(jié)凝結(jié)時間，同時還能提高早期強度，降低干縮變形，改善耐蝕性、抗凍性、抗摻性等一系列性能。然而，水泥在磨制時，如果磨機內(nèi)溫度過高，就會使二水石膏脫水，變成硬石膏，失去調(diào)節(jié)凝結(jié)時間的作用，并可能出現(xiàn)快裂、緩凝或假凝現(xiàn)象，使凝結(jié)時間難以控制。
( 四 ) 水泥與混凝土外加劑的適應(yīng)性
混凝土外加劑的種類繁多，可分為無機和有機外加劑兩大類。無機外加劑主要是一些電解質(zhì)鹽類，有機外加劑大多是表面活性物質(zhì)。較常用的外加劑主要有減水劑、調(diào)凝劑和加氣劑等。為了達到設(shè)計的質(zhì)量指標，外加劑可能是單摻，也可能是多摻。這就對水泥的適應(yīng)性提出了難題。水泥的高水化熱礦物成份，水泥的石膏摻量 ( 即 SO 3 含量 ) 的波動，水泥中堿含量偏高，或者出廠水泥的溫度過高 ( 主要是散裝水泥 ) 等，對外加劑都有不利的影響，甚至阻礙外加劑性能的發(fā)揮，達不到混凝土設(shè)計的質(zhì)量要求，從而影響工程施工和工程質(zhì)量。這就是不同廠家生產(chǎn)的同種相同強度等級的合格水泥，有不同適應(yīng)性的原因。
四、結(jié)語
水泥品質(zhì)是影響混凝土質(zhì)量的主要原因。水泥生產(chǎn)者沒有必要片面追求水泥的早強、高強，而不斷提高水泥 C 3 S 、 C 3 A 的含量和比表面積，而應(yīng)該充分考慮水泥強度的后期增長率，避免高比表面積而出現(xiàn)水泥顆粒“窄級配”；應(yīng)該充分考慮預(yù)拌混凝土生產(chǎn)的特點，適當調(diào)整水泥的 SO 3 含量，找出并確定合理的初凝和終凝時間；盡量降低水泥的堿含量，并尋找適應(yīng)外加劑特性的規(guī)律，使水泥能與外加劑完美的結(jié)合。 總之，合格的水泥并不是好水泥，只有能充分滿足混凝土生產(chǎn)要求，具有良好的勻質(zhì)性、穩(wěn)定性、與外加劑良好的相容性，有利于混凝土結(jié)構(gòu)長期性能的發(fā)展，具有耐久性的水泥，才是預(yù)拌混凝土生產(chǎn)所需要的水泥。
[ 應(yīng)用實例 3]
大流動度泵送混凝土與裂縫種類的關(guān)系控制技術(shù)及防治措施
城市現(xiàn)代化建設(shè)正向新的領(lǐng)域發(fā)展，在高性能混凝土高強度、高流動性的研究方面取得了顯著成果。本世紀高性能聚羧酸外加劑在泵送混凝土中的應(yīng)用，水膠比最小達到 0 ． 25 ，混凝土抗壓強度達到了 110MPa 以上。泵送混凝土具有便于城市運輸，便于垂直供料，已是當代建設(shè)不可缺少的主要方式。隨著商品混凝土的發(fā)展，混凝土塑性收縮裂縫及其它原因引起的裂縫卻日益突出，成為影響工程結(jié)構(gòu)耐久性的焦點，也是當前工程技術(shù)人員十分關(guān)注的問題。
一、產(chǎn)生裂縫原因分析
根據(jù)筆者近幾年對本市現(xiàn)澆混凝土工程裂縫長度、寬度、深度檢測，對裂縫的種類歸納為：混凝土收縮有早期收縮，它包括塑性收縮、干燥收縮和化學收縮，溫度變形收縮及碳化收縮。
混凝土裂縫產(chǎn)生的原因又分為：結(jié)構(gòu)不均勻沉降裂縫、外力結(jié)構(gòu)荷載作用裂縫、混凝土粗骨料塑性沉降裂縫、溫差裂縫、收縮裂縫、干燥裂縫及凍融侵蝕、硫酸鹽侵蝕、鋼筋銹蝕等引起的裂縫。
早期收縮—早期混凝土由于技術(shù)或施工不當引起的缺陷將使混凝土的質(zhì)量遭受不可彌補的損害。早期收縮是引起混凝土早期開裂的主要原因，因此時的混凝土抗拉強度較低、抵抗力很弱。
1 ．塑性收縮裂縫。由于新澆筑的混凝土骨料下沉，引起泌水，一般發(fā)生在新拌混凝土 3 ～ 12h 以內(nèi)，在終凝前比較明顯。因此，混凝土塑性收縮裂縫是混凝土在塑性狀態(tài)時表面失水過快造成的。
2 ．干燥收縮裂縫。新拌混凝土處于干燥環(huán)境，在凝結(jié)過程中內(nèi)部水分蒸發(fā)，是引起混凝土體積變化的主要因素。混凝土在凝結(jié)硬化強度增長階段，除水泥水化所需的內(nèi)部水分外，多余的游離水會由表及里逐漸蒸發(fā)，導致混凝土干燥收縮。另外，在混凝土毛細管內(nèi)游離水分蒸發(fā)，毛細管內(nèi)負壓增大，也使混凝土產(chǎn)生干燥收縮。在約束條件下，當收縮變形導致的收縮應(yīng)力大于混凝土的抗拉應(yīng)力時，混凝土就會產(chǎn)生由表面向結(jié)構(gòu)縱深發(fā)展的干燥收縮裂縫。在混凝土達到終凝時間后，混凝土外部不能及時補充水分養(yǎng)護，環(huán)境的相對濕度越低，混凝土的干燥收縮程度也就越大。影響混凝土干燥收縮裂縫的主要原因是水泥用量、水泥品種、水灰比、骨料的種類和粒徑、砂率等。成型后的混凝土早期養(yǎng)護的溫度和濕度至關(guān)重要。一般條件下，混凝土的極限干縮值為 (50 ～ 90) × l 0 -5 ) 左右，即收縮系數(shù) 0.5 ～ 0.9mm /m 。
3 ．化學收縮裂縫。由于水泥水化生成物的體積比反應(yīng)前物質(zhì)總體積小，而引起混凝土的收縮，稱為化學收縮又稱為自身收縮。化學收縮導致出現(xiàn)裂縫，主要影響因素是混凝土中的用水量和水泥用量，用水量和水泥用量越大，混凝土的收縮就越大。目前，天津市由傳統(tǒng)的現(xiàn)場自攪拌轉(zhuǎn)化為商品混凝土集中攪拌，大流動性泵送混凝土水泥漿量增加，骨料粒徑減小，水泥漿量是決定自收縮變形大小的主要因素。高強度混凝土增加水泥用量和提高水泥細度，當磨細礦渣粉和粉煤灰超量加入，導致毛細孔隙的平均直徑變小，使混凝土內(nèi)部最大拉力增加，混凝土自身收縮加大，當自身收縮應(yīng)力超過該結(jié)構(gòu)混凝土極限抗拉強度時，就會在混凝土中產(chǎn)生收縮裂縫。
4 ．地基不均勻沉降及骨料沉降裂縫。 (1) 因地基沉降或支座沉降不均勻造成的墻體裂縫。 (2) 基礎(chǔ)豎向不均勻沉降或水平方向位移，使結(jié)構(gòu)中產(chǎn)生附加應(yīng)力，導致結(jié)構(gòu)開裂。 (3) 建筑物下采用同一種基礎(chǔ)，如基底標高差異太大，也會引起地基不均勻沉降。 (4) 建筑物地基建在砂礫層、回填土層上，如基底處理不規(guī)范也會發(fā)生不均勻沉降。 (5) 冬施季節(jié)地基凍脹，建筑物施工階段或建成后原有地基發(fā)生變化也會引起建筑物不均勻沉降；以上種種情況均會導致混凝土結(jié)構(gòu)出現(xiàn)裂縫，一般早期不易發(fā)現(xiàn)，但如果發(fā)生則后果嚴重。目前在本市的框架剪力墻結(jié)構(gòu)檢測過程中，發(fā)現(xiàn)地下室剪力墻及主體結(jié)構(gòu)標準層中剪力墻出現(xiàn)不同程度的水平及豎向裂縫。裂縫產(chǎn)生的原因是由于地下室屬連續(xù)超靜定結(jié)構(gòu)，墻體受到下部基礎(chǔ)底板和上部樓板或梁的約束，當墻體混凝土收縮變形產(chǎn)生內(nèi)應(yīng)力大于混凝土早期抗拉強度時，則墻體混凝土就會出現(xiàn)開裂。同時，由于泵送混凝土配合比中水泥漿體、磨細礦渣粉、粉煤灰等膠結(jié)材與粗細骨料顆粒組份的比重不同，會發(fā)生石子的沉降，膠結(jié)體上浮，導致材料的不均勻沉降與表面議水現(xiàn)象的發(fā)生。在施工過程中澆筑墻體高度不符合要求時，一次性投料過大，在振搗過程中骨料下沉，在初凝前混凝土處于塑性狀態(tài)骨料會繼續(xù)下沉，漿體上浮，當下沉的粗骨料受到水平綁扎的鋼筋阻攔時，就會與周圍的混凝土形成沉降差，因此，墻體就會造成塑性沉降裂縫。
5 ．溫差裂縫。在水泥水化過程中必然導致水化升溫，尤其在大體積混凝土中晝夜溫差引起的溫度應(yīng)力作用使混凝土出現(xiàn)開裂。升溫階段一般在 2 ～ 5 天達到峰值，聚集在內(nèi)部的水泥水化熱不易散發(fā)，混凝土內(nèi)部溫度將顯著升高，而其表面則散熱較快，形成了較大的溫度差，當溫差超過 25 ℃ 時，就會產(chǎn)生溫度應(yīng)力與應(yīng)力變形，混凝土內(nèi)部產(chǎn)生壓應(yīng)力，表面產(chǎn)生拉應(yīng)力，當混凝土內(nèi)部應(yīng)力超過表面混凝土抗拉強度極限時，則會在混凝土表面產(chǎn)生裂縫。混凝土的溫度變形系數(shù)為 a=1 0 × 10 -6 / ℃，即每升降 1 ℃ ，每 m 脹縮 0.01mm 。
6 ．混凝土級配不合理，所用原材料質(zhì)量不符合要求造成的裂縫。混凝土粗細骨料級配不合理，造成粗細骨料之間孔隙率大，混凝土中游離水隱藏量多，水分蒸發(fā)后形成一定的孔隙與貫通的毛細孔道，會導致混凝土強度下降出現(xiàn)裂縫。當原材料中砂、石含泥量、泥塊含量偏高時，經(jīng)原材料攪拌個別部位會在骨料之間形成一種泥漿膜，它會降低水泥石與骨科的粘結(jié)強度，使抗壓強度、抗剪強度降低，導致混凝土早期裂縫，并會發(fā)展為貫通性裂縫。當砂子細度模數(shù)偏低，石子粒徑偏小，就會增加水泥用量和用水量；水泥用量越多，用水量越大，混凝土干縮也就越大，出現(xiàn)裂縫的概率也就越大。另一個原因是機制人工砂中石粉含量過高會引起混凝土早期膨脹增大，使混凝土產(chǎn)生裂縫。
7 ．施工過程不當造成的裂縫。當混凝土結(jié)構(gòu)未合理選擇澆筑方案，剪力墻一次性投料過高會導致粗骨料下沉，漿體上浮產(chǎn)生混凝土離析，造成塑性沉降裂縫。振搗過程中做不到快插慢拔，氣泡不能充分排出，振搗棒有拖帶現(xiàn)象，均會造成裂縫出現(xiàn)。當混凝土澆筑時，不是從同一方向澆筑，而是相向澆筑時，混凝土終凝后中間鋼筋受到兩個方向的拉應(yīng)力，會對中部的混凝土產(chǎn)生約束，導致混凝土受拉產(chǎn)生裂縫。春冬季風大，氣候干燥，混凝土結(jié)構(gòu)澆筑后，當溫度低在不便于澆水養(yǎng)護條件下，又不及時用塑料薄膜覆蓋纏繞，導致混凝土結(jié)構(gòu)失水過快，直接影響混凝土的抗裂能力，出現(xiàn)不同程度的塑性收縮裂縫，并對混凝土強度增長相應(yīng)造成影響。夏季混凝土結(jié)構(gòu)澆筑后，因氣溫過高，在混凝土初凝后如不注重覆蓋，不及時澆水養(yǎng)護，養(yǎng)護周期不能滿足規(guī)定齡期要求，就會造成混凝土失水過快或達不到水化要求，造成混凝土強度增長不利和收縮應(yīng)力加大，會過早地出現(xiàn)裂縫。
混凝土出現(xiàn)裂縫是不可避免的，混凝土收縮是混凝土材料本身固有的一種物理現(xiàn)象，其微觀裂縫是由本身物理力學性質(zhì)決定的，但可以通過合理調(diào)整混凝土配合比設(shè)計，提高混凝土生產(chǎn)質(zhì)量。設(shè)計過程中根據(jù)工程結(jié)構(gòu)條件采取“抗放結(jié)合”的綜合措施，超長結(jié)構(gòu)可采取后澆帶或膨脹加強帶方法施工，盡量減少側(cè)壁長度。在相同的配筋率下，選擇細筋密布配筋，重視水平分布筋的配筋率。加強混凝土施工質(zhì)量來控制高強混凝土非結(jié)構(gòu)性裂縫的有害程度，滿足建筑使用功能的要求。
1 ．攪拌站混凝土設(shè)計質(zhì)量控制。商品混凝土的合理設(shè)計首先是混凝土配合比設(shè)計與材料制定，單方混凝土水泥用量應(yīng)合理，水泥用量大，用水量大，水泥漿體體積大，收縮亦大。從理論上講，混凝土中摻加水泥過多，不僅使其產(chǎn)生大量的水化熱和較大的溫度應(yīng)力，而且還會使混凝土產(chǎn)生較大的收縮質(zhì)量問題，水泥細度愈大，干縮率愈大。從工程實踐經(jīng)驗證明，在配制高強混凝土時，如果混凝土強度等級在 C50 ～ C80 之間時，水泥用量宜控制在 400 ～ 500kg /m 3 ，當混凝土強度等級大于 C80 ，水泥用量宜控制在 500 ～ 550 kg 。當每立方米混凝土水泥用量超過 550kg 時，強度增長并不明顯，并會使混凝土加大收縮。在配制泵送混凝土時，可通過摻加硅粉、礦渣粉、粉煤灰等礦物料來提高混凝土強度。混凝土水灰比是影響強度和裂縫的主要因素之一。水灰比大的混凝土其收縮亦大，也就是越容易產(chǎn)生裂縫。塑性沉落裂縫、干燥收縮裂縫都是由于混凝土單方用水量過大，混凝土稠度過低、塌落度過大、水分蒸發(fā)過快造成的。因此，在保持合適的工作性始終不變的條件下，只要能達到泵送的條件，水灰比應(yīng)當盡可能低，嚴格控制混凝土水灰比即嚴格混凝土的用水量是減少裂縫的根本措施。
另外，對于大跨度的現(xiàn)澆板、超長剪力墻結(jié)構(gòu)等，可以在混凝土中加入一定比例的碳纖維、聚丙烯纖維來阻止裂縫的發(fā)生。纖維的摻入可以在混凝土中起到一種亂向支撐作用，能改善混凝土早期泌水性，阻止混凝土發(fā)生塑性沉降，有利于提高混凝土的抗拉、抗折強度，從而有效地防止混凝土發(fā)生塑性收縮和早期干縮裂縫。
2 ．混凝上攪拌站材料質(zhì)量控制。商品混凝土攪拌站應(yīng)嚴格控制原材料的質(zhì)量，在選用水泥方面應(yīng)優(yōu)先選用低熱、低收縮量水泥。夏季優(yōu)先選用低熱礦渣硅酸鹽水泥，水泥細度應(yīng)符合國家標準，細度大的水泥易產(chǎn)生干燥收縮裂縫。在選用骨料方面，粗細骨料的含泥量應(yīng)盡可能低，應(yīng)滿足國家標準要求，因為泥的膨脹性大于水泥的膨脹性，并且含泥量大的砂石與水泥粘結(jié)界面強度低，粘結(jié)力弱，影響混凝土抗拉強度，使混凝土產(chǎn)生裂縫。在使用機制人工砂時應(yīng)盡量避免單一使用，應(yīng)與河砂按最佳比例混合使用。機制人工砂石粉含量應(yīng)嚴格控制，應(yīng)符合 GB ／ T1468 4 — 2001 · 5 · 2 · 2 建筑用砂石粉含量規(guī)定要求，防止因石粉含量超標而引起混凝土早期膨脹而產(chǎn)生裂縫。另外，攪拌站粗、細骨料場地堆放，應(yīng)保障粗、細骨料的連續(xù)級配穩(wěn)定，粗、細骨料堆放高度應(yīng)有控制，不易過高，砂、石粗顆粒滾落到底部會造成上部顆粒細，下部顆粒粗。材料不穩(wěn)定會造成混凝土離析，強度偏低，也會增大混凝土出現(xiàn)裂縫的機率。因此，加強對料場的管理意義十分重大。在混凝土砂率設(shè)計方面，應(yīng)優(yōu)先選用最佳砂率，一般泵送混凝土可控制在 38 ％ -43 ％之間，砂率過小混凝土容易產(chǎn)生離析，不宜泵送。砂率過大，會降低混凝土的工作性和強度，并能增大混凝土的收縮和裂縫。粗骨料應(yīng)根據(jù)混凝十構(gòu)件的最小斷面尺寸和泵送管內(nèi)徑來確定，一般情況下粗骨料最大粒徑與輸送管徑之比不宜大于 1.3 ，選擇合理的最大粒徑，優(yōu)先選用連續(xù)級配的粗骨料，即降低水泥用量，減少泌水、收縮和水化熱。細骨料應(yīng)優(yōu)先選用級配良好的中、粗砂，細度模數(shù)在 2.6 ～ 2.8 之間為最佳。還可以在混凝土中摻加適量的磨細礦渣粉、粉煤灰和外加劑。磨細礦渣粉可以降低混凝土的水化熱，提高混凝土的后期強度，節(jié)約水泥，降低造價。粉煤灰可以降低混凝土拌合物的屈服剪切應(yīng)力，大大提高混凝土拌合物的坍落度，改善和提高新拌混凝土和硬化混凝土的性能，改善混凝土的和易性及可泵性，降低水化熱，降低泌水率和干縮程度，減少在管道中的堵塞和分離，降低混凝土與管壁的阻力，從而提高混凝土拌合物的流動性和穩(wěn)定性。粉煤灰顆粒在泵送過程中起著“滾珠”效應(yīng)。
3 ．施工方法預(yù)防及施工質(zhì)量控制。施工隊伍應(yīng)盡量減少混凝土施工縫的留置，如必須留置時，應(yīng)合理設(shè)置施工縫位置，避開應(yīng)力集中和結(jié)構(gòu)剛度比較弱的部位。在澆筑時，應(yīng)采用連續(xù)流水施工，從一端向另一端澆筑，不允許從兩端相向澆筑。
澆筑完畢后，應(yīng)留足下道工序間歇時間，控制施工荷載，不允許在現(xiàn)澆混凝土上部碼放建筑材料，避免集中載荷，不允許超載施工。拆模時，要按混凝土強度要求，合理安排拆模時間，不允許提前拆模。
超長混凝土結(jié)構(gòu)，應(yīng)按設(shè)計要求留置后澆帶，達到混凝土溫度收縮應(yīng)力與混凝土強度的抗衡穩(wěn)定后，再進行后澆帶混凝土施工，后澆帶混凝土應(yīng)加 12 ％的 UEA 膨脹劑。
夏季對于大體積混凝土所用砂、石應(yīng)采取物理降溫，水泥應(yīng)優(yōu)先選用低熱礦渣水泥，外加劑宜選用緩凝型減水劑。嚴格管理混凝土澆筑時間及入模溫度，有條件最好是夜間澆筑，嚴格控制混凝土的澆筑速度，控制好現(xiàn)澆混凝土的內(nèi)外溫差，重點工程大體積混凝土應(yīng)埋設(shè)管道循環(huán)降溫，并做好溫度觀測記錄。為使大體積混凝土的內(nèi)外溫差降低，可采用混凝土表面保溫方法，使混凝土內(nèi)外溫度降低。
鋼筋混凝土施工驗收規(guī)范 GB50204 要求，應(yīng)嚴格控制現(xiàn)澆混凝土鋼筋保護厚度，對于梁、板結(jié)構(gòu)，特別是懸挑結(jié)構(gòu)，在施工綁扎鋼筋鋪設(shè)墊塊工序時，應(yīng)采取有效的措施來保證鋼筋位置因施工踩踏振搗過程中的不移位，避免因鋼筋保護層厚度不符合規(guī)范要求而使混凝土結(jié)構(gòu)開裂。
在混凝土振搗過程中，如振搗方式不正確會造成混凝土分層離析，對于板類構(gòu)件如過振會使粗骨料下沉，表面出現(xiàn)浮漿，會造成混凝土面層開裂；對于剪力墻結(jié)構(gòu)如投料振搗不正確，會使骨料不均勻沉降，也會造成墻體出現(xiàn)收縮裂縫。為提高混凝土的密實度，振搗要適宜，不過振，不漏振，以混凝土表面無氣泡冒出為宜，振搗棒移動距離以 400mm 左右為宜，時間以 10 秒 / 次左右為宜，振搗棒插入時應(yīng)快插慢拔。混凝土澆筑高度不允許超過 500mm ，采用兩次振搗技術(shù)可以防止因塑性沉降而引起的混凝土內(nèi)部分層，消除因混凝土泌水而出現(xiàn)的毛細孔道及石子下部隱含的氣泡，來提高混凝土強度和減少混凝土裂縫，時間應(yīng)掌握在澆筑混凝土 1 小時左右即進行二次振搗。混凝土板類結(jié)構(gòu)澆筑完畢后，在混凝土初凝前應(yīng)用木抹子對混凝土表面進行 2 ～ 3 次搓平，即可愈合裂縫，也可阻止裂縫出現(xiàn)，施工過程中要保證模板的剛度，防止模板變形，支撐下沉，根據(jù)不同構(gòu)件的要求確定拆模日期，避免過早拆模，也是防止裂縫出現(xiàn)的條件。
養(yǎng)護條件對混凝土的收縮影響很大，做好對混凝土的早期養(yǎng)護，可以對裂縫的出現(xiàn)起到至關(guān)重要的作用，對于天津地區(qū)混凝土養(yǎng)護應(yīng)不少于 14 晝夜。環(huán)境溫度越高，風速越大，收縮越大。當混凝土表面暴曬，表面與底面溫度不一樣；或者大風吹襲會造成混凝土表面水分急劇蒸發(fā)，兩種情況均會形成上下部硬化不均勻而出現(xiàn)表面收縮裂縫。應(yīng)在建筑物四周采取圍擋措施，或采取混凝土表面覆蓋保持混凝土表面濕潤，防止水分蒸發(fā)。對不同的梁、板、柱、剪力墻結(jié)構(gòu)應(yīng)采取不同的覆蓋與拆模措施及噴霧澆水養(yǎng)護方案，從而防止裂縫產(chǎn)生。
為防止混凝土裂縫的發(fā)生，在普通混凝土中摻入膨脹劑可以配制成補償收縮混凝土、填充混凝土和自應(yīng)力混凝土。膨脹劑的主要功能是在水泥水化過程中使混凝土產(chǎn)生體積膨脹，通過膨脹能對限制力做功，產(chǎn)生的限制膨脹抵消混凝土干燥、降溫以及荷載等作用引起的限制收縮，在配筋條件卜能使混凝土內(nèi)部產(chǎn)生 0.2 ～ 0.7MPa 的壓應(yīng)力，它可抵消混凝土收縮所產(chǎn)生的拉應(yīng)力，從而防止和減少混凝土因收縮產(chǎn)生的裂縫。另外，膨脹性晶體的填充作用使水泥石中的大孔變小，總孔隙率下降，改善了混凝土的孔結(jié)構(gòu)，從而減少或消除塑性收縮裂縫，使混凝土中微裂紋難以擴展成貫穿裂紋，起到抗裂防滲的目的。 UEA 膨脹劑的最佳摻量為水泥用量的 10 ～ 12 ％。
筆者 2006 年 8 月份與北京清華大學專家共同對本市某一高層建筑地下室一層、二層剪力墻出現(xiàn)不同程度的豎向裂縫進行了鑒定，對下一步繼續(xù)施工的部位制定了補救措施，經(jīng)筆者整理列出，特向讀者介紹，僅供參考。
根據(jù)裂縫寬度、深度、長度、道數(shù)，分析裂縫產(chǎn)生的原因，按以下方案進行施工：
(1) 調(diào)整混凝土施工配合比，降低坍落度，由 180 ～ 200mm 調(diào)整為 160 ～ 180mm ，保證混凝土和易性，混凝土入模溫度不高于 28 ℃ 。
(2) 混凝土配合比增加粉煤灰用量，為降低混凝土水化熱，粉煤灰摻量不超過水泥用量的 30 ％；磨細礦渣粉占水泥用量的 10 ～ 15 ％； UEA 膨脹劑摻量為水泥用量的 12 ％，加強帶按照圖紙設(shè)計要求再提高一個強度等級。
(3) 鋼筋直徑 16mm ，牌號 HRB400 ，間距 150mm ，按等面積代換調(diào)整。牌號不變由直徑 16mm 調(diào)整為 12mm ，水平筋加細加密，與設(shè)計部門協(xié)商。
(4) 剪力墻長度為 60 米 ，圖紙要求設(shè)置加強帶，與設(shè)計部門協(xié)商加強帶是否可以斷開。如不同意斷開就必須等到混凝土收縮穩(wěn)定后，鋼筋受拉徐變結(jié)束后，再澆筑混凝土。
(5) 混凝土澆筑前，木模應(yīng)先澆水，鋼筋要澆水冷卻，夜間氣溫下降后，再澆筑混凝土。
(6) 為防止底板與剪力墻的約束力對剪力墻造成約束影響，在混凝土澆筑前先在底板上抹一層與混凝土強度等級相適應(yīng)的砂漿，在砂漿初凝前立刻澆筑混凝土，來降低底板對剪力墻的約束力。
(7) 剪力墻應(yīng)分層澆筑，每層為 50cm 高，在一小時左右進行二次振搗，排除鋼筋下部粗骨料底部氣泡。上一層混凝土澆筑時，振搗棒插入下層混凝土 10cm 厚為宜。
(8) 混凝土終凝后，可把側(cè)模打 開 1 ～ 2cm ，剪力墻上部設(shè)噴壺澆水養(yǎng)護，但需控制水溫，防止混凝土內(nèi)部與外部的溫差大，而直接用冷水激。
(9) 混凝土澆筑后，側(cè)模 3 天后再拆，從澆筑時算，連續(xù)養(yǎng)護 14 晝夜。
(10) 已發(fā)生小于 0.3mm 以下的裂縫，涂刷滲透結(jié)晶型涂料起到自密實作用；大于 0.3mm 的裂縫，采用聚胺脂防水材料壓力灌漿，以起到隔絕空氣防止鋼筋銹蝕，滿足堵塞裂縫的作用。
[ 應(yīng)用實例 4]
混凝土配合比是現(xiàn)場混凝土質(zhì)量控制的關(guān)鍵因素，它直接影響著混凝土施工的難易，影響著混凝土工程的內(nèi)在質(zhì)量及外觀，影響著混凝土的成本，因此對混凝土的配合比如何進行優(yōu)化調(diào)整就顯得尤為必要和迫切。本文根據(jù)混凝土理論及現(xiàn)場實際經(jīng)驗，來談一下施工混凝土配合比在性能和經(jīng)濟方面優(yōu)化的一些措施。 普通混凝土配合比設(shè)計就是依照工程設(shè)計和施工要求，選擇適于制作所需混凝土的原材料，按照設(shè)計確定的混凝土性能和經(jīng)濟性原則，選擇恰當?shù)慕M分和材料用量。雖然混凝土配合比設(shè)計技術(shù)已有一整套完整的標準和規(guī)范指導操作，但由于現(xiàn)場施工環(huán)境條件制約及當?shù)靥囟ǖ夭牡仍颍瑳Q定了配合比設(shè)計不全是科學進行，它只能是在當?shù)赝ㄓ玫牟牧现羞x擇合適的組成材料，并確定其特性能夠滿足配比設(shè)計性能最低要求的同時又是最經(jīng)濟的組合。一般混凝土配合比設(shè)計主要包含兩個方面的內(nèi)容，一是依照規(guī)范要求選擇適合配制所需混凝土性能的原材料；二是對各原材料合理組配，求得滿足工程設(shè)計和施工要求技術(shù)指標的混凝土，使強度富余適宜、工作性滿足施工需要、環(huán)境耐久性滿足工程設(shè)計要求、經(jīng)濟性滿足成本最低的要求等。本文重點論述第二方面的相關(guān)問題。
1 、混凝土理論配合比設(shè)計
配合比設(shè)計是根據(jù)現(xiàn)場施工特點在混凝土最大密實度理論的基礎(chǔ)上，考慮集料比表面積對起潤滑作用的漿體數(shù)量的影響，根據(jù)工藝特點，使填滿集料孔隙外提供混凝土工作性的過剩漿體量最佳、性能最優(yōu)的過程。配比設(shè)計應(yīng)優(yōu)先采用正交法設(shè)計統(tǒng)計分析技術(shù)確定合適的各配比參數(shù)，提高工作效率。對于配合比設(shè)計方法，規(guī)范已有詳細規(guī)定，但不論采用假定容重法、體積法還是經(jīng)驗法，主要有以下幾個過程：
(1) 根據(jù)施工要求確定混凝土配制強度和施工坍落度。配合比設(shè)計應(yīng)保證混凝土在澆筑時達到要求的性能，這就要求設(shè)計初始工作性能高于澆筑工作性，應(yīng)考慮運輸、密實等過程對工作性的要求及經(jīng)此過程引起的工作性損失問題。在室內(nèi)試配設(shè)計時，可先設(shè)計低坍落度混凝土，然后通過摻入推薦摻量外加劑或增加水泥漿量來調(diào)整至設(shè)計坍落度。配制強度的富裕 ( 標準差 ) 應(yīng)與施工控制水平相一致，考慮到經(jīng)濟和安全因素，一般現(xiàn)場配比設(shè)計標準差不宜低于 5.0MPa ，現(xiàn)場配比設(shè)計 28d 強度富裕宜控制在 8~12MPa 。
(2) 確定單位用水量，選擇水灰比。根據(jù)集料粒形、級配和外加劑的性能來綜合確定用水量。由于水灰比決定著水泥漿體的空隙率，對于給定的材料，混凝土強度只取決于水灰比，因此應(yīng)盡量找到選定材料水灰比和強度之間的關(guān)系，以確定合適的水灰比。在沒有經(jīng)驗資料前，應(yīng)依照鮑羅米公式根據(jù)水泥強度和設(shè)計強度來計算水灰比，但無論何時水灰比均應(yīng)同時滿足強度和耐久性要求。
(3) 確定混凝土砂率，計算單位混凝土粗、細集料用量。砂率根據(jù)混凝土類型、坍落度及砂的細度模數(shù)和超粒徑顆粒含量等綜合因素確定。按照密實度理論，在配比設(shè)計時應(yīng)使單位體積混凝土中盡量擁有較大體積的集料，以減少水泥漿體量，而單位體積混凝土中粗骨科體積與最大粒徑和砂的細度模數(shù)相關(guān)，因此，砂率設(shè)計應(yīng)根據(jù)施工工藝和結(jié)構(gòu)特點，盡量采用較大粒徑的級配碎石和級配中粗砂，并應(yīng)盡量滿足集料整體密級配，以使混凝土性能處于最佳集料組合狀態(tài)。
另外，當在配合比設(shè)計時發(fā)現(xiàn)混凝土粘聚性欠佳，一般可采用提高砂率、用較細砂替代部分粗砂和增大水泥漿量等措施來加以調(diào)整。
(4) 外加劑和摻和料的類型和摻量的選擇確定。外加劑優(yōu)選應(yīng)貫徹性能價格比最優(yōu)原則。首先應(yīng)進行不少于 3 種外加劑的混凝土性能現(xiàn)場優(yōu)化比對 ( 外加劑可現(xiàn)場優(yōu)化調(diào)整 ) ，根據(jù)外加劑標準要求和工程對混凝土的要求，選用具有最優(yōu)指標的外加劑，對單位混凝土的減水劑價格進行經(jīng)濟性比對，然后確定一種外加劑供現(xiàn)場使用，并同時備用一種供應(yīng)急采用。
當摻和料的摻入目的是為改善混凝土和易性時采用較低摻量，對粉煤灰一般控制在 10 ％以下；當摻和料摻入是為降低水泥量時，粉煤灰一般可摻入 10 ％～ 30 ％，礦渣可摻入 20 ％ ~60 ％，具體摻量應(yīng)經(jīng)試配檢驗并綜合各性能指標來確定。
(5) 對理論基準配合比設(shè)計的結(jié)果進行試拌調(diào)整并確定試驗室配合比。由于在理論計算中運用了一些假設(shè)和經(jīng)驗參數(shù)，因此有必要對試拌結(jié)果進行相應(yīng)調(diào)整，檢查實際工作性及相應(yīng)的技術(shù)指標，根據(jù)混凝土工作性和強度確定最合適的參數(shù)。
2 、配合比優(yōu)化設(shè)計應(yīng)注意的問題
(1) 在進行混凝土配合比優(yōu)化設(shè)計時，關(guān)鍵要考慮的是水泥的價格比集料的價格貴得多，因而所有可能采取的步驟都首先應(yīng)該是用以減少混凝土拌合物中的水泥用量，并滿足工藝性和工程技術(shù)性能；或者用價格更便宜的磨細材料 ( 如粉煤灰、礦渣、高嶺土等 ) 替代部分水泥用量并保證混凝土拌合物的主要性能特征，以此來提高混凝土性能，降低混凝土造價。
(2) 從結(jié)構(gòu)的安全角度出發(fā)，強度等級應(yīng)作為最低強度。由于材料、拌和方法、運輸、灌注以及混凝土試樣的制作、養(yǎng)護和測試等各方面發(fā)生的波動，按照統(tǒng)計學原則，為保證達到工程設(shè)計強度的概率滿足規(guī)范規(guī)定要求，則混凝土設(shè)計強度必須有一定的富裕，該富裕值應(yīng)與混凝土的生產(chǎn)控制水平相聯(lián)系，即一定階段同規(guī)格混凝土的強度變異性即標準差決定。技術(shù)上要求的工作性與現(xiàn)場結(jié)構(gòu)類型、運輸及密實方式相關(guān)，要想優(yōu)化混凝土配合比就必須與現(xiàn)場施工工藝控制水平相聯(lián)系。在配比設(shè)計計算中，配制強度應(yīng)是試拌或施工平均強度，因此控制材料穩(wěn)定、計量精密、拌和規(guī)范是優(yōu)化混凝土配合比的前提和基礎(chǔ)。
(3) 工作性是混凝土的重要性質(zhì)，混凝土拌合物的工作性通常用新拌混凝土的粘聚性、保水性和坍落度、擴展度以及它們的經(jīng)時變化來衡量。當集科棱角減少、表面粗糙顆粒減少時，混凝土的工作性會有所提高；混凝土中微氣泡含量適量增加時，混凝土流動性會有所提高，但含氣量應(yīng)控制在 3 ％～ 6 ％范圍內(nèi)；否則，對強度影響較大。粘聚性與施工時的振搗易密性和實體及外觀質(zhì)量密切相關(guān)，設(shè)計拌和物工作性的重要依據(jù)是混凝土的坍落度 ( 稠度 ) 不應(yīng)超出運輸、澆灌、搗實和抹面的需要。混凝土流動性在運輸或灌注時間較長或氣溫較高時，必須事先確定經(jīng)時損失能滿足要求的配合比。工作性差的混凝土，易產(chǎn)生離析、泌水、坍損快等有害現(xiàn)象，不僅使施工難于灌注和搗實，增加施工費用，而且使混凝土強度、耐久性和外觀質(zhì)量變差。(4) 提高混凝土的密實性首先要考慮混凝土的骨料級配，在相同條件下，良好的骨料級配其孔隙率最小，拌制的混凝土在一定坍落度下所需的用水量最少。
3 、優(yōu)化混凝土配合比在施工生產(chǎn)中應(yīng)注意的問題
(1) 配料計量。為保證施工配比與室內(nèi)理論配比的一致，現(xiàn)場材料計量應(yīng)準確，各種材料用量都應(yīng)以重量計量，避免采用體積或時間 ( 水、液體外加劑 ) 計量。當外加劑以粉劑摻入時，應(yīng)在施工前以袋裝稱量并隨時抽檢，不應(yīng)現(xiàn)場邊生產(chǎn)邊稱量，以降低人為誤差。
雖然影響混凝土強度的因素比較多，對于一定的材料而言，一般主要以水灰比和含氣量作為影響強度的主要因素，因此如何控制含氣量穩(wěn)定、如何控制集料含水量以保證混凝土水灰比的穩(wěn)定，是現(xiàn)場施工控制的一個重要方面。現(xiàn)場應(yīng)經(jīng)常檢測砂石材料的含水量，必要時應(yīng)采取措施，例如用鏟車經(jīng)常翻拌集料來保證生產(chǎn)中配料的均一穩(wěn)定性。
(2) 減水劑應(yīng)優(yōu)先采用滯水法摻入，即在水泥 ( 摻和料 ) 、水、砂、石全部投入攪拌 30~60s 后投入減水劑，再拌和 60~90s 后出料。實踐證明，滯水法摻入可提高減水率、增加保水性、降低坍落度經(jīng)時損失、提高減水劑與水泥的適應(yīng)性，優(yōu)化混凝土性能。
(3) 隨著季節(jié)和材料變化，混凝土配合比應(yīng)適時調(diào)整。由于混凝土溫度不同，水泥水化速度不一樣，而且減水劑的減水率也不一樣，因此，隨著季節(jié)改變，配合比應(yīng)及時試拌調(diào)整，優(yōu)化配比。同時，施工中，細集料變化若導致細度模數(shù)波動大于± 0 ． 2 ，就需調(diào)整配合比，以滿足施工要求。
(4) 對已施工混凝土各技術(shù)參數(shù)，如細度模數(shù)、坍落度、強度、含氣量等應(yīng)定期進行統(tǒng)計分析，并根據(jù)分析結(jié)果及時調(diào)整、優(yōu)化當前的配合比。
4 、當前混凝土配合比優(yōu)化的發(fā)展
隨著我國交通建設(shè)的發(fā)展，過去的混凝土設(shè)計壽命 30~50 年已遠不能滿足目前我國對建設(shè)工程 50~100 年的要求，由于環(huán)境氯離子、硫酸根離子、弱酸侵蝕和碳化、凍融破壞等，對混凝土耐久性要求越來越高。同時現(xiàn)場施工的規(guī)范化、標準化、快速化和精確化對混凝土的性能要求也越來越高，提高混凝土工藝性能，降低施工難度和施工成本并保證工程質(zhì)量、提高工程耐久性是工程各方的希望，因此采用低成本、高效能的高性能混凝土就成了一個必然選擇。
(1) 一般設(shè)計混凝土配合比主要以混凝土齡期強度和工藝施工性能為其主要指標，耐久性指標往往考慮不多，實際上耐久性好的混凝土往往是采用了多種磨細摻和料和高效減水劑，常常是相對經(jīng)濟的，與優(yōu)化混凝土配合比設(shè)計并不矛盾。高性能混凝土與普通混凝土的區(qū)別在于摻入了粉煤灰、高爐礦渣、微硅粉中的二種或三種摻料，并且往往采用低堿、高效減水劑，水灰比較普通混凝土配合比設(shè)計偏低，坍落度一般在 160mm 以上。 由于以礦物摻和料置換部分水泥，一方面降低了混凝土成本，另一方面由于摻和料的表面效應(yīng)、填充效應(yīng)和火山灰活性等優(yōu)化了混凝土工作性能，增加粘聚性，降低大流動度下的泌水率，而且經(jīng)時損失小。對成型混凝土，后期強度提高大，抗凍融、抗?jié)B性、抗氯離子滲透和抗化學侵蝕性強等，還可降低干燥收縮、降低水化熱、抵抗水及離子滲透性能高等，能顯著提高混凝土性能。
(2) 當前，在工地現(xiàn)場高性能混凝土主要采用磨細粉煤灰和高爐礦渣，配以高效減水劑并微量引氣技術(shù)，水泥整體置換量達 20 ％～ 40 ％，一般坍落度在 160~ 230mm 。當然，摻和料置換量還必須兼顧施工周期對混凝土強度的要求，必須兼顧混凝土其它綜合性能。試驗證明，從改善混凝土某單一性能方面考慮，當?shù)V粉摻量達到 60 ％時水化熱降低效果較好；粉煤灰、礦粉復(fù)合摻量達到 60 ％時，降低水化熱具有明顯作用； 當粉煤灰摻量達到 30 ％或礦粉摻量達 50 ％時，改善混凝土收縮作用較強；當單摻粉煤灰 30 ％時，氯離子滲透電量最小；礦粉單摻達 40 ％，混凝土具有最佳強度及滲透電量值。
[ 應(yīng)用實例5]
水泥與減水劑相容性
1 水泥與減水劑相容性檢驗方法
1 ． 1 水泥與減水劑相容性分類
水泥與減水劑相容性不好是一種籠統(tǒng)的說法。即將發(fā)布的行業(yè)標準 JC/T1073 《水泥與減水劑相容性試驗方法》對“水泥與減水劑相容性”的定義為：“使用相同減水劑或水泥時，由于水泥或減水劑質(zhì)量的變化而引起水泥漿體流動性、經(jīng)時損失的變化程度以及為獲得相同的流動性而導致減水劑摻量的變化程度”。這個定義中包含了初始流動性、流動性經(jīng)時損失和減水劑用量 3 個要素。水泥與減水劑相容性可以分為 4 種典型的類型，圖 1 是 4 種類型相容性的 Marsh 筒檢驗結(jié)果。
圖 1(a) 相容性優(yōu)良：高效減水劑的飽和點明顯，大約為 0.8 ％～ 1.0 ％，達到飽和點時的高效減水劑摻量不高，初始流動性較大，且 1h 后漿體的流動性損失很小。圖 1(b) 相容性最差：達到飽和點的高效減水劑摻量較大 ( 大于 2.0 ％ ) ，初始流動性不好，同時 1h 后漿體的流動性損失很大。圖 1(c) 初始相容性較好，但流動性損失顯著，相容性介于 (a) 和 (b) 之間。圖 1(d) 初始相容性不良，飽和點時高效減水劑的摻量較大，但流動性損失不大，相容性介于 (a) 和 (b) 之間。除上述以外，水泥與減水劑相容性另一種表現(xiàn)是減水劑摻量在飽和點附近混凝土出現(xiàn)泌水、離析。
區(qū)分水泥與減水劑相容性的類型對質(zhì)量控制有重要意義。除圖 1(a) 以外，圖 l 中 (b) 、 (c) 、 (d) 以及泌水離析均屬于水泥與減水劑相容性不良，但引起的原因和調(diào)整方法不同。
圖 1 水泥與高效減水劑相容性的不同類型
1 ． 2 水泥與減水劑相容性和水泥流變性能
水泥與減水劑相容性和水泥的流變性能是兩個不同的概念。水泥的流變性能是由水泥自身性質(zhì)決定的，與減水劑無關(guān)。例如水泥的標準稠度用水量反映的是水泥自身的流變性能。目前的水泥與減水劑相容性檢驗方法對上述兩個參數(shù)未加區(qū)分，反映的是水泥流變性能和水泥與減水劑相容性的綜合結(jié)果。區(qū)分這兩個參數(shù)對水泥與減水劑相容性不良的原因分析和確定調(diào)整方法是有益的。
1 ． 3 水泥與減水劑相容性檢驗方法
水泥與減水劑相容性的檢驗方法國內(nèi)主要有微型坍落度儀法和 Marsh 筒法。 GB50119 — 2003 《混凝十外加劑應(yīng)用技術(shù)規(guī)范》和 GB/T8077 — 2000 《混凝土外加劑勻質(zhì)性試驗方法》都規(guī)定了使用微型坍落度儀的凈漿流動度檢驗方法。曾經(jīng)在一次高強混凝土的生產(chǎn)試配中發(fā)現(xiàn)，微型坍落度儀的檢驗結(jié)果與混凝土的坍落度和擴展度之間相關(guān)性不好。徐永模等提出使用砂漿坍落擴展度表征水泥與減水劑相容性，并證明與混凝土坍落擴展度有良好的相關(guān)性。曾經(jīng)長期使用了一種在跳桌上檢驗的凈漿流動度方法，對比證明，該方法在與混凝土坍落度相關(guān)性方面優(yōu)于 GB/T8077 — 2000 規(guī)定的凈漿流動度方法。
—個混凝土攪拌站曾經(jīng)多年使用 GB/T8077 — 2000 規(guī)定的凈漿流動度檢驗方法控制水泥與減水劑相容性，并用作混凝土試配的依據(jù)。后按建議改用方法進行日常的生產(chǎn)控制。年半的使用結(jié)果證明，水泥砂漿坍落擴展度與混凝土坍落度的相關(guān)性明顯好于凈漿流動度。將連續(xù)半年測定的砂漿坍落擴展度、凈漿流動度分別與混凝土坍落度進行一元線性回歸，分別見圖 2 、圖 3 。
圖 2 砂漿坍落擴展度與混凝土坍落度一元線性回歸結(jié)果
圖 3 凈漿流動度與混凝土坍落度一元線性回歸結(jié)果
圖 2 、圖 3 顯示，砂漿坍落擴展度和混凝土坍落度的相關(guān)性明顯好于凈漿流動度。使用砂漿坍落擴展度表征水泥與減水劑相容性更加合適。
即將發(fā)布的行業(yè)標準 JC/T1073 中并列了 Marsh 筒法 ( 標準法 ) 和凈漿流動度法 ( 代用法 ) ，兩種方法均規(guī)定了使用 6 個不同的減水劑摻量進行試驗，凈漿配比見表 1 。這樣會大大增加試驗數(shù)量。參照國外同類試驗方法，建議在水泥廠的日常質(zhì)量控制中只進行一個減水劑摻量的試驗，當水泥與減水劑相容性出現(xiàn)異常，為了分析異常的類型和原因可以按行業(yè)標準的凈漿配比試驗。使用單一減水劑摻量試驗時，為了增加對水泥與減水劑相容性的區(qū)分，建議減水劑摻量設(shè)置為略小于飽和摻量。建議的凈漿配比見表 l 。
表 1 行業(yè)標準規(guī)定和本文建議的凈漿流動度法凈漿配比
|
方法 |
水泥 /g |
水 /ml |
水灰比 |
基準減水劑摻量 /% |
|
行業(yè)標準 |
30 0 ± 2 |
87 ± 1 |
0.29 |
0.4 、 0.6 、 0.8 、 1.0 、 1.2 、 1.4 |
|
本文建議 |
500 ± 2 |
145 ± 1 |
0.29 |
0.65 |
2 水泥與減水劑相容性控制方法
2 ． 1 水泥與減水劑相容性影響因素
水泥與減水劑相容性影響因素包括：熟料礦物組成；熟料燒成溫度、燒成速度及冷卻速度；混合材料種類和質(zhì)量；水泥堿含量、可溶性堿含量；水泥比表面積和顆粒分布；石膏品種和摻量；水泥粉磨溫度；水泥 fCaO 含量；水泥新鮮度；出磨水泥的冷卻速度；夏季出廠水泥溫度。
2 ． 2 提高水泥與減水劑相容性的方法
盡管上面列出了幾乎全部已知影響水泥與減水劑相容性的因素，但在實際生產(chǎn)中面對水泥與減水劑相容性的波動時，很多時候還是不能及時判斷是哪些因素在起主要作用。其原因一是影響因素的復(fù)雜多樣；二是這些影響因素缺乏可靠的影響程度的定量結(jié)果。依賴水泥廠試驗得到這些定量關(guān)系相當困難。在生產(chǎn)條件下各種因素同時作用，很難觀測到單一因素的影響程度；工業(yè)試驗幾乎只能改變參數(shù)使得相容性更好，而不能輕易進行使相容性變差的試驗。
下面的生產(chǎn) ( 試驗 ) 數(shù)據(jù)和控制經(jīng)驗來自一個國內(nèi)合資工廠和兩個國外工廠，這些控制經(jīng)驗已經(jīng)在這 3 個水泥廠得到驗證，證明是有效的。
2 ． 2 ． 1 控制石膏類型、不同類型比例和水泥粉磨溫度
天然石膏一般以二水石膏為主，很多天然二水石膏均伴生有一定數(shù)量的無水石膏和少量半水石膏。天然無水石膏僅伴生少量二水石膏。磷石膏、濕法脫硫石膏幾乎全部為二水石膏。二水石膏在 8 0 ～ 14 0 ℃ 時逐步向半水石膏轉(zhuǎn)化，半水石膏在 13 0 ～ 200 ℃ 時逐步向無水石膏轉(zhuǎn)化。二水石膏、半水石膏和無水石膏在水中的溶解度和溶解速度差異很大，見表 2 和圖 4 。
表 2 不同類型石膏在純水中的理論溶解度 g/L
|
溫度 |
CaSO 4 · 2H 2 O |
α － CaSO 4 · 1/2H 2 O |
β － CaSO 4 · 1/2H 2 O |
Ⅲ α － CaSO 4 |
Ⅲ β － CaSO 4 |
Ⅱ β － CaSO 4 |
|
0 ℃ |
1.756 |
8.838 |
10.919 |
8.876 |
11.721 |
3.793 |
|
10 ℃ |
1.937 |
7.801 |
9.494 |
7.793 |
10.182 |
3.313 |
|
20 ℃ |
2.047 |
6.841 |
8.198 |
6.784 |
8.789 |
2.879 |
|
30 ℃ |
2.104 |
5.956 |
7.024 |
5.852 |
7.508 |
2.486 |
|
40 ℃ |
2.115 |
5.144 |
5.965 |
4.997 |
6.362 |
2.134 |
|
50 ℃ |
2.087 |
4.403 |
5.018 |
4.220 |
5.336 |
1.820 |
圖 4 不同類型石膏在水中的溶解速度
圖 4 顯示，半水石膏在水泥與水混合的最初幾分鐘內(nèi)的溶解速度顯著高于二水石膏和無水石膏，水泥中存在一定數(shù)量的半水石膏對抑制 C 3 A 的早期水化具有重要意義，可以改善水泥的流變性能。無水石膏的溶解速度最慢。水泥粉磨時如果全部使用無水石膏，盡管水泥中有足夠的 SO 3 含量，但仍不足以抑制 C 3 A 的早期水化，會導致水泥的流變性能劣化，與高效減水劑相容性變差。另外，當使用木鈣、糖鈣減水劑時，水泥中的無水石膏會導致混凝土凝結(jié)時間異常。
使用二水石膏，在水泥粉磨過程中控制磨內(nèi)水泥的溫度 ( 實際上可以方便測量的是出磨水泥的溫度 ) ，可以控制半水石膏和硬石膏的數(shù)量。二水石膏轉(zhuǎn)化為半水石膏的程度可以用石膏的半水化率表示，是指二水石膏轉(zhuǎn)化為半水石膏的質(zhì)量百分比。水泥的粉磨溫度主要與入磨熟料溫度、磨機通風量和磨機的大小有關(guān)，最有效的控制粉磨溫度的措施是在磨內(nèi)噴水 ( 以噴水量的多少來控制 ) 。國外某水泥廠的試驗結(jié)果表明，二水石膏的半水化率與粉磨溫度的關(guān)系如圖 5 所示。
圖 5 出磨水泥溫度與二水石膏半水化率的關(guān)系
圖 5 顯示，出磨水泥溫度小于 110 ℃ 很少產(chǎn)生半水石膏，出磨水泥溫度達到 13 0 ℃ ，幾乎全部二水石膏都轉(zhuǎn)化為半水石膏和硬石膏。
國外某水泥廠以磨內(nèi)噴水量控制石膏的半水化率，得到不同半水化率的水泥樣品。在這些水泥樣品中摻入不同數(shù)量的聚羧酸減水劑，檢驗水泥的砂漿初始流動度 ( 本文的砂漿流動度均為加入一定數(shù)量的高效減水劑后測定，與 GB/T2419 — 2005 《水泥膠砂流動度測定方法》不同 ) ，結(jié)果見圖 6 。
圖 6 石膏半水化率與砂漿初始流動度的關(guān)系
圖 6 顯示，隨著石膏半水化率增加，水泥砂漿初始流動度增加。
報道了國外以水泥流變性能確定石膏半水化率的研究結(jié)果。以凝結(jié)時間最長、用水量最低作為硫酸鹽最佳化的標志，則粗磨水泥的石膏最佳配比為半水石膏 30 ％，無水石膏 70 ％，最低用水量約 23 ％；細磨水泥的石膏最佳配比為半水石膏 80 ％，無水石膏 20 ％，最低用水量約 32 ％，若石膏調(diào)配不當用水量可超過 35 ％。
A 廠的生產(chǎn)實踐表明，石膏中含有過多的硬石膏會損害水泥與減水劑的相容性。一方面，硬石膏與木鈣、糖鈣類減水劑會導致混凝土的異常凝結(jié)；另一方面，過多的硬石膏會減少水泥中二水石膏的含量。 A 廠規(guī)定天然石膏中硬石膏比例 [CaSO 4 /(CAS0 4 · 2H 2 O+CaSO 4 )]<10 ％。
石膏中的酸不溶物大致反映了石膏中黏土礦物的含量，黏土礦物會明顯損害水泥與減水劑相容性。 A 廠規(guī)定天然石膏中的酸不溶物 <8 ％。
A 廠的水泥磨臺時產(chǎn)量 100t/h ，在夏季控制出磨水泥溫度 12 0 ～ 12 5 ℃ 。 在水泥磨溫度偶然失控產(chǎn)生較大變化時，多數(shù)情況下觀測到水泥與減水劑相容性的變化。表 3 是 2 次出磨水泥溫度變化前后的水泥凈漿流動度的變化。
表 3 出磨水泥溫度變化對水泥凈漿流動度的影響
|
序號 |
粉磨溫度變化 |
出磨水泥溫度 / ℃ |
凈漿流動度 / ㎜ |
|
1 |
變化前 |
124 |
295 |
|
變化后 |
137 |
278 |
|
2 |
變化前 |
122 |
301 |
|
變化后 |
109 |
281 |
從表 3 可以看出，水泥磨內(nèi)溫度偏低或偏高都對水泥與減水劑的相容性不利。這是因為水泥磨內(nèi)溫度偏低時，水泥中溶解速度和溶解度較大的半水石膏含量不足；溫度偏高時，水泥中溶解速度慢的硬石膏含量較多。
A 廠的控制經(jīng)驗表明，為了保證水泥中含有一定數(shù)量的半水石膏，應(yīng)該：
1) 控制石膏中硬石膏的比例，最多不超過 25 ％。
2) 控制出磨水泥溫度，最好在 12 0 ～ 12 5 ℃ ，最高不超過 130 ％。
3) 控制出磨水泥溫度的方法主要是調(diào)整磨內(nèi)噴水量。
上述經(jīng)驗與文獻有些不同。文獻主張按我國的國情，一般不宜使用半水石膏。相反，根據(jù)熟料情況摻適量的天然硬石膏是有利的。
適宜的石膏摻量和不同形態(tài)石膏比例，與熟料中 C 3 A 含量和結(jié)晶狀況、堿含量和堿的形態(tài)、水泥粉磨細度和水泥使用溫度等因素有關(guān)，因此，應(yīng)綜合考慮各方面因素。 A 廠熟料中 C 3 A 含量約 7.2 ％～ 7.8 ％；堿含量 (Na 2 O · eq) 約 0.65 ％～ 0.73 ％；水泥比表面積約 35 0 ～ 370m 2 /kg ，這些條件只在一個很小的范圍內(nèi)波動， A 廠控制水泥中不同形態(tài)石膏的比例 ( 出磨水泥溫度 ) 是根據(jù)這些條件確定的。水泥中石膏的摻量和形態(tài)不僅影響水泥的流變性能和水泥與減水劑相容性，而且關(guān)系到水泥的早期水化速度、收縮與開裂性能、強度等，確定水泥中適宜的石膏摻量和形態(tài)還應(yīng)該考慮這些因素。
目前國內(nèi)還沒有檢驗水泥中石膏半水化率的方法，為了準確描述水泥中不同形態(tài)石膏的比例對水泥性能的影響，和在水泥粉磨時準確控制水泥中不同形態(tài)石膏的比例，有必要制訂石膏半水化率檢驗方法。
2 ． 2 ． 2 水泥中石膏摻量
適當提高水泥中 SO 3 含量有利于提高水泥與減水劑相容性。 A 廠水泥中 SO 3 含量約 2.2 ％左右，由于某些原因始終未能提高。為解決水泥與減水劑相容性不良的問題，曾建議某水泥廠將水泥中 SO 3 控制目標值從 2.0 ％提高到 2.8 ％，按 GB/T 8077 — 2000 檢驗的水泥凈漿流動度由 16 5 ㎜ 增加到 187mm ，水泥與減水劑相容性明顯改善。普遍來說，目前我國水泥中的 SO 3 含量偏低。
2 ． 2 ． 3 熟料中 C 3 A 含量、堿含量和硫堿比
將這 3 個因素放在一起介紹是因為它們有著密切的關(guān)聯(lián)。熟料中 C 3 A 含量對水泥與減水劑相容性的影響已為大家所熟知；在工廠也實際觀測到這種影響。 A 廠為了凋整水泥色度，曾經(jīng)將熟料中 C 3 A 含量由 7 ． 3 ％提高到 8.5 ％，檢驗的凈漿流動度由 292mm 降低到 274mm 。國外某工廠為了探索在原料中摻入高鋁工業(yè)廢渣對水泥與減水劑相容性的影響進行了工業(yè)試驗，固定其它條件，逐步增加熟料中 C 3 A 含量，在不同階段取水泥樣品， C 3 A 含量 ( 按鮑格公式計算 ) 與砂漿初始流動度具有一定的相關(guān)性，見圖 7 。
圖 7 中的相關(guān)系數(shù)很小。考慮按鮑格公式計算的 C 3 A 含量并不是真實的含量，用 XRD 法檢驗了 C 3 A 實際含量，但沒有得到更好的相關(guān)關(guān)系。這提示除了 C 3 A 含量尚有其它沒有控制的因素。
圖 7 熟料中 C 3A 含量與砂漿初始流動度的相關(guān)性
水泥中堿含量對水泥與減水劑相容性的影響很多時候被描述為一種成近似線性的關(guān)系，事實上，它們的關(guān)系曲線多數(shù)情況下是非線性的，有明顯的最值。進行試驗時所取的堿含量范圍最低值偏高也許是沒有發(fā)現(xiàn)非線性的主要原因。根據(jù)國外的試驗結(jié)果指出，對于廣泛使用的萘系減水劑水泥中最佳可溶性堿含量在 0.4 ％～ 0.6 ％ (Na 2 O · ep) 。使用可溶性堿含量過低的水泥時，不僅當減水劑摻量不足時坍落度損失會較快，且當減水劑摻量稍高于飽和點時，又會出現(xiàn)嚴重的離析與泌水。可溶性堿與堿含量之間沒有確定的關(guān)系，在不同工廠它們的比例可以在 25 ％～ 75 ％之間波動。 A 廠熟料中的可溶性堿與堿含量之比為： K 2 O 約 73 ％， Na 2 O 約 38 ％。 A 廠水泥中可溶性堿含量波動范圍很小， Na 2 O · ep 波動于 0.45 ％～ 0.50 ％，無法清楚地觀測到堿含量對水泥與減水劑相容性的影響。
在熟料煅燒過程中，堿首先與氯化合成氯化堿，氯化堿大部分在窯的高溫帶揮發(fā)進入氣相，少量隨熟料一起出窯。其次堿與 SO 3 化合成硫酸堿。當 SO 3 數(shù)量相對于堿不足時，有部分堿固溶于熟料礦物中，主要是進入 C 3 A ；當有足夠的 SO 3 時堿很少存在于 C 3 A 中。含有堿的 C 3 A 具有更高的活性，對水泥與減水劑相容性更加不利。因此控制熟料的硫堿比可以控制堿在熟料中的存在型式，從而影響水泥與減水劑的相容性。國外某水泥廠改變熟料的硫堿比，水泥的初始砂漿流動度和經(jīng)時砂漿流動度的變化如圖 8 所示。
圖 8 熟料 SO 3 /Na 2 O · eq( 摩爾比 ) 與水泥砂漿流動度的關(guān)系
圖 8 顯示，隨著熟料硫堿比的增加，砂漿初始流動度和經(jīng)時流動度均加大，對經(jīng)時流動度的影響更加明顯。在熟料中堿含量一定的前提下，提高硫堿比，可溶性堿增加，進入 C 3 A 中的堿減少，對改善水泥與減水劑相容性有利。
A 廠熟料硫堿比 ( 摩爾比 ) 控制范圍多數(shù)情況下在 0.7 2 ～ 087 。
2 ． 2 ． 4 粉煤灰質(zhì)量
A 廠 P ·Ⅱ 42.5R 水泥摻入 3 ％的石灰石， P.042.5R 水泥摻入 3 ％的石灰石和 11 ％的粉煤灰。兩個品種的水泥使用同樣的熟料，粉磨條件一致。當粉煤灰質(zhì)量較好時，兩種水泥檢驗的凈漿流動度月平均值接近；當粉煤灰質(zhì)量較差時，凈漿流動度月平均值 P · Ⅱ 42.5R 明顯大于 P · 042.5R ，顯示了粉煤灰質(zhì)量的明顯影響。粉煤灰的燒失量越高、比表面積越低，水泥凈漿流動度越小。
2 ． 3 水泥與減水劑相容性的穩(wěn)定性
談到水泥質(zhì)量穩(wěn)定性，往往習慣性地想到水泥 28d 抗壓強度的標準偏差或變異系數(shù)。其實這個穩(wěn)定性的觀念有些過于簡單了，穩(wěn)定性至少還應(yīng)該包括水泥與減水劑相容性。相容性突然變差，混凝土坍落度會明顯減小，導致混凝土無法振搗密實，如果是泵送混凝土則可能導致無法泵送；相容性突然變好，混凝土坍落度會明顯增大，可能出現(xiàn)泌水、離析。無論是哪種變化，都需要及時調(diào)整混凝土配比，而重新調(diào)整的混凝土配比是來不及進行性能驗證的，混凝土生產(chǎn)就會存在一定程度的盲目性。接觸的混凝土攪拌站的很多質(zhì)量管理人員有一個共識：寧可容忍 2 ～ 3MPa 的抗壓強度波動，也不愿意出現(xiàn)相容性的明顯波動 ( 凈漿流動度相差 20mm 以上 ) 。可見水泥與減水劑相容性穩(wěn)定的重要性。
為了控制水泥與減水劑相容性的穩(wěn)定性，選擇一種評價水泥與減水劑相容性的方法并作為日常檢驗項目是必要的。 A 廠前期使用文獻中方法檢驗水泥凈漿流動度，后來為了使檢驗結(jié)果與顧客的檢驗結(jié)果具有可比性，改為 GB/T8077 — 2000 方法。可以根據(jù)顧客需求、地區(qū)同行水平和工廠的實際情況制訂水泥與減水劑相容性目標值，并規(guī)定允許波動范圍。 A 廠將按 GB/T8077 — 2000 檢驗的凈漿流動度波動范圍超 過± 20mm 視為較大波動，當波動范圍超過± 15mm 即需要查找原因，采取糾正措施。當波動范圍超 過± 20mm 或遇到顧客對水泥與減水劑相容性投訴，則需要采取緊急措施。
2 ． 4 水泥與減水劑相容性的調(diào)整措施
當水泥與減冰劑相容性發(fā)生較大波動時，應(yīng)該及時、有效地做出調(diào)整。分析原因和確定調(diào)整措施應(yīng)區(qū)分是初始流動度減小還是流動度經(jīng)時損失加大。
2 ． 4 ． 1 查找水泥與減水劑相容性波動原因的方法
在相容性作為質(zhì)量控制指標的水泥廠，相容性出現(xiàn)非預(yù)期的突然變好的可能性較小，大部分非預(yù)期的波動都是相容性變差。初始流動度變差應(yīng)該重點考慮如下因素：
1) 水泥中的細顆粒 (<10μm) 含量對相容性產(chǎn)生明顯的不利影響。比表面積用來表征水泥中細顆粒含量多數(shù)情況下是適宜的。比表面積對相容性是一個比較敏感的指標。
2) 石膏種類及水泥粉磨溫度的變化。
3) 磨內(nèi)噴水的變化。磨內(nèi)是否噴水、噴水量大小、噴水時的磨內(nèi)溫度對相容性有明顯影響。
4) 如果摻入粉煤灰，則需要檢驗其燒失量。
5) 熟料 SM 、 C 3 A 的變化。
流動度經(jīng)時損失變大應(yīng)該重點考慮如下因素：
1) 熟料中 C 3 A 的變化。
2) 熟料中堿含量、硫堿比的變化。
3) 石膏種類及水泥粉磨溫度的變化。
2 ． 4 ． 2 水泥與減水劑相容性較大變化的調(diào)整
對相容性突然較大變化的緊急調(diào)整要求能夠迅速見效 (48h 之內(nèi) ) ，使相容性迅速恢復(fù)到正常水平。為達到這—要求，往往同時采取幾項措施。確定調(diào)整措施之前，首先應(yīng)該按 2 ． 4 ． 1 方法調(diào)查原因，盡量使措施有針對性。但很多時候調(diào)查原因是很困難的，可能在幾十個小時內(nèi)難以找到確切的原因。這時要把迅速使相容性回到正常水平放在首位，可以采取沒有針對性但確實有效的措施。采取這些措施的時候應(yīng)該考慮對水泥其它性能特別是強度的影響程度。能夠迅速改善相容性的措施包括：
1) 將水泥顆粒分布的均勻性系數(shù)控制在 0.9 0 ～ 1.1 范圍，提高平均粒徑，降低比表面積，對提高混凝土初始坍落度有效。
2) 提高熟料 SM ，降低 IM ，對提高混凝土初始坍落度，減少坍落度經(jīng)時損失均有效。
3) 提高水泥中 SO 3 含量 ( 條件是調(diào)整前水泥中 SO 3 含量低于 2.5 ％ ) ，對提高混凝土初始坍落度，減少坍落度經(jīng)時損失均有效，側(cè)重于減少坍落度經(jīng)時損失。
4) 對于萘系減水劑，將熟料中可溶性堿含量 (Na 2 O · eq) 調(diào)整到 0.5 ％± 0.1 ％范圍。對提高混凝土初始坍落度，減少坍落度經(jīng)時損失均有效。
2 ． 5 對相容性日常質(zhì)量控制的幾點建議
1) 建議按一定頻度進行水泥凈漿流動度檢驗，盡管水泥的凈漿流動度與混凝土坍落度之間的相關(guān)性不太理想，但是，在目前沒有更好的檢驗方法時，凈漿流動度幾乎是唯一的選擇。
2) 定期以混凝土坍落度檢驗結(jié)果評價本廠水泥與高效減水劑的相容性，同時評價凈漿流動度檢驗結(jié)果和混凝土坍落度的相關(guān)性。
3) 選擇一種大公司生產(chǎn)的質(zhì)量穩(wěn)定的萘系高效減水劑用作水泥凈漿流動度檢驗的基準減水劑，在其質(zhì)量穩(wěn)定期內(nèi)使用。
4) 根據(jù) GB/T8077 — 2000 規(guī)定的基準水泥的凈漿流動度、用戶需求、本廠生產(chǎn)條件，建立水泥凈漿流動度控制目標值。
5) 當實測水泥凈漿流動度偏離目標值較大時 (> 20mm ) ，根據(jù)上述水泥與高效減水劑相容性的影響因素查找原因，采取措施。
[ 應(yīng)用實例 5]
泵送混凝土施工對溫度裂縫的有效控制
一、溫度裂縫產(chǎn)生的機理及特征
混凝土澆筑后，在硬化過程中，水泥水化產(chǎn)生大量的水化熱。由于混凝土的體積較大，大量的水化熱聚積在混凝土內(nèi)部而不易散發(fā)，導致內(nèi)部溫度急劇上升，而混凝土表面散熱較快，使得混凝土結(jié)構(gòu)內(nèi)外出現(xiàn)較大的溫差，這些溫差造成內(nèi)部與外部熱脹冷縮的程度不同，使混凝土表面產(chǎn)生一定的拉應(yīng)力。當拉應(yīng)力超過混凝土的抗拉強度極限時，混凝土表面就會產(chǎn)生裂縫，這種裂縫多發(fā)生在混凝土施工中后期。在混凝土的施工中當溫差變化較大，或者是混凝土受到寒潮的襲擊時，會導致混凝土表面溫度急劇下降，而產(chǎn)生收縮，表面收縮的混凝土受內(nèi)部混凝土的約束，將產(chǎn)生很大的拉應(yīng)力而形成裂縫，這種裂縫通常只在混凝土表面較淺的范圍內(nèi)產(chǎn)生。
溫度裂縫的走向通常無一定規(guī)律，大面積結(jié)構(gòu)裂縫常縱橫交錯。梁板類長度尺寸較大的結(jié)構(gòu)，裂縫多平行于短邊；深入和貫穿性的溫度裂縫一般與短邊方向平行或接近平行，裂縫沿著長邊分段出現(xiàn)，中間較密。裂縫寬度大小不一，受溫度變化影響較為明顯，冬季較寬，夏季較窄。高溫膨脹引起的混凝土溫度裂縫是通常中間粗兩端細，而冷縮裂縫的粗細變化不太明顯。此種裂縫的出現(xiàn)會引起鋼筋的銹蝕，混凝土的碳化，降低混凝土的抗凍融、抗疲勞及抗?jié)B能力等。
二、影響因素和防治措施
混凝土內(nèi)部的溫度與混凝土厚度及水泥品種、用量有關(guān)。混凝土越厚，水泥用量越大，水化熱越高的水泥，其內(nèi)部溫度越高，形成溫度應(yīng)力越大，產(chǎn)生裂縫的可能性越大。
對于大體積混凝土，其形成的溫度應(yīng)力與其結(jié)構(gòu)尺寸相關(guān)，在一定尺寸范圍內(nèi)，混凝土結(jié)構(gòu)尺寸越大，溫度應(yīng)力也越大，因而引起裂縫的危險性也越大，這就是大體積混凝土易產(chǎn)生溫度裂縫的主要原因。因此防止大體積混凝土出現(xiàn)裂縫最根本的措施就是控制混凝土內(nèi)部和表面的溫度差。
1 ．混凝土原材料及配合比的選用
(1) 盡量選用低熱或中熱水泥，減少水泥用量。大體積鋼筋混凝土引起裂縫的主要原因是水泥水化熱的大量積聚，使混凝土出現(xiàn)早期升溫和后期降溫，產(chǎn)生內(nèi)部和表面的溫差。減少溫差的措施是選用中熱硅酸鹽水泥或低熱礦渣硅酸鹽水泥，在摻加泵送劑或粉煤灰時，也可選用礦渣硅酸鹽水泥。另外，可充分利用混凝土后期強度，以減少水泥用量。改善骨料級配，摻加粉煤灰或高效減水劑等來減少水泥用量，降低水化熱。
(2) 摻加摻合料。大量試驗研究和工程實踐表明，混凝土中摻入一定數(shù)量優(yōu)質(zhì)的粉煤灰后，不但能代替部分水泥，而且由于粉煤灰顆粒呈球狀，具有滾珠效應(yīng)，起到潤滑作用，可改善混凝土拌合物的流動性、黏聚性和保水性，從而改善了可泵性。特別重要的效果是摻加原狀或磨細粉煤灰后，可以降低混凝土中水泥水化熱，減少絕熱條件下的溫度升高。在混凝土中摻加一定量的具有減水、增塑、緩凝等作用的外加劑，改善混凝土拌合物的流動性、保水性，降低水化熱，推遲熱峰的出現(xiàn)時間。
2 ．施工工藝流程改進
(1) 改善攪拌工藝。采用二次投料的凈漿裹石或砂漿裹石工藝，可以有效地防止水分聚集在水泥砂漿和石子的界面上，使硬化后界面過渡層結(jié)構(gòu)致密、黏結(jié)力增大，從而提高混凝土強度 10 ％或節(jié)約水泥 5 ％，并進一步減少水化熱和裂縫。改善混凝土的攪拌加工工藝，在傳統(tǒng)的三冷技術(shù)的基礎(chǔ)上采用二次風冷新工藝，降低混凝土的澆筑溫度。
(2) 嚴格控制澆筑流程，合理安排施工工序，分層、分塊澆筑，以利于散熱，減小約束。對已澆筑的混凝土，在終凝前進行二次振動，可排除混凝土因泌水，在石子、水平鋼筋下部形成的空隙和水分，提高黏結(jié)力和抗拉強度，并減少內(nèi)部裂縫與氣孔，提高抗裂性。在高溫季節(jié)泵送，宜用溫草袋覆蓋管道進行降溫，以降低入模溫度。
(3) 注重澆筑完畢后養(yǎng)護混凝土。養(yǎng)護主要是保持適當?shù)臏囟群蜐穸葪l件。保溫能減少混凝土表面的熱擴散，降低混凝土表層的溫差，防止表面裂縫。混凝上澆筑后，及時用濕潤的草簾、麻片等覆蓋，并注意灑水養(yǎng)護，適當延長養(yǎng)護時間，保證混凝土表面緩慢冷卻。在寒冷季節(jié)，混凝土表面應(yīng)設(shè)置保溫措施，以防止寒潮襲擊。
三、溫度裂縫的處理方法
混凝土裂縫的修補措施主要采取以下一些方法：表面修補法、嵌縫法、結(jié)構(gòu)加固法、混凝土置換法等。
1 ．表面修補法
表面修補法主要適用于穩(wěn)定和結(jié)構(gòu)承載能力沒有影響的表面裂縫以及深進裂縫的處理。通常的處理措施是在裂縫的表面涂抹水泥漿、環(huán)氧膠泥或在混凝土表面涂刷油漆、瀝青等防腐材料，在防護的同時為了防止混凝土受各種作用的影響繼續(xù)開裂，通常可以采用在裂縫的表面粘貼玻璃纖維布等措施。
2 ．嵌縫法
嵌縫法是裂縫封堵中最常用的一種方法，它通常是沿裂縫鑿槽，在槽中嵌填塑性或剛性止水材料，以達到封閉裂縫的目的。常用的塑性材料有聚氯乙烯膠泥、塑料油膏和丁基橡膠等。常用的剛性防水材料為聚合物水泥砂漿。
3 ．結(jié)構(gòu)加固法
當裂縫影響到混凝土結(jié)構(gòu)的性能時，就要考慮采用加固法對混凝土結(jié)構(gòu)進行處理。結(jié)構(gòu)加固中常用的有以下幾種方法：加大混凝土結(jié)構(gòu)的截面面積，在構(gòu)件的角部外包型鋼、采用預(yù)應(yīng)力法加固、粘貼鋼板加固、增設(shè)支點加固以及噴射混凝土補強加固。
4 ．混凝土置換法
混凝土置換法是處理嚴重損壞混凝土的一種有效方法，此方法是先將損壞的混凝土剔除，然后再置換入新的混凝土或其他材料。常用的置換材料有：普通混凝土或水泥砂漿、聚合物或改性聚合物混凝土或砂漿。
溫度裂縫的存在是混凝土施工中不可避免的普遍現(xiàn)象，泵送混凝土施工同樣如此。但是，我們應(yīng)該明白裂縫的出現(xiàn)不僅會降低建筑物的抗?jié)B能力，影響建筑物的使用功能，而且會引起鋼筋的銹蝕、混凝土的碳化、降低材料的耐久性，影響建筑物的承載能力。因此，我們在施工中，應(yīng)充分認識到裂縫的出現(xiàn)對 建筑物的危害性，采取各種有效的措施和合理的處理方法來預(yù)防裂縫的出現(xiàn)和發(fā)展，不斷提高混凝上澆筑質(zhì)量，滿足建筑結(jié)構(gòu)安全穩(wěn)定等要求。
