水泥标准修订后对混凝土质量的影响（二）

　　2.水泥的矿物组成
　　众所周知，硅酸盐水泥主要的组成矿物有四种，它们的水化性质不同，在水泥中所占比例不同时影响对水泥整体的性质。表2为水泥中四种主要矿物的水化热，表3为四种主要矿物的收缩率。
　　C3A的水化热是其他矿物水化热的数倍，尤其是在早期。&考&试大$C3S的水化热虽然比C3A小很多，但在3d时却几乎是C2S水化热的5倍，因其含量在熟料中约占一半，故影响也很大。C3A的收缩率是C2S收缩率的3倍，几乎是C4AF的5倍。因此C3A含量较大的早强水泥易因早期的温度收缩、自收缩和干燥收缩而开裂。
　　水泥熟料四种主要矿物的水化热龄期 矿物发热量（J/g）
　　C3S C2S C3A C4AF
　　3d 244±34 50±21 890±118 290±113
　　7d 223±46 42±29 1562±164 496±155
　　28d 378±29 105±17 1382±164 496±92
　　3个月 437±21 176±13 1306±71 412±67
　　1年 491±29 227±17 1172±97 378±92
　　6.5年 491±29 223±21 1378±105 466±101
　　水泥熟料四种主要矿物的收缩率
　　①矿物 收缩率；
　　C3A 0.00234±0.000100
　　C3S 0.00079±0.000036
　　C2S 0.00077±0.000036
　　C4AF 0.00049±0.000114
　　②准稠度用水量；
　　③以GB175-77的确号和525号水泥为例，按统计计算；
　　④表内未列出成型方法、试模形状和尺寸等重要的变化。
　　3.水泥细度的影响
　　3.1.水泥细度对水泥与高效减水剂相容性的影响目前我国混凝土尤其是中等以上强度等级的混凝土普遍使用高效减水剂和其他外加剂。当高效减水剂产品一定时，水泥的成分（&考&试大$主要是含碱量、C3A及其相应的SO3含量）和细度是影响水泥和高效减水剂相容性的主要因素。水泥细度的变化加剧了水泥与高效减水剂的相容性问题。近两年高效减水剂用户和厂家的纠纷时有发生，为此天津雍阳外加剂厂丘汉用不同细度的天津P.O525号水泥和拉法基P.O525号水泥分别掺入不同量的UNF-5AS，进行相容性试验。采用水灰比为0.29的净浆，分别在搅拌后5min和60min量测其流动度。
　　高效减水剂与不同细度水泥的相容性试验结果细度（cm2/g） 3014 3486 3982 4445 5.54饱和点/% 0.8 1.2 1.2 1.6 2流动度无损失时的掺量/% 1.6 2.2 1.8 ＞2.4 找不到随水泥比表面积增加，与相同高效减水剂的相容性变差，饱和点提高，为减小流动度损失需要增加更大掺量的高效减水剂。这样不仅增加了施工费用，而且可导致混凝土中水泥用量的增加，影响混凝土的耐久性。
　　3.2.水泥细度对强度的影响在目前我国大多数水泥粉磨条件下，水泥磨得越细，其中的细颗粒越多。增加水泥的比表面积能提高水泥的水化速率，提高早期强度，但粒径在1μm以下的颗粒水化很快，几乎对后期强度没有任何贡献，倒是对早期的水化热、混凝土的自收缩和干燥收缩有贡献——水化快的水泥颗粒水化热释放得早；因水化快消耗混凝土内部的水分较快，引起混凝土的自干燥收缩；细颗粒容易水化充分，产生更多的易于干燥收缩的凝胶和其他水化物。粗颗粒的减少，&考&试大$减少了稳定体积的未水化颗粒，因而影响到混凝土的长期性能。在美国1937年按特快硬水泥生产的水泥I与现今水泥的平均水平的组成和细度相当，当时采用这种快硬水泥的混凝土10年后强度倒缩了；而1923年使用粗水泥的混凝土，直到50年后强度还在增长。水泥细度还会影响混凝土的抗冻性。细水泥的易裂性可能与其低抗拉强度有关。
　　4.水泥中含碱量和开裂的关系
　　GB175-1999出于对预防碱骨料反应的考虑对水泥中含碱量进行限制。Burrows在美国佛罗里达的肯山坝对104种混凝土的面板进行了53年的调查研究，发现开裂严重的劣化了的混凝土中，有的水泥含碱量高，但所用骨料并没有碱活性；还有的使用高碱水泥同时所用骨料也有活性，但是检测的结果却没有碱骨料反应的产物，而混凝土却开裂而劣化了；低碱、&考&试大$虽高碱但低C3A和低C3S的水泥则完好。这表明碱能促进水泥的收缩开裂。用粗磨、低碱水泥时，引气混凝土可经受住550次冻融循环，但用细磨、高碱水泥则经受不住100次循环。
　　美国国家标准局对199种水泥进行了18年以上的调研，大量的发现是碱和细度、C3A和C4AF的因素一起极大地影响水泥的抗裂性。即使有相同水化率（强度）和相同的自由收缩，显然低碱水泥有内在的抵抗开裂的能力。当含碱量低于0.6%Na2O当量时，水泥的抗裂性明显增加，当进一步降低到趋向于0时，这种能力会进一步改善，尽管这一点是做不到的。
　　由于碱骨料反应必须在混凝土中具有足够的含碱量、足够数量的活性骨料和足够的水分供应三个条件同时存在的情况下才会发生，并不要求任何情况下都限制水泥的含碱量&考&试大$，但是，促进混凝土收缩裂缝的生成和发展以致造成混凝土结构物的劣化，却是高含碱量对混凝土更大的威胁。所以无论是否使用活性骨料，必须将水泥中的含碱量减少到最小。
　　5.讨论和建议
　　（1）众所周知，凡是能提高混凝土早期强度的因素，都会影响混凝土后期强度的增长，所以目前在配制混凝土时都有较大的强度富余，以期补偿这种后期强度的损失，这无疑会造成很大的浪费。现在看来，问题远比此更严重，早期的高强度所带来的后患是混凝土结构物提早劣化。因此，除非工程有特殊需要，应尽量避免使用早强水泥。
　　（2）混凝土早期高强度的需求促使了水泥向高C3S和高C3A、&考&试大$高比表面积发展，再加上低水灰比、高水泥用量、超细矿物掺合料的使用，造成在约束状态下的混凝土因温度收缩、自收缩、干燥收缩和较高的早期弹性模量而产生较大的内部应力，早期的低徐变无法缓解这种应力而产生早期裂缝；内部不可见的微裂缝在混凝土长期使用过程干燥环境中继续发展，是混凝土提早劣化的主要原因。
　　（3）高含碱量的水泥会生成抗裂性能差的凝胶，加重混凝土后期的干燥收缩，所以不论骨料是否有活性，都应当限制水泥和混凝土中的含碱量。
　　（4）建议对水泥和混凝土质量增加抗裂性的要求（&考&试大$国内外都已有对抗裂性评价方法的研究和使用）。
　　（5）建议对基础、高层建筑底（低）层柱等部位结构物的混凝土尽量延长验收期（如56d或90d），以尽量避免过高的早期强度。
　　（6）建议对不同强度等级和不同结构部位的混凝土分别建立不同的养护制度，以避免产生过多的体积不稳定的水化物。
　　（7）从耐久性出发，建议在混凝土中减少水泥用量，代之以抗裂性较好的矿物掺合料（如粉煤灰）。粉煤灰中的粗颗粒可在混凝土中起稳定体积的作用，故不必追求细度。碳会降低粉煤灰的抗裂性，故对粉煤灰重点应控制烧失量。