不同系列水泥混凝土高溫性能實(shí)驗(yàn)比較研究

陳 明 明

（陜西鐵路工程職業(yè)技術(shù)學(xué)院， 陜西 渭南 714099）

硅酸鹽水泥、鋁酸鹽水泥和硫鋁酸鹽在工程中應(yīng)用最為廣泛，其中硅酸鹽水泥由于適用性較廣、強(qiáng)度高及耐久性較好，成為應(yīng)用最為廣泛的水硬性交接建筑材料。本文主要進(jìn)行硅酸鹽水泥混凝土、鋁酸鹽水泥混凝土和硫鋁酸鹽水泥混凝土同強(qiáng)度下高溫高熱后其殘余抗壓強(qiáng)度變化情況及其變化破壞機(jī)理的比較，并提出改善不同水泥混凝土受高溫后性能的措施[1-4]。

1 試驗(yàn)部分

1.1 硅酸鹽水泥

正試驗(yàn)選用P.O 42.5普通硅酸鹽水泥，下面是是該水泥的物理、化學(xué)檢測數(shù)據(jù)，和水泥砂漿強(qiáng)度試驗(yàn)結(jié)果和數(shù)據(jù)。

水泥的物理、化學(xué)檢測數(shù)據(jù)：比表面積國家標(biāo)準(zhǔn)是大于等于300 m3/kg,實(shí)際測量值為340 m3/kg；凝結(jié)時(shí)間國家標(biāo)準(zhǔn)為初凝大于等于45 min，終凝小于等于6.5 h，實(shí)測分別為106 min和2.8 h；安定性雷氏法國家標(biāo)準(zhǔn)為小于等于5.0 mm，實(shí)測值為0.5 mm。

水泥砂漿強(qiáng)度試驗(yàn)結(jié)果和數(shù)據(jù)：齡期3 d和28 d抗壓強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值需要大于等于17 MPa和大于等于42.5 MPa，實(shí)測值為27.5 MPa和53.2 MPa。故材料滿足要求。

1.2 鋁酸鹽水泥

試驗(yàn)選用度等級為CA-50的鋁酸鹽水泥，下面為該水泥的物理、化學(xué)檢測數(shù)據(jù)和水泥砂漿強(qiáng)度試驗(yàn)結(jié)果和數(shù)據(jù)。

水泥的物理、化學(xué)檢測數(shù)據(jù)：比表面積國家標(biāo)準(zhǔn)是大于等于300 m3/kg,實(shí)際測量值為324 m3/kg；凝結(jié)時(shí)間國家標(biāo)準(zhǔn)為初凝大于等于30 min，終凝小于等于6.0 h，實(shí)測分別為42 min和1.6 h；安定性雷氏合格。

水泥砂漿強(qiáng)度試驗(yàn)結(jié)果和數(shù)據(jù)：齡期1 d和3 d抗壓強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值需要大于等于40 MPa和大于等于50 MPa，實(shí)測值為44.8和53.4 MPa。故材料滿足要求。

1.3 硫鋁酸鹽水泥

試驗(yàn)選用快硬42.5硫鋁酸鹽水泥，下面為該水泥的物理、化學(xué)檢測數(shù)據(jù)和水泥砂漿強(qiáng)度試驗(yàn)結(jié)果和數(shù)據(jù)。

水泥的物理、化學(xué)檢測數(shù)據(jù)：比表面積國家標(biāo)準(zhǔn)是大于等于350 m3/kg,實(shí)際測量值為401 m3/kg；凝結(jié)時(shí)間國家標(biāo)準(zhǔn)為初凝大于等于25 min，終凝小于等于3 h，實(shí)測分別為51 min和1.3 h。

水泥砂漿強(qiáng)度試驗(yàn)結(jié)果和數(shù)據(jù)：齡期1 d、3 d和28 d抗壓強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值需要大于等于30、42.5和45 MPa，實(shí)測值為46.8、60和69.7 MPa。故材料滿足要求。

2 高溫后不同系列水泥混凝土力學(xué)性能

混凝土的殘余抗壓強(qiáng)度作為混凝土安全評價(jià)基本指標(biāo)，其數(shù)值的高低決定受力結(jié)構(gòu)的極限承載能力和安全等級，因此具有重要的作用。混凝土受高溫后其殘余抗壓強(qiáng)度的變化，國內(nèi)外大量學(xué)者研究實(shí)驗(yàn)表明:三種水泥混凝土在 400 ℃后強(qiáng)度開始迅速降低，200 ℃后其殘余強(qiáng)度亦隨與溫度的升高呈反比例關(guān)系。

2.1 硅酸鹽水泥混凝土高溫作用下的殘余抗壓強(qiáng)度分析

分析可知，兩種水灰比（0.26、0.6）下的硅酸鹽水泥混凝土，高溫后殘余抗壓強(qiáng)度變化規(guī)律相似，220 ℃后其殘余抗壓強(qiáng)度與溫度呈十分明顯的反比例關(guān)系，并隨著溫度的升高而不斷變小，1 000 ℃時(shí)其殘余抗壓強(qiáng)度基本等于 0；其次，水灰比對殘余抗壓強(qiáng)度影響較大，水灰比越小，其對應(yīng)的殘余抗壓強(qiáng)度相對較高，因此施工時(shí)因盡量降低混凝土的水灰比。

2.2 鋁酸鹽水泥混凝土高溫作用下的殘余抗壓強(qiáng)度分析

分析可知：兩種水灰比（0.27、0.668）下的鋁酸鹽水泥混凝土，高溫后殘余抗壓強(qiáng)度變化規(guī)律相似，200 ℃后其殘余抗壓強(qiáng)度與溫度呈較明顯的反比例關(guān)系，200～800 ℃之間其殘余抗壓前度下降幅度較少，特別是水灰比為0.68時(shí)，此溫度區(qū)間的殘余抗壓前度變化很小，基本未發(fā)生變化，因此在200～800 ℃高溫作用下其表現(xiàn)了較好的殘余抗壓強(qiáng)度穩(wěn)定，但其抗壓強(qiáng)度等級較低；1 000 ℃高溫后，混凝土基本沒有殘余抗壓強(qiáng)度，此時(shí)的混凝土十分脆弱，稍有外力即發(fā)生粉碎破壞。

2.3 鋁酸鹽水泥混凝土高溫作用下的殘余抗壓強(qiáng)度分析

硫鋁酸鹽水泥的水化產(chǎn)物為鈣礬石，分析可知：鋁酸鹽水泥凝土高溫試驗(yàn)后殘余抗壓強(qiáng)度與溫度的變化呈現(xiàn)反比例關(guān)系，溫度在200 ℃以下時(shí)，其殘余抗壓強(qiáng)度基本未發(fā)生變化，原因可能為硫鋁酸鹽水泥水化反應(yīng)不充分，但鈣礬石已與水分子分離而轉(zhuǎn)變?yōu)閱瘟蛐偷乃蜾X酸鈣，從而引起160 ℃左右的吸熱峰[5], 因此 200 ℃后其殘余抗壓強(qiáng)度迅速減低，但29 cs相對于71cs降低幅度較大，29cs在400 ℃后殘余抗壓強(qiáng)度基本維持在 10～20 MPa之間，此時(shí)的強(qiáng)度等級較少，結(jié)構(gòu)的整體穩(wěn)定性和安全系數(shù)下降較為明顯；1 000 ℃時(shí)，殘余抗壓強(qiáng)度為0。

2.4 強(qiáng)度等級響度時(shí)三種不同水泥混凝土高溫作用后殘余抗壓強(qiáng)度對比分析

分析可知：高溫作用下，三種高強(qiáng)度水泥混凝土的殘余抗壓強(qiáng)度值與溫度都有明顯的反比例關(guān)系，但由于水泥成分的差異，三種水泥混泥土殘余抗壓強(qiáng)度的下降幅度有很大的區(qū)別，200 ℃左右后，硅酸鹽是你混凝土的殘余殘余抗壓強(qiáng)度不降反升，其原因?yàn)槌貤l件下硅酸鹽水泥未得到充分的水化，高溫作用后促進(jìn)了水泥進(jìn)程；硫鋁酸鹽水泥混凝土的水化產(chǎn)物為鈣礬石，但200 ℃后，鈣礬石已與水分子分離而轉(zhuǎn)變?yōu)閱瘟蛐偷乃蜾X酸鈣，從而引起 160 ℃左右的吸熱峰[5], 因此強(qiáng)度在 200 ℃高溫作用后強(qiáng)度有部分下降；相對前兩種水泥混凝土，硫鋁酸鹽水泥在200 ℃是降低程度最大，損失的強(qiáng)度約為總抗壓強(qiáng)度的20%。與前期大量學(xué)者試驗(yàn)研究結(jié)論一致，三種水泥在400 ℃高溫后抗壓強(qiáng)度損失迅速發(fā)生，但三種相差的程度并不明顯，400℃高溫作用后，硅酸鹽水泥混凝土和鋁酸鹽水泥混凝土抗壓強(qiáng)度十分明顯，400 ℃到800 ℃時(shí)，鋁酸鹽水泥混凝土殘余抗壓強(qiáng)度損失較小，且相應(yīng)的殘余抗壓強(qiáng)度明顯大于硅酸鹽水泥混泥土和硫鋁酸鹽水泥混凝土；1 000 ℃時(shí)，三種水泥混凝土表現(xiàn)出一致的共性，即殘余抗壓強(qiáng)度基本為零，已無任何承載能力。

3 結(jié) 論

根據(jù)上述數(shù)據(jù)和分析結(jié)果有如下結(jié)論：

（1）從0 ℃至1 000 ℃之間三種水泥混泥土的變化規(guī)律具有類似性，即三種高強(qiáng)度水泥混凝土的殘余抗壓強(qiáng)度值與溫度都有明顯的反比例關(guān)系，但由于水泥成分的差異，三種水泥混泥土殘余抗壓強(qiáng)度的下降幅度有很大的區(qū)別。

（2）溫度是水泥混凝泥土強(qiáng)度損失的直接原因，但不同水灰比對其強(qiáng)度損失亦有一定影響，水灰比越低相應(yīng)的殘余抗壓強(qiáng)度越高，因此因此施工時(shí)應(yīng)該盡量降低混凝土的水灰比；

（3）硫鋁酸鹽水泥在200 ℃是降低程度最大，損失的強(qiáng)度約為總抗壓強(qiáng)度的20%，400 ℃到800℃時(shí)，鋁酸鹽水泥混凝土殘余抗壓強(qiáng)度損失較小，且相應(yīng)的殘余抗壓強(qiáng)度明顯大于硅酸鹽水泥混泥土和硫鋁酸鹽水泥混凝土；

800 ℃后殘余抗壓輕度損失基本完成，1 000℃時(shí)混泥土已無任何承載能力。

［1］侯高峰，韋軍.高溫后不同強(qiáng)度等級混凝土力學(xué)性能的試驗(yàn)研究[J].工程質(zhì)量，2010（03）：68－70.

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