浅谈商品混凝的水泥优选问题

浅谈商品混凝的水泥优选问题

陈文达1, ,郑钰2

上海材八科技有限公司    上海市   200241

摘要：水泥作为混凝土组分中最为重要的胶凝组分，其好坏将直接影响到混凝土的质量。本文通过三个不同品牌的水泥的基本性能以及分别使用这三种水泥拌制的混凝土外加剂掺量、物理性能进行对比试验来验证如何选择商品混凝土。研究表明，对于商品混凝土来说应该选择对外加剂适应性较好以及3d强度较高的水泥。

关键词：水泥；外加剂掺量；3d强度

0 引言

自从1824年波特兰水泥第一次出现开始，使用水泥，砂，石拌制而成的混凝土由于其低廉的成本，广泛的原材料来源以及优异的可塑性开始成为人类社会最为主要的建筑材料[1]。在后来混凝土的发展过程中，随着矿物掺合料的加入、化学外加剂的使用，以及其他各种材料的添加使得混凝土拥有了更好的使用性能，更广的应用范围，而商品混凝土的出现由于其工业化生产方式带来的标准化、集约化以及高效率使得混凝土得到了一个前所未有的发展。

    水泥作为混凝土中最为重要的胶凝组分，一直影响着混凝土的发展以及质量波动。在现代商品混凝土的生产过程中经常出现各种质量问题，经常都是与水泥的质量波动相关联的。譬如水泥由于C3A含量过高，水化速度变快，从而使得混凝土凝结时间过短，外加剂过量吸附，导致混凝土坍落度损失过快，有可能形成退料，造成运输成本上升，也可能在浇筑过程中由于混凝土和易性差，浇筑困难，产生蜂窝麻面的几率增加，如果施工现场为了浇筑方便随意加水则会使得混凝土实体质量受到影响。由此可以看到水泥对于混凝土来说是极其重要的一项原材料。

因此本文将通过对比三种不同性能参数的水泥在使用同一配合的时候，在达到同一坍落度的情况下对其强度及其他一些参数的比较分析，以此对商品混凝土该如何选用水泥进行一些简单的探讨。

1 原材料及试验方法

1.1 原材料

本试验采用了三种不同品牌的普通硅酸盐水泥，分别用ABC对其进行区分，其基本性能见表1。

表1 水泥物理性能表

其余的原材料分别为日照S95矿粉（流动度比101%，28d活性99%）、IIC级粉煤灰（细度23.5%，烧失量2.8%）、5-25mm碎石（压碎指标9.2%，含泥量0.7%）、机制砂（细度模数2.9，II区，MB值1.00，压碎指标15.5%，含粉量4.2%）、聚羧酸高效减水剂（含固量18.3%，混凝土减水率25.6%）。

1.2 试验方法

     试验采用某站C30配合比，如表2所示。外加剂掺量采用控制相同初始坍落度的（坍落度控制在200mm）方式进行掺加。然后通过对混凝土7d和28d强度的数据分析水泥性能对混凝土的影响。坍落度测定方式采用GB/T50080-2016《普通混凝土拌合物性能试验方法标准》中的规定，强度测定方法采用GB/T50080-2016《普通混凝土力学性能试验方法标准》中的规定。

表2 混凝土配合比                         kg/m3

2 试验结果及讨论

通过使用不同水泥情况下进行了混凝土试验，所获得的试验数据如表3所示。

表3 使用不同水泥的混凝土外加剂掺量及强度

2.1 水泥对外加剂掺量的影响

可以看到在坍落度都达到200mm的情况下，使用水泥C的混凝土配合比所使用的外加剂掺量比使用水泥A和水泥B的外加剂掺量要高0.2%。

分析其原因，我们可以看到标准稠度的变化规律是水泥A最低为26.2%，水泥B最高为28.3%，水泥C在中间为27.5%，但是要达到相同混凝土坍落度时外加剂掺量却是使用水泥A和水泥B的混凝土外加剂掺量均为1.2%，而使用水泥C的混凝土外加剂掺量为1.4%。从数据上来看外加剂掺量的多少与水泥的标准稠度没有关联。

而当我们分析水泥比表面积的变化规律与外加剂掺量的关系时，可以看到水泥C的比表面积为412m2/kg，水泥A和水泥B的比表面积相对于水泥C来说两者的数据处于同一水平线，分别是335m2/kg和350m2/kg。而从外加剂掺量上来看也基本反应了这一规律。因此我们可以说在其他原材料相同的情况下，混凝土配合比中外加剂掺量的变化与水泥的比表面积大小相关，比表面积越大，外加剂掺量越高，反之越小。这主要是因为水泥的比表面积这一指标反应的是水泥颗粒单位质量时所具有的总面积，也就是水泥的细度，当水泥越细时，其吸附的外加剂也愈多，所以造成了外加剂掺量的上升

[2]。

2.2 水泥对混凝土强度的影响

水泥3d强度对混凝土强度的影响见图1所示。

图1 不同水泥3d强度对混凝土强度的影响

由图1所示可知，对于不同的水泥品种，混凝土的7d强度百分比和28d强度百分比都与该水泥的3d强度呈现线性相关。水泥A的3d强度为29.1MPa，水泥C的3d强度为30.2MPa，所对应的混凝土7d强度百分比为87%和91%，28d强度百分比为125%和127%，数值上较为接近。水泥B的3d强度为24.2MPa，相较于水泥A和水泥C的3d强度低了5~6MPa，而同样的混凝土7d强度百分比低了9~13%，为78%；混凝土28强度百分比低了14~16%，为111%。

水泥28d强度对混凝土强度的影响见图2所示。

图2 不同水泥28d强度对混凝土强度的影响

由图2所示可知，对于不同的水泥品种的28d强度与混凝土的7d强度百分比和28d强度百分比没有明显的关联。水泥A的28d强度为51.4MPa，水泥B的28d强度为51.1MPa，水泥C的28d强度为52.3MPa，三个水泥的28d强度都较为接近，但是三者的7d和28d强度百分比如上分析所示，水泥A和水泥B较为接近，水泥C较低。

从上述的试验结果和分析来看，在水泥28d强度接近的情况下，混凝土的7d和28d强度主要受水泥的3d强度的影响较大。造成这一影响的原因可能是由于不同水泥其粉磨程度和混合材品种以及数量相关。众所周知，对于水泥强度的检测是制作水泥胶砂，其本身是对纯水泥的检测，而现在的混凝土都是大量掺加矿粉、粉煤灰，这两种掺合料需要在碱性环境下才能激发其活性[3.4]。3d强度较低的水泥，其早期的水化速度较慢或者是其水化产物要激发其本身添加的混合材，从而造成了其对于混凝土配比中掺加的矿物掺合料不能起到激发活性的目的，加之其本身3d强度低，双重作用因素叠加，使得混凝土的7d强度和28d强度要低于3d强度较高的水泥。

2.3 配合比水泥用量调整试验

为了进一步验证使用水泥B的混凝土如何调整，才能与使用水泥A和水泥C的混凝土配合比，本文采用增加配合比水泥用量的方式进行试验。水泥增加幅度为10kg/m3、20kg/m3、30kg/m3。试验结果如表4所示。

可以看到当每方混凝土加10kg水泥的情况下，混凝土的7d和28d强度还是与使用水泥A和水泥C的混凝土强度有一定的差距。而当水泥增加到每方多20kg时，混凝土的7d强度高于了水泥A的混凝土7d强度，与水泥C的基本一致，28d强度高于了水泥A和水泥C的混凝土28d强度。在实际生产中这基本已经达到了C35混凝土配合比的水泥用量。

表4 使用水泥B的混凝土增加水泥后强度变化

2.4 分析

通过上面的数据分析，可以看到对于商品混凝土来说，三种水泥的选择顺序为水泥A、水泥C和水泥B。

首先从外加剂掺量来说，较低的外加剂掺量可以保证原材料成本较低，且较低的外加剂掺量也可以避免过量外加剂掺加带来的缓凝、离析风险。

从混凝土的强度方面来说，在水泥28d强度接近的情况下，首先应该选用3d强度较高的水泥，现今的商品混凝土在实际生产过程中，其在工地的养护条件远远达不到试验室的水平，有的工地只有前面三四天才会养护，有的甚至没有养护，而同时很多工地往往又要求混凝土迅速拆模以便其周转模板，所以就要求混凝土其本身的早期强度能够快速上升，避免由于早期强度没有上升而后续没有养护导致的混凝土强度发展远低于预期的情况。

综上所述，商品混凝土首选的水泥为水泥A。而水泥B虽然其外加剂掺量与水泥A一样，但是要使使用水泥B的混凝土的强度达到水泥A的水平，其每方至少要增加10~20kg水泥，与此同时外加剂掺量虽然没变，但是外加剂的绝对掺加量增加了，因此使用水泥B会增加较大的原材料成本上升。选用水泥C的情况仅仅是增加了外加剂掺量，所以其排在水泥B的前面。

3 结论

（1）在其他原材料用量和品种相同情况下，商品混凝土的外加剂掺量受水泥的比表面积影响，比表面积越大，外加剂掺量越大。

（2）在水泥28d强度相同的情况下，水泥的3d强度直接影响商品混凝土的7d和28d强度。3d强度越高，混凝土的7d和28d强度越高。

（3）商品混凝土要选择比表面积较小、3d强度较高的水泥，这样才能保证质量和经济两方面的效益都能够达到。

参考文献

[1]Sidney Mindess,J.Francis Young,David Drawin.混凝土[M].北京:化学工业出版社,2005.

[2]Key W.Day.混凝土配合比设计、质量控制与规范[M].北京:中国建材工业出版社,2011.

[3]Mario Collepardi.混凝土新技术[M].北京:中国建材工业出版社,2008.

[4]Francois de Larrard.混凝土混合料的配合[M].北京:化学工业出版社,2004.