水泥比表面積對混凝土性能影響的試驗研究

李旭陽

（三明市檢驗檢測中心，福建 三明 365000）

0 引言

水泥是混凝土的重要組成部分，作為混凝土中的活性成分，對混凝土的強度存在著直接的影響[1]，而水泥的比表面積是影響混凝土強度的重要參數(shù)。通常情況下，水泥的比表面積越大，水泥細度越小，水泥的水化速度越快，混凝土早期具有較高強度，但是后期強度存在下降的可能[2]。以某公司生產(chǎn)的4 種不同批次的普通硅酸鹽水泥配制混凝土進行試驗，研究水泥比表面積對混凝土性能的影響。

1 水泥比表面積對混凝土性能的影響試驗

1.1 原材料選擇以及混凝土試樣制備

（1）水泥原料選擇。選擇某公司生產(chǎn)的4 種不同批次的普通硅酸鹽水泥進行試驗，分別用水泥A、水泥B、水泥C、水泥D 表示，4 種水泥的比表面積存在差異，其化學(xué)組成見表1所示，比表面積見表2所示。

（2）其他原材料選擇。選擇的粉煤灰密度為2.1kg/m3，純度為99%，含量為88%；細骨料為細度模數(shù)為2.94的機制砂；粗集料為5～20mm、20～40mm和40～80mm 3種粒徑的級配碎石；減水劑的減水率大于25%。采用以上原材料制備4種不同水泥比表面積的混凝土，具體配比見表3所示。

表3 4種不同水泥比表面積的混凝土配合比

依據(jù)表3中的配合比，制備4種不同比表面積的水泥砂漿，對砂漿的凝固時間、流動性、坍落度等進行測試。測試完成后，制備4 種混凝土試樣，試樣大小為15cm×15cm×15cm，用J1、J2、J3、J4 表示，將制備完成的試樣置于相同養(yǎng)護環(huán)境中進行7d、14d、28d 的養(yǎng)護，養(yǎng)護完成后取出4種試樣備用。

1.2 試驗方法

1.2.1 水泥砂漿性能試驗

完成J1、J2、J3、J4 混凝土砂漿制備后，需先測試砂漿的相關(guān)性能，主要測試砂漿的凝固時間、流動度以及坍落度。

（1）水泥凝固時間試驗。按照標準稠度用水量完成水泥砂漿制備后，在溫度為22℃、相對濕度為95%的室內(nèi)環(huán)境下進行水泥砂漿凝固時間的試驗。

（2）水泥砂漿流動度試驗。采用沙井稠度測定儀，進行4 種不同比表面積的砂漿流動度試驗，并按照《混凝土質(zhì)量控制標準》進行流動度分析。

（3）水泥砂漿坍落度試驗。坍落度主要是衡量水泥砂漿和易性的指標，采用坍落度測定儀進行水泥砂漿的坍落度測定，并按照《混凝土質(zhì)量控制標準》進行判斷。

1.2.2 混凝土試樣性能試驗

針對J1、J2、J3、J44 種混凝土試樣的抗折強度、抗壓強度、干縮性能、耐久性能進行測試，并測定試樣的微觀結(jié)構(gòu)。

（1）抗折、抗壓強度。采用全自動抗折、抗壓試驗機對J1、J2、J3、J44種混凝土試樣進行抗折強度測試，并依據(jù)《普通混凝土力學(xué)性能試驗方法標準》（GB/T 50081-2020）判斷試樣的抗折、抗壓強度。

（2）干縮性能。在試樣養(yǎng)護第2d 脫模時，測量J1、J2、J3、J44種混凝土試樣的初始長度L0，測量完成后，將其置于溫度22℃、相對濕度為50%的室內(nèi)環(huán)境下，分別計算養(yǎng)護時間為7d、14d、28d 時的試樣長度?；炷恋母煽s值計算公式為：

式中：Sd——養(yǎng)護齡期為d時的干縮率；

Lt——齡期為t天時的長度。

依據(jù)《混凝土長期性能和耐久性能試驗方法標準》（GB/T 50082-2019）對計算結(jié)果進行分析。

（3）耐久性。采用電通量法進行J1、J2、J3、J44 種混凝土試樣的耐久性測試，該測試的內(nèi)容包含抗?jié)B性。該測試主要通過6h 的電量測試完成，獲取電通量結(jié)果和混凝土質(zhì)量損失率結(jié)果。并依據(jù)《混凝土長期性能和耐久性能試驗方法標準》（GB/T 50082-2019）進行耐久性分析。

2 試驗結(jié)果分析

2.1 水泥砂漿性能分析

依據(jù)1.2.1 小節(jié)的試驗方法，完成J1、J2、J3、J44 種水泥砂漿性能試驗，試樣的凝固時間、流動度、坍落度試驗結(jié)果見表4。

表4 水泥砂漿性能試驗結(jié)果

由表4 的試驗結(jié)果分析可知：水泥砂漿的流動度和坍落度隨著水泥比表面積的增加而降低，這是由于水泥比表面積越大，水泥中顆粒含量越高，需水量越大，導(dǎo)致其流動性降低，坍落度減小。

2.2 混凝土試樣性能分析

（1）抗折及抗壓強度。依據(jù)1.2.2小節(jié)的試驗方法，測試J1、J2、J3、J44種混凝土試樣在不同養(yǎng)護時間下的抗折強度以及抗壓強度，試驗結(jié)果見表5。

表5 抗折強度以及抗壓強度試驗結(jié)果

由表5 的試驗結(jié)果分析可知：J1、J2、J3、J44 種混凝土試樣在不同養(yǎng)護時間下，呈現(xiàn)出不同的抗折強度和抗壓強度變化結(jié)果。隨著水泥比表面積的逐漸增加，混凝土試樣的抗折強度以及抗壓強度均呈現(xiàn)先上升后下降的變化情況；并且養(yǎng)護時間為28d 時，J3 的抗折強度和抗壓強度最大。由此可見，水泥比表面積直接影響混凝土的強度。

（2）干縮性能。依據(jù)1.2.2 小節(jié)中干縮率的試驗方法測試J1、J2、J3、J44 種混凝土試樣在不同養(yǎng)護時間下的干縮性能，試驗結(jié)果見表6。

表6 混凝土干縮率試驗結(jié)果（單位：%）

由表6 試驗結(jié)果分析可知：J1、J2、J3、J44 種混凝土試樣在不同養(yǎng)護時間下，干縮率的大小也存在一定差異。水泥比表面積越小，混凝土的干縮率越低，干縮率越低，混凝土施工后裂縫形成幾率越低；其中J1的干縮率最小，J4的干縮率最大。在實際應(yīng)用過程中，可結(jié)合其他性能測試結(jié)果進行綜合選擇。

（3）耐久性。依據(jù)1.2.2 小節(jié)的耐久性測試方法，獲取J1、J2、J3、J44 種混凝土試樣的6h 電量測試結(jié)果，混凝土的質(zhì)量損失結(jié)果見表7。

表7 耐久性試驗結(jié)果

由表7 的試驗結(jié)果分析可知：J1、J2、J3、J44 種試樣經(jīng)過6h 電量后，其電通量會隨著水泥比表面積的增加而下降，混凝土的抗?jié)B性能會提升。由此可見，水泥比表面積對于混凝土的抗?jié)B性能具有較大影響。

3 結(jié)束語

制備4種不同水泥比表面積的混凝土試樣，并展開比表面積對相關(guān)性能影響的試驗分析，試驗結(jié)果顯示：

（1）水泥砂漿的流動度和坍落度隨著水泥比表面積的增加而降低；

（2）混凝土的抗折及抗壓強度隨著比表面積的增加均呈現(xiàn)先上升后下降的變化；

（3）水泥比表面積越小，混凝土的干縮率越低，施工后裂縫形成幾率越低；

（4）混凝土的抗?jié)B性能會隨著水泥比表面積的增加而提升，耐久性提升。

由此可見，水泥比表面積對混凝土的抗壓強度、抗折強度、耐久性等均存在不同程度的影響，在應(yīng)用過程中應(yīng)結(jié)合實際應(yīng)用需求進行綜合評判，以選擇合適的水泥比表面積。