淺談標(biāo)準(zhǔn)稠度用水量對(duì)水泥在混凝土中使用的影響

摘要從收集的試驗(yàn)檢測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析驗(yàn)證影響水泥標(biāo)準(zhǔn)稠度用水量的因素理論。闡明檢測(cè)注意事項(xiàng)。在工程實(shí)際中，從幾個(gè)方面對(duì)使用標(biāo)準(zhǔn)稠度用水量不同的水泥在進(jìn)行混凝土配合比設(shè)計(jì)試拌中所表現(xiàn)出的不同結(jié)果，總結(jié)出水泥標(biāo)準(zhǔn)稠度用水量的大小直接影響水泥在混凝土中使用。

關(guān)鍵詞標(biāo)準(zhǔn)稠度用水量準(zhǔn)確檢測(cè) 混凝土中使用

中圖分類號(hào)： TU528 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼： A

水泥是建筑工程中用量最大的材料之一，混凝土成本大小取決于每方混凝土中水泥用量。由于水泥制造和使用過程各種因素的影響，使得水泥在達(dá)到一定稠度時(shí)，需要的水量各不相同，國家標(biāo)準(zhǔn)對(duì)水泥的標(biāo)準(zhǔn)稠度用水量給出了明確定義:水泥凈漿達(dá)到規(guī)定稠度時(shí)的加水量，以水泥質(zhì)量百分率表示。準(zhǔn)確測(cè)定水泥的標(biāo)準(zhǔn)稠度用水量對(duì)水泥的合理有效使用意義重大。科學(xué)合理使用水泥，必須明確那些因素影響和決定水泥標(biāo)準(zhǔn)稠度用水量的大小。掌握其影響因素可以幫助我們?cè)诨炷林懈酶侠淼厥褂盟?/p>

1、影響水泥標(biāo)準(zhǔn)稠度用水量大小的因素

《水泥工藝學(xué)》中明確給出了水泥加水發(fā)生化學(xué)反應(yīng)所需要的用水量組成為初期水化水，滿足一定稠度需要的表面層水潤濕其表面，填充水來填充顆粒間隙，吸附水來填充多孔物質(zhì)的空隙等。這四部分構(gòu)成水泥標(biāo)準(zhǔn)稠度用水量，其中水泥水化所需水量的多少主要由水泥熟料的礦物組成來決定。

1.1 水泥熟料的礦物組成

水泥熟料主要由硅酸三鈣（C3S含量37%～60%)、硅酸二鈣（C2S含量15%～37%)、鋁酸三鈣（C3A含量7%～15%)、鐵鋁酸四鈣（C4AF含量10%～18%)等四種礦物組成.參加化學(xué)反應(yīng)用水量大小依次為：C3A>C3S>C4AF>C2S。

同一生產(chǎn)廠家煅燒質(zhì)量一致時(shí)生產(chǎn)的的水泥熟料，由于主要四種礦物組成含量不同，水泥熟料的標(biāo)準(zhǔn)稠度用水量各不相同。在一定范圍內(nèi)，當(dāng)硅酸三鈣、鋁酸三鈣含量和相對(duì)較高時(shí)，其標(biāo)準(zhǔn)稠度用水量也較高。

1.2 水泥顆粒的組成特征

水泥細(xì)度是指水泥顆粒的粗細(xì)程度或水泥顆粒分散度的指標(biāo)，水泥細(xì)度的表述方式有三種：即篩余百分率、比表面積及水泥顆粒組成。篩余百分率只是反映水泥顆粒的分布趨勢(shì)。比表面積比篩余百分率更能準(zhǔn)確反應(yīng)水泥的顆粒組成特征。水泥的顆粒組成即水泥中大小顆粒的含量及粒型特征。它給出了水泥顆粒組成的全貌。在一般條件下，水泥顆粒在0～10微米時(shí)，水化最快，在3～30微米時(shí)，水泥的活性最大，大于60微米時(shí)，活性較小，水化緩慢.表2為通過對(duì)同一水泥熟料加同品種一定量的混合材料進(jìn)行小磨粉磨物理性能檢驗(yàn)，從檢驗(yàn)結(jié)果可知：水泥比表面積越大（細(xì)度越細(xì)），其標(biāo)準(zhǔn)稠度用水量越大。但水泥細(xì)度過細(xì)，比表面積過大，水泥的需水量就偏大，將使硬化水泥漿體因水分過多引起孔隙率增加而降低強(qiáng)度。水泥的標(biāo)準(zhǔn)稠度用水量較大，水泥混凝土的收縮增大，抗凍性降低等。所以，生產(chǎn)中必須合理控制水泥細(xì)度。

表2 水泥試驗(yàn)結(jié)果

組別 比表面積（m2/kg） 標(biāo)準(zhǔn)稠度用水量（%） 強(qiáng)度等級(jí)

強(qiáng)度（MPa）

3d 28d

1 330 24.6 P?O42.5 27.8 54.6

2 334 25.2 P?O42.5 29.8 53.0

3 340 25.2 P?O42.5 29.6 52.8

4 345 26.2 P?O42.5 30.0 51.0

5 348 26.0 P?O42.5 31.4 52.9

6 352 26.4 P?O42.5 31.0 52.0

7 355 26.8 P?O42.5 31.5 50.2

8 356 26.8 P?O42.5 31.4 50.6

1.3 混合材的摻加及種類

在水泥生產(chǎn)過程中，為改善水泥性能、調(diào)節(jié)水泥強(qiáng)度而加到水泥中的礦物質(zhì)材料，稱之為水泥混合材料。分為活性混合材料和非活性混合材料兩種。活性混合材料的主要作用是改善水泥的某些性能，擴(kuò)大水泥強(qiáng)度等級(jí)范圍、降低水化熱、增加產(chǎn)量和降低成本的作用。摻入非活性混合材料的主要是為了提高水泥的產(chǎn)量，調(diào)整水泥的強(qiáng)度，減少水化熱等。摻加非活性混合材的水泥的標(biāo)準(zhǔn)稠度用水量較小。

活性混合材粒化高爐礦渣的需水量較小，泌水性較大，加入水泥熟料中，不僅可以減少熟料的用量、穩(wěn)定提高水泥后期強(qiáng)度，而且還可使水泥的標(biāo)準(zhǔn)稠度用水量相對(duì)降低，減少水化熱，提高水泥的和易性。資料顯示：水泥中摻入0-30%火山灰質(zhì)混合材料、粉煤灰、煤矸石等活性混合材，因其與水發(fā)生水化反應(yīng)使水泥的標(biāo)準(zhǔn)稠度用水量增加0.6-2.0%。

表3某水泥生產(chǎn)廠家5天熟料、水泥檢驗(yàn)記錄

熟 料 水 泥

序號(hào) 比表面積 標(biāo)準(zhǔn)稠度用水量 初凝 終凝 比表面積 標(biāo)準(zhǔn)稠度用水量 初凝 終凝

1 350 23.6 125 168 320 26.6 215 265

2 360 23.8 125 180 331 26.6 218 270

3 360 23.4 130 180 339 26.8 220 268

4 355 23.4 120 170 323 26.6 216 270

5 352 23.4 130 165 323 26.4 220 272

表3為某水泥生產(chǎn)廠家5天的熟料、水泥物理檢驗(yàn)記錄，數(shù)據(jù)顯示混合材的摻加使水泥的標(biāo)準(zhǔn)稠度用水量、凝結(jié)時(shí)間明顯變大。

1.4 水泥本身溫度的高低

溫度直接影響水泥使用時(shí)的標(biāo)準(zhǔn)稠度用水量。熱的水泥用水量比常溫陳化的水泥用水量高.這是因?yàn)槌瞿ニ嘣谏a(chǎn)廠家水泥儲(chǔ)存罐中儲(chǔ)存至少四天才可以出廠，但水泥生產(chǎn)過程中由于熟料、粉磨工藝等使其進(jìn)入水泥儲(chǔ)存罐時(shí)溫度在60℃-90℃，未經(jīng)陳化或儲(chǔ)存時(shí)間很短的水泥運(yùn)到施工現(xiàn)場(chǎng)，因水泥溫度過高時(shí)致使水泥標(biāo)準(zhǔn)稠度用水量提高2.0-4.0%，所以控制施工現(xiàn)場(chǎng)使用水泥的溫度以減少其對(duì)使用水泥的標(biāo)準(zhǔn)稠度用水量影響在施工控制中顯得十分重要.

2、準(zhǔn)確測(cè)定水泥標(biāo)準(zhǔn)稠度用水量

GB/T1346規(guī)定了水泥標(biāo)準(zhǔn)稠度用水量的測(cè)定方法。影響其檢測(cè)準(zhǔn)確性的因素有：水泥室的溫濕度，水泥試樣的均勻性，試樣、水的溫度，稱量準(zhǔn)確性及操作的規(guī)范性。要準(zhǔn)確測(cè)定水泥標(biāo)準(zhǔn)稠度用水量，需要做到以下幾點(diǎn)：

①控制試驗(yàn)室的溫度為20±2℃，相對(duì)濕度不低于50％，室內(nèi)溫濕度計(jì)需進(jìn)行檢定或校驗(yàn)，以確保試驗(yàn)室的溫度、濕度準(zhǔn)確。

②水泥試樣取樣應(yīng)具有代表性，取回試樣應(yīng)用四分法進(jìn)行縮分。

③水泥試樣、拌和水、儀器和用具的溫濕度應(yīng)與室溫一致。一般水泥、水應(yīng)在水泥檢測(cè)室放置24小時(shí)以確保其同溫。

④準(zhǔn)備工作中要求的濕布擦拭及濕布的干濕程度及檢測(cè)步驟中要求1.5min完成測(cè)試動(dòng)作等都會(huì)影響水泥標(biāo)準(zhǔn)稠度用水量檢測(cè)結(jié)果的大小。

只有規(guī)范操作，才能準(zhǔn)確測(cè)定水泥標(biāo)準(zhǔn)稠度用水量。

3、水泥在混凝土中的使用。

了解水泥標(biāo)準(zhǔn)稠度用水量的影響因素，檢測(cè)方法，水泥在混凝土中使用時(shí)，其標(biāo)準(zhǔn)稠度用水量的影響又是怎樣的？

（1）試驗(yàn)一：在骨料、水相同時(shí)，使用同一強(qiáng)度等級(jí)、比表面積，但標(biāo)準(zhǔn)稠度用水量不同的兩組水泥試樣設(shè)計(jì)試配同一個(gè)混凝土配合比。由表4中數(shù)據(jù)可知，當(dāng)單位立方混凝土中水泥用量相同時(shí)，混凝土因水泥礦物組成不同混凝土拌合物的坍落度（稠度）不同。要使兩種水泥的所拌混凝土坍落度相同，那么使用2號(hào)水泥所拌混凝土每方較使用1號(hào)水泥所拌混凝土需多加水約5-10kg。即混凝土水灰比波動(dòng)0.02-0.03。

表4不同標(biāo)準(zhǔn)稠度用水量水泥試驗(yàn)結(jié)果

水泥編號(hào) 單位混凝土用量（kg/m3） 混凝土性能

水泥 中砂 連續(xù)粒級(jí)碎石 水 坍落度mm

強(qiáng)度（MPa）

7d 28d

1 382 831 1015 182 140 32.5 45.3

1 382 831 1015 182 142 30.8 43.9

2 382 831 1015 182 125 34.4 43.6

2 382 831 1015 182 124 34.1 44.7

（2）試驗(yàn)二：在骨料、水相同時(shí)，使用同一強(qiáng)度等級(jí)但比表面積不同的兩組水泥試樣設(shè)計(jì)試配同一混凝土配合比，表5數(shù)據(jù)反映出混凝土拌合物單位用水量因水泥細(xì)度對(duì)水泥標(biāo)準(zhǔn)稠度用水量的影響而不同。表5中3號(hào)、4號(hào)水泥為粉磨細(xì)度不同的兩個(gè)試樣。在砂、石料、水泥用量相同時(shí)，拌合物坍落度也相同時(shí)，使用3號(hào)水泥所拌混凝土單位用水量較使用4號(hào)水泥所拌混凝土單位用水量少2-5kg且3號(hào)水泥所配制混凝土早期強(qiáng)度偏低。但因?yàn)槠渌冶刃?后期強(qiáng)度高 。細(xì)度不同的水泥配置達(dá)到相同配制強(qiáng)度的混凝土其單位水泥用量相差較大，混凝土單位成本隨之差異較大，使用細(xì)度相對(duì)較小水泥每方混凝土可節(jié)約水泥2-5kg。

表5 比表面積不同水泥試驗(yàn)結(jié)果

組別 單位混凝土用量（kg/m3） 混凝土性能

水泥 中砂 連續(xù)粒級(jí)碎石 水 坍落度mm

強(qiáng)度（MPa）

7d 28d

3號(hào) 365 776 1071 187 120 26,7 35.4

3號(hào) 365 776 1070 188 120 26.4 34.9

4號(hào) 365 776 1069 192 120 27.8 33.9

4號(hào) 365 775 1069 193 120 28.1 34.4

注：表中3號(hào)水泥比表面積為328m2/kg，標(biāo)準(zhǔn)稠度用水量23.8%，4號(hào)水泥比表面積為,349m2/kg，標(biāo)準(zhǔn)稠度用水量25.6%)。

（3）活性混合材的摻入使水泥標(biāo)準(zhǔn)稠度用水量增大，凝結(jié)緩慢，安定性膨脹值變小。標(biāo)準(zhǔn)稠度用水量過大的水泥不宜在冬季施工使用，且不宜用于要求快凝快硬的混凝土中，必須要用時(shí)需要適量加大外加劑摻量。

（4)水泥標(biāo)準(zhǔn)稠度用水量對(duì)混凝土的干燥收縮影響很大，在同一水泥用量條件下，水泥用量較高時(shí)，混凝土的干燥收縮隨著用水量的增加而急劇增大。綜合水泥用量和用水量來說，水灰比越大，干燥收縮越大。

水泥標(biāo)準(zhǔn)稠度用水量的大小直接決定單位立方混凝土用水量的大小，為了降低單位立方混凝土用水量，摻加適當(dāng)數(shù)量減水率高、分散性能好的外加劑是非常必要的。在新的施工項(xiàng)目上場(chǎng)材料選定時(shí)，應(yīng)避免選定標(biāo)準(zhǔn)稠度用水量太高的水泥，以減少外加劑的用量，保證混凝土密實(shí)、耐久性良好。

4、結(jié)論

1、影響水泥標(biāo)準(zhǔn)稠度用水量大小的因素有：水泥熟料礦物組成、水泥細(xì)度、混合材的摻加品種及數(shù)量、水泥自身溫度等。

2、混凝土中所用水泥應(yīng)根據(jù)混凝土施工特點(diǎn)及施工對(duì)和易性、強(qiáng)度的要求合理選定。

3、試拌調(diào)整單位立方混凝土用水量時(shí)，應(yīng)綜合考慮所用水泥標(biāo)準(zhǔn)稠度用水量、細(xì)度及出廠水泥所摻加混合材的品種、數(shù)量及水泥自身溫度等影響因素進(jìn)行科學(xué)調(diào)整。

4、水泥標(biāo)準(zhǔn)稠度用水量大小決定水泥混凝土中水泥用量及減水劑的摻量（即混凝土成本的大小）

在工程實(shí)際施工中，影響水泥標(biāo)準(zhǔn)稠度用水量大小的各因素不是獨(dú)立的，而是綜合作用于混凝土，工程技術(shù)人員應(yīng)依據(jù)水泥檢驗(yàn)報(bào)告出具技術(shù)指標(biāo)測(cè)值、現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境及實(shí)際情況綜合考慮，科學(xué)調(diào)整混凝土中水泥用量，確保混凝土工作性滿足施工要求的前提下經(jīng)濟(jì)合理。

參考文獻(xiàn)

[1] 林宗壽水泥工藝學(xué) [M].無機(jī)非金屬材料、硅酸鹽工程專業(yè)本科教學(xué)用書. 武昌 武漢理工大學(xué)出版社，2012144-150

[2]中華人民共和國國家質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)檢疫總局，中國國家標(biāo)準(zhǔn)化管理委員會(huì).GB/T 1346-2011 北京：中國標(biāo)準(zhǔn)出版社，2011.

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作者簡(jiǎn)介：常小娟，1970年生，女，陜西禮泉人， 2012年畢業(yè)于西北工業(yè)大學(xué)土木工程專業(yè)，工程師