現代路橋施工中顆粒級配對水泥基材料的影響

劉東

（哈爾濱石油學院土木工程系，哈爾濱 150027）

水泥混凝土作為現代建筑施工中最常使用的施工原材料，其骨料的堆積方式以及水泥的水化速率對建筑本身有著極為關鍵的影響作用，而關于骨料級配對膠凝體的結構及強度有何影響的研究仍沒有達到成熟的地步。而目前對水泥基材料顆粒級配的研究主要是在超細礦物摻和料層面上，并沒有過多涉及水泥熟料細粉填充礦物摻和料對混凝土強度的影響，從降低水泥使用量、節約成本以及加快施工進度的角度出發，使用混凝土外加劑也是十分有必要的。在實際建筑施工過程中，需要根據混凝土的實際使用要求，科學合理地選擇使用外加劑才能夠獲得較好的經濟效益以及社會效益。

在水泥的使用過程中，各項基本性能主要體現在硬化水泥漿體的性能發揮上，其漿體結構在很大程度上決定了硬化水泥漿體的使用性能，而其本身的礦物組成以及物理狀態則決定著漿體的結構。在現階段對水泥水化機理的研究中，其重點是通過改變水泥礦物組成的方式來改善水泥的水化速率，并沒有過多涉及通過調整水泥的物理狀態以此改善漿體的結構，這種研究方式存在著一定的局限性。

1 對粉體最緊密堆積理論的分析

粉體顆粒的初始堆積密度問題一直是水泥研究領域中的一個重要方向，為了達到最大的堆積密度，應該使混凝土集料所占據的體積相對增多，對于集料中間存在的空隙應由一定水膠比的漿體進行填充，通過對集料和漿體之間密實度進行研究，十分有利于優化混凝土的配合比。目前較為常見的混凝土顆粒堆積密實度的數學模型可以分為不連續尺寸顆粒以及連續尺寸顆粒分布堆積兩種情況。

2 對水泥基膠凝材料顆粒級配效應的研究

在水泥工業的實際生產中，水泥粒度分布問題對水泥的使用性能有著極大的影響，特別是對水泥漿體的結構和性能影響很大，可以說水泥的粒度分布是水泥漿體的堆積密度、水泥水化速度和水化產物的生成量的決定因素。為了提高水泥的強度，就必須增加水泥水化產物的生成量,所生成的水化產物填充在空隙中并且相互黏結,這就使得微裂紋和孔隙率極大地減小,進而增加了水泥的強度。而硬化水泥漿體的強度同時與孔結構和孔隙率聯系緊密，科學的粒度分布能夠很好地改善粉體原始堆積密度和水化速率，最終提高水泥的水化速率。

2.1 水泥熟料粒徑分布對其水化性能的影響

目前所生產的硅酸鹽水泥主要包括水泥熟料以及少量石膏，而石膏的摻量相對較少，通常在5%以內，因此就可以將硅酸鹽水泥認為是膠凝組分為水泥熟料的一元體系。一些學者認為通過增加水泥的比表面積能夠顯著加快水泥的硬化速度，而提高水泥細粉顆粒含量能夠顯著增加水泥28d的強度。目前的水泥熟料粒徑通?？梢苑譃?～3um、3～25um、25～60um和大于60um等4個粒級，研究表明，0～3um粒徑的水泥細粉顆粒對水泥1d的強度影響較大。3～25um粒徑的水泥細粉則對水泥90d的強度影響較大，這就說明了水泥早期強度是通過細粒徑的水泥細粉顆粒來獲得，而后期強度則是通過較大粒徑的細粉顆粒來獲得。水泥熟料顆粒越小，與水反應的表面越大，水化反應速度越快，有利于水化產物的形成。同時，熟料顆粒越小，水滲透到顆粒中心所需要的時間短，水化程度提高，有利于充分發揮熟料的膠凝性能。不僅如此，不同粒徑的水泥細粉，其所具有的化學成分及礦物組成也各不相同，小粒徑的細粉顆粒其C3S含量較多，而C3S和C2S含量對水泥的強度影響有著決定性作用，這也說明了水泥強度是由水泥顆粒組成以及由于顆粒組成的變化導致其化學組分及礦物組成的差異兩者共同影響的。

2.2 對混合材料的粒度分布對水泥基膠凝材料性能影響的分析

目前公認的水泥粉體粒徑最佳級配的3～32um顆粒含量不低于65%，小于32um顆粒不超過10%，減少大于64um顆粒。微細粉添加料對于水泥有著填充作用、水化晶核的作用以及減少集料邊緣區的空隙含量的作用。填料分活性和惰性兩種，足夠細度的礦物摻和料能夠很好地填充大顆粒之間的空隙，以此達到減少用水量的作用，這樣更能使得膠凝材料本身形成最緊密堆積狀態，保證水泥漿體的結構致密化和均勻化。如果惰性礦物摻和料具有足夠的細度，就能夠起到一定的反應晶核作用，這對加快水泥起初的水化速率具有很好的促進作用。向水泥中加入高細度的礦物摻和料能夠提高集料周圍的粉體含量，降低孔隙率。由于在水泥的水化反應過程中會在集料表面留有多余的水分以及Ca(OH)2和鈣礬石，之后兩者的體積較大，這就在很大程度上增加了晶體之間的孔隙。

需要說明的是，在選擇混凝土摻和料前，需要熟練掌握施工工程對混凝土性能的要求指標，如強度標號、抗滲性、彈性模量等物理力學性能。不僅如此，還包括施工工藝、施工季節以及澆筑的部位和體積，所使用水泥的品種和標號以及砂石的質量也在很大程度上影響著摻和料的選擇和使用。對于施工單位而言，在選擇外加劑前需要進行詳細的配比實驗，對不同廠商所提供的外加劑進行甄別，選擇最佳的摻和料類型。

［1]郭隨華，翁端，陳益民.我國水泥工業“生態化”的研究現狀和發展趨勢［J].硅酸鹽學報，2001，29（2）：172-177.