淺談水泥細(xì)度對(duì)水泥性能及混凝土性能的影響

李文濤

（新疆水利水電勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院勘測(cè)總隊(duì)，新疆昌吉 831100）

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淺談水泥細(xì)度對(duì)水泥性能及混凝土性能的影響

李文濤

（新疆水利水電勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院勘測(cè)總隊(duì)，新疆昌吉 831100）

【摘 要】水泥作為混凝土的重要組成部分之一，對(duì)混凝土的質(zhì)量有很大影響。水泥細(xì)度是反映水泥質(zhì)量的重要指標(biāo)，研究水泥細(xì)度對(duì)混凝土性能的影響具有重要意義。

【關(guān)鍵詞】水泥細(xì)度；比表面積；水泥強(qiáng)度；混凝土強(qiáng)度

水泥作為混凝土的主要組分之一，對(duì)水泥混凝土的質(zhì)量有很大影響。它直接影響混凝土的性能及其使用范圍。水泥性能又與水泥細(xì)度密切相關(guān)，粒度的大小影響水泥的水化、水泥的標(biāo)準(zhǔn)稠度需水量、水泥的強(qiáng)度等指標(biāo)，從而影響混凝土的流動(dòng)性能、凝結(jié)硬化過(guò)程、強(qiáng)度和耐久性等。因此，研究水泥細(xì)度對(duì)混凝土性能的影響具有重要意義。

1　水泥細(xì)度對(duì)水泥主要技術(shù)指標(biāo)的影響

1. 1細(xì)度（比表面積）

水泥細(xì)度是表示水泥被磨制研細(xì)的程度或水泥顆粒級(jí)配粗細(xì)程度的指標(biāo)，是檢定水泥質(zhì)量的主要及重要試驗(yàn)項(xiàng)目之一。硅酸鹽水泥、普通硅酸鹽水泥細(xì)度以比表面積表示，國(guó)內(nèi)目前多用勃氏透氣法來(lái)測(cè)定水泥的比表面積。礦渣硅酸鹽水泥（P. S）、火山灰質(zhì)硅酸鹽水泥（P. P）、粉煤灰硅酸鹽水泥（P. F）和復(fù)合硅酸鹽水泥（P. C）的細(xì)度則以篩余表示，目前多用負(fù)壓篩法來(lái)測(cè)定水泥細(xì)度。

對(duì)于同樣礦物組成與化學(xué)組成的水泥，水泥的顆粒越細(xì)，由于接觸面積的增加，其與水分作用的水化反應(yīng)速度也就越快，但是同時(shí)也因顆粒太細(xì)，在空氣中由于硬化收縮的增長(zhǎng)而導(dǎo)致混凝土容易出現(xiàn)干縮裂縫的問(wèn)題，而且水泥過(guò)細(xì)更容易受潮變質(zhì)，給水泥的保存帶來(lái)一定困難。為了提高水泥的活性，改善水泥混凝土的性能，必須對(duì)水泥的細(xì)度加以控制，將其限定在合理范圍內(nèi)。

1. 2標(biāo)準(zhǔn)稠度用水量水泥的需水量是指使水泥漿獲得一定的流動(dòng)性所需的水量，一般稱為水泥的標(biāo)準(zhǔn)稠度，以占水泥用量總量的百分率表示。水泥的粉磨細(xì)度、所摻摻和料的性質(zhì)和數(shù)量，以及熟料的礦物組成等都能影響需水量。水泥熟料的礦物成分不相同時(shí)，其標(biāo)準(zhǔn)稠度用水量就會(huì)有所差別，研磨得越充分越細(xì)的水泥，標(biāo)準(zhǔn)稠度用水量越大。硅酸鹽水泥的標(biāo)準(zhǔn)稠度用水量一般在23%～30%之間。

1. 3凝結(jié)時(shí)間

水泥的凝結(jié)時(shí)間分為初凝時(shí)間與終凝時(shí)間，水泥的凝結(jié)時(shí)間在施工中具有重要意義。初凝不宜過(guò)快，以便有足夠的時(shí)間在水泥初凝之前完成混凝土各工序的準(zhǔn)備及施工操作；但終凝時(shí)間也不適宜過(guò)晚，以使混凝土在澆搗完畢后盡早完成凝結(jié)并開(kāi)始硬化，具有一定的強(qiáng)度，以利于下一步施工的進(jìn)行。水泥的粗細(xì)程度直接影響凝結(jié)時(shí)間的長(zhǎng)短。

1. 4水泥強(qiáng)度

水泥強(qiáng)度是指水泥膠砂硬化一定齡期后，其膠結(jié)能力的大小。水泥強(qiáng)度主要由水泥顆粒及水化物之間相互連生、搭接、水化從而產(chǎn)生，可以抵抗外力。水泥顆粒的大小與水化速度和程度有直接聯(lián)系，不同粒徑的水泥水化速率和程度差異均比較大。在組成水泥成分的所有顆粒中，3～30μm的顆粒含量對(duì)水泥強(qiáng)度的增長(zhǎng)起主導(dǎo)作用。水泥組成中小于3μm的顆粒過(guò)多時(shí)，雖然水化速度極快，混凝土早期強(qiáng)度比較高，但后期強(qiáng)度增長(zhǎng)很微小，且因水泥比表面積較大，若水泥漿體要達(dá)到同樣的流動(dòng)度，則需水量就要過(guò)多，使混凝土硬化后內(nèi)部產(chǎn)生較多的孔隙，致使強(qiáng)度下降明顯。相反，如果水泥中有過(guò)于粗的顆粒存在時(shí)，反應(yīng)只是發(fā)生在粗顆粒表面，這樣就減少并損失了熟料的活性，粗顆粒僅僅起填料作用。如此可見(jiàn)，水泥組成中大于30μm顆粒的含量越多，熟料的利用率就越低，水泥的性能就越差。因此，水泥顆粒級(jí)配的結(jié)構(gòu)對(duì)水泥的水化硬化速度、需水量、和易性、放熱速度，特別是對(duì)強(qiáng)度有很大影響。

筆者在日常試驗(yàn)過(guò)程中發(fā)現(xiàn)，對(duì)于水利工程中常用的42. 5普通硅酸鹽水泥，比表面積的大小對(duì)水泥性能尤其是對(duì)水泥的強(qiáng)度有較為明顯的影響，見(jiàn)表1。

表1　42. 5普通硅酸鹽水泥比表面積與水泥強(qiáng)度關(guān)系

由表1可以看出：隨著水泥比表面積的增大，標(biāo)準(zhǔn)稠度用水量也在增大，初凝、終凝凝結(jié)時(shí)間也呈增大趨勢(shì)。而水泥強(qiáng)度隨著水泥比表面積的增大早期強(qiáng)度（3d抗壓強(qiáng)度）呈增長(zhǎng)趨勢(shì)，但后期強(qiáng)度（28d抗壓強(qiáng)度）則隨著水泥比表面積的增大呈下降趨勢(shì)。因此，應(yīng)將其水泥細(xì)度限定在合理的范圍內(nèi)，而并非水泥顆粒越細(xì)越好。

2　水泥細(xì)度對(duì)混凝土性能的影響

2. 1水泥細(xì)度與混凝土施工性能的關(guān)系

混凝土的施工性能主要由混凝土拌和物和易性決定。在混凝土水灰比不變時(shí)，水泥需水量增大，混凝土的坍落度會(huì)減小，混凝土的流動(dòng)性也會(huì)變差，也就越不利于混凝土的施工操作。水泥顆粒組成越細(xì)，比表面積就越大，水泥顆粒與水接觸的面積也越大，從而需水量也會(huì)增大。因此水泥成分越細(xì)，就越會(huì)增加混凝土的用水量，從而影響混凝土的耐久性和強(qiáng)度。

2. 2水泥細(xì)度與混凝土力學(xué)性能的關(guān)系

混凝土硬化后的主要力學(xué)性能由強(qiáng)度表示，混凝土的抗凍性能、抗?jié)B性能、耐磨性能、耐腐蝕性能等都與其密切相關(guān)，混凝土強(qiáng)度越高，其性能也越好。在其他條件不變的情況下，混凝土的強(qiáng)度主要由水泥的強(qiáng)度決定。而水泥細(xì)度又決定了抗壓強(qiáng)度和水化熱。通過(guò)相關(guān)試驗(yàn)論證，筆者將表1中4種編號(hào)的水泥（42. 5普通硅酸鹽水泥）用于混凝土試驗(yàn)中，試驗(yàn)所用粗、細(xì)骨料質(zhì)量指標(biāo)滿足《水工混凝土施工規(guī)范》要求，詳見(jiàn)表2、表3。

表2　細(xì)骨料質(zhì)量指標(biāo)

表3　粗骨料質(zhì)量指標(biāo)

試驗(yàn)成型7d、28d抗壓試塊，按規(guī)范要求在標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)條件下養(yǎng)護(hù)，得出的試驗(yàn)數(shù)據(jù)見(jiàn)表4。

由表4可以看出：在混凝土配合比等各項(xiàng)條件都一定的情況下，如果同一強(qiáng)度等級(jí)的水泥細(xì)度不同，所生產(chǎn)的混凝土達(dá)到的強(qiáng)度等級(jí)也不同。

表4　試　驗(yàn)　數(shù)　據(jù)

2. 3 水泥細(xì)度與混凝土耐久性的關(guān)系

影響混凝土耐久性的一個(gè)關(guān)鍵因素是混凝土的密實(shí)度，其次是混凝土各材料的質(zhì)量，最后是施工質(zhì)量。混凝土密實(shí)性越好，水的滲透能力就越低，水和各種物質(zhì)的運(yùn)動(dòng)也就大大減慢，物質(zhì)交換變少，并且能保持其中比較穩(wěn)定的化學(xué)環(huán)境，尤其是穩(wěn)定的pH值，因此從根本上保證了耐久性。水泥研磨得越細(xì)，水泥的比表面積也就越大，需水量就越多，在水泥石結(jié)構(gòu)中水分子所占的體積也就越大，從而導(dǎo)致內(nèi)部結(jié)構(gòu)空隙與孔隙增大，使混凝土硬化后內(nèi)部結(jié)構(gòu)不密實(shí)，混凝土耐久性降低。水泥組成顆粒越細(xì)，早期的水化就會(huì)越快，水化熱排放得越早，單位時(shí)間內(nèi)的水化熱也就越高，而水化越快消耗混凝土內(nèi)部的水分也就會(huì)越快，致使混凝土產(chǎn)生自干燥收縮，容易產(chǎn)生裂縫。此外，由于水泥粗顆粒含量少，減少了未進(jìn)行水化的顆粒，從而影響混凝土的抗?jié)B性能、抗凍性能、抗碳化能力、抗侵蝕性能等。

3　結(jié) 語(yǔ)

綜上所述，水泥細(xì)度對(duì)水泥及混凝土的性能有一定影響，這主要是由各細(xì)度水泥活性條件不同導(dǎo)致的。因此，為了更好地提高水泥在混凝土中的膠結(jié)能力，增加其早期強(qiáng)度，需要適量提高水泥細(xì)度。水泥細(xì)度要根據(jù)試驗(yàn)以及工程經(jīng)驗(yàn)，把握在一個(gè)比較合理的范圍內(nèi)，既要充分發(fā)揮水泥的強(qiáng)度又要保證混凝土的耐久性能。■

參考文獻(xiàn)

［1］ DL／T 5150—2001水工混凝土試驗(yàn)規(guī)程［S］.北京：中國(guó)電力出版社，2001.

［2］ DL／T 5144—2001水工混凝土施工規(guī)范［S］.北京：中國(guó)電力出版社，2001.

［3］ GB 175—2007通用硅酸鹽水泥［S］.北京：中國(guó)標(biāo)準(zhǔn)出版社，2007.

On the influence of cement fineness on cement Performance and concrete Performance

LI Wentao
（Survey Vorps，Xinjiang Water Vonservancy and Hydropower Survey Design Institute，Vhangji 831100，Vhina）

Abstract：Cement acts as an important part of concrete，which has great influence on concrete quality. Cement fineness is an important index to reflect cement quality therefore，researching the influence of cement fineness on concrete performance has great significance.

Key Words：cement fineness；specific surface；cement strength；concrete strength

DOI：10.16617／j.cnki.11-5543／TK.2016.02.005

中圖分類號(hào)：TV42＋1

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：B

文章編號(hào)：1673-8241（2016）02-0015-03