不同品種、批次與養護周期的水泥對混凝土力學性能的影響

【摘要】為了研究水泥的養護周期、批次與品種對混凝土抗壓強度與抗折強度的影響，研究了不同品種和批次的水泥在3天和28天的養護周期下試件的力學性能。試驗結果表明，相同品種和養護周期，不同批次的水泥制備的試件，其抗壓強度和抗折強度基本保持不變；同一品種和批次的水泥，養護28天的試件其抗壓強度和抗折強度遠大于3天，其中抗折最大變化率為89.7%，抗壓強度最大變化率為75%；相同批次的普通硅酸鹽水泥、復合硅酸鹽水泥、火山灰質硅酸鹽水泥，養護相同的周期，試件的抗壓強度和抗折強度依次降低，其中3天的抗折強度最大變化率為70%，抗壓強度最大變化率為98%；28天的抗折強度最大變化率為11.4%，抗壓強度最大變化率為53.1%。

【關鍵詞】品種；凝結時間；混凝土；力學性能

【DOI編碼】10.3969/j.issn.1674-4977.2024.05.032

Effect of Different Kinds of Cement and Setting Time on Mechanical Properties of Concrete

FAN Min， WANG Wei

（Xianning Public Inspection and Testing Center， Xianning 437100， China）

Abstract： In order to study the effect of curing period， batch and variety of cement on compressive strength and flexural strength of concrete， the mechanical properties of different varieties and batches of cement under curing period of 3 days and 28 days were studied. The test results show that the compressive strength and flexural strength of the specimens prepared with the same variety and curing period and different batches of cement are basically unchanged. For the same type and batch of cement， the compressive strength and flexure strength of specimens cured for 28 days are much higher than those cured for 3 days， in which the maximum flexure change rate is 89.7% and the maximum compressive strength change rate is 75%. For the same batch of ordinary Portland cement， composite Portland cement and volcanic Portland cement， the compressive strength and flexural strength of the specimens decreased in turn during the same curing period， and the maximum flexural strength change rate was 70% and the maximum compressive strength change rate was 98% for 3 days. The maximum bending strength change rate of 28 days is 11.4%， the maximum compressive strength change rate is 53.1%.

Keywords： breed； setting time； batch； mechanical property

水泥又稱洋灰，是一種粉狀水硬性無機膠凝材料，主要成分為石灰或硅酸鈣，常與砂、礫結合，形成砂漿或混凝土。水泥作為一種重要的膠凝材料，廣泛應用于道路、橋梁、建筑等工程。由于水泥原材料的組成和養護周期的不同，導致混凝土的抗壓和抗折力學性能差異較大。

針對混凝土的物理和化學性能，國內外許多學者進行了大量的研究，取得了一定的成果。徐輝[1]對橡膠微膨脹混凝土抗壓和抗折強度進行了研究，通過在混凝土中摻入不同種類及不同摻量的膨脹劑和不同比例的橡膠顆粒，研究混凝土不同組成對抗壓和抗折強度的影響。高原[2]對不同溫度的蒸汽養護及不同養護齡期的混凝土強度進行了研究。結果表明，抗壓強度、軸心抗壓強度的增幅與蒸養溫度、養護時間負相關，高溫蒸養可提高棱柱體抗壓強度與立方體抗壓強度的比值，蒸養溫度對抗折強度的影響較小。王起臺[3]采用控制變量法，研究了不同凍融循環作用和玄武巖纖維摻量下混凝土的力學性能。結果表明，摻加玄武巖纖維可有效提高混凝土抗壓強度、抗折強度以及抗凍融性能。目前，針對混凝土的抗壓和抗折強度影響因素的研究較少，基于此，本文采用控制變量法，設計了品種、養護周期以及批次3個因素的正交試驗，以此探究不同品種和批次的水泥在3天和28天的養護周期下對混凝土抗壓與抗折強度的影響，以期更好地指導原材料選擇和使用。

1材料及試驗設備

1.1材料

此次試驗采用葛洲壩水泥有限公司生產的P？O42.5普通硅酸鹽水泥、P？C42.5復合硅酸鹽水泥和P？P32.5R火山灰質硅酸鹽水泥[4]；使用廈門艾斯歐標準砂有限公司生產的中國ISO標準砂，其SiO2含量不低于98%，濕度小于0.2%；使用的水為純凈水。

1.2試驗設備

試驗使用的設備主要有JJ-20H型水泥膠砂攪拌機、ZS-20H型水泥膠砂振實臺以及微機控制電子抗壓抗折試驗機。JJ-20H型水泥膠砂攪拌機設計符合國家標準GB/T 17671《水泥膠砂強度檢驗方法（ISO法）》，配備有750 W單相交流伺服電機，可實現自轉和公轉兩種轉動形式；ZS-20H型水泥膠砂振實臺采用ISO 679：2009《水泥試驗方法強度測定》標準而設計，配備一臺同步電動機，實現水泥膠砂每分鐘60次的振動；微機控制電子抗壓抗折試驗機為雙工位抗壓抗折實驗一體機，最大抗壓為300 kN，抗折5 kN，具有較高的精度和靈敏度，可實現等速加載、等位移的自動控制實驗。

2混凝土強度試驗方法

2.1試驗分組

此次試驗使用6個批次的水泥，每個批次分別進行3天和28天的抗壓和抗折強度試驗，其中P？O42.5型號普通硅酸鹽水泥、P？C42.5復合硅酸鹽水泥、P？P32.5R火山灰質硅酸鹽水泥均為2個批次。膠砂的質量按照一份水泥、三份中國ISO標準砂和半份水進行配合，其中水泥（450±2）g、標準砂（1350±5）g以及（225±1）g的水。試驗方案如表1所示。

2.2試驗過程

3試驗結果與分析

3.1不同品種與批次的水泥對混凝土力學性能的影響

不同批次和品種的水泥在3天和28天養護周期下混凝土的力學性能如圖1所示。

由圖1中（a）、（b）可知，相同批次不同品種的水泥養護3天，普通硅酸鹽水泥、復合硅酸鹽水泥、火山灰質硅酸鹽水泥的抗壓和抗折強度依次降低，其中抗折強度最大變化率為70%，抗壓強度最大變化率為98%；由圖1中（c）、（d）可知，相同批次不同品種的水泥養護28天，試件的抗壓和抗折強度變化趨勢與3天的基本保持一致，其中抗折強度最大變化率為11.4%，抗壓強度最大變化率為53.1%。這主要與水泥中混合材料總摻加量和成分有關，普通硅酸鹽水泥混合材料摻量為5%～20%，而復合硅酸鹽水泥和火山灰質硅酸鹽水泥的混合材料摻量超過了20%，由混合材料總摻量越低強度越高可知，普通硅酸鹽水泥的強度要大于復合硅酸鹽水泥和火山灰質硅酸鹽水泥，且火山灰質硅酸鹽水泥在生產過程中加入大量沸石進一步降低自身強度，其抗壓和抗折強度要小于復合硅酸鹽水泥。由圖1可知，相同品種不同批次的水泥，養護相同的周期，試件的抗壓和抗折強度變化不大，其中3天的抗壓強度最大改變量為4.0 MPa，抗折強度改變量為0.9 MPa；28天的抗壓強度改變量為5.7 MPa，抗折強度改變量為0.4 MPa。

3.2不同養護周期與批次的水泥對混凝土力學性能的影響

不同批次和養護周期的水泥對混凝土力學性能如圖2所示。

由圖2中（e）、（f）可知，同一品種和批次的水泥養護相同周期，試件1、試件2、試件3的抗折和抗壓強度基本保持不變。同一批次和品種的水泥養護不同周期，同一試件的力學性能差異較大，對于火山灰質硅酸鹽水泥、復合硅酸鹽水泥、普通硅酸鹽水泥，28天的抗壓和抗折強度遠大于3天，其中火山灰質硅酸鹽水泥抗壓和抗折強度最大變化率分別為75%和89.7%，復合硅酸鹽水泥抗壓和抗折強度最大變化率為20.7%和82.1%，普通硅酸鹽水泥抗壓和抗折強度最大變化率為10.4%和46.5%。主要與水泥本身因素和環境條件有關，一方面，水泥中的化學成分隨著時間不斷發生水化反應，使得砼的強度不斷增加。另一方面，試件在一定的溫度和濕度條件下養護，其力學性能與時間呈正相關，養護周期越長其抗壓和抗折強度越高。

4結論

本文通過大量的試驗，研究了不同品種、批次與養護周期的水泥對混凝土力學性能的影響，形成結論有：

1）同一品種和批次的水泥，養護周期相同，混凝土的抗壓和抗折強度基本保持不變；同一品種不同批次的水泥，養護相同周期，混凝土的抗壓和抗折強度有微小的變化。

2）普通硅酸鹽水泥、火山灰質硅酸鹽水泥、復合硅酸鹽水泥的抗壓和抗折強度依次降低，其中3天的抗折強度最大變化率為70%，抗壓強度最大變化率為98%；28天的抗折強度最大變化率為11.4%，抗壓強度最大變化率為53.1%。

3）對于火山灰質硅酸鹽水泥、復合硅酸鹽水泥、普通硅酸鹽水泥，同一批次的水泥養護3天和28天，28天的抗壓和抗折強度遠大于3天，其中抗折強度最大變化率為89.7%，抗壓強度最大變化率為75%。

【參考文獻】

[1]徐輝，張成，劉佳鈺，等.橡膠微膨脹混凝土抗壓和抗折強度試驗研究[J].城市道橋與防洪，2021（1）：165-168，190.

[2]高原，石紅磊，高全青，等.不同養護制度對超高性能混凝土力學性能的影響[J].混凝土，2021（6）：108-111.

[3]李智睿，徐存東，李振，等.凍融循環下玄武巖纖維混凝土的力學性能研究[J].石河子大學學報（自然科學版），2022，40（1）：55-60.

[4] Standard Specification for Portland Cement：ASTM C150-07[S].

[5]水泥膠砂強度檢驗方法（ISO法）：GB/T 17671—2021[S].

[6]劉佳玉，王斌，于華莉.水泥抗壓強度檢驗結果不確定度評定[J].工業計量，2019，29（6）：70-71.

【作者簡介】

范敏，男，1977年出生，工程師，研究方向為檢驗檢測與質量管理。王偉，男，1992年出生，碩士，研究方向為產品質量檢驗檢測。

（編輯：李鈺雙）