水泥细度对混凝土早期性能的影响建材专业毕业论文1

1、本科学生毕业设计（论文）水泥细度对混凝土早期性能的影响graduation design(thesis) of chongqing universityreasearch of the effect of cement fineness on the early properties of concreteundergraduate: gaoyangsupervisor: dr. jia xingwen major: inorganic non-metallic materials engineeringcollege of material science and engineering c

2、hongqing universityjune 2010摘 要应用于大跨度预应力桥梁的水泥，由于施工要求早期强度，加之国家标准没有规定细度上限，因此越磨越细。过高的细度已经开始对混凝土的各方面性能产生影响。基于这个原因，针对用于桥梁工程的混凝土，作了细度对混凝土早期力学性能影响的实验研究。通过采用统一配合比，改变水泥细度的方法成型混凝土试件，研究了细度对混凝土早期强度增长规律的影响，以及掺合料和减水剂的用量对混凝土强度与水泥细度相关规律的影响。测定了不同细度水泥的标准稠度用水量，凝结时间，胶砂扩展度。结果表明，混凝土的早期抗压强度随细度增大而增大，增长曲线逐渐平缓；早期抗拉强度也随细度增大而增

3、加，但变化不明显，并且在水泥比表面积超过400/kg时抗拉强度出现下降。减水剂和少量矿物掺合料的掺入对比表面积350400/kg的水泥拌制的混凝土的强度提高较大，当矿物掺合料的用量增大时，则对比表面积较小的水泥的强度有较大提高，同时可以降低混凝土强度对水泥细度变化的敏感性。水泥的标准稠度用水量随细度增加而增加，增幅不大，比表面积400/kg时，标准稠度用水量约为26%；凝结时间随细度增大而缩短，幅度不大；关键词：水泥细度，早期强度，标准稠度用水量，凝结时间，胶砂扩展度abstractas the demand of the early strength of concrete grows, w

4、hile the national standards hasn't fixed a fineness limit, the fineness of cement used in long-span prestressed concrete bridge increases without control. excessive fineness begins to affect the performance of all aspects of concrete. for that reason, in this paper the affect of cement fineness

5、on the early properties of concrete is studied.the results show that early compressive strength of concrete increases with the fineness，and growth curve turns from steep to flat；early tensile strength of concrete increases with the fineness, and the growth is modest. tensile strength decreases when

6、surface area reaches 400；standard consistency water grows slowly with the fineness.setting time gradually shortened with increasing fineness.the addition of superplasticizer and mineral admixtures improves the strength of concrete which uses fine cement better.according to the experimental results,t

7、he author recommends to use fine cement whose surface area ranges between 350 and 400 in structures which has the demand of early strength.key words： cement fineness , early strength , standard water consistency, setting time, mortar fluidity目 录中文摘要abstract1 绪 论11.1研究背景11.1.1预应力连续刚构桥梁对水泥的要求11.1.2研究水

8、泥细度与桥梁混凝土力学性能关系的必要性21.2国内外研究现状21.2.1水泥细度对工作性能的影响21.2.2水泥细度对混凝土力学性能的影响51.2.3水泥细度对混凝土耐久性的影响71.2.4颗粒分布对水泥性能的影响81.3本文要研究的内容92 原材料和试验方法102.1原材料102.2试验方法123 水泥细度对标稠、凝结时间、胶砂扩展度的影响143.1水泥细度对标准稠度用水量的影响143.2水泥细度对凝结时间的影响143.3水泥细度对胶砂扩展度的影响153.4水泥细度新拌混凝土坍落度的影响153.5结论164 水泥细度对混凝土力学性能的影响174.1水泥细度对胶砂强度的影响174.1.1水泥细

9、度对胶砂抗折强度的影响174.1.2水泥细度对胶砂抗压强度的影响194.2水泥细度对混凝土力学性能的影响194.2.1水泥细度对混凝土抗压强度的影响204.2.2水泥细度对混凝土劈裂抗拉强度的影响224.2.3减水剂和矿渣掺量对水泥细度和混凝土早期力学性能相关规律的影响244.3结论275 结论和展望27参 考 文 献281 绪 论1.1研究背景预应力连续刚构桥梁这一结构形式由于其用料省、自重轻、行车平稳、跨越能力强等显著的优越性，在实际工程中得到了越来越广泛的应用。由于施工工艺和工程进度的要求，桥梁混凝土经常需要达到较高的早期强度，因此工程中多采用比表面积较大的早强型水泥。我国自1979年开

10、始的数次水泥标准修订都把早期强度放在了越来越重要的位置1：第一次修订是将我国使用了20 多年的“硬练”强度检验方法和标准改为“软练”强度和标准。这次变化较大,主要变化如表1.1 所示：水泥标准从“硬练”改为“软练”的主要变化表1.1变化因素gb175-63gb175-77孰料的石灰饱和系数（kh）0.85左右0.90左右c3a含量5%7%8%检验强度所用灰砂比1:31:2.5检验强度所用加水量p/4+2.6固定0.44用相同熟料检验28d抗压强度的差别497kg/cm2613kg/cm2425kg/cm2525kg/cm2细度4900孔/cm2筛余15%0.08mm筛余15%由表中可见，这次修

11、订水泥标准的结果是增加了熟料中的c3s和c3a的含量，水泥的比表面积从平均300/kg增加到平均330/kg，提高了水泥强度，尤其是早期强度；第二次修订后的gb 175 - 92、gb 1344 - 92 等强调了水泥的早期强度, 28 d 强度提高了2 % , 增加了r 型水泥品种。该标准强化了3 d 早期强度意识,倡导多生产r 型水泥。普通水泥的细度进一步变细,从筛析法的< 12 %改为< 10 %。第三次修订后的规范gb 175 - 1999、gb 1344 - 1999 等把强度检验的水灰比改为0. 50 ,取消了gb 175 - 92 中的325 号水泥。水泥的强度进一步

12、提高,迫使水泥厂以提高c3s、c3a和比表面积来提高水泥的强度。由于国家标准对于水泥的细度上限没有作规定，导致实际工程中采用的水泥比表面积越来越偏大，80m筛余量大多都小于3%，甚至没有筛余，水泥比表面积已高达400/kg。我国水泥在40多年前的最高强度（gb175-63硅酸盐水泥、普通硅酸盐水泥）相当于20世纪末的425号硅酸盐水泥、普通硅酸盐水泥（gb175-92），相当于目前的32.5级2。人们对于这种细水泥的特性了解的还不够深入，因此当它应用于桥梁工程时，已经对混凝土的性能产生了诸多影响，诸如耐久性迅速降低，后期强度增长缓慢甚至倒缩等。因此有必要提出一个适合大跨度预应力混凝土连续刚构桥

13、梁的水泥细度上限值，确保混凝土的中长期性能。1.1.1预应力连续刚构桥梁对水泥的要求用于预应力连续刚构桥梁的高性能混凝土，其性能要求要高于一般的普通混凝土，除了拌合物需要有良好的工作性以外，较高的强度和优越的耐久性也是必不可少的。其中强度的要求包括两个方面，早期强度和中长期强度。从工程应用上讲，结构的早期强度和耐久性存在着矛盾，甚至于早期强度和中长期强度也存在着一定程度上的矛盾：许多工程实例和研究结果显示，过高的早期强度往往和裂缝的过早产生和后期强度的倒缩有着一定的联系。因此在早期强度和中长期性能这两者之间寻找一个平衡点是个至关重要的问题，因为这两者分别代表了工程进度和工程质量这两个关键因素对

14、混凝土和水泥的要求。1.1.2研究水泥细度与桥梁混凝土力学性能关系的必要性在工程进度和工程质量这两者的矛盾中，水泥的细度起着重要的控制作用：细度过小，则水化速度慢，早期强度达不到要求，施工进度慢，严重影响模板、场地和施工机械的周转效率，延长工期，增加工程投资，带来不必要的浪费；细度过大，则初期水化速度过快，放热量大，收缩增加，产生过大的温度应力和收缩裂缝，影响结构的耐久性，而且细度过大还可能导致混凝土后期强度增长缓慢乃至倒缩。所以有必要通过实验研究水泥细度与桥梁混凝土力学性能的关系，找到一个最合适的水泥细度限值，既能满足混凝土早期强度的需要，保证工程进度，又不至于影响结构的中长期强度。1.2国

15、内外研究现状1.2.1水泥细度对工作性能的影响(1)标准稠度用水量国内外普遍认为水泥的标准稠度用水量随着细度的增加而增加。表1.1是包先成等人3引用陕西声威集团建材有限公司某月的数据：水泥细度与净浆流动度和标准稠度用水量的关系表1.1 序号细度/%比表面积/(/kg)标准稠度用水量/%净浆流动度/mm80m筛筛余45m筛筛余初始60min12345671.21.02.42.71.14.55.86.76.711.011.28.013.016.036036040736134330930128.928.229.829.227.124.525.11201472061951951331901402222

16、35(2)净浆流动度净浆的流动度随着水泥细度的增加而不断减小。石小芳4等人研究了筛余及比表面积对水泥净浆流动度的影响，实验结果见表1.2：水泥净浆流动度与比表面积和80m筛余的关系表1.2.编号12345678980m筛筛余比表面积/(/kg)5min流动度4.83412014.03631923.63421953.43611783.03611702.83561802.43371702.43641652.2355165作者认为:水泥的净浆流动度同80m筛筛余有较好的相关性。试验水泥的比表面积变化不大，应该通过放大筛余来调整水泥的适应性。为此将球磨机的钢球级配进行了调整，将42.5水泥的细度指标由

17、原来的3.0调整到1.5%3.0%，水泥的标准稠度用水量下降到27.0%左右，水泥的流动度达到了180mm，使水泥性能得到了很大的改善。图1.1.不同细度水泥浆体的流变曲线（磨细熟料加5%石膏，水灰比为0.25）- 201/kg；- 248.5/kg；-307/kg；-403/kg；-511/kg图1.1是不同细度水泥浆体的流变曲线，它来自r.a.heimuth美 5关于新拌水泥浆体的一篇学术论文。其中的屈服应力是按照维卡仪穿透20mm所需要的力来计算的，它表明水泥浆体在凝结的各个阶段的的屈服应力都随水泥细度的增大呈现出增加的趋势。周立霞19等人对粉煤灰水泥细度的研究表明，粉煤灰水泥的胶砂需水

18、量（比）与粉煤灰及水泥颗粒细度为负关联，而流动度（比）则与粉煤灰及水泥颗粒细度为正关联。即细度增加会导致胶砂需水量减小，流动度增加。因此，在配制粉煤灰混凝土时，可以通过适当提高粉煤灰颗粒细度来减少混凝土拌合用水量，提高混凝土的流动性。(3)凝结时间水泥细度的增加会缩短水泥的凝结时间6，如图1.2所示，水泥细度由3220cm2/g增至5560cm2/g时，混凝土的初凝和终凝时间分别缩短了1h20min和1h40min。因此水泥细度的增加及比表面积的提高会加速混凝土的凝结。 图1.2.水泥细度与凝结时间的关系(4)浆体泌水量混凝土的泌水特性也会受到水泥细度的影响6，如图1.3所示，随着水泥细度的增

19、加，其泌水量相应减小。另外，水泥初始水化快，泌水会相应减小。图1.3.水泥细度与浆体泌水量的关系1.2.2水泥细度对混凝土力学性能的影响杨静17等人认为：(1)水泥颗粒的粒径分布与andreasen最紧密堆积理论的要求尚有很大差距，因此掺入比水泥颗粒更细的矿物掺合料，可以起到改善胶凝材料颗粒级配的作用。(2)不同细度的矿物掺合料复合掺配时，它们的颗粒可以相互补充，使胶凝材料颗粒的粒径分布更接近紧密堆积状态的要求，从而提高水泥浆体的密实度。(3)砂浆中胶凝材料的颗粒级配在接近andreasen颗粒最紧密堆积理论要求时，砂浆强度最高，水泥凝胶体的微观结构也比较致密。这时，适当增加矿物掺合料替代水泥

20、的百分率不会明显影响强度。黄新18等则认为，水泥石的性能很大程度上取决于水泥石的孔结构，而水泥石的孔结构又决定于水泥浆体原始的堆积密度和水泥水化物对原始孔隙的填充程度。水泥颗粒的状态对水泥石的结构有较大影响。一方面，水泥的比表面积决定同时间产生的水化物的量；另一方面，水泥的粒径分布决定水泥浆体中的水泥颗粒堆积的密实程度。适当的水泥粒径分布可以使水泥浆体初始结构具有最佳的堆积密度，同时使水泥水化物的生成量与水泥浆初始孔隙量相匹配，从而得到空隙率和孔径较小的密实均匀的水泥石，使水泥石的性能提高。陈云波7等人研究了不同粉磨方法和不同粉磨细度的水泥的各龄期抗压强度和抗折强度，结果如表1.3所示：不同粉

21、磨方法和不同粉磨细度的水泥的各龄期抗压强度和抗折强度表1.3试样编号比表面积抗折强度抗压强度1d3d28d1d3d28da12502.85.28.712.628.658.2a230757.29.722.341.269.2a33505.77.89.825.445.772.2a438767.810.329.450.673.6a54505.97.810.23150.776.5a65866.58.611.43858.282.6b12482.95.68.112.827.853.7b23133.96.59.316.833.859.9b33534.96.79.122.137.361.2b43825.57.1

22、9.723.640.470.2b547067.59.629.444.971.8b66006.17.99.63650.474.8c13114.25.98.416.629.855.8c23614.96.59.221.835.261.2c33875.16.38.923.235.661.6c44395.879.227.840.864.6d12442.24.58.78.823.952.2原文作者认为，同一磨机磨出来的水泥，比表面积越大，强度就越大，但是强度增长并不符合统一规律，处于中间比表面积（约380/kg）的水泥28d增幅较小，抗折强度甚至持平，如a4和a5，b4和b5，c2和c3号对比样；有的水泥

23、早期强度增长比后期快，如b5和b6号对比样，有的则正好相反，如b3和b4号对比样。r.e.davis等人的研究表明，水泥细度对早期7d抗压强度影响较大，对后期抗压强度影响较小8：早期7d，水泥细度对水泥抗压强度的贡献值为1.52mpa；龄期由7d至90d(365d)，水泥细度对水泥抗压强度的贡献率仅增长了0.69mpa(0.62 mpa）。即水泥表面积对早期强度的影响远大于后期强度。这是因为细水泥的早期水化反应速率较快，对早期强度作用明显；随着细水泥水化反应的继续进行，包围在水泥颗粒周围的水化产物结构变得更密实，阻碍了拌合水的扩散，所以提高粉磨细度对后期强度的影响有一定局限性，不如对早期强度提

24、高的幅度大9。图1.4是来自e.w.benntee和b.c.collings的proceedings of the institution of civil engineers的一张图表10，图中反映了不同龄期时水泥的抗压强度随细度变化的趋势。从图中可以看出，细度对强度的影响程度随着龄期的增长不断地减弱，细度小的水泥后期强度会逐渐赶上细度大、早期强度高的水泥：图1.4.不同龄期水泥细度与抗压强度的关系1.2.3水泥细度对混凝土耐久性的影响水泥细度对于混凝土耐久性的影响很重要的一点在于：水泥细度增加，水化率增大，导致强度增长率及水化放热速率均较高。同时，细度增加能导致泌水减少，但在高细度的情况下

25、，对非引气混凝土来说，为满足工作性必须增加需水量，并导致干缩增加。此外，高细度的水泥使混凝土的抗冻融循环能力降低10。水泥细度对砂浆抗裂性影响非常明显。harold采用砂浆环开裂试验方法，水灰比0.46、灰砂比1:2.34、存放于21和50%相对湿度下时，比表面积约为240/kg的粗水泥的初裂时间为14天，是比表面积约为380平米/kg的细水泥的初裂时间（7天）的2倍11。不同细度水泥的混凝土暴露于自然条件下一年的抗冻试验也表明，水泥越粗，砂浆内部的微裂纹越少，其混凝土抗冻融循环能力越强11。 美国的withy分别于1901年、1923年和1937年成型了5000多个水泥净浆，砂浆和混凝土试件

26、，在室外暴露，1975年由washa和wendt发表了暴露试验的结果如图所示。图1.5表明，用7m水泥配制的混凝土50年后抗压强度达到了52mpa,而用i型水泥（当时的快硬水泥）配制的混凝土在10年后强度开始倒缩；1937年按快硬水泥生产的i型水泥与现今水泥的平均水平很相似12。图1.5室外暴露条件下不同细度水泥强度随龄期的变化1.2.4颗粒分布对水泥性能的影响根据zur strassen13的意见，水化作用是从熟料颗粒的均一表面像核心的扩散反映。对波特兰水泥中纯c3s进行测定，得到下列反应渗透深度值：龄期/天137 28 渗透深度/m0.523467 zur strassen对c2s进行测定

27、得到以下数值：龄期/天406080渗透深度/m123这表明阿利特含量高的水泥当中，30m颗粒在28d水化87.5%，而小于3m的颗粒在拌合后短时间即已完全水化。由此得到两条结论13：（1）03m颗粒部分（这部分颗粒使水泥具有较高的比表面积）对于早期强度时必不可少的，但对后期强度则不起作用。（2）330m颗粒部分是对后期强度起唯一重要作用的部分。超过30m的颗粒只是部分水化，它们对强度所起的作用是很小的。赵飞20等人认为：(1)不同大小的颗粒，其水化活性有很大差异，粒径越小，水化活性越高，具体表现在，随着颗粒的细化，对水分子的吸附能力及离子溶出能力大大提高，浆体的极化能力增强，浆体初始结构形成时

28、间缩短，早期硬化浆体结构形成时间提前，形成速度加快，水化放热曲线的诱导期缩短，加速期的反应速度加快，放热速率和放热量增大。(2)不同大小的颗粒，各自强度的发挥也很不相同。030m颗粒的强度发挥正常，粗颗粒在早期只达到很低的强度，010m和05m的细颗粒在早期就达到较高的强度，但后期强度几乎没有增长，甚至产生倒缩。(3)致使010m和05m细颗粒的后期强度发挥不好的原因是它们的水化反应速度太快，水化产物的胶结性能不好，胶结点的牢固程度较低，早期浆体结构易通过溶解和再结晶而破坏。目前比较公认的水泥最佳性能的颗粒级配为14:332m颗粒总量不低于65%，3m细颗粒不超过10%，65m和1m的颗粒越少

29、越好。因为332m的颗粒对强度增长起主要作用，特别是1624m的颗粒对水泥性能尤为重要，含量应当最多，3m的细颗粒容易结团，1m的小颗粒在加水搅拌中很快就能水化，对混凝土强度作用很小，且影响水泥与外加剂的适应性，影响水泥性能而导致混凝土开裂，严重影响混凝土的耐久性；65m的颗粒水化很慢，对28d强度贡献很小14。1.3本文要研究的内容（1）水泥细度对标准稠度用水量、凝结时间和胶砂流动度的影响测试了4种不同细度水泥的标准稠度用水量和胶砂流动度随细度的变化情况；测试了6种另一粉磨方式的不同细度的水泥的胶砂流动度随细度变化的情况。（2）水泥细度对混凝土早期强度增长的影响测试了4种不同细度水泥按照统一

30、配合比成型的两种配合比高性能混凝土试块的7d、28d、56d立方体抗压强度和7d、28d劈裂抗拉强度；测试了6种不同细度水泥按照统一配合比成型的胶砂试块的5d、8d、12d立方体抗压强度（3）掺合料和减水剂对水泥细度和混凝土早期力学性能相关规律的影响测试了4种不同细度水泥在不掺减水剂、单掺减水剂、掺入减水剂和不同掺量的矿渣几种情况下的7d、28d立方体抗压强度；2 原材料和试验方法2.1原材料(1)水泥：水泥粉磨所用的熟料为润江水泥厂出产。熟料中so3含量为0.8%（厂家数据），理论计算得到水泥中so3为2.98%，水泥密度为3.05g/ cm2。本次实验采用不同的粉磨方法制备两种水泥，编号为

31、a和b。磨制a、b水泥的熟料相同，a、b水泥的石膏掺量也相同。将熟料掺入5%的石膏，采用球磨机磨制20min，将粒径大于5mm的颗粒筛出，与下一次料一同加入磨机，粒径小于5mm的颗粒一部分经过0.4mm方孔筛，得到a1水泥。另一部分用振动磨分别磨制5min、10min和20min，得到a2、a3、a4三种不同细度的水泥。a1、a2、a3、a4这四种水泥的实测比表面积分别为：255/kg，342/kg，360/kg，393/kg。根据课题的要求，这里使用名义比表面积250/kg、300/kg、350/kg、400/kg表征a1a4水泥的细度。将熟料过5mm方孔筛之后，加入振动磨中粉磨，分别在5m

32、in，10min，20min，30min，40min和50min的时候打开振动磨的卸料口卸料2030s，将6次卸出的熟料分别经过0.4mm方孔筛，即得到b1b6水泥。由于粉磨过程中未加入石膏，b水泥在使用时须掺入5%的石膏调凝。(2)砂试验用中砂产自湖南岳阳，其性能指标见表2.2。中砂基本性能表表2.2.表观密度（kg/m3）2690筛孔尺寸（mm）筛余质量（g）分计筛余（%）累计筛余（%）堆积密度（kg/m3）松散紧密157016304.752.3646.083.09.216.69.225.8空隙率（%）松散紧密41.639.41.180.6093.598.518.719.744.564.2

33、含泥量（%）1.40.300.15筛底133.537.08.526.77.41.790.998.3100.0产地岳阳细度模数3.1(3)石子碎石分大、小两种粒径，性能见表2.3、表2.4：碎石（510mm）的性能（产地：歌乐山）表2.3 表观密度（kg/m3）2670筛孔尺寸（mm）筛余质量（g）分计筛余（%）累计筛余（%）堆积密度（kg/m3）松散138026.5000紧密147019.0000空隙率松散48.316.0000紧密44.99.501206.06.0含粉量（%）0.74.75167083.589.5产地歌乐山2.361909.599.0筛底201.0100.0碎石（520mm）

34、的性能（产地：歌乐山）表2.4. 表观密度（kg/m3）2670筛孔尺寸（mm）筛余质量（g）分计筛余（%）累计筛余（%）堆积密度（kg/m3）松散140026.5000紧密152019.0121524.324.3空隙率松散47.616.073014.638.9紧密43.19.50275055.093.9含粉量（%）0.54.752805.699.5产地歌乐山2.36100.299.7筛底150.3100.0(4)磨细矿渣矿渣为重钢矿渣，烘干后粉磨50min，通过30m方孔筛，得到磨细矿渣。(5)减水剂减水剂为科之杰ts-pc聚羧酸系高效减水剂，推荐掺量2.3%。(6)水拌合用水为重庆当地的自

35、来水。2.2试验方法(1)水泥密度和比表面积测定试验水泥的密度用李氏瓶测定；水泥的比表面积根据水泥比表面积测定方法（勃氏法）（gb/t 8074-1987）相关规定，利用勃氏比表面积仪测定。(2)水泥标准稠度用水量和凝结时间测定试验水泥的标准稠度用水量和凝结时间根据水泥标准稠度用水量、凝结时间、安定性检验方法（gb/t 1346-1989），测定。(3)水泥胶砂流动度测定试验水泥的胶砂流动度测定根据gb/t2419-2005进行，胶砂的制备方法参照标准gb/t2419-2005。(4)胶砂强度试验胶砂强度试验方法参照标准水泥胶砂强度检验方法（iso法）（gb/t17671- 1999），将原材

36、料砂筛除5mm以上的颗粒，替代iso标准砂进行试验。采用ujz-15搅拌机进行搅拌，zt-96振动台进行振动。成型后带模养护24h，拆模后移入标准养护室养护。用kzj-500抗折试验机和nyl-60型60t压力机测砂浆强度试块的5d，9d和14d抗折强度和抗压强度。(5)混凝土试验参照jtg e 30-2005公路工程水泥及水泥混凝土试验规程，采用西南地区原材料，利用30l混凝土搅拌机进行混凝土的拌合，成型100×100×100的试块，在标准条件下养护。参照gb/t50080-2002混凝土拌合物性能检验方法检测混凝土拌合物的坍落度，参照gb/t50081-2002混凝土物

37、理力学性能检验方法测定混凝土的7d、14d、28d、56d抗压强度和7d、28d劈裂抗拉强度。具体试验过程详述如下：(1)细度对抗压强度的影响试验用固定的配合比拌制和成型两种强度等级的混凝土，每组四个细度，每个细度测7d、28d、56d三个龄期的立方体抗压强度。强度测试采用amsler公司生产的79-147压力机进行。(2)细度对劈裂抗拉强度的影响利用表9所示的配合比成型混凝土，每个细度测7d和28d两个龄期的劈裂抗拉强度。7d强度测试采用无锡建材仪器厂生产的10t液压万能试验机，28d强度测试采用无锡建材仪器厂生产的的nyl-60型60t压力机。(3)细度对掺合料和减水剂与抗压强度相关规律的

38、影响改变配合比中减水剂和掺合料的掺量，成型混凝土4组，每组四个细度，每个细度测7d、28d两个龄期的立方体抗压强度。3 水泥细度对标稠、凝结时间、胶砂扩展度的影响3.1水泥细度对标准稠度用水量的影响水泥标准稠度用水量试验采用a组水泥，测得水泥试样的标准稠度用水量随水泥细度的变化情况如表3.1所示：水泥细度与标准稠度用水量的关系表3.1比表面积/(/kg)250300350400标准稠度用水量/%22.225.42626.6结果很明显，标准稠度用水量随细度变化基本先快后慢的增长，但是增长幅度并不是很大。a1号水泥（比表面积255/kg）流动度与其他细度水泥差别很大，这应该是由于其粉磨方式与其他三

39、种水泥不同，其他三种水泥（a2a4）采用球磨机粗磨，振动磨精磨的方式，而a1水泥则没有经过振动磨磨制，仅是将球磨机粉磨5min后出的料经过0.4mm方孔筛即为成品。根据陈云波14等人的研究结果，当出料的比表面积相同时，振动磨出料的粒径范围相对球磨机而言比较集中，而且振动磨的3m以下颗粒含量较球磨机高。据此猜想产生上图结果的原因在于球磨机出料的级配相对振动磨而言较为理想，而且需水量较大的3m以下颗粒含量较少，因此在比表面积相同的情况下，球磨机磨出的水泥标准稠度用水量相对振动磨而言偏小。 3.2水泥细度对凝结时间的影响水泥细度对凝结时间的影响试验测定采用a组水泥，试验结果如表3.2所示。水泥细度与

40、初凝、终凝时间的关系表3.2细度/(/kg)250300350400初凝时间/h终凝时间/h1.872.501.782.421.522.171.482.00从表中可以看出水泥的初凝和终凝时间随着细度的增大而缩短，且基本呈线性变化。但是表中结果反映出试验所用的水泥试样有一个明显的问题：终凝过快四种细度的水泥无一例外地在两个半小时之内都达到了终凝。反思实验过程中的操作步骤，结合查阅文献，对这一现象作如下解释：根据陈云波14等人的研究结果，c3s的易磨性较好，容易集中在细颗粒中，c2s的易磨性较差，容易集中在粗颗粒中。相同粉磨方法的水泥，30m以下颗粒含量高，c3s的含量就高。这表明水泥中的矿物组分

41、由于易磨性的不同，在粉磨过程中会富集于不同粒径的颗粒。a组水泥的粉磨过程步骤如2.1节所述，粗大的，易磨性差的颗粒在多次粉磨仍未磨碎的情况下最终被筛出。猜想正是这个原因导致了水泥矿物组分的变化，从而导致了水泥终凝时间的异常。国内有资料显示14，一般地，c3s和c3a的含量高都会导致水泥的凝结时间变短。因此可以将本次试验的得到的终凝过快现象归咎于粉磨方法的不完善，没有将熟料中各种硬度的颗粒同时磨细，使得水泥的矿物组分发生了变化，最终影响到了水泥的凝结硬化性能。3.3水泥细度对胶砂扩展度的影响分别使用a组合b组水泥研究了水泥细度对胶砂流动度的影响，规律见表3.3和表3.4：a组水泥细度与胶砂扩展度

42、的关系表3.3水泥细度/(/kg)250300350400流动度(mm)147.50167.50170.00162.50b组水泥细度与胶砂扩展度的关系表3.4粉磨时间/min510203040流动度(mm)160173181173155以上两组结果中，胶砂扩展度的变化范围都比较窄，且都随着水泥细度的增大呈现出先增大后减小的过程。根据图形推断，峰值大约位于粉磨时间20min左右的地方，经验证明，这一粉磨时间的出料细度为300350/kg，正好对应了图4.3的峰值区间。国内有文献认为16：普通水泥颗粒有一种絮凝的趋势，絮凝作用使水泥颗粒形成开放的空间网状结构絮凝体。网络孔隙限值了部分水的流动，使之

43、不能用于水泥颗粒表面水化和拌合物液化，使水泥浆体粘度提高。由此推断当水泥颗粒较粗，且级配不好时，粗颗粒间的孔隙较大，则包裹的孔隙水就多，因此流动度小。而随着细度的增大，细颗粒的增多，粗颗粒间的孔隙更多地被细颗粒填充，包裹其中的水释放出来参与拌合物液化，使流动度增加。但当细度达到某一临界值后再继续增大时，由于与水的接触面积增大，形成包裹颗粒的水膜所需要的水增多，因此流动度又开始减小。3.4水泥细度对新拌混凝土坍落度的影响表3.5是按照3.2.1节所示的配合比拌合的混凝土坍落度：坍落度与水泥细度的关系表3.5水泥细度/(m2/kg）250300350400坍落度/mm22514010050可以看出

44、新拌混凝土的坍落度随水泥细度的增加而迅速降低，变化规律接近直线。3.5结论：水泥的标准稠度用水量随细度增大而增大，凝结时间随细度增大而缩短；混凝土的坍落度随水泥细度增大而减小。值得注意的是，比表面积393/kg的a4组细水泥，其标准稠度用水量虽最大，但相比于a2水泥来说并没有大太多（其中a2水泥的比表面积与工程中常用的普通硅酸盐水泥接近），但7d和28d立方体抗压强度则相对普通水泥有较大的增加。流动度随细度的增加呈先增加再减小的变化，峰值存在于比表面积300350/kg处。整个变化过程上下限相差不超过20mm，即水泥细度变化对胶砂扩展度影响不大。总而言之，相对于普通水泥而言，采用细水泥可以显著

45、提高早期强度，而不会对混凝土拌合物的需水量和工作性有明显影响。4水泥细度对混凝土力学性能的影响力学性能是混凝土的一项重要特性，它直接影响到结构的安全性和适用性。在研究水泥细度对混凝土力学性能的影响之前，为了大致了解其影响趋势，在实验中少走弯路，先成型一批砂浆试块，观察其规律，然后根据工程要求成型两种配合比的高性能混凝土试块，研究水泥细度变化对其力学性能的影响。4.1水泥细度对胶砂强度的影响成型水泥胶砂强度试件采用的水泥为2.1第一节中所述b1b6水泥，它们的粉磨时间依次为5min，10min，20min，30min，40min和50min。实验证明在一定范围内，粉磨时间与出料比表面积基本接近直

46、线关系，此处用粉磨时间代替比表面积作为坐标横轴，虽对各段直线斜率有影响，但还是可以看出总体的变化趋势。4.1.1水泥细度对胶砂抗折强度的影响水泥砂浆试块按照2.2所示方法成型，各龄期抗折强度与细度的关系见图4.1：图4.1.砂浆各龄期抗折强度与细度的关系由图3.1中数据可以看出：(1)各龄期抗折强度随粉磨时间增加而增加。原因在于，水泥细度增加，颗粒与水的接触面积就增加，因此水化速率增加，早期强度增长快。这个道理显而易见。(2)抗折强度总的变化幅度并不大，粉磨时间从10min增加到30min，抗折强度总共才增加了不到2mpa，曲线较为平缓。证明增加水泥细度对抗折强度的影响不明显。(3)粗水泥的抗

47、折强度随细度变化幅度大，细水泥的抗折强度随细度变化幅度小。尤其是12d强度，从b3到b6，抗折强度呈直线。因此认为，水泥细度较大时，增加细度对早期抗折强度的影响已经不明显了。而这个时候，高细度，大比表面积造成的早期水化过快，放热过大产生的副作用显现了出来，导致强度不再平稳增长，而是有相对较大的波动。推断这种波动可能是由于水化过快导致的内在温度应力和微裂缝造成的。(4)粉磨时间30min和40min的水泥从5d到8d的抗折强度增长很大，而其余几个试样的强度增长则相对不明显。原因可能是：对于细度较小的水泥b1b3，它们的强度增长不明显的原因是比表面积小，水化慢，因此早期强度增长也慢。另外，5d龄期

48、强度增长曲线在b3水泥处出现了一个峰值，根据8d龄期强度曲线来推断，该峰值应该系试验误差和数据波动导致。可以推断，在b3水泥处，8d强度应该也有相应的增长。对于细度最大的水泥b6，它的强度增长最快的时刻可能在5d龄期之前，因此5d到8d的强度变化并不明显。而且看得出b6水泥在8d龄期时的抗折强度已经明显低于b5水泥，这也可能是由于水化过快，内部微裂纹增长导致的。4.1.2水泥细度对胶砂抗压强度的影响各龄期不同细度水泥砂浆试块抗压强度见图4.2：图4.2水泥细度与各龄期砂浆抗压强度关系由图3.2可以看出：(1)与抗折强度相同，各龄期抗压强度随细度增大而增大，斜率也是先大后小。，这表明细度变化对抗

49、压强度的影响也随着细度的逐渐增大趋于不明显。尤其是到了细度-强度曲线的末端，增加粉磨时间对增加早期强度的意义已经不大了。(2)细水泥的5d12d强度增长大于粗水泥。这也说明细水泥水化快，抗压强度增长快。4.2水泥细度对混凝土力学性能的影响为了解水泥细度对混凝土力学性能的影响，设计该组试验。试验采用a1a4水泥，比表面积依次为250/kg、300/kg、350/kg、400/kg。4.2.1水泥细度对混凝土抗压强度的影响试验用两种混凝土的配合比如表4.2所示：掺矿渣高性能混凝土配合比表4.2 水泥砂大石子小石子减水剂水矿渣ab425450722723700702350351126118.26.5

50、6.897580不同细度水泥混凝土的各龄期立方体抗压强度见图4.3和图4.4：图4.3. a组混凝土各龄期强度与水泥细度关系图4.4. b组混凝土各龄期强度与水泥细度关系图4.3和图4.4并不能明显反映不同细度水泥混凝土的强度随龄期的变化情况。因此以龄期为变量，将不同细度水泥拌制的两种配合比的混凝土的强度发展状况作成折线图，以研究水泥细度对混凝土强度随龄期变化规律的影响。如图4.5和图4.6所示：图4.5 不同水泥细度a组混凝土的强度发展曲线图4.6 不同水泥细度b组混凝土的强度发展曲线由图4.3和图4.4可以很明显地看出，随着水泥细度的增加，混凝土的各龄期抗压强度都呈现明显的增大趋势。其细度

51、-强度曲线有如下特征：(1)a组混凝土的抗压强度随细度增大的变化曲线在图示的细度范围内没有出现明显的平缓区和下降区，整个变化过程接近直线。这证明在本实验研究的细度范围内，水泥细度与立方体抗压强度呈现线性关系，在水泥比表面积接近400/kg的时候，细度的增大仍然对a组混凝土早期强度的增加起着明显的作用。对b组混凝土而言，虽然a3水泥（即比表面积350/kg的水泥）拌制的混凝土的立方体抗压强度相对于a2水泥增幅很小，但是整个细度-强度曲线从整体上还是接近直线的。a3水泥的强度偏低可以理解为拌合时的偶然误差。由于几个龄期的试块是一起拌合的，因此各龄期的a3水泥统一出现了偏低的现象。(2)7d和28d

52、两个龄期的细度-强度曲线形状相近，表明各个细度水泥对应的7d28d绝对增长值很接近。从图3.5和3.6可以看出，2856d强度几乎没有增长，比表面积400/kg的水泥甚至出现了下降。原因可能是28d时各个细度水泥的早期水化过程都已经完全结束，之后的强度增长极为缓慢，28d56d强度增长甚微，观察不到。细水泥的强度下降现象，可能是由于养护条件不够稳定引起的。加之细水泥原本就比较敏感，拌合时偶然的影响因素也可能导致强度波动。4.2.2水泥细度对混凝土劈裂抗拉强度的影响不同水泥细度的混凝土各龄期劈裂抗拉强度见图4.7和图4.8：图4.7 a组混凝土各龄期劈裂抗拉强度与细度的关系图4.8 b组混凝土各龄期劈裂抗拉强度与细度的关系从图中可以看出，劈裂抗拉强度随细度增大的变化规律与抗压强度