水泥、砂石、摻合料對(duì)混凝土性能的影響(張庚)

水泥、砂石、摻合料

對(duì)混凝土性能的影響水泥、砂石、摻合料是混凝土中用量最大的組分，其質(zhì)量好壞對(duì)混凝土的各項(xiàng)性能影響顯著水泥近年來(lái)隨著商品混凝土的發(fā)展，對(duì)水泥的品質(zhì)要求越來(lái)越高。除要求水泥（按國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的檢驗(yàn)項(xiàng)目，如強(qiáng)度、凝結(jié)時(shí)間、安定性等）的性質(zhì)穩(wěn)定外，對(duì)水泥國(guó)標(biāo)未作規(guī)定的指標(biāo)要求也越來(lái)越高。很多水泥廠生產(chǎn)的水泥，雖完全滿(mǎn)足水泥生產(chǎn)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)，但在配制、澆筑混凝土過(guò)程中出現(xiàn)很多問(wèn)題，如凝結(jié)時(shí)間不正常、水泥用水量變化大等等水泥成分水泥的主要成份為C3S、C2S、C3A及C4AF這些礦物成份，其吸附活性順序通常認(rèn)為是C3A>C4AF>C3S>C2S。其中C3A水化速度最快的吸附量最大，而使溶液中的減水劑大大減少，因此，在減水劑摻量一定時(shí)，混凝土流動(dòng)性隨著C3A含量增大而降低，坍落度經(jīng)時(shí)損失率也隨之增大，有人作多次試驗(yàn)，當(dāng)水泥中C3A含量超過(guò)8％時(shí)，減水劑的適應(yīng)性差。堿含量水泥混凝土流動(dòng)性隨著堿含量的增加而提高，但是到達(dá)一定量時(shí)，水泥會(huì)急劇水化，水泥漿流動(dòng)性大幅度下降,摻入減水劑后塑化效果也明顯降低減水劑用于商品混凝土及泵送混凝土，施工坍落度經(jīng)時(shí)率增大。主要原因是水泥中的堿對(duì)鋁酸三鈣的溶出產(chǎn)生了促進(jìn)作用，此時(shí)水泥在緩凝劑CaSO4·2H20參與下很快形成了一定量的AFt晶體，并包裹在C3A的表面，抑制了C3A直接水化，改善了水泥漿的流動(dòng)性

水泥如果水泥中堿含量過(guò)高，必然會(huì)消耗大量的CaSO4·2H20，加速了C3A的水化，增大了對(duì)外加劑的吸附作用，反而使流動(dòng)度下降，外加劑用于水泥適應(yīng)性必然會(huì)降低，主要表現(xiàn)在減水率不夠塑化效果差，坍落度經(jīng)時(shí)損失率增大一般水泥中可溶性堿最佳含量一般認(rèn)為在0.4％～0.6％之間。

水泥水泥標(biāo)準(zhǔn)稠度用水量水泥標(biāo)準(zhǔn)稠度需水量是衡量水泥建筑性能的重要指標(biāo)，因它影響混凝土的水灰比，因此影響到混凝土的強(qiáng)度和其他性能一般說(shuō)來(lái)，水泥標(biāo)準(zhǔn)稠度用水量少，則混凝土的單位需水量少，即水灰比小，混凝土較致密，強(qiáng)度高，耐久性比較好水泥水泥的顆粒形貌和分布一般來(lái)說(shuō)水泥磨得越細(xì)(比表面積越高)，細(xì)顆粒越多水泥水化越快，水化產(chǎn)物絮狀結(jié)構(gòu)形成快，水泥漿體流動(dòng)性差，水泥與減水濟(jì)相容性不好減水劑在相同摻量情況下，對(duì)細(xì)度大的水泥，其塑化效果要差一些，同時(shí)，比表面積越高時(shí)，水泥與水接觸的面積越大，水泥顆粒表面形成水膜所需水量就大，與外加劑相容性越差，水化熱越大，甚至開(kāi)裂敏感性越大水泥從細(xì)顆粒的致密性作用角度出發(fā)：開(kāi)流磨>輥壓機(jī)＋開(kāi)流磨>閉路磨>輥壓機(jī)＋閉路磨使用助磨劑雖可以起到提產(chǎn)、節(jié)能的效果，但助磨劑的過(guò)量加入會(huì)使水泥顆粒更加集中，堆積孔隙率增大，對(duì)混凝土結(jié)構(gòu)不利水泥石膏石膏的品種不同，其溶解度和溶解速度差別較大，對(duì)水泥的緩凝作用不同，而對(duì)減水劑適應(yīng)性影響也不同。天然的二水石膏與高效減水劑適應(yīng)性好。硬石膏、工業(yè)副產(chǎn)品石膏等，對(duì)水泥與減水劑的影響較大。會(huì)出現(xiàn)假凝水泥石膏的摻量也影響水泥與外加劑的適應(yīng)性，摻量少水泥易發(fā)生“快凝”成為廢品，與外加劑的適應(yīng)性差，摻量多，水泥中SO3過(guò)高，影響水泥強(qiáng)度，起安定性不良，影響水泥與外加劑的適應(yīng)性，為避免水泥外加劑的水相容，在水化過(guò)程中，石膏的摻入量要足以滿(mǎn)足C3A能夠在石膏、石灰的飽和溶液中生成鈣釩石，適量的SO3含量應(yīng)根據(jù)水泥中C3A堿含量和比表面積來(lái)確定石膏含SO3水泥混合材粉煤灰中燒失量對(duì)外加劑相溶性影響最大，燒失量即粉煤灰中未燃盡的碳的含量，燒失量越大，未燃盡碳含量越高，與外加劑相溶性越差。未燃盡的碳為多孔顆粒，易吸水，在混凝土中需水量高，溢出后更會(huì)增大混凝土的泌水，并會(huì)增大混凝土收縮變形，還會(huì)影響水泥漿與集料界面的粘結(jié)性能≥C50燒失量≤5.0%水泥?；郀t礦渣除具有膠凝性和火山灰性，還具有微填充效應(yīng)。礦粉的細(xì)度（比表面積400-500）比水泥（比表面積300～350）顆粒細(xì)，在取代了部分水泥以后，這些小顆粒填充在水泥顆粒間的空隙中，置換其間的填充水，因而使料和物的表面水相應(yīng)大量增加，促進(jìn)了混凝土流動(dòng)性改善同時(shí)，由于礦粉的需水量低于水泥，因而替代部份水泥后所形成的膠凝體系的總需水量下降，富余的水分有利于提高混凝土的流動(dòng)性。水泥水泥的存放時(shí)間及溫度影響

水泥出磨存放時(shí)間較短的水泥稱(chēng)為“新鮮水泥”，由于水泥存放時(shí)間短，水泥溫度較高，水泥水化速度極快，會(huì)造成石膏脫水，影響水泥的正常凝結(jié)，加之由于水泥在研磨過(guò)程中產(chǎn)生電荷顆粒之間相互吸附，影響了減水劑的分散作用，增大了混凝土坍落度損失率出磨水泥的時(shí)間越短，水泥顆粒間吸附、凝聚的能力越強(qiáng)，因而致使外加劑的適應(yīng)性變差.

砂、石砂含泥量隨著砂含泥量的增加，混凝土的坍落度減小，且經(jīng)時(shí)損失明顯砂含泥量對(duì)混凝土強(qiáng)度的影響很大。隨砂含泥量的增加，混凝土強(qiáng)度降低，工作性能變差。在相同的含泥量、混凝土強(qiáng)度和工作性的要求下要增加水泥用量和用水量（或增加外加劑摻量），增大了混凝土的成本砂含泥量大的混凝土，其早期碳化較為嚴(yán)重，對(duì)混凝土的耐久性產(chǎn)生很大的影響將砂中的總含泥量控制在1%以?xún)?nèi)，其混凝土各項(xiàng)性能均為穩(wěn)定砂、石砂率砂率對(duì)和易性的影響非常顯著對(duì)流動(dòng)性的影響。在水泥用量和水灰比一定的條件下，由于砂子與水泥漿組成的砂漿在粗骨料間起到潤(rùn)滑和輥珠作用，可以減小粗骨料間的摩擦力，所以在一定范圍內(nèi)，隨砂率增大，混凝土流動(dòng)性增大。另一方面，由于砂子的比表面積比粗骨料大，隨著砂率增加，粗細(xì)骨料的總表積增大，在水泥漿用量一定的條件下，骨料表面包裹的漿量減薄，潤(rùn)滑作用下降，使混凝土流動(dòng)性降低。所以砂率超過(guò)一定范圍，流動(dòng)性隨砂率增加而下降砂率有范圍砂、石對(duì)粘聚性和保水性的影響。砂率減小，混凝土的粘聚性和保水性均下降，易產(chǎn)生泌水、離析和流漿現(xiàn)象。砂率增大，粘聚性和保水性增加。但砂率過(guò)大，當(dāng)水泥漿不足以包裹骨料表面時(shí)，則粘聚性反而下降合理砂率的確定。合理砂率是指砂子填滿(mǎn)石子空隙并有一定的富余量，能在石子間形成一定厚度的砂漿層，以減少粗骨料間的摩擦阻力，使混凝土流動(dòng)性達(dá)最大值?；蛘咴诒３至鲃?dòng)性不變的情況下，使水泥漿用量達(dá)最小值。砂、石石子級(jí)配砂、石砂、石集漿比在混凝土拌合物中，集料的表面和空隙要由水泥槳來(lái)包裹和填充，使得混凝土拌合物有一定的流動(dòng)性。若集料的含量過(guò)多，則水泥漿的數(shù)量相對(duì)較少，不足以被漿體包裹和填充，則拌合物容易離析、粘聚性變差;相反，若集料的含量過(guò)少，水泥漿的數(shù)量相對(duì)過(guò)多，達(dá)一定限度時(shí)，將會(huì)出現(xiàn)流漿現(xiàn)象，使拌合物的粘聚性和保水性變差，同時(shí)，也會(huì)影響強(qiáng)度和耐久性摻合料粉煤灰和易性

粉煤灰混凝土中膠凝物質(zhì)——水泥和粉煤灰數(shù)量要比水泥混凝土多。粉煤灰比重較輕，同樣重量粉煤灰的體積大于水泥的體積，膠凝材料的漿體體積增加將使混凝土有較好的塑性和較好的粘性，粉煤灰的球形顆粒將有利于混凝土的流動(dòng)性能，這些有助于改善混凝土的和易性摻合料泌水

摻粉煤灰會(huì)減少混凝土的泌水，粉煤灰含有較多的微細(xì)顆粒，有助于截?cái)嗷炷羶?nèi)泌水通道改善泵送性能粉煤灰與水泥細(xì)度相近或比水泥還細(xì)，粘聚性強(qiáng)，提高了抗離析能力，提高了混凝土的穩(wěn)定性，保持混凝土可泵性和勻質(zhì)性。摻和粉煤灰（改善流動(dòng)性、降低溫升、降低水化熱）的混凝土坍落度損失小，凝結(jié)時(shí)間延長(zhǎng)，從而延長(zhǎng)了允許的運(yùn)送時(shí)間和運(yùn)送距離，擴(kuò)大了泵送混凝土應(yīng)用范圍，不僅改變混凝土的泵送性能，而且還可以延長(zhǎng)泵送機(jī)械使用壽命。摻合料減少堿—集料反應(yīng)（堿活性硅水）堿—

集料反應(yīng)機(jī)理是水泥中間（Na2O和K2O）的氫氧化物與某些集料中含有的無(wú)定形硅反應(yīng)生成堿硅酸鹽凝膠，反應(yīng)中吸水產(chǎn)生體積膨脹導(dǎo)致混凝土破壞。摻加粉煤灰可以直接稀釋混凝土中的水溶性堿的濃度，粉煤灰與水泥水化釋放出來(lái)的氫氧化鈣，有效地降低孔隙溶液中的PH值，因而降低集料中硅與堿的反應(yīng)活性，粉煤灰中高度反應(yīng)的無(wú)定形硅迅速消耗水泥中的堿，生成非膨脹的鈣堿硅膠；粉煤灰有助于降低混凝土的透水性，降低水分向混凝土的滲透，而沒(méi)有水分就不能充分進(jìn)行堿—集基料反應(yīng)但是粉煤灰摻量過(guò)多就會(huì)影響混凝土的抗碳化性能氫氧化鈣+CO2=CaCO3摻合料耐久性煤粉灰的形態(tài)效應(yīng)可以減少新拌混凝土的用水量并能降低初始水灰比粉煤灰的需水量比（≥C50）≤95%粉煤灰的活性效應(yīng)所形成的凝膠對(duì)因取代水泥而減少的凝膠在數(shù)量上起到補(bǔ)充作用，這將使得粉煤灰混凝土不僅強(qiáng)度得以提高，且耐久性也大為改善粉煤灰活性微集料效應(yīng)的加強(qiáng)，對(duì)水泥漿體孔隙起到填充與密實(shí)作用，直接“細(xì)化”孔隙并填塞細(xì)孔的通道，水泥石的孔結(jié)構(gòu)發(fā)生變化，因而抗?jié)B性明顯提高摻合料混凝土的強(qiáng)度值混凝土的抗壓強(qiáng)度值通常作為評(píng)定混凝土質(zhì)量的重要指標(biāo)。以部分粉煤灰取代水泥時(shí)，由于粉煤灰在水泥漿體中并不參與化學(xué)反應(yīng)，真正作為膠凝材料的是水泥，而膠凝材料的水化產(chǎn)物是混凝土中各材料組合在一起的紐帶，也是最容易受到破壞的部分。在混凝土成型的后期，粉煤灰中的火山灰質(zhì)活性料生成物，與水化產(chǎn)物結(jié)合在一起，導(dǎo)致混凝土早期強(qiáng)度可能稍有降低，而后期強(qiáng)度則比普通混凝土稍高或與之相等。如果大摻量粉煤灰，混凝土強(qiáng)度值要比普通混凝土強(qiáng)度值偏低混凝土的熱學(xué)性能在混凝土拌和過(guò)程中，水泥水化時(shí)集中放出大量的熱，特別是大體積混凝土，施工時(shí)，白天與晚上以及混凝土表面和內(nèi)部溫差大，易產(chǎn)生裂縫。由于粉煤灰活性比水泥低，水化時(shí)不參與水化反應(yīng)，若適量摻入粉煤灰，可以相對(duì)減少膠凝材料中熟料C3S和C3A相對(duì)含量，水化時(shí)水化熱相應(yīng)降低，可以防止施工中混凝土開(kāi)裂。同時(shí)，使混凝土干縮減少5%，彈性模量提高5%-10%礦粉不同礦粉在水泥膠砂和混凝土中對(duì)強(qiáng)度發(fā)展的作用和該礦粉的比表面積、組分及顆粒級(jí)配有關(guān)。較高的比表面積、適當(dāng)?shù)幕瘜W(xué)組成及較好的顆粒級(jí)配對(duì)膠砂強(qiáng)度和混凝土強(qiáng)度均有好的貢獻(xiàn)在礦粉中摻入能改善其早期強(qiáng)度的組分如石灰石粉、水泥膨脹劑或其他化學(xué)添加劑等，