水泥比表面積對混凝土性能影響的試驗研究

李旭陽

（三明市檢驗檢測中心，福建 三明 365000）

0 引言

水泥是混凝土的重要組成部分，作為混凝土中的活性成分，對混凝土的強度存在著直接的影響[1]，而水泥的比表面積是影響混凝土強度的重要參數。通常情況下，水泥的比表面積越大，水泥細度越小，水泥的水化速度越快，混凝土早期具有較高強度，但是后期強度存在下降的可能[2]。以某公司生產的4 種不同批次的普通硅酸鹽水泥配制混凝土進行試驗，研究水泥比表面積對混凝土性能的影響。

1 水泥比表面積對混凝土性能的影響試驗

1.1 原材料選擇以及混凝土試樣制備

（1）水泥原料選擇。選擇某公司生產的4 種不同批次的普通硅酸鹽水泥進行試驗，分別用水泥A、水泥B、水泥C、水泥D 表示，4 種水泥的比表面積存在差異，其化學組成見表1所示，比表面積見表2所示。

（2）其他原材料選擇。選擇的粉煤灰密度為2.1kg/m3，純度為99%，含量為88%；細骨料為細度模數為2.94的機制砂；粗集料為5～20mm、20～40mm和40～80mm 3種粒徑的級配碎石；減水劑的減水率大于25%。采用以上原材料制備4種不同水泥比表面積的混凝土，具體配比見表3所示。

表3 4種不同水泥比表面積的混凝土配合比

依據表3中的配合比，制備4種不同比表面積的水泥砂漿，對砂漿的凝固時間、流動性、坍落度等進行測試。測試完成后，制備4 種混凝土試樣，試樣大小為15cm×15cm×15cm，用J1、J2、J3、J4 表示，將制備完成的試樣置于相同養護環境中進行7d、14d、28d 的養護，養護完成后取出4種試樣備用。

1.2 試驗方法

1.2.1 水泥砂漿性能試驗

完成J1、J2、J3、J4 混凝土砂漿制備后，需先測試砂漿的相關性能，主要測試砂漿的凝固時間、流動度以及坍落度。

（1）水泥凝固時間試驗。按照標準稠度用水量完成水泥砂漿制備后，在溫度為22℃、相對濕度為95%的室內環境下進行水泥砂漿凝固時間的試驗。

（2）水泥砂漿流動度試驗。采用沙井稠度測定儀，進行4 種不同比表面積的砂漿流動度試驗，并按照《混凝土質量控制標準》進行流動度分析。

（3）水泥砂漿坍落度試驗。坍落度主要是衡量水泥砂漿和易性的指標，采用坍落度測定儀進行水泥砂漿的坍落度測定，并按照《混凝土質量控制標準》進行判斷。

1.2.2 混凝土試樣性能試驗

針對J1、J2、J3、J44 種混凝土試樣的抗折強度、抗壓強度、干縮性能、耐久性能進行測試，并測定試樣的微觀結構。

（1）抗折、抗壓強度。采用全自動抗折、抗壓試驗機對J1、J2、J3、J44種混凝土試樣進行抗折強度測試，并依據《普通混凝土力學性能試驗方法標準》（GB/T 50081-2020）判斷試樣的抗折、抗壓強度。

（2）干縮性能。在試樣養護第2d 脫模時，測量J1、J2、J3、J44種混凝土試樣的初始長度L0，測量完成后，將其置于溫度22℃、相對濕度為50%的室內環境下，分別計算養護時間為7d、14d、28d 時的試樣長度。混凝土的干縮值計算公式為：

式中：Sd——養護齡期為d時的干縮率；

Lt——齡期為t天時的長度。

依據《混凝土長期性能和耐久性能試驗方法標準》（GB/T 50082-2019）對計算結果進行分析。

（3）耐久性。采用電通量法進行J1、J2、J3、J44 種混凝土試樣的耐久性測試，該測試的內容包含抗滲性。該測試主要通過6h 的電量測試完成，獲取電通量結果和混凝土質量損失率結果。并依據《混凝土長期性能和耐久性能試驗方法標準》（GB/T 50082-2019）進行耐久性分析。

2 試驗結果分析

2.1 水泥砂漿性能分析

依據1.2.1 小節的試驗方法，完成J1、J2、J3、J44 種水泥砂漿性能試驗，試樣的凝固時間、流動度、坍落度試驗結果見表4。

表4 水泥砂漿性能試驗結果

由表4 的試驗結果分析可知：水泥砂漿的流動度和坍落度隨著水泥比表面積的增加而降低，這是由于水泥比表面積越大，水泥中顆粒含量越高，需水量越大，導致其流動性降低，坍落度減小。

2.2 混凝土試樣性能分析

（1）抗折及抗壓強度。依據1.2.2小節的試驗方法，測試J1、J2、J3、J44種混凝土試樣在不同養護時間下的抗折強度以及抗壓強度，試驗結果見表5。

表5 抗折強度以及抗壓強度試驗結果

由表5 的試驗結果分析可知：J1、J2、J3、J44 種混凝土試樣在不同養護時間下，呈現出不同的抗折強度和抗壓強度變化結果。隨著水泥比表面積的逐漸增加，混凝土試樣的抗折強度以及抗壓強度均呈現先上升后下降的變化情況；并且養護時間為28d 時，J3 的抗折強度和抗壓強度最大。由此可見，水泥比表面積直接影響混凝土的強度。

（2）干縮性能。依據1.2.2 小節中干縮率的試驗方法測試J1、J2、J3、J44 種混凝土試樣在不同養護時間下的干縮性能，試驗結果見表6。

表6 混凝土干縮率試驗結果（單位：%）

由表6 試驗結果分析可知：J1、J2、J3、J44 種混凝土試樣在不同養護時間下，干縮率的大小也存在一定差異。水泥比表面積越小，混凝土的干縮率越低，干縮率越低，混凝土施工后裂縫形成幾率越低；其中J1的干縮率最小，J4的干縮率最大。在實際應用過程中，可結合其他性能測試結果進行綜合選擇。

（3）耐久性。依據1.2.2 小節的耐久性測試方法，獲取J1、J2、J3、J44 種混凝土試樣的6h 電量測試結果，混凝土的質量損失結果見表7。

表7 耐久性試驗結果

由表7 的試驗結果分析可知：J1、J2、J3、J44 種試樣經過6h 電量后，其電通量會隨著水泥比表面積的增加而下降，混凝土的抗滲性能會提升。由此可見，水泥比表面積對于混凝土的抗滲性能具有較大影響。

3 結束語

制備4種不同水泥比表面積的混凝土試樣，并展開比表面積對相關性能影響的試驗分析，試驗結果顯示：

（1）水泥砂漿的流動度和坍落度隨著水泥比表面積的增加而降低；

（2）混凝土的抗折及抗壓強度隨著比表面積的增加均呈現先上升后下降的變化；

（3）水泥比表面積越小，混凝土的干縮率越低，施工后裂縫形成幾率越低；

（4）混凝土的抗滲性能會隨著水泥比表面積的增加而提升，耐久性提升。

由此可見，水泥比表面積對混凝土的抗壓強度、抗折強度、耐久性等均存在不同程度的影響，在應用過程中應結合實際應用需求進行綜合評判，以選擇合適的水泥比表面積。