水泥细度对混凝土强度与干燥收缩的影响.pdf

2 0 1 1年 第 1 0期 (总 第 2 6 4 期 ) Nu mb e r 1 0 i n 2 0 1 1 ( T o t a l No 2 6 4) 混 凝 土 Co nc r e t e 理论研究 THE0RET I CAL RES EARCH d o i ： 1 0 3 9 6 9 i s s n 1 0 0 2 3 5 5 0 2 0 1 1 1 0 0 0 3 水泥细度对混凝土强度与干燥收缩的影响 李豪举，杨长辉，王冲 ( 重庆大学 材料科学与工程学院，重庆 4 0 0 0 4 5 ) 摘要： 试验研究了 水泥细度对混凝土2 8 d 抗压强度与干燥收缩的影响。 结果表明， 其他条件一定时， 水泥细度在2 9 7 - 4 0 0 m g 范围内， 随水泥比表面积增加混凝土2 8 d 抗压强度及干缩呈增大趋势， 但当水泥比表面积增加至4 5 0 m g 时， 混凝土 2 8 d 强度发展受到影响， 干缩 反而减小； 用同一细度水泥配制的混凝土， 在同龄期内其干缩随着水灰比的增大而增大， 水灰比 对混凝土干缩的影响程度大于水泥细度。 关键词： 水泥细度；抗压强度；干缩；水灰比 中图分 类号： T U5 2 8 0 1 文献标志码 ： A 文章编号 ： 1 0 0 2 3 5 5 0 ( 2 0 1 1 ) 1 0 0 0 0 7 0 3 E ffe c t s of c eme nt f i n en es s on s t r e ngt h an d dr yi ng s hr i nk a ge o f c onc r e t e L I Ha o -j u ， Y A NGC h a n g - h u i ， WANGC h o n g ( Ma t e r i a l S c i e n c e a n dE n g in e e r i n gCo l l e g e o f C h o n g q i n g Un i v e r s i t y， C h o n g q i n g 4 0 0 0 4 5 ， C h i n a ) Abs t r a ct： Th e e ffe c t s o f fin e n e s s o f c e me n t o n 2 8 d c o mp r e s s i v e s t r e ng t h a n d t h e d r y i ng s h r i n k a g e o f c o n c r e t e we r e i n v e s t i g a t e d Wh e n o t h e r s c o n d i t i o n s we r e t h e s a me t h e r e s ul t s s h o w tha t t he 2 8 d c o mp r e s s i v e s tre n g t h a n d d r y i n g s h r i n ka g e o f c o nc r e t e i n c r e a s e d、 i 廿1 c e me n t fi n e n e s s i n c r e a s i n g f r o m 2 9 7 4 0 0 m2 k g， b u t the d e v e l o pme n t o f c o mp r e s s i v e s t r e n g t h a ff e c t e d and d r ying s h r i n k a g e o f c e me n t fin e n e s s o f the 4 5 0 m2 k g we r e l e s s P r e p a r e d the c o n c r e t e wi t h the s a me fi n e n e s s o fc e me n t ， t h e d r y i n g s h r i nk a g e o f c o n c r e t e i n c r e a s e wi th t h e i mp r o v i n g o fwa t e r - c e me n t r a t i oi nthe s a me a g e o f da y s ； the e ffe c t so fwa t e r c e me n t r a t i owa s g r e a t e rtha n c e me nt fi n e n e s s o nt hed r y i n g s h r i nk a g eo f c o n c r e t e Ke y w or d s： c e me n t fi n e n e s s ； c o mp r e s s ive s t r e n g t h； d r y i n g s h r i n k a g e； wa t e r c e me n t r a t i o 0 引言 水泥细度是影响混凝土性能的关键因素。 水泥细度越大 ， 水泥与超塑化剂相容性变差 ， 分散性下降 ， 混凝土初始坍落度 降低 ， 而实际工程中为减小坍落度度损失需要增加更多的减水 剂， 不仅增加施工费用 ， 而且可导致混凝土中水泥用量增加， 影 响混凝土施工性和长期使用性 】 。 从混凝土耐久性角度考虑， 水泥细度增加 ， 比表面积越大， 水化速率加快 ， 混凝土早期强度 提高， 而水泥颗粒过细， 混凝土中长期强度增长幅度趋小 ， 并且 加剧混凝土干湿循环损伤程度， 这些不利影响会使结构安全度和 抗御不利环境的能力大大降低， 造成混凝土结构物提早劣化 。 正因为愈来愈高的水泥强度要求 ， 愈来愈细的水泥颗粒可 能引发了一系列混凝土结构问题 尚未引起足够重视。 目前国内 水泥市场上， 生产厂商为了片面追求经济效益， 降低水泥中熟 料的比例， 为了满足强度上的要求， 通过粉磨提高水泥早期强度， 使得实际生产中水泥细度远超过规定的下限值。 由于水泥颗粒 不断变细 ， 从而可能引起混凝土收缩变形增大， 由此带来混凝 土开裂增加。 周世华等人【 研究了水泥细度对硬化浆体干缩的 影响， 试验结果表明中热硅酸盐水泥细度越大， 砂浆体积稳定 性越差， 尤其是当水泥比表面积超过 3 4 0 m g时， 水泥细j嚏对 砂浆体积稳定性的影响非常显著。 因此， 考虑到水泥细度对混凝 土结构的多种不利因素， 为了提高水泥品质， 限定水泥比表面 积上限值 ， 为工程应用提供技术支持 ， 本文针对水泥细度对混 凝土强度与干缩的影响进行了研究。 1 试验原材料及试验方法 1 1 试验原材料 本次试验用水泥为 4 2 5 级熟料和掺量为 3 5 的天然二水 石膏磨细而成 ， 磨细得到 4种细度的硅酸盐水泥。 其中4种细度 用水泥代号分别为 A 2 9 7 、 A 3 5 7 、 A 4 0 0 、 A 4 5 0 。 本研究的水泥编 号中， 字母后面的数字代表水泥的比表面积值。 如 A 2 9 7表示水 泥的比表面积为 2 9 7 m2 k g ， 依次类似。 水泥熟料及石膏的化学成分见表 1 ； 四种细度用水泥基本性 能见表 2 。 细集料为中砂， 细度模数2 9 ； 粗集料为5 l O mm和 l O 2 0 mm 两种粒径的石灰石碎石， 使用时按质量比3 ：7 混合使用。 表 1 水泥熟料及石膏化学成分 收稿 日期 ：2 0 1 1 _ 0 4 _ 2 2 基金项 目：西部交通科技项 目( 2 0 0 9 3 1 8 0 0 0 0 3 3 ) 一 7 表2 水泥基本性能 减水剂为市售氨基磺酸盐减水剂。 1 2试验 方法 混凝土强度试验参照 G B T 5 o o 8 1 -2 o o 2 ( 普通混凝土力学 性能试验方法标准 中的立方体抗压强度试验方法。 每个配合比 成型一组 1 0 0 m mx l O 0 mmx l O 0 mm的立方体试块， 成型 1 d 后 拆模， 拆模后在标准养护室养护至 2 8 d龄期测抗压强度值。 干燥收缩试验参照 G B J 8 2 8 5 普通混凝土长期性能和耐 久性能试验方法标准 中的收缩试验方法。 试验采用接触式混凝 土收缩测试装置。 具体过程如下： 每个配合比按现行混凝土收缩 试验标准试件要求成型 3联 1 0 0 mm l O 0 mmx 5 1 5 mm的测试 试件， 在成型完毕后， 养护 1 d 后拆模， 拆模后继续在标准养护室 养护， 标养达 3 d 后转移至温度( 2 0 2 ) 、 相对湿度( 6 0 5 ) 的 养护室中， 预置4 h后， 安装千分表及混凝土试块并测量其初始长 度。 然后继续在干燥养护室中养护， 并按规定时间测其变形读数。 2 试验 结果与讨论 2 1 混凝 土 配合 比设计 水泥细度对混凝土强度与干缩影响共进行了 3 组试验， 即 G1 、 G2 、 G3 组 ， 其对应的混凝土设计强度等级分别为C 4 0 、 C 5 0 、 C 6 0 ， 同一组中的混凝土配合比完全相同， 配合比设计见表 3 。 表 3 混凝土配合比设计 2 2 水泥细度对混凝土强度的影响 G1 、 G 2 、 G3 组混凝土 2 8 d 抗压强度结果见表 4 ， 可以看出 基本达到混凝土设计强度 C 4 0 、 C 5 0 、 C 6 0的要求。 结果表明， 水 泥细度对混凝土强度影响较为明显， 虽然 G2 组部分数据出现离 散， 但从 G 1 、 G 3 组可以看出， 随着水泥细度提高， 混凝土强度 增大， 但水泥颗粒过细， 如比表面积为 4 5 0 m2 k g的水泥配制的 混凝土 2 8 d强度并不是最大， 这是因为水泥硬化初期的水化产 物数量主要取决于与水反应的水泥颗粒的比表面积 ， 水泥比表 面积越大早期水化速率越快 ， 对水泥早期强度贡献越大 ， 随着 水化过程的进行， 包围在水泥颗粒周围的水化产物变得密实， 阻 碍了拌和水的扩散， 后期反应速率下降， 并且水泥颗粒越细， 浆 8 表 4 G1 、 G2 、 G3组 2 8 d抗压 强度值 体黏度增大， 颗粒间的团聚程度相应增加， 浆体结构孔隙减少， 使得早期强度发展较快， 而中后期强度发展缓慢。 这相当于对水 泥强度进行“ 拔苗助长” ， 因此可以初步得出水泥颗粒过细会影 响混凝土中后期强度发展。 2 3 水泥细度对 C4 0 、 C5 0 、 C 6 0混凝土干缩的影响 图 1 3分别是水泥细度对 C 4 0 、 C 5 0 、 C 6 0混凝土 1 8 0 d龄 期内的干燥收缩试验结果。 结果表明， 3组混凝土中， 在 4 5 d龄 期内， 水泥细度对混凝土干缩影响程度不明显 ， 但随着龄期的 延长， 水泥比表面积越大， 混凝土的干缩呈增大趋势， 即用比表 面积为 2 9 7 m2 k g的水泥配制的混凝土的收缩率最小， 而用比表 面积为 4 0 0 m2 k g的水泥配制的混凝土呈现出较大的收缩率 ， 但总体来看， 相邻两个细度之间 1 8 0 d 龄期收缩率相差比较小， 其 差值大致在 2 0 x 1 0 4 4 0 x l 0 4范围内； 需要指出的是， 用比表面积为 4 5 0 mV k g的水泥配制的混凝土的收缩率比比表面积为 4 0 0 m2 k g 的要小， 因此 ， 并不是水泥细度一直增大， 用其配制的混凝土的 干缩就相应越大 ， 过细颗粒的水泥并不会增加混凝土的干缩。 根据毛细管应力学说， 在相对湿度保持在 8 5 0 5 0 时， 混凝 土的干缩主要由毛细管张力引起的。 应用毛细管压力计算公式： P =- 2 6 x l 0 - T g S p ( 1 ) 式中： 水表面张力 ； S 水泥比表面积； p 水泥实心体密度。 由， 式( 1 ) 可知， 未水化的水泥颗粒之间， 毛细管压力与水泥 比表面积成正相关性， 随着水泥比表面积的增大， 毛细管压力 增大， 水泥石的收缩增大； 同时， 较粗颗粒因不易水化起着类似 集料的抑制作用， 并且因细颗粒水化快， 自收缩增大， 并且可能 产生更多易于干缩收缩的凝胶和其他水化产物。 但是， 在本论文试验条件下， 水泥比表面积为 4 5 0 m 2 k g的 混凝土干缩值反而比水泥比表面积为 4 0 0 m 2 k g 的干缩值小， 这 主要是因为干缩除与毛细管压力等有关外 ， 还与混凝土配合比、 内部 自由水含量、 混凝土流动性 、 孑 L 隙率等多种因素有关。 水泥 比表面积过大 ， 水泥颗粒表面润湿需水量越大 ， 在配合 比及其 0 龄期 d 图 1 水泥细度对 C4 0混凝土 干燥收缩 的影 响( G1组 ) 2 、 褂 婚 O 龄期 ， d 图 2 水泥细 度对 C5 0混凝土干燥收缩的影响( G2组 ) 2 、 糌 螓 1 3 7 1 4 2 8 4 5 9 0 l 2 O 1 5 0 l 8 O 龄 期 d 图 3 水泥细度对 C 6 0混凝土干燥收缩 的影响 ( G3组 ) 他条件相同情况下 ， 细度过大的水泥在早期水化反应快， 消耗 水分多， 经标养 3 d后， 其内部可供蒸发的自由水含量减少 ， 后 期 自收缩相对减少 ， 混凝土内部整体毛细管压力相对降低 ， 从而 用比表面积为 4 5 0 m2 k g T J 泥配制的混凝土干缩并不增大。 2 4 同一细度不 同水灰比对混凝土干缩的影响 为了说明水灰比对混凝土干缩的影响， 以G1 、 G 2 、 G3 组中的 两种细度水泥来说明此问题。 其配合比见表 3 。 其中 G1 、 G2 、 G 3 组中混凝土配合比对应的水灰比分别为 0 4 5 、 0 4 0 、 0 3 5 。 图4 、 5 分别是水泥比表面积为 3 5 7 、 4 0 0 mV k g在不同水灰 比下对混凝 土干缩的影响结果。 结果表明， 在同龄期内用同一细度水泥配制的混凝土， 其干 缩随着水灰比的增大而增大。 此外水泥比表面积为 2 9 7 、 4 5 0 m2 k g 干缩结果与此结论相一致。 在本文试验研究中， 针对四种不同的水 泥细度， 配制的混凝土以水灰比 0 0 5的梯度增减 ， 混凝土的干 缩率在4 0 x 1 0 - 8 0 x l 0 r 6 范围内增减。 对比2 3 节中的数据， 同一配 合比下水泥细度对混凝土干缩影响的于缩值大致在 2 0 - 4 0 x 1 0 范围内， 说明水灰比对水泥混凝土干缩的影响程度大于水泥细度。 混凝土的干缩与混凝土的孔结构密切相关 ， 混凝土中胶凝 材料的浆体孔隙率和单位立方米混凝土孔隙绝对体积越大 ， 混 O 龄期 ， d 图 4 比表面积为 3 5 7 m k g的水泥在不同水灰比下对混凝土干缩的影响 5 0 0 4 0 0 3 0 0 懈 婿 2 0 0 1 0 0 参考文献 ： 1 】肖军仓， 卜 建军 粉磨细度对水泥与9 1, l fi U 相容性的影I i I 水泥， 2 0 0 6 ( 1 ) ： 1 7 1 8 2 左彦峰， 王栋民， 熊卫锋， 等水泥细度对共聚羧酸类超塑化剂分散 性的影I i c 南京 ： 第十届全国水泥和混凝土化学及应用技术会议 论文， 2 0 o 7 3 】AY D I N S ， A Y T A C A HE f f e c t s o f fi n e n e s s o f c e m e n t o n p o l y n a p h t h a - l e n e s u l f o n a t e b a s e d s u p e r p l a s t i c i z e r - c e me n t i n t e r a c t i o n J C o n s t r u c t i o n a n d B u i l d i n g M a t e r i a l s ， 2 0 0 9 ( 2 3 ) ： 2 4 0 2 2 4 0 8 【 4 】陈云波， 徐培涛 ， 等粉磨方法和粉磨细度对水泥强度的影1 8 J 硅酸 盐学报， 2 0 0 2 ， 3 0 ( z 1 ) ： 5 3 5 8 5 】F a t h o l l a h S a j e d i ， H a s h i m A b d u l R a z a k E f f e c t s o f c u ri n g r e g i m e s a n d c e me n t fi n e n e s s o n t h e c o mp r e s s i v e s t r e n g t h o f o r d i n a r y p o fll a n d c e me n t m o r t a r s J C o n s t ruc t i o n a n d B u i l d i n g Ma t e r i als ， 2 0 1 l ( 2 5 ) ： 2 0 3 6 2 0 4 5 6 】O NE R M， GU N L U E A E f f e c t o f c o m p o n e n t s fi n e n e s s o n s t r e n gth o f b l a s t f u r n a c e s l a g c e m e n t 叨 C e m e n t a n d C o n c r e t e R e s e a r c h ， 2 0 0 3 ( 3 3 ) ： 46 3 4 6 9 【 7 】 赵晖， 吴晓明， 等 水泥细度对混凝土劣化性能的影响 J 建筑材料学 报 ， 2 0 1 0 ， 1 3 ( 4 ) ： 5 2 0 5 2 3 8 廉慧珍， 梁文泉 水泥的品质和混凝土质量关系( 下) J 】 中国水泥， 2 0 0 2 ( 7 ) ： 6 0 6 0 9 周世华， 杨华全， 董芸， 等 水泥细度对砂浆体积稳定性的影l i J 水 利水电技术， 2 0 0 8 ， 3 9 ( 1 0 ) ： 5 8 6 0 1 0 王川大流动性混凝土塑性收缩裂缝研究 D 】 重庆 ： 重庆大学， 2 0 0 2 ： 3 6 作者简 介 联 系地址 联 系电话 李豪举( 1 9 8 5 一 ) ， 男， 在读硕士研究生。 重庆市沙坪坝区沙北街 8 3 号 重庆大学材料科学与工程 学院( 4 0 0 0 4 5 ) l 5 9 2 3 3 4 9 9 81 9 枷枷 姗姗 枷 瑚 如0